第1章 液壓與氣壓傳動(dòng)之緒論

液壓與氣壓傳動(dòng)德州學(xué)院機(jī)電工程系衛(wèi)江紅2023/9/13學(xué)分3學(xué)時(shí)54（包含12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）教材：姜繼海等《液壓與氣壓傳動(dòng)》高等教育出版社孫如軍等《液壓與氣壓傳動(dòng)》清華大學(xué)出版社重要的技術(shù)基礎(chǔ)課、必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。掌握液氣壓傳動(dòng)技術(shù)基本的概念、理論和方法及其在控制工程中的應(yīng)用能分析閱讀中等復(fù)雜的液氣壓傳動(dòng)圖，并對其進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算會(huì)選擇標(biāo)準(zhǔn)元件和設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)元件以有壓流體為能源介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和控制。性質(zhì)：目的要求：研究對象：第1章

緒論基本要求:掌握液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理、組成了解液壓與氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展了解液壓與氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)

重點(diǎn)難點(diǎn):

液氣壓傳動(dòng)的原理、組成和特點(diǎn)機(jī)器原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)部分控制部分工作機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)電氣傳動(dòng)流體傳動(dòng)復(fù)合傳動(dòng)是指以流體為工作介質(zhì)，在密閉容器中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的裝置。（1）氣體傳動(dòng)：以氣體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。流體傳動(dòng)——包括：（2）液體傳動(dòng)：以液體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。

①液力傳動(dòng)：主要是利用液體的動(dòng)能沖擊工作機(jī)械，使之運(yùn)轉(zhuǎn)和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。

②液壓傳動(dòng)：利用液體的壓力能使執(zhí)行元件（油缸或油馬達(dá)）的容積發(fā)生變化而做功，稱為容積式液壓傳動(dòng)，簡稱液壓傳動(dòng)。液體傳動(dòng)——目錄1.1液氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和組成1.2液氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1.3液氣壓傳動(dòng)概況1.4液氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)概述1.1液氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和組成一、工作原理液壓和氣壓傳動(dòng)的工作原理完全相似，都是基于“靜壓傳遞原理”

來工作的。舉例一：

液壓千斤頂

常用于頂升重物,如頂起汽車以便拆換輪胎……大活塞杠桿小活塞大缸體油管放油閥油箱小缸體液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程單向閥1單向閥2舉例二：

磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作時(shí)，要求其工作臺水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動(dòng)換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺

磨床工作臺液壓系統(tǒng)（a）活塞右行液壓泵4由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從油箱1中吸油。油液經(jīng)濾油器2進(jìn)入液壓泵4，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)管10、開停閥9、節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18左腔，推動(dòng)活塞17和工作臺19向右移動(dòng)。液壓缸18右腔的油液可經(jīng)換向閥15和回油管14排回油箱。當(dāng)手動(dòng)換向閥15換向后（b位置），液壓油進(jìn)入液壓缸18的右腔，推動(dòng)活塞17和工作臺19向左移動(dòng)。

當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺的移動(dòng)速度減小。

（b）活塞左行將換向閥手柄16轉(zhuǎn)換成C位置，液壓泵4輸出的油液全部經(jīng)溢流閥7和回油管3排回油箱，不輸送到液壓缸中去，這時(shí)工作臺停止運(yùn)動(dòng)，而系統(tǒng)保持溢流閥調(diào)定的壓力。（c）系統(tǒng)保壓（d）系統(tǒng)卸荷如果將開停手柄11轉(zhuǎn)換成d位置，液壓泵4輸出的油液將經(jīng)開停閥9和回油管12排回油箱，這時(shí)工作臺就停止運(yùn)動(dòng)，而液壓傳動(dòng)系統(tǒng)卸荷。（e）過載溢流磨床工作臺工作過程利用流體（液壓油或壓縮空氣）作為工作介質(zhì)，通過密封容積的變化來傳遞運(yùn)動(dòng)，通過流體內(nèi)部的壓力來傳遞動(dòng)力。工作原理：二、系統(tǒng)組成動(dòng)力裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制調(diào)節(jié)裝置工作介質(zhì)輔助裝置動(dòng)力裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作介質(zhì)工作介質(zhì)輔助裝置工作介質(zhì)控制調(diào)節(jié)裝置控制調(diào)節(jié)裝置把壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)（缸、馬達(dá)）管件、油箱、慮油器、油霧器等對系統(tǒng)中介質(zhì)壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件（各種閥、傳感器等）液壓油、壓縮空氣將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能，是流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源和心臟（液壓泵、空氣壓縮機(jī)）流體傳動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程如下：原動(dòng)機(jī)機(jī)械能動(dòng)力裝置壓力能執(zhí)行裝置機(jī)械能工作機(jī)構(gòu)控制調(diào)節(jié)裝置輔助裝置工作過程：兩次能量轉(zhuǎn)換將能量從機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，而后又將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，何必多此一舉呢？結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)式圖形—表示結(jié)構(gòu)原理直觀性強(qiáng)，易理解，但繪制麻煩

三、圖形符號圖形符號

—簡單明了,易于繪制。（GB/786.1—1993）表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。一、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1.2液氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小。2、可以獲得很大的作用力或扭矩——力大無窮3、工作平穩(wěn)，沖擊小，可實(shí)現(xiàn)頻繁的啟動(dòng)和換向。4、大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000:1）。5、容易和電氣控制結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。6、易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。

7、易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)和運(yùn)用8、自行潤滑，壽命長。二、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1、無法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。2、不易遠(yuǎn)距離輸送。3、液壓元件的制造精度要求較高，因而成本高。

4、液壓傳動(dòng)裝置的工作性能對油溫的變化比較敏感，不宜在較高或較低的溫度下工作。5、存在油液污染。

6、有較多的能量損失，傳動(dòng)效率相對較低。7、發(fā)生故障不易檢查和及時(shí)排除，要求維修人員有較高的技術(shù)水平。優(yōu)點(diǎn)：功率大來重量輕,大力大矩顯威風(fēng);

運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)響應(yīng)快,無級調(diào)速顯神通;

操縱簡單自動(dòng)化,過載保護(hù)它更行;

元件標(biāo)準(zhǔn)系列化,散熱潤滑也出名.缺點(diǎn)：難保嚴(yán)格傳動(dòng)比,液壓不宜遠(yuǎn)距離;

元件精度要求高,溫度影響需注意;

信號傳遞不如電,液壓介質(zhì)很嬌氣;

總的效率比較低,找到故障較費(fèi)力.三、氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

1、介質(zhì)為空氣，取之不盡用之不竭，用后不回收，不污染。

2、介質(zhì)粘度低，流動(dòng)阻力小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。

3、對工作環(huán)境適應(yīng)性好，在易燃，易爆，多塵埃，強(qiáng)輻射，振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境下仍能可靠地工作。

4、動(dòng)作迅速，反應(yīng)快。液壓油管中流速一般為1~5m/s，而氣體流速可大于10m/s，甚至接近聲速。因此在0.02~0.03s內(nèi)即可達(dá)到所要求的P和V。

5、較好自保持能力。壓縮機(jī)停機(jī)，氣閥關(guān)閉，系統(tǒng)仍可維持一段高壓力。四、氣壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)

1、推力較小，壓力低，只適用于小功率系統(tǒng)。

2、速度穩(wěn)定性差，系統(tǒng)的位置和速度控制精度差。

3、排氣時(shí)噪聲大。

4、無自潤滑能力。一、發(fā)展應(yīng)用1.3液氣壓傳動(dòng)概況第一階段：液壓傳動(dòng)從17世紀(jì)帕斯卡提出靜壓傳遞原理、1795年世界上第一臺水壓機(jī)誕生;氣壓傳動(dòng)早在公元前，埃及人就開始采用風(fēng)箱產(chǎn)生壓縮空氣助燃。第二階段：上世紀(jì)30年代，由于工藝制造水平提高，開始生產(chǎn)液壓元件，并首先應(yīng)用于機(jī)床。

第三階段：上世紀(jì)50、60、70年代后，工藝水平有了很大提高，液壓與氣動(dòng)技術(shù)也迅速發(fā)展，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。一般工業(yè)機(jī)械：包括塑料加工機(jī)械（注塑機(jī)）、壓力機(jī)械（鍛壓機(jī)）、重型機(jī)械（廢鋼壓塊機(jī)）、機(jī)床等。行走機(jī)械：包括工程機(jī)械（挖掘機(jī)）、起重機(jī)械（汽車吊）、建筑機(jī)械（打樁機(jī)）、農(nóng)業(yè)機(jī)械（聯(lián)合收割機(jī)）、汽車（轉(zhuǎn)向器、減振器）等。鋼鐵工業(yè)機(jī)械：包括冶金機(jī)械（軋輥調(diào)整裝置）、提升裝置（電極升降機(jī)）、薄板軋機(jī)等。土木工程機(jī)械：包括防洪閘門及堤壩裝置（浪潮防護(hù)擋板）、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)和礦山機(jī)械（鑿巖機(jī)）等。液壓鍛壓機(jī)注塑機(jī)機(jī)床精密液壓系統(tǒng)返回返回液壓系統(tǒng)在軋鋼廠中的應(yīng)用返回船舶機(jī)械

液壓舵操作系統(tǒng)

從藍(lán)天到水下，從軍用到民用，從重工業(yè)到輕工業(yè)，到處都有流體傳動(dòng)與控制技術(shù)?！锊捎靡簤簜鲃?dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

目前，流體傳動(dòng)技術(shù)正在向著高壓、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪聲、低能耗、經(jīng)久耐用、高度集成化方向發(fā)展，向著用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電一體化方向發(fā)展。

二、發(fā)展趨勢液壓系統(tǒng)中的工作液體既是傳遞功率的介質(zhì)，又是液壓元件的冷卻、防銹和潤滑劑在工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物，也要靠工作液體帶走工作液體的粘性，對減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用1.4液氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)概述1.密度一、工作介質(zhì)的物理特性對于15℃的液壓油：對于均質(zhì)流體，單位體積內(nèi)的質(zhì)量。密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略。種類液壓油L-HM32液壓油L-HM46水包油乳化液（L-HFAE）油包水乳化液（L-HFB）水-乙二醇（L-HFC）磷酸酯（L-HFDR）

/（kg﹒m-3）0.87×1030.875×1030.9977×1030.932×1031.06×1031.15×103壓縮系數(shù)－－指在一定溫度下，每增加單位壓力時(shí)流體體積的相對變化量。①流體受壓力的作用而使體積變化的性質(zhì)。②流體的可壓縮性用“壓縮系數(shù)”表示。2.可壓縮性常用液壓油的K為：體積彈性模量在液壓傳動(dòng)中，靜態(tài)時(shí)一般不考慮液體的壓縮性，但在壓力較高，執(zhí)行元件容積較大和動(dòng)態(tài)計(jì)算中，則要考慮壓縮性的影響。例：在溫度和粘度相同時(shí)，初始壓力為p=0.2MPa，則當(dāng)壓力上升至0.3MPa時(shí)，液體體積改變量為（1/2000），而氣體體積的為（1/2），可見氣體的壓縮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液體的壓縮性。液體與氣體壓縮性，哪一個(gè)更顯著？?設(shè)有兩塊平板，其間充滿靜止液體，下板固定，上板以勻速u0平行下板運(yùn)動(dòng)。兩板間的液體便呈現(xiàn)出不同速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即：從附著在動(dòng)板下面的液體層具有與動(dòng)板等速的u0開始，向下逐漸減小，直到附著在定板上的速度為0。移動(dòng)u0下板固定

這一事實(shí)說明，每一運(yùn)動(dòng)較慢的流體層都是在運(yùn)動(dòng)較快的流體層帶動(dòng)下才運(yùn)動(dòng)的；反之，運(yùn)動(dòng)較快的流體層則受到較慢流層的阻滯而不能運(yùn)動(dòng)得更快。3.粘性（1）定義

液體在外力作用下流動(dòng)時(shí),由于液體分子間的內(nèi)聚力和液體分子與壁面間的附著力,導(dǎo)致液體分子間相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力,這種特性稱為粘性.

或:流動(dòng)液體流層之間產(chǎn)生內(nèi)部摩擦阻力的性質(zhì).注意：與固體不同，靜止的固體存在靜摩擦力，而靜止的流體不呈現(xiàn)粘性。內(nèi)摩擦力（F）的大小與兩板之間液層的面積（A）成正比，與液層間的速度梯度（du/dz）成正比。即：（2）牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓液體內(nèi)摩擦定律動(dòng)力粘度粘度是表示粘性大小的度量，有三種表示方法：（3）粘度的表示方法①動(dòng)力粘度（μ）——又稱為絕對粘度。可由牛頓內(nèi)摩擦定律得到1Pa·s=10P=1000cP國際單位為：Pa·s；工程單位為：P（泊）或cP（厘泊）流體在單位速度梯度時(shí)，單位面積上的內(nèi)摩擦力。②運(yùn)動(dòng)粘度（υ）——液體的動(dòng)力粘度μ

與其密度

的比值1m2/s=104

St=106

cSt國際單位為：m2

/s；工程單位為：St（斯）或cSt（厘斯）

我國液壓油的牌號就是用它在溫度為40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度（厘斯）平均值來表示的。例如32號液壓油，就是指這種油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值為32mm2/s

。③相對粘度(

)——又叫條件粘度。采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定的條件下測量出來的。相對粘度是以相對于蒸餾水的粘性的大小來表示該液體的粘性的。恩氏度0E——

中國、德國、前蘇聯(lián)等賽氏秒SSU——

美國雷氏秒RS——

英國巴氏度0B——

法國①溫度（4）影響粘度的因素液壓油的粘度隨溫度的變化而變化，這一特性稱為“粘溫特性”。粘溫特性是液壓油使用性能方面很重要的指標(biāo)。

溫度是影響粘度的最主要因素。它的變化會(huì)導(dǎo)致粘度的改變，致使液壓元件的工作壓力和速度改變，從而使液壓傳動(dòng)的穩(wěn)定性受很大影響。？想一想，原因是什么液體的粘度隨溫度的變化越小越好。

②壓力流體的粘度隨壓力的變化而變化。這一特性稱為“粘壓特性”。壓力的變化對分子的內(nèi)聚力有少許影響，而對分子熱運(yùn)動(dòng)影響不大。因此：一般認(rèn)為氣體的粘性與壓力無關(guān)。P<50MPa，無明顯影響；P>50MPa，P↑→μ↑；4.比熱容單位質(zhì)量的液體在溫度每升高1℃時(shí)吸收的熱量，稱為比熱容，單位為：。5.導(dǎo)熱性它反映了油液吸收熱量、抵抗溫升的能力。表示液體傳導(dǎo)熱量的能力。用導(dǎo)熱系數(shù)衡量：常用液壓油的比熱容為：6.閃點(diǎn)與燃點(diǎn)閃點(diǎn)又叫閃燃點(diǎn)，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而初次發(fā)生閃光時(shí)的溫度

。燃點(diǎn)又叫著火點(diǎn)，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而發(fā)生火焰能繼續(xù)燃燒不少于5s時(shí)的溫度可燃性液體的閃點(diǎn)和燃點(diǎn)表明其發(fā)生爆炸或火災(zāi)的可能性的大小，對運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的安全有極大關(guān)系。

濕度的表示方法有兩種：絕對濕度和相對濕度。7.濕度①絕對濕度:

單位體積的濕空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量。

飽和絕對濕度：濕空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的絕對濕度。②

相對濕度：在一定溫度和壓力下，絕對濕度和飽和絕對濕度之比稱為該溫度下的相對濕度，用φ表示。

表示濕空氣中水蒸氣接近飽和的程度，即飽和度

氣動(dòng)系統(tǒng)中，各種閥在使用時(shí)相對濕度不能大于90%.

8.含濕量單位質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量。

含濕量是反映干空氣中的混合水蒸氣的數(shù)量。

mv

——水蒸氣的質(zhì)量；mda

——干空氣的質(zhì)量；二、液壓工作介質(zhì)的種類及牌號液壓傳動(dòng)中的工作介質(zhì)，由于使用條件的差異，對介質(zhì)的要求有很大的不同，因此其分類的方式也就多種多樣：按油品類型分類：按可燃性分類：按化學(xué)組成分類：其中用量最多的是礦物油型和合成烴型。有礦礦油型、合成油型和含水型三種；有易燃、難燃、不燃三種；有礦物油、高水基液、水介質(zhì)（海水，淡水）水包油乳化液、油包水乳化液、合成烴、聚醚、有機(jī)酯、磷酸酯、有機(jī)硅、鹵代烴等；標(biāo)準(zhǔn)分類油品名稱組成HL通用機(jī)床油具有防銹抗氧性能的精制礦物潤滑油。HM抗磨液壓油具有防銹抗氧、抗磨性能的精制礦物潤滑油。HG液壓導(dǎo)軌油具有防銹抗氧、抗磨和抗粘滑性的精制礦物潤滑油。HV低溫液壓油具有防銹抗氧、抗磨性能，加增粘劑的精制礦物潤滑油。HS合成烴低溫液壓油具有防銹抗氧、抗磨性能的合成烴油。國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)11118.—94規(guī)定了五種系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，即：HL、HM、HG、HV和HS，與國際通用標(biāo)準(zhǔn)ISO分類相同。牌號舉例：以上五種產(chǎn)品，按40℃運(yùn)動(dòng)粘度共分以下幾種：

HL：一等品有15、22、32、46、68、100六個(gè)級號；

HM：一等品有22、32、46、68四個(gè)級號；

HG：一等品有32、68兩個(gè)級號；

HV：一等品有10、15、22、32、46、68、100七個(gè)級別；

HS：優(yōu)等品、一等品各有10、15、22、32、46五個(gè)級別；

三、對液壓工作介質(zhì)的要求

適當(dāng)?shù)恼扯群驼硿靥匦院糜辛己玫臐櫥猿煞忠儍粲辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性抗泡沫性和抗乳化性比熱容大、閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高、能防火、防爆無毒、污染小、價(jià)格便宜四、液壓傳動(dòng)介質(zhì)的選用液壓系統(tǒng)中傳動(dòng)介質(zhì)的選用主要從兩方面來考慮：類型——考慮液壓系統(tǒng)工作環(huán)境及工作中抗燃、抗凝的要求和系統(tǒng)是否在極壓抗磨性、粘溫性、抗爬行性能等方面有基本要求。如：高溫，有起火、爆炸危險(xiǎn)的，用抗燃型油；其它情況多用礦物油；寒冷地區(qū)用低凝點(diǎn)油等。粘度

——1.可以按照液壓系統(tǒng)所配置的液壓泵產(chǎn)品說明書推薦的選用；