流體傳動(dòng)與控制 課件 第 1 章 緒論

“流體傳動(dòng)與控制基礎(chǔ)”課程

FundamentalsofFluidPowerandControl課件因有外部視頻文件控件，故制作成無聲視頻(本視頻無聲音)“流體傳動(dòng)與控制基礎(chǔ)”課程的地位和作用流體傳動(dòng)與控制廣泛應(yīng)用

(地上地下上天入海生活生產(chǎn)娛樂訓(xùn)練)力大快速精度帶材有流體傳動(dòng)就有控制

(自動(dòng)化專業(yè)常見控制對(duì)象：電動(dòng)機(jī)流體傳動(dòng)等)流體控制

(

流向壓力流量

)

無處不在

物質(zhì)總是以固相、液相、氣相等狀態(tài)而存在的，流體傳動(dòng)與控制的基本原理，普遍存在于生命領(lǐng)域、自然界和生活生產(chǎn)中的流體傳輸與控制領(lǐng)域：

人體血液循環(huán)系統(tǒng)(壓力≤0.016MPa流量10L/min管路超過10萬公里)給排水、燃?xì)?、噴涂、霧化、等機(jī)器中的流體輸送(如氧氣燃油滑油等)、粉末輸送(如面粉等)京杭大運(yùn)河燕山大學(xué)趙靜一教授2015年七律?流控技術(shù)贊賀第七屆流體傳動(dòng)與機(jī)電一體化國(guó)際會(huì)議在哈爾濱召開善水蓄勢(shì)集大能，疾風(fēng)蕩滌星辰輕。飛天調(diào)姿身影妙，潛水擒蛟動(dòng)作靈。移山填海金剛泣，救死扶傷鬼神驚。浩瀚廣宇成一網(wǎng)，誰敢與我論輸贏。(教材1.5節(jié))“流體傳動(dòng)與控制基礎(chǔ)”課程的教學(xué)安排教材課程目標(biāo)掌握流體傳動(dòng)與控制的基本原理，能夠識(shí)別工程中的系統(tǒng)回路圖并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、控制及測(cè)試，提高多學(xué)科分析問題與解決問題的能力。教材主要的嘗試和創(chuàng)新如下：見教材前言視頻圖片文檔精選液壓氣動(dòng)比例伺服控制的位置、

速度和力控制實(shí)際工程案例圖形符號(hào)和詞匯術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化(GB/T786.1

—2021等)將課程思政與課程知識(shí)有機(jī)融合新思政視頻姚成玉，陳東寧，魏立新主編.流體傳動(dòng)與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社

,2023.

(ISBN:978-7-111-73353-9)按立德樹人根本任務(wù)與工程能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)要求確定本書內(nèi)容融合創(chuàng)新面向工程(將液壓、氣動(dòng)融合講述，將泵、馬達(dá)融合講述，將比例控制閥、伺服閥融合講述，有助于辨析它們的共性與差異；將傳動(dòng)與控制融合講述，有助于培養(yǎng)多學(xué)科分析解決問題的能力；針對(duì)流體動(dòng)力源講述附件，有助于面向工程問題)“流體傳動(dòng)與控制基礎(chǔ)”課程的教學(xué)安排學(xué)習(xí)方法

課堂聽課、討論，課外自學(xué)

教材前后翻滾研讀(將知識(shí)關(guān)聯(lián)起來)

學(xué)習(xí)通：互動(dòng)答疑，并有課件、學(xué)習(xí)要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見45、141頁(yè)二維碼，認(rèn)真實(shí)驗(yàn)大院里仁成績(jī)構(gòu)成32學(xué)時(shí)(13次課+8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn))筆記20分出勤10分(學(xué)習(xí)通考勤5次)

實(shí)驗(yàn)10分閉卷60分24學(xué)時(shí)(10次課+4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn))出勤5分(學(xué)習(xí)通考勤5次)

測(cè)驗(yàn)10分(課堂測(cè)驗(yàn)1次)

實(shí)驗(yàn)15分閉卷70分氣動(dòng)郵政氣動(dòng)物流實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：東區(qū)世紀(jì)樓東側(cè)求是路液壓實(shí)驗(yàn)室第1章緒論圖書(或論文)開頭說明主旨和內(nèi)容的部分1.1流體傳動(dòng)基本原理與基本特征1.2流體傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及能量轉(zhuǎn)換1.3流體傳動(dòng)的特點(diǎn)及液壓與氣動(dòng)的差異1.4圖形符號(hào)及GB/T7861.5歷史的行程1.1流體傳動(dòng)基本原理與基本特征

機(jī)械傳動(dòng)電氣傳動(dòng)流體傳動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)活塞桿鍍鉻機(jī)器離不開缸缸

在機(jī)器內(nèi)：內(nèi)燃機(jī)渦輪機(jī)電池等

在機(jī)器外：人力電力等挖掘機(jī)大臂小臂鏟斗缸多用于移動(dòng)設(shè)備多用于固定設(shè)備缸行走馬達(dá)(差速)艦外伸回程液壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)用可動(dòng)機(jī)械零部件(傳動(dòng)軸、桿、帶、鏈條、齒輪、滾珠絲杠、蝸輪蝸桿等)進(jìn)行傳動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能汽車手動(dòng)變速器撥叉桿水龍頭鑰匙齒輪箱輸入輸出Mechanicaldrive(表現(xiàn)為:力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)機(jī)械傳動(dòng)用可動(dòng)機(jī)械零部件(傳動(dòng)軸、桿、帶、鏈條、齒輪、滾珠絲杠、蝸輪蝸桿等)進(jìn)行傳動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能電氣傳動(dòng)用電磁場(chǎng)進(jìn)行傳動(dòng)用電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能自動(dòng)化專業(yè)相關(guān)課程：

電機(jī)及拖動(dòng)電力電子技術(shù)直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)控制等(反饋控制理論、

現(xiàn)代控制理論、檢測(cè)與

轉(zhuǎn)換技術(shù)、嵌入式單片

機(jī)原理及應(yīng)用、電氣控

制及PLC、計(jì)算機(jī)控制

技術(shù)等)組成：

控制部分功率部分電動(dòng)機(jī)electricdrive電力拖動(dòng)Mechanicaldrive(表現(xiàn)為:力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)微型異步電動(dòng)機(jī)(40W)變頻器觸摸屏按鈕指示燈機(jī)械傳動(dòng)用可動(dòng)機(jī)械零部件(傳動(dòng)軸、桿、帶、鏈條、齒輪、滾珠絲杠、蝸輪蝸桿等)進(jìn)行傳動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能電氣傳動(dòng)用電磁場(chǎng)進(jìn)行傳動(dòng)用電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能流體傳動(dòng)即流體傳動(dòng)與控制(fluidpowerandcontrol=Δ)是以受壓流體為傳動(dòng)介質(zhì)傳遞、控制、分配信號(hào)和能量的方式或方法將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能按介質(zhì)不同，分為：

液壓傳動(dòng)與控制(hydraulicΔ，簡(jiǎn)稱液壓)

氣壓傳動(dòng)與控制(pneumaticΔ，簡(jiǎn)稱氣動(dòng))傳動(dòng)介質(zhì)：液體(石油基液壓油、合成液、乳化液、海淡水等)傳動(dòng)介質(zhì)：空氣、惰性氣體液壓千斤頂手動(dòng)泵截止閥油箱液壓缸單向閥單向閥ICFP(International

ConferenceonFluidPowerTransmissionandControl)PTCASIA(Power

TransmissionandControlASIA,亞洲國(guó)際動(dòng)力傳動(dòng)與控制技術(shù)展覽會(huì))(表現(xiàn)為:力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)傳動(dòng)的盡頭是機(jī)械傳動(dòng)：它可單獨(dú)使用，可與電氣傳動(dòng)、流體傳動(dòng)組成復(fù)合傳動(dòng)(機(jī)?液)(液?機(jī))傳動(dòng)的盡頭是機(jī)械傳動(dòng)：它可單獨(dú)使用，可與電氣傳動(dòng)、流體傳動(dòng)組成復(fù)合傳動(dòng)批頭電池太陽輪行星輪(本例3個(gè))

齒圈風(fēng)鎬挖掘機(jī)行走氣鎬氣扳機(jī)鏈軌履帶行星減速器1、電氣-機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)2、液壓-機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)3、氣動(dòng)-機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)電動(dòng)螺絲刀電動(dòng)風(fēng)扇蝸輪蝸桿減速器

空氣壓縮機(jī)4、電氣-液壓-機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)同體積下：力大液壓扳手機(jī)電液氣多學(xué)科結(jié)合，協(xié)作創(chuàng)新本章思政：厚植家國(guó)情懷電動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸擰螺母動(dòng)梁自由鍛造液壓機(jī)1.5萬噸水壓機(jī)（1:1雕塑模型

燕大）

新中國(guó)最早的(1.25)萬噸水壓機(jī)壓頭缸最大壓力：150MN最大壓力：36.5MPa壓力強(qiáng)度GB3102.3—1993《力學(xué)的量和單位》帕斯卡(Pascal)原理施加在密閉管路流體表面上的壓力在流體內(nèi)部等值傳遞液壓千斤頂壓強(qiáng)(流體傳動(dòng)和工程界)（物理領(lǐng)域）17世紀(jì)拉

壓

力下

壓

力作用力N廈門后溪長(zhǎng)途汽車站步履走行器交替頂推要注意語境:自來水壓力0.5MPa帕[斯卡]SI單位pressure液壓千斤頂立式臥式地牛杠桿截止閥油箱單向閥單向閥(杠桿×液壓杠桿)手動(dòng)泵液壓缸(機(jī)?液)(液?機(jī))壓力強(qiáng)度GB3102.3—1993《力學(xué)的量和單位》帕斯卡(Pascal)原理施加在密閉管路流體表面上的壓力在流體內(nèi)部等值傳遞壓強(qiáng)(流體傳動(dòng)和工程界)（物理領(lǐng)域）17世紀(jì)拉

壓

力下

壓

力要注意語境:自來水壓力0.5MPa帕[斯卡]SI單位pressure作用力N汽車液壓千斤頂手動(dòng)泵截止閥油箱液壓缸單向閥單向閥(杠桿×液壓杠桿)(機(jī)?液)(液?機(jī))一、上提吸油二、下壓舉升圖形符號(hào)GB/T786.1—2021手動(dòng)泵1截止閥4油箱5液壓缸6單向閥2單向閥3F1手動(dòng)泵1截止閥4油箱5液壓缸6單向閥2單向閥3F1手動(dòng)泵截止閥油箱液壓缸單向閥單向閥(機(jī)?液)(液?機(jī))工作原理液壓千斤頂(杠桿×液壓杠桿)紅色流體：高壓非紅流體：低壓二、下壓舉升液壓杠桿杠桿12手動(dòng)泵1截止閥4油箱5液壓缸6單向閥2單向閥3F1F1L1=

FLL2

廣義負(fù)載力：質(zhì)量力(重力

慣性力等)、摩擦力、彈性力、其他外力和阻力mgmakxA1L1=A2L2

質(zhì)量守恒：上式兩邊分別求導(dǎo)，得：②用流量q

傳遞運(yùn)動(dòng)速度①用壓力p

傳遞輸出力負(fù)載力(廣義負(fù)載力)使流體被壓縮

擠壓而產(chǎn)生壓力，即：流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過的體積主動(dòng)力F1通過杠桿被放大為F2=F1L1/L2

■若主動(dòng)力F1<A1p，則不能推動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)■F1無法大于A1p，因缸可運(yùn)動(dòng)可見：無論F1

多大，壓力始終僅取決于負(fù)載力(而F1或泵決定最高壓力供給)裝備制造完成后，A2通常固定不變主動(dòng)力F1通過液壓杠桿被放大為F2=F1A2/A1

流體傳動(dòng)的動(dòng)力傳遞特征：流量連續(xù)方程液壓杠桿杠桿12F2=FL

流體傳動(dòng)布局靈活真空助力器燃油：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管電動(dòng)：電動(dòng)真空泵×2×2×2(4個(gè)車輪)(2個(gè)主缸)乘用車杠桿K1液壓杠桿K2(A1遠(yuǎn)小于A2)總的力放大系數(shù)：K1K2發(fā)動(dòng)機(jī)真空助力器進(jìn)氣管油壺F助F人F2=F人K1K2+F助K2手動(dòng)泵截止閥液壓缸單向閥單向閥1.2流體傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及能量轉(zhuǎn)換(表現(xiàn)為：壓力和流量)缸、馬達(dá)方向控制閥壓力控制閥流量控制閥泵閥(表現(xiàn)為：力和速度、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)能量轉(zhuǎn)換、傳遞過程中，存在能量損失(轉(zhuǎn)換為熱能內(nèi)能等)(機(jī)?液)(液?機(jī))兩種液壓傳動(dòng)介質(zhì)1.3流體傳動(dòng)的特點(diǎn)及液壓與氣動(dòng)的差異流體傳動(dòng)與控制技術(shù)已發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制和檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，其應(yīng)用和影響已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域現(xiàn)代工程裝備的運(yùn)行，離不開機(jī)械本體、流體傳動(dòng)、電氣控制(類比于人之骨骼、肌肉與神經(jīng)系統(tǒng))，這需要我們具備一定的多學(xué)科空間感乃至大工程觀，優(yōu)化自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)布局靈活，能方便地實(shí)現(xiàn)直線與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)動(dòng)作的協(xié)調(diào)，能有級(jí)和無級(jí)調(diào)壓，能無級(jí)調(diào)速且調(diào)速范圍廣，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向，工作平穩(wěn)且沖擊小，輸出力或轉(zhuǎn)矩易于監(jiān)測(cè)(通過壓力表等)，易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)且過載時(shí)仍保持有輸出力或轉(zhuǎn)矩，精度高且響應(yīng)快(比例控制閥和伺服閥)液壓與氣動(dòng)的共性特點(diǎn)液壓與氣動(dòng)的差異1.4圖形符號(hào)及GB/T786GB/T786.1—2021《流體傳動(dòng)系統(tǒng)及元件圖形符號(hào)和回路圖第1部分：圖形符號(hào)》（ISO1219-1:2012,IDT）GB/T786.2—2018GB/T786.3—2021浣溪沙賀中國(guó)流體專業(yè)60年華誕燕山大學(xué)趙靜一教授2015年1.5歷史的行程1.5.1技術(shù)萌芽

(～17世紀(jì)上)1.5.3現(xiàn)代發(fā)展

(20世紀(jì)初～)帕斯卡原理(1648)、真空伯努利方程(1738)歐拉方程(1755)飛球離心式調(diào)速器(1788最早應(yīng)用于工業(yè)過程的控制器)布拉馬發(fā)明液壓機(jī)(1795)阿姆斯特朗發(fā)明液壓起重機(jī)(1845)氣動(dòng)……石油基液壓油(1905)、密封PID(1922Minorsky)、負(fù)反饋放大器(1927Black)經(jīng)典控制理論(BellLabs:Nyquist,Bode,etal)現(xiàn)代控制理論(Bellman,Pontryagin,Kalman)新元件、伺服閥、比例控制閥……高壓、高性能、高可靠性、小型化、輕量化、低碳化、系統(tǒng)集成、控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)水機(jī)立業(yè)逢花甲，

銘記蘇聯(lián)導(dǎo)師佳。

錦繡衣缽傳萬家。華夏液壓源工大，

火種已成遍地花。

飛天入地行無涯。受水壺漏壺浮球滴水