液壓與氣壓傳動技術 課件 項目1 液壓傳動及液壓流體力學基礎知識的認知

液壓與氣壓傳動技術液壓傳動的工作原理、組成及特點——液壓千斤頂液壓傳動定義液壓傳動是以液體為工作介質，利用密閉的系統(tǒng)傳遞液體壓力能的一種形式。液壓傳動工作原理液壓傳動的應用案例介紹：1）液壓千斤頂2）磨床工作臺液壓系統(tǒng)液壓與氣壓傳動技術液壓千斤頂液壓千斤頂舉升轎車液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程液壓與氣壓傳動技術液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程動畫液壓與氣壓傳動技術液壓傳動——在密閉的容器內，以液體為工作介質，以油液的壓力能的形式進行能量傳遞的一種傳動方式能量轉換過程：機械能（手柄、小活塞缸）液壓能（液壓油）機械能（大活塞缸）液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟頇C械能液壓能液壓能機械能液壓與氣壓傳動技術杠桿力放大倍數(shù)N1為杠桿力臂之比：N1=L1：L2F2A2A1DdF1阻力臂L2動力臂L1f1f2因為f1L1=f2L2所以f2

：f1=L1：L2液壓部分力放大倍數(shù)N2為大小活塞面積之比：N2=A2：A1因為F1：A1=F2：A2所以F2：F1=A2：A1液壓千斤頂?shù)氖×υ硪虼?，液壓千斤頂?shù)牧Ψ糯蟊稊?shù)N為：N=N1N2液壓與氣壓傳動技術杠桿力放大倍數(shù)N1為杠桿力臂之比：N1=L1：L2F2A2A1DdF1阻力臂L2動力臂L1f1f2f1L1=f2L2杠桿放大比為F2

：F1=L1：L2液壓部分力放大倍數(shù)N2為大小活塞面積之比：N2=A2：A1F1：A1=F2：A2因此，液壓千斤頂?shù)牧Ψ糯蟊稊?shù)N為：N=N1N2液壓千斤頂?shù)氖×δ?515手推力20Kg4.5噸液壓與氣壓傳動技術8液壓與氣壓傳動技術液壓傳動的工作原理、組成及特點——磨床液壓系統(tǒng)的認知

導入視頻來源于網(wǎng)絡知識目標掌握液壓系統(tǒng)組成部分掌握液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點技能目標初步認知液壓元件作用初步認知液壓設備特點授課導航磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作過程

液壓系統(tǒng)的組成及作用

液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點

磨床工作臺液壓系統(tǒng)的工作過程動畫液壓系統(tǒng)的組成及作用控制調節(jié)元件輔助元件動力元件執(zhí)行元件控制閥通過對液體的流動方向、壓力以及流

量的控制，對執(zhí)行元件運動方向、作

用力、運

動速度實現(xiàn)控制。液壓油傳遞能量和信息。傳動介質液壓泵把機械能轉換成液體壓力能。液壓缸把液體壓力能轉換成機械能。其它元件如管道、接頭、壓力表、油箱、濾油

器、蓄能器等。組成作用液壓與氣壓傳動技術液壓系統(tǒng)各組成部分作用不同；每部分都要正常發(fā)揮作用，才能保證系統(tǒng)正常工作。同學們要發(fā)揮各自的作用，培養(yǎng)服務社會的職業(yè)道德；培養(yǎng)溝通能力和團隊合作意識。慣性力較小，快速響應性好能容量大、適合大功率的工況液壓系統(tǒng)的特點傳動平穩(wěn)液壓系統(tǒng)的特點具有緩沖減振的優(yōu)點液壓系統(tǒng)的特點易于實現(xiàn)復雜動作易于實現(xiàn)自動控制液壓系統(tǒng)的特點壓力閥——可實現(xiàn)過載保護液壓系統(tǒng)的特點壓力閥無壓力閥時——設備損壞主要優(yōu)點：（1）能容量大，適合大功率；（2）慣性力較小，快速響應性好；（3）傳動平穩(wěn)，且可無級調速，調速范圍大；（4）可靈活方便地布置傳動機構；（5）易于實現(xiàn)自動控制；（6）能自行潤滑，磨損?。唬?）容易實現(xiàn)過載保護。（1）效率低，不適合遠距離傳動；液壓系統(tǒng)的特點（2）有泄漏，不能實現(xiàn)嚴格的定比傳動；（3）工作時受溫度變化的影響大；（4）噪聲較大；（5）對污染敏感，維護要求高；（6）故障原因不易查找。主要缺點:液壓系統(tǒng)的表示方法——圖形符號半結構圖符號圖磨床工作臺液壓系統(tǒng)實驗裝置實訓指引磨床工作臺液壓系統(tǒng)實操任務一：認知工作原理任務二：認知組成及作用任務三：功能調節(jié)磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作視頻磨床工作臺液壓系統(tǒng)實操調壓調速換向要求標出各元件名稱要求拍攝操作視頻上傳小結液壓與氣壓傳動技術01磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作過程02液壓系統(tǒng)的組成及作用03液壓系統(tǒng)的特點液壓與氣壓傳動技術培養(yǎng)服務社會的職業(yè)道德培養(yǎng)溝通能力和團隊合作意識27液壓與氣壓傳動技術液壓傳動的歷史與應用機械工業(yè)出版社液壓傳動的歷史帕斯卡(1623-1662)法國著名的數(shù)學家、物理學家、哲學家和散文家。1654年他首次提出了一個關于液體壓力的原理，這就是著名的帕斯卡原理，也叫帕斯卡定律。后人應用這個原理制造的各類液壓機械,為人類創(chuàng)造了無數(shù)的奇跡。液壓傳動的歷史水壓機（水介質）帕斯卡原理帕斯卡原理：施加于密閉容器內的液體壓力，將以等值同時傳到液體內部各點。因為F1：A1=p1所以F1：A1=F2：A2

p1=p2F2：A2=p2液壓傳動的歷史美國的萬噸水壓機圖片來自于網(wǎng)絡圖片來源于網(wǎng)絡鍛造水壓機：中國的3萬噸級模鍛水壓機圖片來自于網(wǎng)絡液壓傳動的歷史水壓機（水介質）帕斯卡原理油壓機（油介質）油壓機：1905年工作介質由水改成了油1934年德國研制成功7000噸模鍛液壓機1955年此圖來自于網(wǎng)絡美國的4.5萬噸模鍛油壓機1973-2010年停滯近40年，我國爆發(fā)式地研制了多臺大型壓機

2012年我國自主研制出了8萬噸世界最大的模鍛液壓機，大型鍛件受制于國外的時代徹底結束此圖來自于網(wǎng)絡高端頂級大型鍛件受制于國外的時代徹底結束液壓傳動的應用航空軍事液壓傳動的應用拉齒加工機床自動生產線：凸輪軸加工剃齒加工液壓傳動的應用農業(yè)鉆井機起重機礦山鉆井機煤礦液壓支架裝載機液壓傳動的應用推土機挖掘機翻斗車液壓傳動的應用伺服控制與液壓技術結合液壓傳動的發(fā)展方向減少能耗減少壓力損失開發(fā)高功率密度、輕小型及微型液壓元件利用純水等適應環(huán)保要求的介質無泄漏技術采用新工藝、新材料（密封材料）提高過濾技術采用無泄漏連接等主動維護簡單維修變?yōu)楣收项A測利用現(xiàn)代化手段進行液壓系統(tǒng)故障診斷機電一體化提高可靠性實現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化改變效率低、維修性及診斷性差的缺點液壓傳動的發(fā)展方向高壓高速高集成化大功率高效率低噪聲低能耗高壽命小結01歷史02應用03發(fā)展方向液壓與氣壓傳動技術41液壓與氣壓傳動技術液壓系統(tǒng)力與速度是如何傳遞的導入力與速度是如何傳遞的？知識目標掌握液體的壓力及其形成過程掌握液體的流量及速度的傳遞原理掌握壓力與負載的關系、掌握速度與流量的關系技能目標能認知壓力與流量的重要性能分析液壓系統(tǒng)的工作負載與壓力的關系能分析液壓系統(tǒng)的工作速度與流量的關系授課導航壓力的物理意義

壓力與負載的關系

流量與速度的關系

流量的物理意義

液體的壓力帕斯卡原理的物理意義：在密閉容器中的靜止液體，當一處受到外力作用而產生壓力時，這個壓力將通過液體等值傳遞到液體內部的所有各點。帕斯卡原理又稱靜壓傳遞原理。壓力的單位：pa(帕：N/m2),常用Mpa（兆帕：1×106帕）2.壓力的形成與傳遞——壓力靠負載來建立、靠液體來傳遞重要結論壓力的大小取決于負載的大小。負載為零，即空載時，壓力也為零。1.液體的壓力p——液體單位面積上所受到的法向作用力壓力的表示方法相對壓力=絕對壓力—大氣壓力相對壓力為正值時——表壓力相對壓力為負值時——真空度絕對壓力以絕對真空作為基準所測得的壓力相對壓力以大氣壓力作為基準所測得的壓力液體的流量1.液體的流量q——單位時間流過通流截面的液體體積流速：2.運動速度的傳遞——是靠密封容積變化相等的原則進行的，速度與流量成正比。q流量的單位：L/min（升/分）重要結論一、壓力的大小取決于負載的大小。二、速度的大小決定于流量的大小。（注：壓力與流量沒有直接關系）小結01兩個重要參數(shù)02壓力決定于負載03速度與流量成正比液壓與氣壓傳動技術50液壓與氣壓傳動技術液壓流體力學的應用授課導航液體的力學知識及其應用

液壓沖擊和空穴現(xiàn)象的危害與措施

液體的力學知識液體靜力學基本方程的物理意義：1）靜止液體內任一點處的壓力由液面上的壓力和液柱的重力所產生的壓力兩部分組成。2）靜止液體內部的壓力隨液體深度的增加而線性地增加。3）距液面深度相同的各點壓力相等。由壓力相等的點組成的面稱為等壓面。重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。

一、液體靜力學基本方程及其物理意義液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義1.流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是用于分析研究流動液體內流速、通流面積以及流量三者之間關系的方程。

流量連續(xù)性方程的物理意義：流量連續(xù)性方程的物理意義是液體在單位時間內流過各通流截面的液體體積相等。它表明液體在管路內做穩(wěn)定流動時，單位時間內流過任何通流截面的液體體積都是相等的。它是液體流動的質量守恒方程。流量一定時，液體的流速與通流面積成反比，孔徑小則流速快；通流面積一定時，流量大則流速就快。故，調節(jié)輸入液壓缸的流量可調節(jié)液壓缸運動速度。液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義2.液體的伯努利方程伯努利方程是根據(jù)能量守恒定律推導出的流體力學的一種表達形式，它是用于分析研究液體流動過程中壓力與流速之間轉換規(guī)律的方程。（1）理想液體的伯努利方程是將液體作為既無粘性又無可壓縮性的理想液體推導出的流動液體能量守恒方程。

液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義2.液體的伯努利方程理想液體伯努利方程的物理意義是：在密閉管道內作恒定流動的理想液體具有三種形式的能量（壓力能、位能、動能），在沿管道流動過程中三種能量之間可以互相轉化，但在任一截面處，三種能量的總和為一常量。上式是單位體積液體的能量守恒方程。

（2）實際液體的伯努利方程液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義

（2）實際液體的伯努利方程

通過伯努利方程可以計算液壓泵吸油口處的真空度、分析液壓泵的工作性能。一般情況下，由于液體的密度較小，液體位能在總能量中占據(jù)很小的比重，在利用伯努利方程定性分析時，為簡化分析計算過程，即使管道不是水平放置的，也往往忽略液體的位置高度變化所產生的能量變化，而只考慮壓力能和動能的變化。液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義思考圖示液壓泵吸油高度是如何影響液壓泵工作性能的？

液壓泵吸油過程中實際液體的伯努利方程：液體的力學知識三、液體流動時的壓力損失液體在管路系統(tǒng)中流動時，因粘性等原因會產生能量損耗，表現(xiàn)為壓力降低，把這種損失稱為壓力損失。1.沿程壓力損失液體流經直徑不變的直管時，因粘性摩擦而產生的壓力損失稱為沿程壓力損失。2.局部壓力損失液體流經局部阻力（閥口、管路分支、彎頭、突變截面等）時，因流速和流向突變而產生的壓力損失稱為局部壓力損失,

3.管路系統(tǒng)的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和液體的力學知識三、液體流動時的壓力損失

為便于安裝與維修，液壓泵大多安裝在油箱液面以上，依靠泵進口處形成的真空度來吸油。為使真空度不致過大，應盡可能減小吸油管壓力損失，減小液壓泵安裝高度、增大吸油管直徑、減少吸油管路長度和彎頭都可以減小吸油管路的壓力損失，使液壓泵容易吸油。壓力損失的產生與多方面因素有關，管道直徑越小、管道越長、管道內壁越粗糙、液體流速越快以及液體粘性越大時，壓力損失就越大；另外，為了減少壓力損失，還應盡量減少彎管、分支或管路通流截面的突然變化。液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

2.節(jié)流口的堵塞和最小穩(wěn)定流量（1）孔口形狀對流量穩(wěn)定性的影響節(jié)流口的形狀不同，抗堵塞的性能就不同（2）節(jié)流口的堵塞節(jié)流口堵塞是指節(jié)流口處流量出現(xiàn)時斷時續(xù)，甚至斷流這種現(xiàn)象。節(jié)流口堵塞的原因主要有油液中的雜質及氧化析出的污染物堆積，節(jié)流縫隙的金屬表面形成的邊界吸附作用，壓力差過大加劇節(jié)流縫隙處的吸附。1.小孔的流量特性和影響節(jié)流口流量穩(wěn)定性的因素（1）負載變化對流量穩(wěn)定性的影響（2）油溫變化對流量穩(wěn)定性的影響液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

2.節(jié)流口的堵塞和最小穩(wěn)定流量（3）減輕節(jié)流口堵塞現(xiàn)象的措施選擇薄刃節(jié)流口，精密過濾并定期更換液壓油，合理選擇節(jié)流口前后的壓力差，選用抗氧化穩(wěn)定性好的油液，減小節(jié)流口的表面粗糙度值等。（4）節(jié)流口的最小穩(wěn)定流量1）定義節(jié)流口的最小穩(wěn)定流量是指不發(fā)生節(jié)流小孔堵塞現(xiàn)象的最小流量。這個值越小，說明節(jié)流口的通流性越好，系統(tǒng)可獲得的最低速度越低，閥的調速范圍越大。2）選擇依據(jù)節(jié)流口最小穩(wěn)定流量必須滿足系統(tǒng)最低速度的要求。只有節(jié)流口最小穩(wěn)定流量小于系統(tǒng)以最低速度運行所需要的流量值，才能保證系統(tǒng)在低速工作時速度的穩(wěn)定性。液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

小知識：有些液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件在低速下運行時可能產生爬行現(xiàn)象，嚴重影響工作質量，爬行的本質是一種振動，它與負載變化、環(huán)境溫度變化、液壓彈簧效應、流量不穩(wěn)定等因素有關，其中最小供油量的穩(wěn)定性對執(zhí)行元件是否產生爬行、運動是否保持平穩(wěn)起著很大的作用。

液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

2）液體流經細長孔的流量

3）液體流經短孔的流量

短孔是介于細長小孔和薄壁孔之間的孔，短孔的流量也可用薄壁孔的流量公式計算，但流量系數(shù)Cq不同，一般取Cq=0.82。總結：流經薄壁小孔的流量只與小孔前后的壓差?pT的平方根以及小孔的面積????成正比，與粘度無關，因此流經薄壁小孔的流量受溫度和粘度的影響小，不易堵塞，流量穩(wěn)定，節(jié)流閥的節(jié)流口常采用薄壁小孔類型；細長小孔的流量與動力粘度μ成反比，流量受油溫變化的影響較大，細長小孔常用作控制閥的阻尼孔；短孔制造要比薄壁小孔容易得多，常用作固定節(jié)流器。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施一、液壓沖擊的危害及措施

在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因而引起油液的壓力在瞬間急劇增高到某一峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。1.造成液壓沖擊的主要原因油路突然關閉或換向時液流速度的急劇變化、高速運動的工作部件突然停止時的慣性力和某些液壓元件的反應動作不靈敏等，都是造成液壓沖擊的原因。高壓、大流量的系統(tǒng)更易出現(xiàn)液壓沖擊。2.液壓沖擊的危害產生液壓沖擊時，系統(tǒng)中的壓力瞬間達到正常壓力的好幾倍，會導致系統(tǒng)的振動與噪聲、管路或液壓元件的損壞，甚至還會引起某些接收壓力信號而動作的液壓元件（如壓力繼電器）產生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作、縮短系統(tǒng)的使用壽命。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施一、液壓沖擊的危害及措施

3.減小液壓沖擊的措施根據(jù)液壓沖擊產生的機理，運用伯努利方程可知，避免液流速度急劇變化，延緩速度變化的時間，通過防止動能在瞬間轉化成壓力能，可以有效地防止液壓沖擊。常采用的辦法有這樣幾種，適當加大管道直徑以限制管道內液體的流速，限制執(zhí)行元件運動速度不宜過快、延緩閥門動作時間，采用橡膠軟管或在閥門前設置蓄能器吸收壓力沖擊。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施二、氣穴現(xiàn)象的危害及措施

在液壓系統(tǒng)中，如果某處壓力低于空氣分離壓時（如液壓泵的吸油區(qū)域），原來溶解于油液中的