【教学课件】第一章液压传动基础.ppt

第1章 液压传动基础,汕头职业技术学院机电工程系 杨壮凌,第1章液压传动基础,1.1 液压技术的应用和发展1.2 液压传动的工作原理与组成1.3 液压传动的优缺点1.4 液压油1.5 液体静力学1.6 液体动力学1.7 液体流动中的压力损失1.8 液体流经小孔及缝隙的流量,1.1 液压技术的应用和发展,目的任务:了解液压与气压传动应用发展 重点难点:液压传动在机械行业的应用,传 动,传动传递运动和动力的方式 常见传动 机械 电气 气体 流体 液力流力（动量矩定理）液体*液压物理（帕斯卡原理）,液压和气压传动,液压传动利用液体压力能实现运动和动力传动方式气压传动利用气体压力能实现运动和动力传动方式,发展应用,第一阶段：液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下，发展缓 慢，几乎停滞。气压传动早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18 世纪产业革命开始，逐渐应用于各类行业中。,第二阶段：上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压 元件，并首先应用于机床。,第三阶段：上世纪50、60、70年代，工艺水平有了很大提高，液压与气动技术也迅速发展，渗透到国民经济的各个领域：从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有流体传动与控制技术。,应用举例,如：火炮跟踪、飞机和导弹的驱动、炮塔稳定、海底石油探测平台固定、煤矿矿井支承、矿山用的风钻、火车的刹车装置、液压装载、起重、挖掘、轧钢机组、数控机床、多工位组合机床、全自动液压车床、液压机械手等。,我国液压与气动技术,从上世纪60年代开始发展较快，新产品研制开发和先进国家不差上下，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上去，制造比较困难，材料性能不能满足设计需要，影响了我国流体传动技术的发展。希望在坐各位能用自己所学为我国的流体传动技术作出应有的贡献。目前，流体传动技术正在向着高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向着用计算机控制的机电一体化方向发展。流体技术+电气控制，好比老虎插上翅膀，,1.2 液压传动的工作原理与组成,一、液压系统的工作原理举 例 液压千斤顶组成,工作原理特 点（1）用具有一定压力的液体来传动（2）传动过程中必须经过两次能量转换（3）传动必须在密封容器内进行，而且容积要发生变化。（4）依靠液体的静压力传递动力,二、液压传动系统的组成,机床工作台液压传动系统组成,二、液压传动系统的组成,1.动力装置液压泵。将原动机输入的机械能转换为液体或气体的压力能作为系统供油能源或气源装置。2.执行装置 液压缸（或马达）。将流体压力能转换为机械能，而对负载作功。,3.控制调节装置各种液压控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务。4.辅助装置油箱、油管、滤油器、压力表、冷却 器、分水滤水器、油雾器、消声器、管件、管接头和各种信号转换器等，创造必要条件，保证系统正常工作。,5.工作介质 液压油或压缩空气，作为传递运动和动力的载体。,液压传动系统的图形符号,结构或半结构式图形表示结构原理直 观性 强，易理解，但结构 复杂。表示方法 图形符号*只表示元件功能，不表示元件 结构和参数，简单明了,易于 绘制。（GB78693）图形 符号,1.3 液压传动的优缺点,液压传动的优点 独特之处力大无穷（P=32MP 以上）如:所拿液压千斤顶，可顶起1.6吨重物，若每位男同 学体重为128斤，可举起25位男同学。液压传动的缺点 不宜远距离传递 泄漏严重 不宜保证严格的传动比 污染地面 对温度变化敏感 难于检查故障,1.4 液压油,目的任务 了解油液性质 重点难点 液压油的粘性和粘度 粘温特性,提问作业,1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？,液压油,1.4.1 液压油的物理性质1.4.2 对液压油的要求及选用一 液体的密度二 液体的粘性三 液体的可压缩四 其他性质,液体的密度,密度单位体积液体的质量=m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取=900kg/m 3的大小。,粘性的物理本质,液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性.或:流动液体流层之间产生内部摩擦阻力的性质.粘性的物理本质 内摩擦力表达式 F=A du/dy 液体静止时,du/dy=0 静止液体不呈现粘性,粘 度,粘 度衡量粘性大小的物理量 动力粘度 粘度 运动粘度 相对粘度0E,动力粘度公式:=F/A=du/dy（N/m）=dy/du（Ns/m）动力粘度物理意义液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。,动力粘度单位 国际单位（SI制）中：帕秒（PaS）或牛顿秒/米2（NS/m）；以前沿用单位（CGS制）中：泊（P）或厘泊（CP）达因秒/厘米2dynS/cm）换算关系：1PaS=10P=103 CP,运动粘度 动力粘度与液体密度之比值 运动粘度公式=/（m/S）运动粘度物理意义无（只是因为/在流体力学中经常出现 用代替（/）,运动粘度单位SI制：m/S CGS制：St（斯）、CSt（厘斯）（Cm/S）（mm/S）换算关系：1m2/S=104St=106 CSt运动粘度单位说明 单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标注,液压油牌号标注老牌号20号液压油，指这种油在50C 时的平均运动粘度为20 cst。新牌号LHL32号液压油，指这种油在 40C时的平均运动粘度为32cst。相对粘度0E、不易直接测量，只用于理论计算，常用相对粘度,相对粘度（条件粘度）恩氏度0E 中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU 美国用雷氏秒R 英国用巴氏度0B 法国用换算关系：恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系=（7、310E-6、31/0E）10-6,液体的可压缩性定义,液体受压力作用而发生体积缩小性质。液体的体积压缩系数定义定义：体积为v的液体，当压力增大 p时，体积减小v,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。液体的体积压缩系数公式=-v/p v=（5-7）x10-10 m2/N液体的体积压缩系数物理意义：单位压力所引起液体体积的变化p v 故为保证为正值，式中须加负号,液体的体积弹性模数定义：液体压缩系数的倒数液体的体积弹性模数公式 k=1/=-p v/v 液体的体积弹性模数物理意义：表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：k=（）*109 N/m2 若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。,液体的其它性质 1、粘度和压力的关系 P，F，随p而，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑液体的其它性质2、粘度和温度的关系 温度，内聚力，粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。,对液压油的要求（1）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；（3）纯净度好，杂质少；（4）对系统所用金属及密封件材料有 良好的相容性。,对液压油的要求（5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；（7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。（凝点 油液完全失去其流动性的最高温度）（8）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜 总之：粘度是第一位的液压油的选择 选择液压油品种,2 选择液压油粘度液压油的类型机械油精密机床液压油气轮机油变压器油等 液压油选择首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号 慢速、高压、高温：大（以q）通常 快速、低压、低温：小（以P）,1.5 液体静力学,研究内容：研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用。静止液体 指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。,1.5、1 液体的静压力及特性 1.5、2 液体静力学基本方程式 1.5、3 压力的表示方法及单位 1.5、4 静压传递原理 1.5、5 液体对固体壁面的作用力,液体的静压力及特性 质量力（重力、惯性力）作用于液体的所有质点作用于液体上的力 表面力（法向力、切向力、其它物体或 容器对液 体、一部分液体作用于 令一部分液体等）作 用于液体的表面,液体的静压力定义：液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。液体静压力特性（1）垂直并指向于承压表面 液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有 法向应力（2）各向压力相等 有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等,压力的表示方法及单位,相对压力*以大气压力为基 准所测关系绝对压力=大气压力+相对压力 或相对压力（表压）=绝对压力 大气压力 注 液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力真空度=大气压力 绝对压力,液体静力学基本方程,pdA=p0dA+G=p0dA+ghdA p=p0+gh,静压传递原理帕斯卡原理（静压传递原理）在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。根据帕斯卡原理：p=F/A液压系统压力形成 p=F/A 结论：液压系统的工作压力取决于负载，并且 随着负载的变化而变化。,液体对固体壁面的作用力,作用在平面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力 P=pA 如：液压缸，若设活塞直径为D,则 P=pA=pD2/4 作用在曲面上的总作用力 Fx=pAx结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。,1.6 液体动力学,目的任务：了解流动液体特性、传递规律掌握动力学三大方程、流量和结论重点难点：流量与流速关系及结论三大方程及结论、物理意义,基本概念理想液体、恒定流动1 理想液体：既无粘性又不可压缩的液体2 恒定流动（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点的p、u和都不随时间而变化流动.3 流线、流管和流束 4 流量和平均流速,连续性方程,连续性方程 m1=m2 1u1dA1dt=2 u2dA2dt 若忽略液体可压缩性 1=2=u1dA1=u2dA2 A u1dA1=A u2dA2 则 v1A1=v 2A2 或 q=vA=常数 结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流 量是相等的，因而流速和过流断面成反比。,伯努利方程,p1+g Z1+v12/2=p2+g Z2+v22/2 或 p/g+Z+v2/2g=C（c为常数）理想液体伯努利方程的物理意义 在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。,实际液体伯努利方程,p1/g+Z1+1 v12/2g=p2/g+Z2+2 v22/2g+hw 层流=2 紊流=1 p1-p2=p=g hw,动量方程,X向动量方程：Fx=q(2v 2x-1v1x)X向稳态液动力：Fx=-Fx=q(1v1x-2v2x)结论：作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图 使阀口关闭。,1.6管路中液体的压力损失,目的任务：了解损失的类型、原因 掌握损失定义减小措施 重点难点：两种损失减小措施,圆管沿程压力损失pf=128l q/d4=8l q/R4 将 q=R2 v，=代入上式并简化得：pf=p=32lv/d2 结论：液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正比，而与管径的平方成反比。,圆管紊流的压力损失p=l/dv2/2=0.3164Re-0.25（105 Re 4000）=0、032+0.221Re-0.237（3*106 Re 105）=1、74+2lg（d/）-2（Re 3*106 或 Re900d/）,局部压力损失公式pv=v2/2 标准阀类元件局部压力损失pv=pn(qv/qvn)2,管路系统的总压力损失p=p+pv=l/dv/2+v2/2,1.8 液体流经小孔及缝隙的流量,目的任务 了解流量公式、特点、两种现象 产生原因 掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象危害及消除重点难点1 薄壁小孔流量公式及特点 2 流量通用方程及各项含义 3 平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论4 两种现象危害及消除方法,小孔流量压力特性 薄壁小孔 l/d 05 孔口分类 细长小孔 l/d 4 短孔 0、5 l/d 4,薄壁小孔流量压力特性短孔和细长孔的流量压力特性短孔：q=CqAT 2p/细长孔：q=d4p/128l=d2p/32l=CAp 结论：q p 反比于,流量通用方程 薄壁孔：q=CqAT 2p/=Cq2/AT p 短孔：q=CqAT 2p/=Cq2/AT p 细长孔：q=d4p/128l=1/32l d4/4 p 流量通用方程：q=C ATp,