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液压传动,中国矿业大学（北京）,第一章 绪论,液压传动发展概况液压传动原理及组成部分液压传动的优缺点液压传动的应用,1-1 液压传动发展概况,17世纪中叶 帕斯卡提出静压传递原理18世纪末 英国制成第一台水压机19世纪 炮塔转位器、六角车床和磨床 第二次世界大战 兵器（功率大、反应快）战后转向民用 机械、工程、农业、汽车 20世纪60年代后 发展为一门完整的自动化技术现在国外 95%工程机械、90%数控加工中心、95%以上的自动线采用液压传动。采用液压传动的程度成为衡量一个国家工业水平的重要标志,1、液压技术的发展,1-2 液压传动工作原理及系统组成,一、液压与传动工作原理及系统组成 1.工作原理 2.系统组成,1、工作原理,工作台液压缸换向阀节流阀开停阀溢流阀液压泵滤油器油箱油管,工作原理,动画演示,工作原理,液压千斤顶,、系统组成,（1）、动力元件 泵（机械能 压力能）（2）、执行元件 缸、马达（压力能 机械能）（3）、控制元件 阀（控制方向、压力及流量）（4）、辅助元件 油箱、油管、滤油器（）、工作介质液压油,液压元件,三、图形符号,两种工作原理图：1、半结构式 直观，画法复杂。2、职能符号 画法简单，清晰。,职能符号表示的液压系统图,图1-2 机床工作台 液压系统图,注意：,1）职能符号只表示元件的职能和管路的 连接，不反映结构参数和安装位置。2）图上所示位置是静态位置或零位。,1-3 液压与气动的优缺点,1、优点（1）体积小、重量轻、结构紧凑 外形尺寸是同功率电机的12%，重量 10-20%。（2）可以实现无级调速（3）传递运动平稳、润滑好、寿命长（4）易于实现自动化（5）易于实现过载保护（6）“制造容易”,2、缺点,（1）有泄漏，效率低。（2）油温变化时对传动性能有影响。（3）制造精度要求高。（4）故障不易查找。,1-4液压传动技术的应用,工程机械 推土机、挖掘机、压路机起重运输 汽车吊、叉车、港口龙门吊矿山机械 凿岩机、提升机、液压支架建筑机械 打桩机、平地机、液压千斤顶农业机械 拖拉机、联合收割机冶金机械 压力机、轧钢机锻压机械 压力机、模锻机、空气锤机械制造 组合机床、冲床、自动线、气动扳手轻工机械 打包机、注塑机汽车工业 汽车中的转向器、减振器、自卸汽车智能机械 模拟驾驶舱、机器人,第二章 工作介质,工作介质的作用传递动力和信号的工作介质；润滑、冷却和防锈；,液压油,2-1 液压油的种类及代码一、种类,石油型,难燃型,机械油汽轮机油液压油,水-乙二醇液磷酸酯液,水包油油包水,乳化液,合成型,液压油组成,为了改善液压油液的性能，常在油液中加入各种添加剂。添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘性、抗泡剂、抗磨剂等。,二、液压油的代号,最常用的液压油名称及代号是：基础油（HH）普通液压油（HL）抗磨液压油（HM）低温液压油（HV）例如：L-HM32,2-2 液压油物理性质,一、可压缩性 液压油的体积将随压力的增高而减小。体积压缩系数,即单位压力变化下的体积相对变化量,体积变化,初始体积,压力变化,体积弹性模量K(体积压缩系数的倒数),V0一定，在同样p下，K 越大,V 越小 说明K 越大，液体的抗压能力越强 矿物油 K=(1.42.0)10 9 N/m 2 钢 K=2.06 10 11 N/m 2 k油=100150 k钢 在静态下工作时，不考虑液体的可压缩性。,体积弹性模量K(体积压缩系数的倒数),液压油液的体积弹性模量和温度、压力有关：温度增大时，K值减小；压力增大时，K值增大；,二、粘性-粘度,液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩檫力，它使液体各层间的运动速度不等，这 种现象叫做液体的粘性。静止液体不呈现粘性。,二、粘性,附着力 液体与固体表面 内聚力 液体分子与分子之间,粘性示意图,下板固定上板以u0运动附着力 A点：u=0 B点：u=u0内摩擦力 两板之间液流速度逐渐减小,B,A,内摩擦力：,式中：粘性系数(粘度)A 液层接触面积 du/dy速度梯度,牛顿内摩擦定律,两液层的速度差,两液层间的距离,切应力:,2.粘度,三种表示方法：,2)运动粘度,单位：Pa.S（帕秒）,单位：m2/s,1)动力粘度,机械油的牌号,是用40时运动粘度的平均值来标志的例：20号机械油=1723 cSt（厘拖）换算关系：1 m2/s=104 St=106 cSt(=106 mm2/s)拖(cm2/s)厘拖(mm2/s),3)相对粘度(恩氏粘度),式中：t1 油流出的时间 t220OC蒸馏水流出时间,恩氏粘度与运动粘度的换算关系,通常以20、50、100OC作为标准测定温度，记为：,3.粘度与压力的关系,p 应用时忽略影响,4.粘度与温度的关系,T 影响：大，阻力大，能耗 小，油变稀，泄漏限制油温：T，加冷却器 T，加热器,粘温图,三、其他性质,稳定性(热、氧化、水解、剪切）抗泡沫性防锈性相容性（金属、密封、涂料）通过添加剂控制,四、对液压油的要求,1.合适的粘度，粘温性好2.润滑性能好3.杂质少4.相容性好5.稳定性好6.抗泡性好、防锈性好7.凝点低,闪点、燃点高8.无公害、成本低,2-3 液压油液的选择和使用,一、液压油液选择依据1、正确而合理地选择液压油液，对液压系统适应各种工作环境的能力，延长系统和元件的寿命，提高系统工作的可靠性都有重要的影响。2、最重要的因素是液压油液的粘度，粘度大，液流的压力损失和发热大，系统效率下降。粘度小，泄漏增大也影响系统效率。3、在液压系统中，液压泵的工作条件最为严峻，一般根据液压泵的要求来确定液压油液的粘度。4、油温对粘度影响极大，应根据具体情况控制油温，使泵和系统在油液的最佳粘度范围内工作。,2-3 液压油液的选择和使用,二、液压油液的选择1.优先考虑粘性=11.5 41.3 cSt 即 20、30、40号机械油2.按工作压力 p 高，选大；p 低，选小3.按环境温度 T 高，选大；T 低，选小4.按运动速度 v 高，选小；v 低，选大5.其他 环境（污染、抗燃）经济（价格、使用寿命）特殊要求（精密机床、野外工作的工程机械）,三、液压油的使用,1.控制油温2.防止污染3.定期抽检、定期更换4.油箱储油充分5.确保密封,2-4 液压油液的污染控制,实践和统计数字表明，液压油液的污染是系统发生故障的主要原因，发达国家70左右液压系统的故障是由于油液污染造成的，国内则高达90的液压系统的故障是由于油液污染造成的。油液的污染导致液压系统的可靠性和使用寿命大大降低。液压油液的正确使用、管理以及污染控制，是提高系统可靠性及延长元件使用寿命的重要手段。,一、污染物的种类和危害,污染物的种类：包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物。液压油液被污染后，将对系统及元件产生下下述不良后果：固体颗粒加速元件磨损，堵塞缝隙及滤油器，使泵、阀性能下降，产生噪声；水的侵入加速油液的氧化，并和添加剂超作用产生粘性胶质，使滤芯堵塞；空气的混入降低油液的体积弹性模量，引起气蚀，降低油液的润滑性；金属腐蚀；微生物的生成使油液变质。,二、污染的成因,外界侵入的污染物 液压油液运输过程中带来的污染物；液压装置组装时残留下来的污染物；从周围环境混入的污染物；工作过程中产生的污染物 元件中相对运动件磨损时产生的污染物；液压油液物理化学性能变化时产生的污染物；,三、污染的测定,对液压系统工作影响最大的是固体颗粒，对油液污染的测定也主要是针对固体颗粒。油液的污染度是指单位容积油液中固体颗粒污染物的含量，可以用重量或颗粒数表示，相应的污染物测试方法有称重法和颗粒计数法。1）称重法：100mL油液样品真空过滤并烘干后，称重。2）颗粒计数法：测定油液样品单位容积中不尺寸范围内颗粒污染物的颗粒数，从而查明其区间颗粒浓度。显微镜法,100mL油液真空过滤，把所得颗粒进行溶剂处理后，放在显微镜下，找出其尺寸大小及数量。自动颗粒计数器法，利用光源照射油液样品，油液中颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号来测定油液污染度。,四、污染度的等级,描述和评定油液污染的程度，目前常用两种标准：美国的NAS1638和中国的国家标准（ISO4406）。,四、污染度的等级,NAS1638污染度等级按100mL油液中在五个给定颗粒尺寸区间(5-15um,15-25um,25-50um,50-100um,100um)的最大允许颗粒数划分为14个等级，最清洁为00级，污染度最高为12级。,四、污染度的等级,中国采用的ISO4406标准，用两个代号表示油液的污染度，前面的代号表示1mL油液中大于5um颗粒数的等级，后面的代号表示1mL油液中大于15um颗粒数的等级。两个代号间用一斜线隔开。5um左右的颗粒容易堵塞元件的缝隙，15um左右的颗粒对元件的磨损影响较大。,四、污染度的等级,四、污染度的控制,液压油液污染的原因很复杂，液压系统自身也在不断产生污染物，要彻底解决液压系统油液的污染问题是较困难的。为了延长液压系统的寿命，保证液压系统可靠工作，将液压油液的污染控制在一个合理的范围内，使其不对系统的工作产生较大的影响，这样是切实可行的。,四、污染度的控制,为了减少油液的污染，常采取以下措施：1）对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中残留的污染物；2）防止污染物从外界侵入；3）采用合理的过滤器；4）控制油液的温度；5）定期检查和更换液压油液。,2023/9/18,49,液压流体力学基础,简单介绍与液压传动相关的流体力学基本知识,50,概述,流体静力学流体动力学管道中的液流孔口和缝隙液流气穴现象,51,流体静力学,压力及其性质重力作用下压力的分布压力的表示方法及单位帕斯卡原理,52,压力,定义压强单位面积上的所受到的内法线方向的法向应力,53,重力作用下静止液体的压力分布,静止液体内任一点的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力P。，另一部分是重力产生的压力；静止液体内的压力随液体深度呈直线规律分布；,54,压力的表示及单位,绝对压力和相对压力；压力的单位；,55,帕斯卡原理,在密闭容器中，施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体各点。,56,流体动力学,流量连续方程伯努力方程,57,流量,定义单位时间内流过流束通流截面的液体体积,58,连续性方程,流动液体的质量守恒定理演化而来在恒定流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相等的,59,管道中液流的特性,流态、雷诺数圆管层流圆管紊流压力损失,60,流态,层流和紊流层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线方向，液体流速较低，质点受粘性制约，能量主要消耗在磨擦损失上，转化为热能紊流：液体质点的运动杂乱无章，惯性力起主要作用，能量消耗在动能损失上,61,流态,雷诺数液体在圆管中的流动状态与管内的平均流速有关，还与管径和运动粘度有关，决定液流状态的是这三个参数所组成的一个无量纲的数雷诺数临界雷诺数Recr,62,压力损失,沿程压力损失局部压力损失,63,孔口和缝隙液流,薄壁小孔短孔和细长孔缝隙液流,64,薄壁小孔,定义-l/d0.5流量方程流量系数,65,短孔和细长孔,定义-l/d0.5流量方程流量系数,66,缝隙液流,平行平板缝隙同心园环缝隙偏心园环缝隙圆环平面缝隙,67,气穴现象,原因空气分离压和饱和蒸气压危害,68,原因,空气分离压空气在油液中存在的方式在一定温度下，当油液的压力低于某值时，溶解在油液中的过饱和空气会迅速从油液中分离出来，产生大量气泡饱和蒸气压在一定温度下，当油液的压力低于某值时，油液本身迅速气化，产生大量蒸气节流口处的气穴,69,危害,液压装置产生噪声和振动金属表面受到腐蚀,第四章 液压泵和液压马达,4-1 液压泵概述,一、液压泵和液压马达的分类,液压泵和液压马达的种类按其排量能否调节分为：。定量泵（定量马达）。变量泵（变量马达）按结构形式可分为：。齿轮式。叶片式。柱塞式。螺杆式,二、液压泵的工作原理及图形符号,（一）液压泵的工作原理 液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的，其工作原理如图所示。,液压泵工作原理,单柱塞泵工作原理,（一）液压泵的工作原理,构成容积泵的基本条件是：1结构上能实现具有密封性的工作腔；2工作腔能周而复始地增大和减小，当它增大时与吸油口相连，当它减小时与排油口相连，泵的输出流量与此空间的容积的变化量和单位时间内的变化次数成比例，与其它因素无关；3吸油口与排油口不能沟通；4.油池内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入液体的外部条件。5.设置专门的配流机构。,(2)容积式液压泵的性能,从上述工作过程可以推论，液压泵具有以下共同的基本性能：1液压泵在每一工作周期中吸入或排出的液体容积只取决于工作构件的几何尺寸。因此，在不考虑泄漏影响时，液压泵每转一转(它包含一个或若干个工作周期，视泵的工作原理而定)排出的液体容积-排量是恒定的。2.液压泵的理论流量与泵的转速成正比。因为不考虑泄漏等影响时的理论流量是转速与排量的乘积。3在不考虑泄漏及液体的压缩性时，液压泵的流量与工作压力无关。因为不管压力高低，在每个工作周期中被泵强迫排出的液体容积是不变的。,（三）液压泵的图形符号,a.单向定量液压泵b.单向变量液压泵c.单向定量马达d.单向变量马达e.双向变量液压泵f.双向变量马达,1）理论流量2）实际流量3）额定流量：额定压力、额定转速下 泵输出的流量,三、液压泵的性能参数,1.压力,2.流量,1）工作压力取决于负载2）额定压力3）最高压力,（一）液压泵的性能参数,3.输出功率：,4.输入功率：,5.效率：,式中：pi 泵的入口压力 po 泵的出口压力,4-2 齿轮泵,外啮合内啮合,分类,按齿面,按齿形曲线,按啮合形式,直齿斜齿 人字齿,渐开线摆线,齿轮泵的分类,一、外啮合齿轮泵原理和结构,1.结构：,齿轮、壳体、端盖等,(一)外啮合齿轮泵的结构,典型结构,CB齿轮泵 p=2.5 MPa卸荷槽缩小压油口减小端面间隙 0.030.04mm增大吸油口小槽 a(泄油）小孔,2.工作原理,密封工作腔：齿间槽、壳体、端盖组成 啮合线、吸油腔、排油腔,吸油过程：轮齿脱开啮合V p 吸油；排油过程：轮齿进入啮合V p 排油。,外啮合齿轮泵工作原理,外啮合齿轮泵工作原理,1)产生原因：1，构成闭死容积Vb Vb由大小，p，油液发热，轴承磨损。Vb由小大，p，汽蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀。,二、外啮合齿轮泵结构上存在的几个问题,1.困油现象,2)危害：影响工作、缩短寿命,3)措施：开卸荷槽 原则：Vb由大小，与压油腔相通 Vb由小大，与吸油腔相通 保证吸、压油腔始终不通,2.泄漏问题,1)泄漏途径：轴向间隙 80%ql 径向间隙 15%ql 啮合处 5%ql2)危害：v3)防泄措施：a)减小轴向间隙 b)轴向间隙补偿装置 浮动侧板 浮动轴套,防泄措施：,b)轴向间隙补偿装置 浮动侧板 浮动轴套,a)减小轴向间隙 小流量：间隙0.025-0.04 mm 大流量：间隙0.04-0.06 mm,3.径向力不平衡,1）原因：径向液压力分布不均 啮合力2）危害：轴承磨损、刮壳。3）措施：缩小压油口，增加径 向间隙。压油口缩小后，安装时注意不能反转。,三、优缺点和用途,优点：体积小，重量轻，结构紧凑，工作可靠，自吸性能好，对油液污染不敏感，便于 制造、维修。缺点：效率低，流量脉动大，噪声高。用途：工程机械、机床低压系统。,四、内啮合齿轮泵,1.渐开线齿轮泵,特点:结构紧凑，尺寸小，重量轻流量脉动小，噪声小。,2.摆线齿轮泵（转子泵）,特点:结构简单，体积小重叠系数大，传动平稳吸油条件好脉动小，噪声小齿形复杂，加工精度要 求高，造价高。应用：机床低压系统,摆线齿轮泵（转子泵）,摆线齿轮泵（转子泵）,五、齿轮泵的常见故障及排除方法,4-3 叶片泵,4-3 叶片泵和叶片马达,优点：输出流量 均匀、脉动小、噪声低、体积小。缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结 构较复杂。,分类,单作用,双作用,每转排油一次,每转排油两次,一、单作用叶片泵,1.结构：,转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。,特点：定子和转子偏心；定子内曲线是圆；配油盘有二个月牙形窗口。叶片靠离心力伸出。,单作用叶片泵工作原理,单作用叶片泵工作原理,2.工作原理,密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成）吸油过程：叶片伸出V p 吸油；排油过程：叶片缩回V p 排油。旋转一周，完成一次吸油，一次排油单作用泵径向力不平衡非平衡式叶片泵（一个吸油区，一个排油区）,3.流量计算和流量脉动,1)流量计算：,1)流量计算,式中：b-叶片宽度 e 偏心距 D-定子内径,排量：,流量：,D R,2)流量脉动,流量脉动：,奇数叶片,偶数叶片,结论：z,.奇数比偶数时小。一般取z=13、15片,二、双作用叶片泵,1.结构特点：定子和转子同心；定子内曲线由四段圆弧 和四段过渡曲线组成；配油盘上有四个月牙形 窗口。,2.工作原理,旋转一周，完成二次吸油，二次排油双作用泵径向力平衡平衡式叶片泵（两个吸油区，两个排油区）,双作用叶片泵原理,双作用叶片泵原理,3.流量计算和流量脉动,其中：b-叶片宽度 R-定子长轴半径 r-定子短轴半径 叶片倾角 s 叶片厚度,2)流量脉动：,1）流量：,一般取 z=12、16片(取4的倍数）,理论上每一瞬间密封容积的变化一样，制造时长、短径圆弧很难保证同心。,4.典型结构及结构特征,5.结构特点,1）叶片倾角,T=N sin(-)sin(-)sin T T作用：减小切向分力，减轻叶片和槽的磨损，避免卡死。一般取=1014 O YB 型叶片泵取=13 O 双作用叶片泵前倾，单作用叶片后倾。叶片倾斜放置的泵不能反转,受力分析：N,TP,T=N sin 压力角 T sin,sin,T 危害：叶片和槽磨损，卡死。措施：沿旋转方向前倾角,前倾角后：N,T P 压力角(-),2)配油盘上的三角槽,原因：pV 油液倒流。影响：流量脉动，噪声。措施：开三角槽作用：缓冲，避免压力突变，减小流量脉动和噪声。,限压式变量叶片泵,1.结构特点:弹簧、反馈柱塞、限位螺钉。,2.工作原理：靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小，来改变流量。,转子中心固定，定子可以水平移动外反馈、限压,变量单作用叶片泵,变量叶片泵,3.流量-压力特性曲线,调节限位螺钉，qmax 变;改变弹簧刚度，pmax变，BC斜率变。,4.优缺点及应用,优点：功率利用合理，简化液压系统缺点：结构复杂，泄漏增加，m，v应用：要求执行元件有快速、慢速和保压的 场合,四、叶片泵的常见故障及排除方法,4-4 柱塞泵,轴向式,径向式,（一）工作原理1.工作原理,密封工作腔（缸体孔、柱塞底部）由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、排油。吸油过程：柱塞伸出Vp吸油；排油过程：柱塞缩回vp排油。,一、轴向柱塞泵,*缸体转动*斜盘、配油盘不动,缸体、柱塞、配油盘、斜盘,*柱塞伸出,低压油机械装置,2.典型结构,柱塞泵结构与原理,柱塞泵结构,3.流量计算,排量:,一个密封空间:,流量:,式中：d-柱塞直径 D-柱塞分布圆直径-斜盘倾角 z-柱塞数,q tg,q;q。改变 的大小变量泵；改变 的方向双向泵。,流量脉动率：,z为奇数,z为偶数,结论：柱塞数为奇数时流量脉动小，柱塞数越多，脉动越小。一般取 z=7、9、11,4.特点及应用,特点：容积效率高，压力高。（v=0.98,p=32 Mpa）（柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高，内泄小）结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小;易于实现变量；构造复杂,成本高；对油液污染敏感。应用：用于高压、高转速的场合。,(二)典型结构,SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32 MPa）,结构特点,滑靴：降低接触应力，减小磨损。柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。变量机构：手动变量机构。,（三）轴向柱塞泵的常见故障及排除方法,4.5 液压马达,4.5.1 液压马达概述,一、液压马达的分类,液压马达的种类按其排量能否调节分为：。定量马达。变量马达 按结构形式可分为：。齿轮式。叶片式。柱塞式。螺杆式,（二）液压马达的工作原理,液压系统中使用的液压马达也是容积式的，从原理上讲是把容积式泵逆用，即向泵中输入压力油，就可使泵轴转动，输出转矩和转速，成为液压马达。,（三）液压泵和液压马达的图形符号,a.单向定量液压泵b.单向变量液压泵c.单向定量马达d.单向变量马达e.双向变量液压泵f.双向变量马达,(四)马达的性能参数,1.转速：,2.转矩：,4.输出功率：,3.输入功率：,5.效率：,4.5.2 齿轮马达,1.结构特点：两个油口一样大，有单独的泄油口。,2.工作原理：由于两个齿轮的受压面积 存在差值，因而产生转矩，推动齿轮转动。T=F r=p A r F1=p b(h x)F2=p b(h y)3.应用：高转速、低扭矩 的场合。,y,x,4.5.3 双作用叶片马达,1）结构特点 叶片沿转子径向放置（正反转）叶片根部加扭力弹簧 有外泄口2）工作原理 F=p A=p(R-r0)b-p(r-r0)b=p(R-r)b3）应用：高速、低扭矩及要求 动作灵敏的场合。,4.5.4 轴向柱塞马达,1.结构,2.工作原理,输入的高压油通过柱塞作用在斜盘上。斜盘给柱塞的反作用力的径向分力，使缸体产生转矩。通过输出轴带动负载做功。,改变供油方向马达反转。双向马达改变斜盘倾角排量变，转速变。变量马达3.应用：高转速、较大扭矩的场合。,摆动马达（摆动缸）,1.结构：叶片、缸体、输出轴,双叶片式,单叶片式,2.参数计算及用途,单叶片 摆角300o,双叶片 摆角150o 转矩是单叶片的两倍，角速度是单叶片的一半。用途：实现摆动往复运动,职能符号：,摆动马达,第五章 液压缸,第五章 液压缸,作用：压力能机械能 用于实现直线往复运动,活塞缸,单杆,双杆,柱塞缸,伸缩缸,5-1 液压缸的类型和特点,分类,单作用,双作用,按作用方式,按结构,一、活塞式液压缸,（一）、单杆活塞缸1.结构：,缸体、活塞、活塞杆、密封、缸盖等,2.工作原理：,工作原理：因两侧有效作用面积或油液压力不等，活塞在液压力的作用下，作直线往复运动。,职能符号：,单杆单作用活塞缸,单杆双作用活塞缸,双向液压驱动,单向液压驱动，回程靠外力。,结构,单杆活塞缸,单杆缸,3.基本参数,1）推力,式中：p1进油压力 p2回油压力,2）速度,特点：同样 q，v1 F2。,4.应用：往返运动速度及推力不同的场合。,例：液压刨床,差动缸,推力：,速度：,特点：v3 v1；F3 F1。,结论：差动连接后，速度大，推力小。,代入上式：,活塞只有一个，设此时的速度为v3,差动缸,如令：,则有：,结论：当,时，快进、快退速度相等。,或,1.结构特点：两侧有效工作面积一样。,（二）、双杆活塞缸,2.基本参数：,应用：,职能符号：,l活塞有效工作行程。,安装方式,缸固定 L=3 l杆固定 L=2 l,两个方向力和速度一样的场合。,缸固定,L=3 l,杆固定,杆固定时、缸移动,软管空心杆,L=2 l,双杆活塞缸结构,双杆活塞缸结构,(三）活塞式液压缸典型结构,1缸底 2卡键 3、5、9、11密封圈 4活塞 6缸筒7活塞杆 8导向套 10缸盖 12防尘圈 13耳轴,二、柱塞缸,（一）单柱塞缸,单向液压驱动，回程靠外力。,（二）双柱塞缸,双向液压驱动,双柱塞缸,柱塞缸结构,（三）参数计算,推力：,速度：,应用：行程较长的场合。,职能符号：,柱塞粗、受力好。简化加工工艺（缸体内孔和柱塞没有配合，不需精加工；柱塞外圆面比内孔加工容易。）,三、伸缩液压缸,1一级缸筒 2一级活塞 3二级缸筒 4二级活塞,伸缩缸,伸缩缸结构与工作原理,四、液压缸的安装、调整与维护,1.安装方法（1）液压缸只能一端固定，另一端自由，使热胀冷缩不受限制（2）底脚形和法兰形液压缸的安装螺栓不能直接承受推力载荷。（3）耳环形液压缸活塞杆顶端连接头的轴线方向必须与耳轴的轴线方向一致。,2.液压缸的调整,（1）排气装置的调整（2）缓冲装置的调整（3）注意事项,3.液压缸的维护,（1）在拆卸液压缸前，先松开溢流阀，将系统压力降为零，再切断电源。（2）放掉液压缸两腔油液，一般应先松开端盖的连接螺栓，然后按顺序拆卸。（3）拆卸时，不能损伤进、出油口螺纹，活塞杆表面和头部螺纹。（4）拆卸后，应检查各配合表面及密封（5）组装液压缸前，将各部分用汽油或煤油洗净晾干。（6）组装液压缸时特别注意密封元件的安装（7）耐压试验后应再次紧固有关螺栓。,五、液压缸常见故障和排除方法,直线运动,摆动运动,活塞缸,单杆,双杆,双作用,差动,柱塞缸,单作用,伸缩缸,摆动缸（摆动马达）,齿轮缸,液压缸设计与计算,一、基本参数计算,.总阻力：,液压缸的设计计算,式中：Fl 工作载荷 Ff 摩擦阻力 Fa 惯性阻力,速比：,v的选择：p，选v;p,选v.,2.速度和速比,对速度要求高时：由v、q,确定D；或已知v、D,确定q。对速度没有要求：由q、D、d 确定v。,v2、d 由速比v 确定,3.缸筒内径D,按推力计算：,按拉力计算：,按国标圆整为标准尺寸。,4.活塞杆直径 d,1）按v 确定,2）按工作压力确定,按国标圆整为标准尺寸。,时，为薄壁筒（无缝钢管）,式中：py 实验压力,1.缸筒壁厚,二、结构计算和校核,n 安全系数 n=5,pn 缸的额定压力,许用应力，b 抗拉强度,注意：圆整为标准壁厚 1）铸造：满足最小尺寸 2）无缝钢管：查手册(无缝钢管外径不需加工）,时，为厚壁筒（铸造）,缸筒外径：,2.活塞杆的校核,1）强度校核,式中：活塞杆材料的许用应力,n 安全系数 n=1.4 2,b 抗拉强度,2）稳定性校核,时，强度校核即可,时，要进行稳定性计算,稳定条件：,式中：F 活塞杆所受最大压力 Fk 活塞杆的稳定临界力 nk 稳定安全系数 nk=2 4,式中：l 活塞杆的计算长度 rk 活塞杆截面最小回转半径,当细长比 时：,1 柔性系数2 末端系数（由液压缸的支承方式决定）E 弹性模量J 活塞杆截面惯性矩A 活塞杆横截面积,稳定临界力Fk 的确定：,当 时：,式中：f 由材料强度决定的实验值 a 系数,第六章 液压阀,6-1 阀的作用和分类,一、作用 控制液流的方向、压力和流量。二、分类 按用途：方向阀 压力阀 流量阀按连接方式：管式 板式 插装式按操纵方式：手动、机动、电动、液动和电液动,6-1 阀的作用和分类,二、液压阀的共性问题 阀口的形式-锥阀、球阀、滑阀、板阀 阀芯上的作用力-液压力、弹簧力、液动力、卡紧力,6-2 方向控制阀,6-2 方向控制阀,一、作用 控制液流方向，从而改变执行元件的运动方向。二、分类 单向阀 换向阀,6-2.1 单向阀,一、普通单向阀结构：阀体、阀芯、弹簧等,单向阀原理,单向阀工作原理,单向阀工作原理,作用：只许油液单向流动，反向不通。要求：正向流动阻力小，反向不通，密封好。开启压力：0.030.05 MPa背压阀：(单向阀的变形)弹簧较硬 开启压力：0.20.6 MPa背压：执行元件回油腔的压力。,职能符号：,应用：,锁紧油缸，避免向油泵倒灌。平衡重物,二、液控单向阀,组成：普通单向阀+小活塞缸特点：a.无控制油时，与普通单向阀一样，b.通控制油时，正反向都可以流动。,职能符号：,液控单向阀,液控单向阀工作原理,应用：,锁紧油缸，避免倒灌。控制重物下放速度。,液压锁,6-2.2 换向阀,作用：改变油流方向,组成,主体(阀体、阀芯）,操纵定位装置,分类,滑阀,转阀,一、主体部分,1.两位两通,职能符号：,作用：控制油路的通与断,2.两位三通,职能符号：,作用：控制液流方向,3.两位四通,职能符号：,作用：控制执行元件换向,P 压力油口O 回油口A、B 分别接执行元件的两腔,4.三位四通,职能符号：,作用：换向、停止。,5.两位五通,职能符号：,作用：换向、两种回油方式。,6.三位五通,职能符号：,作用：换向、停止、回油不同。,两种回油方式,工进：有背压运动平稳退回：快速畅通,二、操纵定位装置,作用：移动阀芯并使其保持在工作位置上。,a.手柄控制，弹簧复位。,1.手动,b.手柄控制，钢球定位。,应用：小流量，需徒手操作的场合。,三位四通手动换向阀,结构图,2.机动,两位两通机动换向阀,挡块操纵，弹簧复位。,应用：行程控制的场合。（又叫行程阀）,两位两通,常开,常闭,靠弹簧的方格表示常态,用行程阀速度换接,3.电磁,两位三通电磁换向阀,电磁铁操纵，弹簧复位。,优点：易于实现自动化。应用：小流量的场合。（q63 L/min),实物,4.液动,液体操纵，弹簧复位。,三位四通液动换向阀,应用：高压，大流量的场合。（q160 L/min),5.电液动,电液动,电液联合控制，弹簧复位。电磁控制先导阀动作，液体控制主阀芯动作，节流阀控制阀芯移动速度。,简化符号：,应用：高压、大流量的场合。（q1200 L/min),三位四通电液换向阀,实物,三、中位机能,O型,三位滑阀在中间位置工作时，油路的连通方式。,双向锁紧，系统保压。,M型,双向锁紧，油泵卸荷。,H型,油缸浮动，泵卸荷。,P型,差动连接。,Y型,油缸浮动，系统保压。,K型,单向锁紧，油泵卸荷。,四、主要性能参数,1.工作可靠性（电磁阀、电液阀、液动阀）可靠的换向、复位；（与压力、流量有关）2.压力损失 通过的流量影响压力损失；3.内泄漏量 影响系统效率，使油液升温；4.换向、复位时间 按系统要求合理选用；5.换向频率 单位时间内的换向次数。（电磁阀：60次/min),换向阀小结,职能符号:,位:,阀芯的工作位置;,通:,阀体上油路的通道数;,机能:,中位时油路的连通方式。,控制方式:,6-3 压力控制阀,6-3 压力控制阀,分类 按用途：溢流阀 减压阀 顺序阀 平衡阀 卸荷阀 按阀芯结构：滑阀 球阀 锥阀 按工作原理：直动式 先导式,6-3.1 溢流阀,作用：防止系统过载，保持系统压力恒定。一、工作原理 1.直动式溢流阀 结构：,职能符号：,工作原理：p ps,溢流。ps 弹簧力,DBD型直动式溢流阀,实物,2.先导式溢流阀,结构：先导阀 主阀,阻尼孔、压差p,远程控制口K:实现远程调压。K口打开，p 由控制油压决定；K口堵上，p 由先导阀ps 决定。,先导式溢流阀,先导式溢流阀工作原理,职能符号,新符号,旧符号,实物,先导式溢流阀,先导式溢流阀,二、静态特性,1.直动式,溢流时阀芯受力方程：,k 弹簧刚度,弹簧的预压缩量,阀口开度（阀芯位移，即增加的压缩量）,式中：,开启压力：,调定压力(全流压力):,通过额定流量时阀芯的位移,调压偏差:,（阀口将开未开）,流量-压力特性方程：,特性曲线,特点：反应快，波动大（0.2-0.4 MPa).,2.先导式,对于高压大流量的溢流阀，为了减小波动，采用了先导阀。,特点：反应慢，稳定性好，波动小。,p 主阀芯上端的压力,三、应用,1.作安全阀（常闭）作用：防止系统过载。,2.作溢流阀（常开）,作用：保持系统压力恒定,3.卸荷或远程调压,卸荷,远程调压,4.作背压阀,放在系统回油路上,6-3.2 减压阀,特点：出口压力控制阀芯动作，有单独泄油口工作原理：节流口产生压降p p2=p1-p，p1一定，p，p2。p1 ps,减压、稳压。,作用：减低系统压力，并有稳压作用。,稳压原理,p2 阀芯上移阀口减小 p，p2=p1-p，p1一定，p，p2；p2 阀芯下移阀口开大 p，p，p2=ps。,职能符号：,应用：,使夹紧缸获得稳定的低压。,6-3.3 顺序阀,作用：控制多个执行元件动作顺序。1.内控顺序阀,职能符号：,结构：出油口接二次油路，有单独泄油口。工作原理：p ps,接通。特点：内部控制，外部泄油。,顺序阀工作原理,顺序阀工作原理,应用：,控制液压缸动作顺序,2.外控顺序阀,结构：控制油口。工作原理：pK ps,进出口接通。特点：外部控制，外部泄油。,职能符号：,6-3.4 平衡阀,与顺序阀区别：没有单独的泄油口，弹簧较硬。,职能符号：,1.内控平衡阀特点：内部控制，内部泄油。,作用：放在执行元件的回油路上，平衡重物。,应用：,平衡重物。,2.外控平衡阀,职能符号：,特点：外部控制，内部泄油。,应用,平衡重物，限制重物下落速度。,6-3.5 卸荷阀,职能符号：,工作原理：pK ps,阀口打开，使泵卸荷。,作用：使油泵卸荷，减小功率消耗。区别：出口接油箱，K口接卸荷油压。,特点：外部控制，内部泄油。,应用：,使左泵卸荷,6-3.6 压力继电器,作用：利用系统中压力变化，控制电路的通断。,工作原理：,p ps,微动开关闭合，发出电信号。p ps,微动开关断开，电信号撤销。,职能符号：,应用：1.控制电磁阀动作。2.控制系统压力，出故障时，自动停车。,应用：,控制电磁阀，实现油缸顺序动作。,压力阀小结,作用：控制液压系统中的压力。共性：利用液压力和弹簧力比较，控制阀口的 开与关；或控制开口大小。溢流阀：控制进口压力减压阀：控制出口压力顺序阀：控制阀口通与不通，进而控制执行元件的 动作顺序。平衡阀：装在执行元件的回油路上，平衡重物。卸荷阀：使油泵卸荷。要求：掌握各种阀的工作原理及应用场合。,6-4 流量控制阀,6-4 流量控制阀,作用：控制流量，调节执行元件的运动速度。分类：节流阀 调速阀,一、普通节流阀结构：轴向三角槽工作原理：,职能符号：,静态特性,1.流量特性,薄壁孔,细长孔,C 流量系数 AT 节流口通流截面积 p 节流口前后压差 压差指数,q AT，p=c，AT，q。,影响流量稳定的因素,1)压差对流量稳定性的影响,AT 一定时，q变。,即当F变时，p变，q变。,pA一定，当F变时，pB变。,同样p下，对薄壁孔的流量影响小。,2)温度对流量稳定性的影响,3)节流口的阻塞阻塞现象：当p一定，AT 较小时，流量时大时小甚至断流。措施：加大水利半径、选择稳定性好的油液、精心过滤。薄壁孔不易附着、阻塞。,结论：薄壁式节流口流量特性好。,T变，变，q变。薄壁孔不受温度变化影响。,2.最小稳定流量和流量调节范围,最小稳定流量 qmin=0.05 L/min,应用：运动平稳性要求不高的调速系统。,流量调节范围：,流量特性曲线：,二、调速阀,1.组成：节流阀差压式减压阀2.工作原理p1一定，p2阀芯下移 xR pR pm，pT=pm-p2=C;p2阀芯上移 xR pR,pm，pT=pm-p2=C。,节流阀：F变，p变，q变。调速阀：F变，pT不变，q不受负载变化的影响。,调速阀工作原理,调速阀工作原理,特性曲线,应用：负载变化，运动平稳性要求高的调速系统。,p阀的进出口压差节流阀：p=pT=p1 p2调速阀：p=pT+pR当F变化时，调速阀进出口压差p 变，不变的是 pT。,要求：调速阀正常工作p 0.40.5MPa（p 0.4MPa时减压阀不起作用，和普通节流阀一样）,职能符号：,简化符号,第七章 辅助元件,蓄能器滤油器油箱热交换器管件,7-1 蓄能器,一、作用 储存油液的压力能。二、应用1）短时大量放油。2）维持系统压力。3）减小液压冲击。,种类,弹簧式,皮囊式,7-2 滤油器,作用：过滤污物。,滤油器,滤油器,滤油器,安装位置,7-3 油箱,作用：储存油液、沉淀和散热。,7-4 热交换器,一、冷却器,二、加热器,7-5 管件,一、油管二、管接头,二、管接头,第八章 调速回路,8-1 概述,1.节流调速2.容积调速3.容积节流调速,液压缸:,马达:,调速方法,有级变速,无级变速,8-2 节流调速回路,通过改变节流口的通流截面积来调节流量。,1.系统组成 定量泵、节流阀、溢流阀和执行元件。2.工作原理,一、进口节流调速回路,定压式节流调速回路,3.回路特性,1)机械特性 液压缸速度与外负载的关系。,分子分母同乘A,速度-负载特性方程,v与AT，pP，F有关，当AT 一定，F，v；同样F，AT，v。,速度-负载特性曲线,速度刚度：曲线上某点斜率的倒数,速度刚度,当AT 一定,F kv；当F=C,AT kv；pP,A1，,kv。结论