液压与气压传动 课件

,压,传,动,与,气,液,压,目录,第1章 液压流体力学基础,第2章 液压泵,第3章 液压执行元件,第4章 液压控制阀,第5章 液压传动辅助元件,第6章 液压基本回路,第7章 典型液压传动系统,第8章 液压传动系统的设计计算,第9章 液压传动伺服控制系统,第10章 气压传动基础知识,第11章 气源装置与气动元件,第12章 气动回路,第13章 气动程序控制系统设计,第14章 气压传动系统实例,1.1 液压油液(Hydraulic oil),1.2 液体静力学(Hydro-static mechanics basic knowledge),第1章 液压流体力学基础(Hydro-mechanics basic knowledge of hydraulic transmission),1.3 液体运动学和液体动力学(Hydro-kinematics and Hydro-dynamics basic knowledge),压,传,动,与,气,液,压,1.4 管路流动的压力损失(Pressure losses at pipes'surface and within the liquids move in pipes),1.5 孔 口 流 动(Flow of liquid moving through orifice),1.6 缝隙流动(Flow of liquid moving through narrow clearance),1.7 液压冲击和气穴现象(Pressure shock and cavitation),压,传,动,与,气,液,压,1. 密度单位体积液体的质量称为该液体的密度，用表示，对于均质液体：式中 V液体的体积，m3；m体积为V的液体的质量，kg。液压油的密度随着温度和压力的变化而变化，一般是随着温度的升高而减小，随着压力的增高而增大，但是变化很小。在一般的使用条件下，可近似将液体的密度视为常数，液压油的密度计算时可取近似值900 kg/m3。,第1章 液压流体力学基础,1.1 液压油液(Hydraulic oil),1.1.1 液压油液的性质,压,传,动,与,气,液,压,2.可压缩性液体受压力作用而发生体积减小的性质称为液体的可压缩性。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的体积相对变化量为式中，k称为液体的压缩系数。由于压力增大时液体的体积减小，因此上式的右边须加一负号，以使k为正值。k的倒数称为液体的体积弹性模量，用K表示，即K表示产生单位体积相对变化量所需要的压力增量，在实际应用中，常用K值说明液体抵抗压缩能力的大小。液压油的平均体积弹性模量K值为(1.22)×103 MPa，数值很大，故对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的。但是，若液压油中混入空气时，其可压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，故在液压系统中尽力防止空气混入油液中。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,3.黏性1)黏性的意义液体分子之间的吸引力使其互相制约形成一体，这种吸引力称为内聚力。液体分子与固体分子之间的吸引力称为附着力。当液体在外力作用下流动时，液体分子间内聚力会阻碍分子相对运动，即分子之间产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的黏性。黏性是液体的重要物理特性，也是选择液压油的依据。液体流动时，由于液体和固体壁面间的附着力以及液体的黏性，会使液体内各液层间的速度大小不等。如图1.1所示，设在两个平行平板之间充满液体，当上平板以速度u0相对于静止的下平板向右移动时，在附着力的作用下，紧贴于上平板的液体层速 度为u0，而中间各层液体的速度则从上到下近似呈线性递减的规 律分布，这是因为在相邻两液体层间存在内摩擦力的缘故，该力 对上层液体起阻滞作用，而对下层液体则起拖曳作用。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,实验测定结果表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比，即加入比例系数， 则式中 比例系数，又称为黏度系数或动力黏度。若以表示液层间在单位面积上的内摩擦力，则上式可写成这就是牛顿液体内摩擦定律。由式(1-5)可知，在静止液体中，因速度梯度du/dy0，故内摩擦力为零，因此液体在静止状态下是不呈现黏性的。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,2)液体的黏度液体黏性的大小用黏度来表示。常用的黏度有3种，即动力黏度、运动黏度和相对黏度。(1) 动力黏度。它是表征液体黏度的内摩擦系数，故由式(1-5)可知由此可知动力黏度的物理意义是：当速度梯度等于1时，接触液体液层间单位面积上的内摩擦力即为动力黏度，又称绝对黏度。 动力黏度的单位是Pa·s。(2) 运动黏度。动力黏度和该液体密度的比值称为运动黏度，用表示，即运动黏度没有明确的物理意义。因为在其单位中只有长度和时间的量纲，所以称为运动黏度。它是工程实际中经常用到的物理量，单位是m2/s 。就物理意义来说，并不是一个黏度的量，但工程中常用它来标志液体的黏度。例如，液压油的牌号，就是这种油液在40时的运动黏度(mm2/s)的平均值，如L-AN32液压油就是指这种液压油在40时的运动黏度的平均值为32 mm2/s。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,(3)相对黏度。相对黏度又称条件黏度。它是采用特定的黏度计在规定的条件下测出来的液体黏度。根据测量条件的不同，各国采用的相对黏度的单位也不同。如中国、德国及前苏联等国采用恩氏黏度(°E)，美国采用国际赛氏秒(SSU)，英国采用雷氏黏度(R)，等等。恩氏黏度由恩氏黏度计测定，即将200 cm2的被测液体装入底部有2.8 mm小孔的恩氏黏度计的容器中，在某一特定温度t时，测定液体在自重作用下流过小孔所需的时间t1，和同体积的蒸馏水在20时流过同一小孔所需的时间t2之比值，便是该液体在t 时的恩氏黏度。恩氏黏度用符号°Et表示，即一般以20、50、100作为测定恩氏黏度的标准温度，由此而得来的恩氏黏度分别用°E20、°E50和°E100表示。恩氏黏度和运动黏度的换算关系式为,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,3) 调和油的黏度选择合适黏度的液压油，对液压系统的工作性能有着十分重要的作用。有时现有的油液黏度不能满足要求，可把两种不同黏度的油液混合起来使用，称为调和油。调和油的黏度与两种油所占有的比例有关，一般可用下面的经验公式计算：式中 °E1、°E2混合前两种油液的黏度，取°E1>°E2；°E混合后的调和油黏度；ab参与调和的两种油液各占的百分数(a%b%100%)；c实验系数，见表1.1。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,4)黏度和温度的关系温度对油液黏度影响很大，当油液温度升高时，其黏度显著下降。油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望黏度随温度的变化越小越好。不同的油液有不同的黏度温度变化关系，这种关系叫作油液的黏温特性。常用的国产油液的黏温特性如图1.2所示，供选择液压油时参考。黏度特性还常用黏度指数(VI)来表示。VI表示该液体的黏度随温度变化程度与标准液的黏度变化程度之比。黏度指数越高，液体的黏温特性越好，即温度变化后，黏度变化较小。一般要求油液的黏度指数高于90，优异的在100以上。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,5)黏度与压力的关系压力对油液的黏度也有一定的影响。压力越高，分子间的距离越小，因此黏度越大。不同的油液有不同的黏度压力变化关系，这种关系叫作油液的黏压特性。但一般情况下，压力的变化对黏度影响比较小。通常当压力在35 MPa以下时，黏度随压力的变化不太大。当压力在35 MPa以上时，黏度的增大甚至会影响到液体的流动性。例如，当压力从零升高到150 MPa时，液压油的黏度将增大至17倍，油液在系统中的流动阻力就会显著增大。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,4.其他特性液压油液还有其他一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、稳定性以及相容性(主要指对密封材料、软管等不侵蚀和不溶胀的性质)等，这些性质对液压系统的工作性能有重要影响。对于不同品种的液压油液，这些性质的指标是不同的，具体应用时可查油类产品手册。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,1.要求液压系统中的工作油液具有双重作用，一是作为传递能量的介质，二是作为润滑剂润滑运动零件的工作表面。因此，油液的性能会直接影响液压传动的性能：如工作的可靠性、灵敏性、工况的稳定性、系统的效率及零件的寿命等。一般在选择油液时应满足下列几项要求：(1) 适宜的黏度及良好的黏温性能，以确保工作温度发生变化的条件下能准确、灵敏地传递动力，并能保证液压元件的正常润滑；(2) 具有良好的防锈性及抗氧化安定性，在高温高压条件下不易氧化变质，使用寿命长；(3) 具有良好的抗泡沫性，使油液在受到机械不断搅拌的工作条件下产生的泡沫易于消失，以使动力传递稳定，避免液压油的加速氧化；(4) 良好的抗乳化性，能与混入油中的水迅速分离，以免形成乳化液，导致液压系统金属材料的锈蚀和降低使用效果；,第1章 液压流体力学基础,1.1.2 对液压油液的要求和选用,压,传,动,与,气,液,压,(5) 良好的极压抗磨性，以保证液压元件中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑，减少磨损。除上述基本质量要求外，对于一些特殊性能要求的液压油尚有特殊要求。如低温液压油要求具有良好的低温使用性能；抗燃液压油要求具有良好的抗燃性能。目前，液压传动系统主要采用的液体有石油基液压油、水基液压油和合成液压油。石油基液压油是从石油中提炼并增加一些添加剂而成的，简称液压油。这种液压油润滑性和化学稳定性好，是迄今液压传动系统中广泛采用的工作介质。这种油的缺点是抗燃性差，因此，在使用时需要考虑防火措施。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,水基液压油有水-乙二醇液压油和乳化液液压油。前者由体积分数为35%55%的水和乙二醇及一些添加剂组成，后者由一定比例的水和乳化液及一些添加剂组成。这种乳化液液压油有两大类：一类是少量的油(占5%10%)分散在大量的水中，称为水包油液压油，也称高水基液压油(O/W)；另一类是水分散在大量油中(油占60%)，称为油包水液压油(W/O)。乳化液液压油含水量大、不可燃、价格低廉，但是润滑性差、易蒸发、乳化稳定差，主要适用于采煤机械、水压机等。合成液压油中较常见的是磷酸酯液压油。它是一种较好的抗燃液压油，由于其挥发极少，且蒸汽比重大，切断火源就能完全停止燃烧，因此具有良好的防火性能，使用温度可达120 ，它的润滑性、低温流动性和氧化稳定性都较好，但价格高且对于丁腈橡胶有侵蚀性。这种液压油在军事装备上应用较多。,第1章 液压流体力学基础,压,传,动,与,气,液,压,2.选用选择液压油首先要考虑的是黏度问题。在一定条件下，选用的油液黏度太高或太低，都会影响系统的正常工作。黏度高的油液流动时产生的阻力较大，克服阻力所消耗的功率较大，而此功率损耗又将转换成热量使油温上升。黏度太低，会使泄漏量加大，使系统的容积效率下降。一般液压系统的油液黏度为40(1060)×106 m/s，更高黏度的油液应用较少。在选择液压油时要根据具体情况或系统的要求来选用黏度合适的油液。选择时一般考虑以下几个方面：(1) 液压系统的工作压力。工作压力较高的液压系统宜选用黏度较大的液压油，以减少系统泄漏；反之，可选用黏度较小的液压油。(2) 环境温度。环境温度较高时宜选用黏度较大的液压油。(3) 运动速度。液压系统执行元件运动速度较高时，为减小液流的功率损失，宜选用黏度较低的液压油。,