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第十三章 液压传动 §13－1 液压传动的基本原理及组成 §13－2 液压传动系统的压力与流量§13－3 液压动力元件§13－4 液压执行元件§13－5 液压控制元件§13－6 液压辅助元件§13－7 液压系统基本回路§13－8 液压传动系统应用实例一、液压传动的基本原理 二、液压传动系统的组成三、液压元件的图形符号四、液压传动的应用特点§13－1 液压传动的基本原理及组成 一、液压传动的基本原理液压千斤顶的工作原理液压千斤顶的工作原理 1一杠杆手柄2一泵体（油腔） 3—排油单向阀4一吸油单向阀5一油箱6、7、9、10一油管8—放油阀11一液压缸（油腔）12—重物 1．泵吸油过程 泵吸油过程泵吸油过程2．泵压油和重物举升过程 泵压油和重物举升泵压油和重物举升3．重物落下过程 重物落下重物落下二、液压传动系统的组成 l 动力部分l 执行部分l 控制部分l 辅助部分液压传动系统的组成液压传动系统的组成三、液压元件的图形符号 GB/T786.1—1993《液压气动图形符号》 1一杠杆2一活塞3—泵4一单向阀5一单向阀6一油箱7－放油阀8—活塞缸9－柱塞 液压千斤顶工作原理简化结构示意图 四、液压传动的应用特点 l易于获得很大的力和力矩l调速范围大，易实现无级调速l质量轻，体积小，动作灵敏l传动平稳，易于频繁换向l易于实现过载保护l便于采用电液联合控制以实现自动化l液压元件能够自动润滑，元件的使用寿命长l液压元件易于实现系列化、标准化、通用化l传动效率较低l液压系统产生故障时，不易找到原因，维修困难l为减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高一、压力的形成及传递 二、流量和平均流速三、压力损失及其与流量的关系四、液压油的选用§13－2 液压传动系统的压力与流量 一、压力的形成及传递1．压力的概念 油液的压力是由油液的自重和油液受到外力作用所产生的。

压强压强——油液单位面积上承受的作用力，在工程中习惯称为压力压力2．液压系统压力的建立 活塞被压力油推动的条件：活塞被压力油推动的条件： 3．液压系统及元件的公称压力 额定压力额定压力——液压系统及元件在正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高工作压力 过载过载——工作压力超过额定压力 额定压力应符合公称压力系列额定压力应符合公称压力系列4．静压传递原理（帕斯卡原理） 静止油液压力的特性： l静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力静压力l油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面l密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变这称为静压传递原理静压传递原理，即帕斯卡原理帕斯卡原理 5．静压传递原理（帕斯卡原理）在液压传动中的应用 液压系统中的压力取决于负载液压系统中的压力取决于负载  【例【例1】】液压千斤顶的压油过程中，柱塞泵活塞1的面积A1 = 1.13×10-4m2，液压缸活塞2的面积A2 = 9.62×10-4m2，压油时，作用在活塞1上的力F1 = 5.78×103N。

试问柱塞泵油腔3内油液压强p1为多大？液压缸能顶起多重的重物？ 解题过程解题过程二、流量和平均流速 1．流量 流量流量——单位时间内流过管道某一截面的液体体积 2．平均流速 流量 平均流速一种假想的均布流速一种假想的均布流速 3．液流的连续性 液流连续性原理液流连续性原理——理想液体在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等 液体在无分支管路中作稳定流动时，流经管路不同截面时的平均流速与其截面面积大小成反比 【例【例2】】液压千斤顶压油过程中，柱塞泵活塞1的面积A1=1.13×10-4m2，液压缸活塞2的面积A2=9.62×10-4m2，管路4的截面积A4=1.3×10-5m2活塞1下压速度v1为0.2m/s，试求活塞2的上升速度v2和管路内油液的平均流速v4 解题过程解题过程三、压力损失及其与流量的关系 l由静压传递原理可知，密封的静止液体具有均匀传递压力的性质，即当一处受到压力作用时，其各处的压力均相等l由于流动液体各质点之间以及液体与管壁之间的相互摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动的阻力称为液阻液阻l液阻增大，将引起压力损失增大，或使流量减小四、液压油的选用 牌号←黏度 黏度黏度——液体黏性的大小。

为了减少漏损，在使用温度、压力较高或速度较低时，应采用黏度较大的油 为了减少管路内的摩擦损失，在使用温度、压力较高低或速度较高时，应采用黏度较小的油 一、液压泵工作原理 二、液压泵的类型及图形符号三、常用液压泵四、液压泵的比较与选择§13－3 液压动力元件 液压泵液压泵——液压系统的动力元件，它把电动机或其他原动机输出的机械能转换成液压能的装置其作用是向液压系统提供压力油 一、液压泵工作原理1－偏心轮2－柱塞3－泵体4－弹簧5、6－单向阀 液压泵工作原理液压泵工作原理二、液压泵的类型及图形符号 1．液压泵的类型 l 按结构：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵l 按输油方向：单向泵、双向泵l 按输出流量：定量泵、变量泵l 按额定压力：低压泵、中压泵、高压泵 2．液压泵的图形符号 单向定量泵 双向定量泵 单向变量泵 双向变量泵 三、常用液压泵 1．齿轮泵：外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵 齿轮泵工作原理齿轮泵工作原理2．叶片泵：单作用式叶片泵单作用式叶片泵和双作用式叶片泵双作用式叶片泵 双作用式叶片泵工作原理图 叶片泵工作原理叶片泵工作原理3．柱塞泵：径向柱塞泵径向柱塞泵（淘汰）和轴向柱塞泵轴向柱塞泵 1－配流盘 2－缸体 3－柱塞 4－斜盘 4．螺杆泵：转子式容积泵转子式容积泵和回转式容积泵回转式容积泵 单螺杆泵结构 螺杆泵工作原理图 四、液压泵的比较与选择 类型类型优点优点缺点缺点工作压力工作压力齿轮泵结构简单，不需要配流装置，价格低，工作可靠，维护方便易产生振动和噪声，泄漏大，容积效率低，径向液压力不平衡。

流量不可调低压叶片泵输油量均匀，压力脉动小，容积效率高结构复杂，难加工，叶片易被脏物卡死中压轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，容积效率高结构复杂，价格较贵高压螺杆泵结构简单，体积小，重量轻，运转平稳，噪声小，寿命长，流量均匀，自吸能力强，容积效率高螺杆齿形复杂，不易加工，精度难以保证4～40MPa应用场合应用场合液压泵的选择液压泵的选择一般负载小、功率低的机床设备齿轮泵或双作用式叶片泵精度较高的机床（如磨床）螺杆泵或双作用式叶片泵负载大、功率大的机床（如龙门刨、拉床等）柱塞泵机床辅助装置（如送料、夹紧等）齿轮泵一、液压缸类型及图形符号 二、液压缸典型结构 §13－4 液压执行元件 液压缸液压缸——液压系统中的执行元件，将液压能转换为直线（或旋转）运动形式的机械能，输出运动速度和力，结构简单，工作可靠 一、液压缸类型及图形符号 l 单作用液压缸l 双作用液压缸l 组合液压缸液压缸的类型及符号液压缸的类型及符号二、液压缸典型结构 1．活塞式液压缸 l 双作用双活塞杆式液压缸 l 双作用单活塞杆式液压缸 l 双作用双活塞杆式液压缸 缸体固定式缸体固定式1－缸体 2－活塞 3－活塞杆 4－工作台 活塞杆固定式活塞杆固定式 双作用双活塞杆式液压缸的工作特点双作用双活塞杆式液压缸的工作特点 1）液压缸两腔的活塞杆直径d和活塞有效作用面积A通常相等。

当左、右两腔相继进入压力油时，若流量qv及压力p相等，则活塞（或缸体）往返运动的速度（v1与v2）及两个方向的液压推力（F1与F2）相等 2）缸体固定的其工作台往复运动范围为活塞有效行程的3倍，占地面积较大，常用于小型设备；活塞杆固定的工作台往复运动的范围为活塞有效行程的2倍，占地面积较小，常用于中、大型设备 l 双作用单活塞杆式液压缸 结构特点：结构特点：活塞的一端有杆，而另一端无杆，活塞两端的有效作用面积不等 实现机床的较大负载，但慢速工作进给和空载时快速退回 缸体固定 活塞杆固定 （活塞杆带动工作台移动）（缸体带动工作台移动）双作用单活塞杆式液压缸的工作特点双作用单活塞杆式液压缸的工作特点 1）工作台往复运动速度不相等 2）活塞两方向的作用力不相等工作台慢速运动时，活塞获得的推力大；工作台作快速运动时，活塞获得的推力小 3）可作差动连接 双作用单活塞杆式液双作用单活塞杆式液压缸工作特点压缸工作特点2．其他液压缸简介 l 柱塞式液压缸 l 伸缩缸 l 齿条活塞缸 l 柱塞式液压缸 特点： 1）缸体内壁与柱塞不接触，不需要精加工。

因此，行程较长时，宜采用柱塞式液压缸 2）柱塞常做成空心的，可以减轻重量，防止柱塞下垂（水平放置时），降低密封装置的单面磨损 成对使用的柱塞式液压缸：得到大行程的双向运动 柱塞缸柱塞缸l 伸缩缸 又称多级缸，由两级或多级活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞就是后一级活塞缸的缸筒收缩后液压缸的总长较短，结构紧凑，适用于安装空间受到限制而行程要求很长的场合 伸缩缸伸缩缸l 齿条活塞缸 由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构所组成，活塞的往复移动经齿轮齿条机构变成齿轮轴的往复转动多用于自动线、组合机床等的自动转位或分度机构中 齿条杆小齿轮3．液压缸的密封 包括固定件的静密封固定件的静密封和运动件的动密封运动件的动密封 常用的密封方法：l 间隙密封间隙密封l 密封圈密封密封圈密封l 间隙密封间隙密封 依靠运动件之间很小的配合间隙来保证密封的 摩擦力小，内泄漏量大，密封性能差且加工精度要求高，只适用于低压、运动速度较快的场合 l 密封圈密封密封圈密封 密封圈通常是用耐油橡胶压制而成，它通过本身的受压弹性变形来实现密封。

1－前端盖2－活塞3－缸体4－后端盖a－动密封b－静密封 支承环密封环压环 4．液压缸的缓冲 目的目的：防止活塞在行程终了时，由于惯性力的作用与端盖发生撞击，影响设备的使用寿命 原理：原理：当活塞将要达到行程终点，接近端盖时，增大回油阻力，以降低活塞的的运动速度，从而减小和避免对活塞的撞击 5．液压缸的排气 液压系统中的油液如果混有空气将会严重地影响工作部件的平稳性，为了便于排除积留在液压缸内的空气，油液最好从液压缸的最高点进入和排出对运动平稳性较高的液压缸，常在两端装有排气塞 一、方向控制阀 二、压力控制阀三、流量控制阀§13－5 液压控制元件 控制阀控制阀——为了控制与调节液流的方向、压力和流量，以满足工作机械的各种要求，就要用控制阀控制阀又称液压阀液压阀，简称阀阀 一、方向控制阀 控制油液流动方向的阀单向阀 换向阀 1．单向阀 作用：保证通过阀的液流只向一个方向流动而不能反方向流动 直通式直角式符号 压力油从进油口p1流入，从出油口p2流出反向时，因油口p2一侧的压力油将阀芯紧压在阀体上，使阀口关闭，油流不能流动。

结构原理图 图形符号 1－控制活塞 2－顶杆 3－阀芯4－阀体 5－弹簧 2．换向阀 l 换向阀的结构和工作原理 电磁铁断电状态 电磁铁通电状态 1－阀体 2－复位弹簧 3－阀芯 4－电磁铁 5－衔铁 l 换向阀的分类 按阀芯在阀体的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数分，换向阀有二位二通二位二通、二位三通二位三通、二位四通二位四通、二位五通二位五通、三位四通三位四通、三位五通三位五通等类型 不同的位数和通数，是由阀体上不同的沉割槽和阀芯上台肩组合形成的 l 换向阀的符号表示 一个换向阀的完整符号应具有工作位置数、通口数和在各工作位置上阀口的连通关系、控制方法以及复位、定位方法等 三位四通电磁换向阀  位位：指阀与阀的切换工作位置数，用方格表示一位二位三位 位与通位与通：“通”指阀的通路口数，即箭头“↑”或封闭符号 “⊥”与方格的交点数 三位阀的中格、两位阀画有弹簧的一格为阀的常态位常态位应绘出外部连接油口（格外短竖线）的方格 二位二通（常开） 二位三通 二位四通 二位五通 三位四通 三位五通 换向阀常用的控制方式符号换向阀常用的控制方式符号 l 三位换向阀的中位机能 三位换向阀的阀芯在阀体中有左、中、右三个工作位置。

中间位置可利用不同形状及尺寸的阀芯结构，得到多种不同的油口连接方式三位换向阀在常态位置三位换向阀在常态位置（中位）时各油口的连通方式称为中位机能中位）时各油口的连通方式称为中位机能 型号：型号：O P、A、B、T四个通口全部封闭，液压缸闭锁，液压泵不卸荷 型号：型号：H P、A、B、T四个通口全部相通，液压缸活塞呈浮动状态，液压泵卸荷 型号：型号：Y 通口P封闭，A、B、T三个通口相通，液压缸活塞呈浮动状态，液压泵不卸荷 型号：型号：P P、A、B三个通口相通，通口T封闭，液压泵与液压缸两腔相通，可组成差动回路 型号：型号：M 通口P、T相通，通口A、B封闭，液压缸闭锁，液压泵卸荷 二、压力控制阀 用来控制液压系统中的压力，或利用系统中的压力的变化来控制其它液压元件的动作，简称压力阀压力阀 工作原理工作原理：利用作用于阀芯上液压力与弹簧力相平衡的原理 l 溢流阀l 减压阀l 顺序阀l 压力继电器 1．溢流阀 l 溢流和稳压作用，保持液压系统的压力恒定l 限压保护作用，防止液压系统过载作用：作用：分类：分类：l 直动式溢流阀l 先导式溢流阀 （1）直动式溢流阀 PT1－阀体 2－阀芯 3－弹簧 4－调压螺杆 （2）先导式溢流阀 PT1－主阀弹簧 2－主阀芯 3－阻尼孔 4－先导阀 5－调压弹簧 2．减压阀 l 直动型减压阀l 先导型减压阀 作用：作用：降低系统某一支路的油液压力，使同一系统有两个或多个不同压力。

减压原理：减压原理：利用压力油通过缝隙（液阻）降压，使出口压力低于进口压力，并保持出口压力为一定值缝隙愈小，压力损失愈大，减压作用就愈强 分类：分类：（1）直动型减压阀 1－调压螺栓　2－调压弹簧　3－阀芯　4－阀体 （2）先导式减压阀 1－主阀芯 2－主阀阀体 3－主阀弹簧 4－锥阀5－先导阀阀体 6－调压弹簧7－调压螺帽a－轴心孔 b－阻尼孔c、d－通孔3．顺序阀 作用：作用：利用液压系统中的压力变化来控制油路的通断，从而实现某些液压元件按一定的顺序动作 分类：分类：直动型顺序阀先导型顺序阀 内控式外控式 结构和工作原理 控制油路连接方式 （1）直动型顺序阀 （2）先导型顺序阀 1－调节螺母 2－调压弹簧 3－锥阀4－主阀弹簧　5－主阀芯 4．压力继电器 一种将液压信号转变为电信号的转换元件当控制流体压力达到调定值时，它能自动接通或断开有关电路，使相应的电气元件（如电磁铁、中间继电器等）动作，以实现系统的预定程序及安全保护 一般压力继电器都是通过压力和位移的转换使微动开关动作，借以实现其控制功能。

常用的压力继电器有柱塞式柱塞式、膜片式膜片式、弹簧管式弹簧管式和波波纹管式纹管式等，其中以柱塞式最为常用 1－柱塞 2－限位挡块 3－顶杆 4－调节螺杆5－微动开关 6－调压弹簧 液压柱塞式压力继电器液压柱塞式压力继电器 三、流量控制阀 作用作用：控制液压系统中液体的流量，简称流量阀流量阀 原理：原理：流量阀是通过改变阀口过流断面积来调节通过阀口的流量，从而控制执行元件运动速度的控制阀 分类：分类：l 节流阀l 调速阀1．节流阀 节流阀常用节流口形式节流阀常用节流口形式 2．调速阀 由减压阀和节流阀串联而成的组合阀 1－减压阀阀芯 2－节流阀阀芯 3－溢流阀一、过滤器 二、蓄能器 三、油管和管接头 四、油箱 §13－6 液压辅助元件 一、过滤器 作用：保持油的清洁 安装在液压泵的吸油管路上或液压泵的输出管路上以及重要元件的前面通常情况下，泵的吸油口装粗过滤器，泵的输出管路上与重要元件之前装精过滤器 二、蓄能器 储存压力油的一种容器，可以在短时间内供应大量压力油，补偿泄漏以保持系统压力，消除压力脉动与缓和液压冲击等。

三、油管和管接头 1．油管 常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等 固定元件间的油管常用钢管和铜管，有相对运动的元件之间一般采用软管连接 2．管接头 用于油管与油管、油管与液压元件间的连接 管接头的类型及特点管接头的类型及特点四、油箱 作用：作用：除了用于储油外，还起散热及分离油中杂质和空气的作用 在机床液压系统中，可以利用床身或底座内的空间作油箱 精密机床多采用单独油箱 液压泵卧式安置的油箱液压泵卧式安置的油箱 1－电动机 2－联轴器 3－液压泵 4－吸油管 5－盖板6－油箱体 7－过滤器 8－隔板 9－回油管 10－加油口11－控制阀连接板 12－液位计 一、方向控制回路 二、压力控制回路 三、速度控制回路 四、顺序动作控制回路 §13－7 液压系统基本回路 液压基本回路液压基本回路——由某些液压元件和附件所构成的能完成某种特定功能的回路 一、方向控制回路 在液压系统中，控制执行元件的起动、停止（包括锁紧）及换向的回路 1．换向回路 2．锁紧回路 1．换向回路 采用二位四通电磁换向阀的换向回路 采用三位四通手动换向阀的换向回路 2．锁紧回路 采用O型中位机能三位四通电磁换向阀的锁紧回路 采用液控单向阀的锁紧回路 1、2－液控单向阀 二、压力控制回路 利用压力控制阀来调节系统或系统某一部分的压力的回路。

压力控制回路可以实现调压、减压、增压、卸荷等功能 1．调压回路 2．减压回路 3．增压回路 4．卸荷回路 1．调压回路 功用：功用：使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数值调压功能主要由溢流阀完成 采用溢流阀的调压回路 2．减压回路 功用：功用：使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力减压功能主要由减压阀完成 1－溢流阀2－减压阀3－单向阀 采用减压阀的减压回路采用减压阀的减压回路 3．增压回路 功用：使系统中局部油路或个别执行元件的压力得到比主系统压力高得多的压力 采用增压液压缸的增压回路 4．卸荷回路 功用：功用：使液压泵驱动电动机不频繁启闭，让液压泵在接近零压的情况下运转，以减少功率损失和系统发热，延长泵和电动机的使用寿命 二位二通换向阀构成的卸荷回路 三位四通换向阀构成的卸荷回路 三、速度控制回路 控制执行元件运动速度的回路，一般是采用改变进入执行元件的流量来实现的 速度控制回路 调速回路 速度换接回路 定量泵的节流调速回路 变量泵的容积调速回路 容积节流复合调速回路 进油节流调速回路 回油节流调速回路 旁路节流调速回路 1．调速回路 用于调节工作行程速度的回路。

l 进油节流调速回路l 回油节流调速回路 l 变量泵的容积调速回路 l 进油节流调速回路 将节流阀串联在液压泵与液压缸之间 泵输出的油液一部分经节流阀进入液压缸的工作腔，泵多余的油液经溢流阀流回油箱由于溢流阀有溢流，泵的出口压力pB保持恒定调节节流阀通流截面积，即可改变通过节流阀的流量，从而调节液压缸的运动速度l 回油节流调速回路 将节流阀串接在液压缸与油箱之间 调节节流阀流通面积，可以改变从液压缸流回油箱的流量，从而调节液压缸运动速度l 变量泵的容积调速回路 依靠改变液压泵的流量来调节液压缸速度的回路 液压泵输出的压力油全部进入液压缸，推动活塞运动改变液压泵输出油量的大小，从而调节液压缸运动速度 溢流阀起安全保护作用该阀平时不打开，在系统过载时才打开， 从而限定系统的最高压力2．速度换接回路 使不同速度相互转换的回路 l 液压缸差动连接速度换接回路 l 短接流量阀速度换接回路 l 串联调速阀速度换接回路 l 并联调速阀速度换接回路 l 液压缸差动连接速度换接回路 利用液压缸差动连接获得快速运动的回路。

液压缸差动连接时，当相同流量进入液压缸时，其速度提高图示用一个二位三通电磁换向阀来控制快慢速度的转换l 短接流量阀速度换接回路 采用短接流量阀获得快慢速运动的回路 图示为二位二通电磁换向阀左位工作，回路回油节流，液压缸慢速向左运动当二位二通电磁 换向阀右位工作时（电磁铁通电），流量阀（调速阀）被短接，回油直接流回油箱，速度由慢速转换为快速二位四通电磁换向阀用于实现液压缸运动方向的转换l 串联调速阀速度换接回路 采用串联调速阀获得速度换接的回路 图示为二位二通电磁换向阀左位工作，液压泵输出的压力油经调速阀 A后，通过二位二通电磁换向阀进入液压缸，液压缸工作速度由调速阀A调节；当二位二通电磁换向阀右位工作时（电磁铁通电），液压泵输出的压力油通过调速阀A，须再经调速阀B后进入液压缸，液压缸工作速度由调速阀B调节l 并联调速阀速度换接回路 采用并联调速阀获得速度换接的回路 两工作进给速度分别由调速阀A和调速阀B调节速度转换由二位三通电磁换向阀控制四、顺序动作控制回路 实现系统中执行元件动作先后次序的回路。

采用两个单向顺序阀的压力控制顺序动作回路 一、机械手液压传动系统 二、数控车床液压系统 §13－8 液压传动系统应用实例 图图14－－76图图14－－77本章小结本章小结 1．液压系统的基本原理和液压传动系统的组成 2．液压系统的流量和压力的有关概念和相关计算 3．液压泵的类型及工作原理 4．液压缸的常见类型及特点，运动速度及输出推力的计算，结构上的特点 5．液压控制阀的功用、种类、工作原理及特点 6．液压辅助元件的种类及其工作原理、特点 7．方向控制回路中换向回路和锁紧回路的应用，简单的方向控制回路 8．压力控制回路中调压、减压、增压、卸荷等功能的应用，简单的方向控制回路 9．常用调速回路，包括进油节流调速回路、回油节流调速回路、变量泵的容积调速回路的特点及应用 10．常用速度换接回路，包括液压缸差动连接速度换接回路、短接流量阀速度换接回路、串联调速阀速度换接回路、并联调速阀速度换接回路的特点及应用 11．顺序动作控制回路的应用及分析。

12．一些简单的液压传动系统图。