机械工程基础教学课件作者第三版李铁成8章.ppt

第8章 液压传动,8-1 液压传动概述 8-2 液压泵 8-3 液压缸 8-4 液压阀 8-5 液压辅件 8-6 液压基本回路 8-7 液压传动系统实例 8-8 气压传动简介,8.1.1 液压传动原理 8.1.2 液压传动的两个基本参数 8.1.3 压力损失和流量损失 8.1.4 液压传动系统组成 8.1.5 液压传动的特点和应用,8.1 液压传动概述,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 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,8.1.1 液压传动原理,实例：液压千斤顶工作原理 （吸油、压油、卸载） 液压传动是以有压流体为工作介质的一种实现能量传递的传动方式 液压传动装置本质上是一种能量转换装置，它首先是把机械能转换为液体的压力能，之后又把液体的压能转换为机械能来做功１-杠杆； ２、６-活塞； ３、７-液压缸； ４、８-单向阀；５-重物； ９-放油阀； １０-油箱,8.1.2 液压传动的两个基本参数,1. 压力,单位面积上受到的液体的作用力,2. 流量,单位时间内通过管道某一截面液体的体积,结论：液压系统中工作压力的大小决定于外负载,结论：活塞的运动速度只决定于输入液压缸的流量，而与其他参数无关,液压传动的基本特性,1、力的传递与变换,,结论：实现了力的放大 液压千斤顶利用这一特征，通过在手柄上输入极小机械力而将重物举起,液压传动的基本特性,2、速度的传递与变换,,流量相等,结论：实现了速度变换 执行元件工作速度 原动机的工作速度 速度的变换包括大小、方向和速度类型的变换,液压传动的基本特性,3、能量的转换与守恒,结论：从能量转换角度来看，液压传动经历了：机械能（由原动机提供）→液压能 →机械能（由执行元件来实现）,液压缸2和2的内径分别为20mm、50mm，活塞1上施加作用力F，活塞5向右运动需克服的阻力FR =1960N。

不考虑活塞与缸筒内表面之间的摩擦力以及液体的泄漏，计算下列情况下液体的压力，并分析两缸运动情况： 1）当活塞1上作用力F为314N； 2）当F为157N； 3）当F为628N解：1）当活塞1上作用力F为314N时， 活塞1的有效面积为,密封腔内液体压力为,作用在活塞5上液体总压力为,由于活塞５运动阻力为1960 N,所以刚好能推动,2）当F为157N？ 3）当F为628N自己思考,8.1.3 压力损失和流量损失,1. 压力损失（压力差）,由于液体具有粘性，液体流动时其内部各质点以及液体与固体壁面之间存在着摩擦、碰撞，会造成能量的损耗，表现为压力的降低，叫做压力损失，用Δp表示可分为： 沿程压力损失 ——液体流过等截面长直管造成的损失 局部压力损失 ——液体流经管道某些障碍处时，各质点 流动方向突然发生改变造成的损失,8.1.3 压力损失和流量损失,1. 压力损失（压力差）,流量方程—描述其流量、孔口的几何形状及压力差之间关系,q—通过孔口的流量； K—与孔口形状、油液性质有关的系数； A0—孔口的通流截面积；Δp—孔口前后压力差； m—指数，薄壁孔取0.5，细长孔取１结论：在孔口几何形状及孔口通流截面不变的情况下，压差大，则通过的流量大；在系数K及压差不变的情况下，孔口通过的流量与其通流截面积成正比。

8.1.3 压力损失和流量损失,2. 流量损失,泄露—正常情况下，从液压元件密封间隙漏出少量油液现象 结果—流量损失 液压系统中的泄漏总是不同程度地存在只要间隙两端存在压力差，就会造成泄漏压力差越大，泄漏也越大 泄漏分类：内泄漏（元件内部高、低压区之间的泄漏 ） 外泄漏（液压系统内部向外部（大气）的泄漏）,结论：流量损失是一种能量损失，使液压系统的效率降低，同时也影响液压执行元件运动的速度，还会污染环境,8.1.4 液压传动系统组成,机床工作台液压系统,油箱 滤油器 液压泵 溢流阀 节流阀 换向阀 手柄 液压缸 工作台 油管,8.1.4 液压传动系统组成,动力元件 —液压泵（机械能  液压能） 执行元件 —液压缸、马达（液压能  机械能） 控制元件 —液压阀（控制方向、压力及流量） 辅助元件 —油箱、油管、滤油器 工作介质 —液压油,液压泵,辅助元件,8.1.5 液压传动的特点和应用,优点：,1、运动平稳，反应快； 2、在同等功率条件下，体积小重量轻 3、实现无级调速； 4、易于实现自动化； 5、易于实现过载保护； 6、标准化、系列化和通用化8.1.5 液压传动的特点和应用,缺点,1、不能保证严格的传动比（液压油的可压缩性和泄漏造成）； 2、对油温较敏感，会影响工作稳定性； 3、能量损失大 4、制造精度要求较高； 5、液压系统故障不易查找。

8.1.5 液压传动的特点和应用,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 轻工机械 打包机、注塑机 汽车工业 汽车的转向器和减振器、自卸汽车 智能机械 模拟驾驶舱、机器人,8.2 液压泵,8.2.1 液压泵的工作原理 8.2.2 液压泵的主要性能参数 8.2.3 常用液压泵 8.2.4 液压泵的选用 8.2.5 泵用电动机功率的计算,8.2.1 液压泵的工作原理,液压泵是液压动力元件，它是将电动机（或其他原动机）输入的机械能转变成液压能的能量转换装置,（1）齿轮泵（外啮合、内啮合齿轮泵） （2）叶片泵（单作用、双作用叶片泵） （3）柱塞泵（轴向、径向柱塞泵）,工程上分类,,作用：向液压系统提供压力油 8.2.1 液压泵的工作原理,１—偏心轮；２—柱塞；３—泵体； ４—弹簧；５、６—单向阀,图形符号？,液压泵是靠密封容积的周期性变化来实现吸油和压油的，称为容积式其排油量的大小取决于密封腔的容积变化容积式泵工作的两个必要条件是：,（１）有周期性的密封容积周期变化。

密封容积由小变大时吸油，由大变小时压油,（２）有配流装置它保证密封容积由小变大时只与吸油管连通；密封容积由大变小时只与压油管连通随着偏心轮的旋转及弹簧的作用→柱塞来回移动→形成吸、压油过程,（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,8.2.2 液压泵的主要性能参数,1.压力,3.流量,(1)工作压力p 实际工作压力，取决于负载 (2)额定压力pn 允许的最大工作压力,2.排量 V（ml/r）,泵每转一转，由密封几何尺寸变化计算而得的排出液体体积,4．液压泵的功率,（1）液压泵的理论功率（以泵为研究对象） Pt=2πnTt(输入)=pqt (输出),（2）液压泵的实际功率,液压泵的实际输入功率： Pi=2πnT（大于理论值Pt） 液压泵的实际输出功率： P0=pqv （小于理论值Pt）,5．液压泵的效率,（1）容积效率：ηv=q/qt(因内泄存在) (实际流入/理论流入) （2）机械效率：ηm=Tt/T(因摩擦存在) （3）总效率：η=ηv ·ηm = P0/Pi,液压泵的输出功率 输入功率,功率损失分为容积损失(泄漏造成) 机械损失(摩擦造成),8.2.3 常用液压泵,1. 齿轮泵,8.2.3 常用液压泵,1. 齿轮泵,外啮合 内啮合,分类,按齿向线,按齿廓曲线,按啮合形式,直齿 斜齿 人字齿,渐开线 摆线,1.齿轮泵的结构,基本组成结构：泵体、左右两盖板、一对齿轮、 滚针轴承及主、从动轴等,2.齿轮泵的工作原理,（1）密封容积的形成 泵体、盖板和齿轮的各齿槽形成,（2）配流装置 齿顶与内圆、齿轮端面与盖板、 轮齿啮合线使高低压腔隔开,（3）工作原理 齿轮旋转，吸油腔（右侧）内的轮齿不断脱开啮合，使其密封容积不断增大而形成一定真空，→吸油；齿槽内的油液被带到压油腔（左侧），压油腔内的轮齿进入啮合，密封容积不断减小→压油,3.结构特征,（1）轴承润滑： 内部泄油方式：压油腔→轴承→泄油通道→吸油腔,（2）闭死容积及困油现象、消除措施：,闭死容积：为了使吸油腔与压油腔被啮合线隔开，要求齿轮的重叠系数ε大于1，出现同时有两对轮齿进入啮合，在它们之间形成一个封闭的容腔,困油现象：闭死容积在啮合过程中大小是变化的，当容积减小时，会造成液体压力的急剧升高而产生瞬时压力冲击，而当容积增大时，会形成局部真空,危害：齿轮泵工作时产生噪声，容积效率降低，并影响齿轮泵的工作平稳性和寿命,采取措施：为减轻困油现象造成的危害，可在侧板或轴套上开卸荷沟槽,4.优缺点,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，噪声高,5.典型结构,8.2.3 常用液压泵,2. 叶片泵,8.2.3 常用液压泵,2. 叶片泵,优点：结构紧凑、体积小、运转平稳、噪声小、使用寿命较长,分类,定量叶片泵、变量叶片泵,单作用叶片泵、双作用叶片泵,缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结 构较复杂1.单作用叶片泵,（1）基本组成： 定子、转子、叶片、配油盘和端盖等组成,定子具有圆柱形内表面，转子具有圆柱形外表面，定子和转子间偏心距e，叶片装在转子槽中，并可在转子槽中滑动,（2）工作原理,当转子回转时，由于离心力等的作用，使叶片紧压在定子内壁 在定子内表面、转子外表面、叶片和配油盘之间形成若干个闭密的工作容腔当转子旋转时，这些密闭的工作容积，上下叶片变化方向相反，分别形成吸、压油过程，配油盘上的吸压油的窗口分别与之对应,（3）特点分析,1）转子每转一周，每个工作容腔完成一次吸油和排油 →“单作用式” 2）缺点是转子受到来自排油腔的单向压力，使轴承上所受 的载荷较大即径向力不平衡—非卸荷式叶片泵 ∴这种泵不宜用在高压 3）优点：当e↑→排量↑ 因而可制成变量泵,2.双作用叶片泵,旋转一周，完成二次吸油、二次压油－－双作用泵 径向力平衡－－卸荷式叶片泵 两个吸油区，两个压油区,转子和定子中心重合，定子内表面近似椭圆形，内两段长半径为R和两段外半径为r的圆弧和四组过渡曲线组成,由于这种泵的转子与定子是保持同心的 ∴排量是固定的。

与单作用比较，同样体积可吸到较大流量，且流量均匀,配流盘环形槽通过小孔与压油区连通，保证叶片顶部与定子内表面可靠密封,配油盘腰形孔上“三角形”小槽－－斜荷槽， 作用：避免发生困油现象,配流盘,8.2.3 常用液压泵,3. 柱塞泵,8.2.3 常用液压泵,3. 柱塞泵,柱塞泵是依靠柱塞在缸体的柱塞孔内作往复运动时，通过密封容积产生变化来实现泵的吸油和压油的,分类 径向柱塞泵 轴向柱塞泵,1、径向柱塞泵,基本组成：,包括柱塞、定子、转子及配油轴（固定）,柱塞在转子的径向孔中可径向移动 转子与定子存在偏心 配油轴将吸、压油腔分开,※转子每转一周，每个柱塞各实现一次吸、压油过程,特点：,不足：径向尺寸大、自吸能力差目前少见,※调整偏心距大小和方向实现双向变量泵,2、轴向柱塞泵（斜盘式）,基本组成,缸体（转动）、柱塞、斜盘、配油盘（固定）及传动轴等，配油盘将吸、压油腔分开,2、轴向柱塞泵（斜盘式）,工作原理,密封工作腔（缸体孔、柱塞底部、配油盘） 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、压油 吸油过程：柱塞伸出→ΔV↑→p↓→吸油； 压油过程：柱塞缩回→ΔV↓→p↑→压油。

做单向变量泵：通过斜盘倾角大小的变化 做双向变量泵：通过斜盘倾角大小和方向的变化；,各类液压泵主要性能与选用范围,液压泵是标准元件，可根据实际工作的需要合理地加以选择 选用时，主要是确定液压泵的额定压力、额定流量和结构类型，然后查手册确定其型号规格8.2.4 泵。