第2章机械传动与液压传动--2

第二章机械传动与液压传动第一节机械传动第二节液压传动第二节液压传动液压传动是利用液体作为工作介质来传递运动和动力的传动方式。由于液压传动有许多明显的优点，在各种机器中广泛应用，特别是在高效率的自动化和半自动的机器中应用更为广泛。一、液压传动的工作原理•液压传动：依靠液体介质的静压力来传递能量的液体传动。现观察和分析一个最简单的油压千斤顶工作原理图。1.杠杆2.小活塞3.小油缸4、5.钢球6.大油缸7.大活塞8.重物9.阀10.油池•液压传动是以液体作为工作介质来传递能量的一种传动方式，它依靠密封容积的变化传递运动，依靠液体内部的压力（由外界负载所引起）传递动力。是一种能量转换装置，先将机械能转换为便于输送的液压能，随后又将液压能转换为机械能作功。•液压传动的特点：1.以液体作为工作介质。2.依靠密封容积的变化传递运动，依靠由外界负载引起液体内部的压力传递动力。3.实现机械能和液体压力能的互相转换。4.系统压力取决于负载。二、液压传动系统的组成在液压传动中，只要控制油液的压力、流量和流动方向，便可控制液压设备动作所要求的推力（转矩）、速度（转速）和方向。机床工作台往复运动液压原理图1.油箱2.滤油器3.油泵4.压力表5.工作台6.液压缸7.换向器8.节流阀9.溢流阀（一）动力部分把机械能转换成液压能，用压力油推动整个液压系统工作，常见的是液压泵。（二）执行部分把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如在压力油推动下作直线运动的液压缸或作回转运动的液压马达。（三）控制部分对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀、节流阀、换向阀等。（四）辅助部分保证液压传动系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如油箱、过滤器、蓄能器、油管等。用职能符号表示的液压系统原理图1.油箱2.滤油器3.油泵4.节流阀6.换向阀8.活塞缸9.活塞10.工作台12.换向手柄13.溢流阀5、7、11、14.管路三、液压传动基本参数（一）压力单位面积上的液体压力：式中：p—液体压力（压强）A—面积F—液压推力压力单位：帕和兆帕1Pa=1N/m21MPa=106PaAFp液压传动的压力取决于负载。（二）流量单位时间内流过某一截面的液体体积：单位：m3/s，1m3/s=60000L/minvAtSAtVQ（三）功和功率功：W=FS功率：或：•在液压传动中，功率等于压力p与流量Q的乘积。式中：P——功率（KW）p——压力（MPa）Q——流量（L/min）QpAQpAvFtWP)(KWpQP60四、液压传动的优缺点（一）液压传动的优点1.与机械、电力等传动方式相比，输出同等功率条件下体积、重量小很多，系统的布局、连接、安装灵活性大，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。2.传递运动均匀平稳，无振动，油液本身也有吸振能力，易实现快速启动、制动和频繁的换向，运行中可实现无级调速。3.操作控制方便，省力，易实现自动控制、过载保护。特别是与电气控制、电子控制相结合，易实现自动工作循环和自动过载保护。4.液压元件易实现系列化、标准化、通用化，便于设计、制造和推广使用。（二）液压传动的缺点1.采用油液为介质，相对表面间难免有泄漏，油液也不是绝对不可压缩，因此不能严格保证定比传动。2.对温度较敏感，在高温和低温条件下采用液压传动有一定困难。3.液压元件制造精度较高，系统工作过程中发生故障不易诊断。五、液压泵液压泵：将电动机输入的机械能转换为液体的压力能。液压泵的性能好坏直接影响液压系统的工作性能和可靠性，是液压传动中的主要组成部分。单柱柱塞油泵简图1.弹簧2、3.阀4、5.油管6.泵体7.柱塞8.偏心轮9.电机•液压泵必须具有由运动部件(柱塞)和固定部件(缸体)所构成的密闭容积，该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。密闭容积增大形成负压完成吸油；密闭容积减小则排油。吸油和排油依赖容积的变化，故称之为容积式泵。液压泵的结构：液压泵的主要性能参数•液压泵的输出压力：液压泵工作时的实际输出的压力取决于外界负荷，随着副后负荷的变化而变化。•额定压力：泵在连续运转时允许使用的最大工作压力。•排量：泵轴旋转一周排出油液的体积。•理论流量：单位时间内理论上可以排出的液体体积。等于排量和转速的乘积：QT=qn•效率：泵的效率η是输出功率与输入功率之比。液压泵实际流量和理论流量的比称为容积效率ηv，液压泵在能量转变过程中都存在容积损失和机械损失两种消耗，故总效率为容积效率ηv与机械效率ηm的乘积。•容积效率：•效率：TTTTvQQQQQQQ1mvpP入出液压泵的分类•按结构：•按使用压力：齿轮泵叶片泵柱塞泵低压泵中压泵高压泵•按结构：•按使用压力：叶片泵柱塞泵•按流量特性：定量泵：油泵转速不变时，流量不能调节。变量泵：在转速不变时，通过调节可使泵输出不同的流量。定量泵变量泵液压泵的图形符号(a)单向定量液压泵(b)单向变量液压泵(c)双向定量液压泵(d)双向变量液压泵（一）齿轮泵齿轮泵是由装在壳体内的一对齿轮所组成，两端面靠端盖密封。壳体、端盖和齿轮的各齿间槽共同形成密封空间。齿轮泵齿轮泵的工作原理特点：结构简单、重量轻、制造容易、成本低、工作可靠、维修方便，广泛应用在压力不高的液压系统中。缺点：漏油较多，轴承载荷大，使压力提高受到一定限制。（二）叶片泵单作用叶片泵和双作用叶片泵。单作用叶片泵：转子每转一周有一次吸油和压油，故得名单作用，是变量泵。双作用叶片泵：转子每转一周完成两次吸油和压油，故称为双作用，是定量泵。1.双作用叶片泵的工作原理1.定子2.转子3.叶片4.泵体2.单作用叶片泵的工作原理1.转子2.定子3.叶片优点：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪音低等。缺点：结构较复杂、吸油条件苛刻、工作转速有一定限制、对油液污染较敏感等。双作用式和单作用式相比，径向力是平衡的，受力情况较好，应用较广。（三）径向柱塞泵•移动定子以改变偏心距的大小，便可改变柱塞的行程，从而改变排量。•特点：压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等。•衬套紧配在转子孔内随转子一起旋转，配油轴则是不动的。•当转子顺时针旋转时，柱塞在离心力或在低压油作用下，压紧在定子内壁上。由于转子和定子间有偏心量e，故转子在上半周转动时柱塞向外伸出，径向孔内密封工作容积逐渐增大，形成局部真空，将油箱中的油经配油轴上的a孔再经b腔吸入；转子转到下半周时，柱塞向里推入，密封工作容积逐渐减小，将油液从柱塞底部经c腔再从配油轴上的d孔向外压出。转子每转一周，每个柱塞底部容积完成一次吸油、压油。转子连续运转，即完成泵的吸油、压油工作。六、液压马达和液压缸液压马达和液压缸是液压传动系统中的执行元件。液压马达是将液体的压力能转换为旋转机械能的装置。从工作原理上看，泵和马达都是靠工作腔密闭容积的容积变化而工作的。所以说液压泵可以作液压马达用。反之也一样。•液压缸与液压马达一样，也是将液压能转变成机械能的一种能量转换装置，不同的是液压马达将液压能转变成连续回转的机械能，液压缸将液压能变成直线运动或摆动的机械能。液压缸种类很多，根据其结构特点分为活塞式、柱塞式、回转式三大类；按其作用来分有单作用式和双作用式。液压缸及其分类单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸柱塞式液压缸增压缸弹簧复位式液压缸串联式液压缸齿条式液压缸液压缸及其分类特点：活塞两侧都有一根活塞杆伸出。当油缸左、右两腔先后进入流量及压力均相同的压力油时，活塞的往复速度和推力相同。缸筒固定式，活塞通过活塞杆带动工作台移动，工作台移动范围等于活塞有效行程的三倍，占地面积大，故仅适用于小型机器。（一）双杆活塞缸缸筒固定式双杆活塞缸活塞固定式，缸筒与工作台相连，活塞杆固定。工作台移动范围等于活塞有效行程的两倍，占地面积小，常用于大、中型设备中。活塞固定式双杆活塞缸筒固定式双杆活塞双杆活塞缸活塞固定式双杆活塞单杆活塞缸原理图（二）单杆活塞缸•特点：油缸中的活塞一端有杆而另一端无杆，所以活塞两端的有效面积不相等。•当油缸左、右两腔先后进入压力油时，即使流量及压力均相同，活塞的往复运动的速度和所受的推力也不相同。设活塞与活塞杆直径为D、d•当有杆腔进油、工作台右移时，速度v1，推力F1：•当无杆腔进油、工作台左移时，速度v2，推力F2：•因为A2＞A1，所以v2＜v1，F2＞F1•即当压力油进入有杆腔时，活塞有效面积小，速度高，但推力小；•当压力油进入无杆腔时，活塞有效面积大，速度低，但推力大。11pAF)(22114dDQAQv2224DQAQv22pAF（三）柱塞液压缸活塞式液压缸的活塞与缸筒内孔有配合要求，要有较高的加工精度，特别是缸筒较长时，加工很困难。柱塞液压缸就可以解决这个困难。柱塞式液压缸结构简图1.缸体2.柱塞3.铜套4.钢丝圈液压缸的职能符号：双出杆活塞油缸单出杆活塞油缸柱塞油缸(a)(b)(c)七、液压控制阀液压控制阀在液压系统中用来控制液流的压力、流量和方向，以满足液压系统的工作性能要求。液压控制阀的分类：（1）方向控制阀：用来控制和改变液压系统中的液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。（2）压力控制阀：用来控制或调节液压系统中的液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。（3）流量控制阀：用来控制和调整液流流量的阀类，如节流阀、调速阀等。（一）方向控制阀有单向阀和换向阀两类。1.单向阀作用：只许油液往一个方向流动，不能反方向流动。要求正向流通时压力损失小，反向截止时，密封性能好。单向阀结构（a）阀芯为球芯的直通式单向阀（b）阀芯为锥芯的直通式单向阀根据系统的需要，有时要使被单向阀闭锁的油路重新接通，可把单向阀做成闭锁方向能够控制的结构，这就是液控单向阀。液控单向阀1.活塞2.顶杆3.单向阀2.换向阀利用阀芯在阀体内孔中作相对运动，使油路接通或切断而改变油流方向的阀。•按阀芯运动方式：滑阀、转阀；•按操作控制方法：手动阀、机动阀、电磁阀、液动阀及电液动阀；•按阀体连通的主油路数：二通、三通、四通等；•按阀芯在阀体内的工作位置：二位、三位、四位等。在目前的液压系统中，滑阀式换向阀应用较多。滑阀式换向阀工作原理图电磁换向阀是利用电磁铁推动阀芯移动来控制油流的方向。电磁换向阀1.推杆2.阀芯3.弹簧•滑阀式换向阀的职能符号的含义：(1)用方格表示阀的工作位置。二格即二位，三格即三位，靠近弹簧的一格表示常态下滑阀工作位置(三位阀的中格位常态位置)，靠近控制符号的一格为控制力作用下的滑阀工作位置。电磁换向阀是二位三通，因有两个方格，常态下P与A相通，电磁铁控制时P与B相通。(2)箭头表示液流方向。符号“┬”、“┴”表示液流被堵截，箭头或堵截符号与方格的交点，表示阀的接出通路。任一方格的交点数即为该滑阀的通路数。（二）压力控制阀压力控制阀用来控制和调节液体的压力。这类阀一般是根据作用在阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理而进行工作的。常用的压力控制阀有：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。直动型溢流阀的结构图1.油压调整螺帽2.弹簧3.阀芯1.溢流阀•功能：溢出液压系统中的多余液压油（流回油箱），使油液保持一定的压力，以满足液压传动的工作需要。还可用来防止系统过载，起安全保护作用。溢流阀按结构形式分直动型和先导型。溢流阀2.减压阀•用途：用来减低液压系统中某一部分压力，使这一部分得到比油泵所供油压较低的稳定压力。•减压阀是利用液流流过缝隙产生压降的原理，使出口压力低于进口的压力控制阀。减压阀在各种控制系统和润滑系统中应用较多。按其工作原理也有直动式和先导式两类，一般采用先导式的较多。减压阀工作原理1.阻尼小孔2.阀芯3.调节螺杆4.弹簧减压阀(a)结构图(c)、(d)1—主阀芯2—R—阀口开口量v—阀口流速L—外泄漏油口（三）流量控制阀•靠改变工作开口的大小来调节通过阀口的流量，以改变工作部件的运动速度。•油液流经小孔或狭缝时会遇到阻力。阀口的通流面积越小，油液流过时的阻力就越大，因而通过的流量就越小。所以任何一个流量控制阀都有一个起节流作用的阀口，通常称为节流口