第一章：汽车液压传动基础知识

60-1第一章汽车液压传动基础知识第一节汽车液压传动工作原理及系统组成第二节汽车用液压油第三节汽车液压传动基础理论第四节液压冲击及气穴现象重点：液压、气压和液力传动工作原理返回60-2第一节汽车液压传动工作原理及系统组成一、汽车液压传动工作原理二、汽车液压传动系统组成三、汽车液压传动特点56-3一、汽车液压传动工作原理液压传动是利用液体的压力能来传递动力的一种传动形式，液压传动的过程是将机械能进行转换和传递的过程。56-4车厢举倾机构结构图1－油箱2－虑油器3－限压阀4－换向阀芯5－换向阀6－液压缸7－单向阀8－液压泵a、b－油道1-油箱；2-液压泵；3-单向阀；4-换向阀；5-限压阀；6-液压缸；7-过滤器56-5(1)动力元件：将机械能转换成液压能。液压泵。(2)执行装置：将液压能转换成机械能。液压缸，液压马达。(3)控制调节装置：对系统中的液压油进行压力、流量、方向的调节。压力、流量、方向控制阀。(4)辅助装置：油箱、管路、过滤器等。二、液压传动系统组成56-6动力元件56-7执行装置56-8控制调节装置56-9三、液压传动的特点1）功率密度大，结构紧凑，质量轻；2）传动平稳，能实现无级调速，且调速范围大；3）液压元件质量轻、惯性矩小，实现高频换向。4）元件寿命长，可实现过载保护；5）液压元件已标准化，通用性强。液压传动效率低、速比不如机械传动准确、工作时受温度影响较大、不宜在很高或很低的温度条件下工作、液压元件的制造精度要求较高、造价较高、液压传动系统出现故障时不易找出原因等。56-10第二节液压油的主要性能及其选用一、液压油的物理特性密度粘性可压缩性其它性质二、汽车液压油的选用56-111.液体的密度液体单位体积内的质量称为密度。液压油的密度随压力的增加而加大，随温度的升高而减小。一般情况下，由压力和温度引起的这种变化都较小，可将其近似地视为常数。Vm56-122.液体的粘性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一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。流体粘性的大小用粘度来衡量。常用的粘度有动力粘度、运动粘度和相对粘度。56-13液体粘性示意图dudyFAdudyFA56-14（1）动力粘度动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，液层间单位面积上产生的内摩擦力。dudy2msNsPa或帕秒单位：56-15（2）运动粘度运动粘度没有明确的物理意义。因在理论分析和计算中常遇到运动粘度与液体密度的比值，为方便而用表示。其单位中有长度和时间的量纲，故称为运动粘度。56-16（3）相对粘度(条件粘度)相对粘度是以液体的粘度与蒸馏水的粘度比较的相对值表示的粘度。因测量条件不同，各国采用的相对粘度也各不相同。我国、前苏联、德国等采用恩氏粘度，美国采用赛氏粘度，英国采用雷氏粘度。56-17（4）恩氏粘度56-183.可压缩性液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压缩性。可压缩性用体积压缩系数表示，并定义为单位压力变化下的液体体积的相对变化量，即01VVp56-194.其它性质液压油液还有其它一些性质，如稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等）、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（对所接触的金属、密封材料、涂料等不起作用便是相容性好，否则便是不好）等，都对它的选择和使用有重要影响。56-20二、汽车液压油选用随着汽车技术的发展，现代汽车上的许多机构，广泛采用了液压传动。如自动变速器、液压制动系统、液压式动力转向系统、液压减振器、自动倾卸机构等均采用液压传动装置。为保证汽车液压系统的正常工作，必须根据各自机构的工作特点选取不同类型的液压油。如汽车自动变速器所用的液压油，其工作温度一般为50℃～80℃，工作压力一般为0.5～1MPa。在其所使用的液压油中往往添加抗氧化剂、抗磨剂等。56-211.液力传动油汽车液力传动油又称自动变速器油（ATF，AutomaticTransmissionFluid），通用型液力传动油呈紫红色，有些呈淡黄色等。它是汽车自动变速器和动力转向系统中的工作介质。它不仅起到传递力的作用，而且还起着对齿轮、轴承等摩擦副的润滑、冷却作用。国外分类国内分类应用PTF-18号轿车、轻型货车的自动变速器PTF-26号重型货车、履带车、农用车、越野车的自动变速器PTF-3农业及建筑机械的液力传动系统56-22液力传动油使用中的注意事项（1）注意保持油温正常，油量够用，使用寿命（一般在2000h以上），保持油液清洁。（2）不能使用任何认为与液力传动油“相当”的油种。（3）新机器或大修后机器的油易脏，需在初次运行50～100h和300～500h进行第一次和第二次换油。56-232.汽车制动液刹车油，一种用于汽车液压制动系统或离合器液压操纵机构中传递液压力的工作介质。要求制动液必须安全可靠、质量高、性能好，并且要在各种条件下四季通用。制动液按其组成和特性不同，一般分为醇型、矿物油型和合成型制动液三类。我国按照国家标准GB12981——2003《机动车辆制动液》将汽车用制动液分成HZY3、HZY4、HTY5三种产品。56-243.其它类型液压油汽车液压系统使用的液压油如无特殊要求的，可按国家标准规定的润滑剂和有关产品（L类）中的H组（液压系统）分类来选取，汽车液压系统常用的液压油品种主要有：L—HL、L—HM、L—HV和L—HR液压油等。56-25第三节汽车液压传动基础理论一、液体静力学基础理论二、液体动力学基础三、管路中液体压力损失四、液体流经小孔及缝隙的流量—压力特性56-26一、液体静力学基础理论流体静力学主要讨论的是液体在静止时的平衡规律以及这些规律在工程上的应用。这里所说的静止，是指液体内部质点之间没有相对运动，至于盛装液体的容器，不论它是静止的或是运动的，都没有关系。1.液体的压力2.静力学基本方程3.静压力基本方程式的物理意义4.压力的表示方法56-271.液体的压力液体单位面积上所受的法向力称为静压力。这一定义在物理学中称为压强，但在液压传动中习惯称为压力。静止液体的压力有如下特性：1）液体的压力沿着内法线方向作用于承压面。2）静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。0limAFpAFpA56-282.液体静压力基本方程静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：一部分是液面上的压力，另一部分是该点以上液体自重所形成的压力。0ppgh56-293.静压力基本方程式的物理意义常数001zgpzgpzgpBA压能位能静止的液体内部任意点的能量由单位重量液体的位能和单位重量液体的压力能组成，两者的和为常数。56-304.压力的表示方法（1）绝对压力（2）表压力（3）相对压力（4）真空度56-31二、液体动力学基础本节主要讨论液体的流动状态、运动规律及能量转换等问题，具体地说主要有连续性方程、伯努利方程和动量方程三个基本方程。这些都是液体动力学的基础及液压传动中分析问题和设计计算的理论依据。（一）基本概念（二）连续性方程（三）伯努利方程56-321.理想液体、恒定流动和一维流动56-332.流线、流管和流束56-343.通流截面、流量和平均流速vVqA56-35（二）连续性方程在管中作稳定流动的理想液体，既不能增多也不能减少，即符合物质不灭定律。因此在单位时间内通过任意截面的液体质量一定是相等的，此即液体的连续性原理。1122AA56-36物理意义：理想液体作恒定流动时具有压力能、位能和动能三种能量形式，在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换，但三者之和为一定值，即能量守恒。（三）伯努利方程22pzgg常v比压能比位能比动能2211221222ppzzggggvv1.理想液体的能量方程56-372.实际液体的能量方程实际液体在管道内流动时，由于液体存在粘性，会产生摩擦力而消耗能量；同时，管道局部形状和尺寸的变化，会使液流产生扰动，也消耗一部分能量。同时，引入速度分布不均匀修正系数，实际液体流动的伯努利方程为2211122212w22ppzzhgggg56-38三、管路中液体压力损失实际液体具有粘性，流动时会有阻力产生。为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，通常称为压力损失。压力损失可分为两类：沿程压力损失和局部压力损失。（一）两种流态和雷诺数（二）沿程压力损失（三）局部压力损失（四）管路中的总压力损失56-39（一）两种流态和雷诺试验液体的流动有两种状态，即层流和紊流（又称湍流）这两种流动状态的物理现象可以通过一个实验观察出来，这就是雷诺实验。dRe1-出口；2-入口；3-小水箱；4-开关；5-细导管；6-水箱；7-水平玻璃管；8-阀门56-40雷诺数的物理意义雷诺数是液流的惯性力对粘性力的无量纲比值。当雷诺数较大时，液体的惯性力起主导作用，液体处于紊流状态；当雷诺数较小时，粘性力起主导作用，液体处于层流状态。非圆截面管道的雷诺数为水力直径为HdReH4Adx56-41（二）沿程压力损失液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。液体的流动状态不同，所产生的沿程压力损失也有所不同。层流和紊流的沿程阻力损失计算公式：层流和紊流的沿程阻力系数的计算不相同。22lpd56-42（三）局部压力损失液体流经管道的弯头、管接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失，即局部阻力系数可查有关手册。22p56-43（四）管路中的总压力损失整个管路系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即具体系统中，应根据实际情况对上式进行调整。2222lpppd56-44四、液体流经小孔及缝隙的流量—压力特性在液压系统中，常常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，从而达到调速和调压的目的。液压元件的泄漏也属于缝隙流动。因此，研究小孔或缝隙的流量计算，了解其影响因素，对正确分析液压元件和系统的工作性能、合理设计液压系统是很有必要的。（一）小孔流量—压力特性（二）缝隙流量—压力特性56-45（一）小孔流量—压力特性1.薄壁孔的流量计算当小孔的长径比l/d0.5时，称为薄壁孔。其流量为2VqTqCKAp56-462.流经短孔和细长孔的流量计算当l/d4时，称为细长孔；当0.5l/d4时，称为短孔。它们的流量为qV=KATΔpm56-47（二）液体流过缝隙的流量在液压装置的各零件之间，特别是有相对运动的各零件之间，一般都存在缝隙（或称间隙）。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。由于缝隙通道狭窄，液流受壁面的影响较大，故缝隙液流的流态均为层流。缝隙流动有两种状况：一种是由缝隙两端的压力差造成的流动，称为压差流动；另一种是形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动，称剪切流动。这两种流动经常会同时存在。56-481.液体流过平行平板缝隙的流量液体流经平板缝隙流速计算的通式为：平板运动速度与压差作用下液体流向相同时取“＋”号，反之取“－”号。由上式可知，液体流经两固定平行平板缝隙的流量与缝隙的三次方成正比。这说明液压元件的间隙对泄漏的影响很大。3122bqpblv56-492.液体流过圆环缝隙的流量在液压元件中，如液压缸的活塞和缸孔之间，液压阀的阀心和阀孔之间，都存在圆环缝隙。圆环缝隙有同心和偏心的两种情况，它们的流量公式不同。56-50（1）流过同心圆环缝隙的流量301122Vdhqpdhul312Vdhqpl56-51（2）流过偏心圆环缝隙的流量当时，它就是同心圆环缝隙的流量公式；当时，即在最大偏心情况下，其压差流量为同心圆环缝隙压差流量的2.5倍。3201(11.5)122Vdhpqdhul