液压与气压传动技术

液压与气压传动主讲人：陶鸣绪论、第一章第一章绪论液压与气压传动绪论1.了解液压传动工作原理；液压传动系统组成、特点2.液压传动技术的应用3.掌握液体静力学的一些重要概念、基本参数（压力、流量和功率）本章重点1.液压传动的工作原理2.液压传动系统组成3.液压传动基本参数本章难点压力与负载关系、流量与速度关系液压千斤顶2学时绪论导入1、机器的基本组成机器由动力部分、执行部分、传动部分和控制部分四部分组成2、传动的概念传递运动和动力的方式，将动力源的动力和运动传递给执行部分。3、传动方式机械传动：利用齿轮、齿条、蜗轮蜗杆、棘轮、槽轮、带传动、链传动等方式传递运动和动力；电气传动：利用电力设备，通过调节电参数来传递运动和动力；流体传动：导入绪论电路图与液压回路图导入绪论以液体为工作介质，以液体的压力能实现运动及动力传递的传动方式。液体传动包括液压传动和液力传动。流体传动是以流体为工作介质进行能量的转换、传递和控制的传动。包括液体和气体的传动。液压传动液力传动以液体的动能实现运动和动力传递的传递方式流体传动：本课程主要讨论液压传动第一节液压传动的工作原理和组成绪论案例第一节、液压传动的工作原理和组成一、液压传动的工作原理在液压系统中，液压泵将具有一定转矩M和转速n的电动机的机械能，转变成具有一定压力p和流量Q的液压能，通过控制阀的调节，借助执行机构还原成所需要的移动或回转的机械能。第一节、液压传动的工作原理和组成一、液压传动的工作原理液压传动系统特点：（1）用具有一定压力的液体来传动（2）传动中必须经过两次能量转换（3）传动必须在密封容器内进行，而且容积要进行变化。第一节、液压传动的工作原理和组成二、液压系统的组成1．动力元件——液压泵，将原动机输入的机械能转换为液体的压力能，作为系统供油能源装置。2．执行元件——液压缸（或液压马达），将油液的压力能转换为机械能，而对负载作功。3．控制元件——各种控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务。4．辅助元件——油箱、油管、滤油器、压力表、冷却器、分水滤水器、油雾器、消声器、管件、管接头和各种信号转换器等，创造必要条件，保证系统正常工作。5．工作介质——液压油。三、液压传动的基本特征1.压力与负载关系法向力均匀作用于面积A时p=F/A第一节、液压传动的工作原理和组成（1）液体静压力及特征液体在静止状态下，质点间无相对运动，不存在内摩擦力，但法面有法向力液体静压力：静止液体在单位面积上所承受的法向力液体静压力在物理学上称为压强，液压传动中习惯称为压力特征：①液体静压力的方向总是在承压面的内法线方向上②液体内某点处的压力在各个方向上都相等三、液压传动的基本特征1.压力与负载关系p=p0+ρgh第一节、液压传动的工作原理和组成（2）液体静力学基本方程在重力作用下，密度为ρ的液体在容器中处于静止状态，其外加压力为p0，它的受力如图a）所示由于液体处于平衡状态，静止液体内任一点的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力p0，另一部分是该点以上液体的自重所产生的压力ρgh。在液压传动中，可以近似认为整个液体内部的压力相等物理意义p19三、液压传动的基本特征第一节、液压传动的工作原理和组成1.压力与负载关系（3）液体压力的表示方法液体压力的表示方法有两种绝对压力相对压力绝大多数仪表所测到的压力是相对压力，故相对压力又称为表压力在液压传动中所提到的压力，没特别指明均为相对压力压力单位见课本{{表压力真空度(以绝对零压为基准)(以大气压为基准)三、液压传动的基本特征F2=F1A2/A1p=F1/A1=F2/A2结论：系统压力取决于负载。静止液体压力的变化量等值传递。帕斯卡定律：由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递在密闭容器内,液体各点压力（压强）相等第一节、液压传动的工作原理和组成1.压力与负载关系（4）压力的传递p1=p2=p由于A2/A11，因此可用一个很小的力F1，就可以推动一个较大的负载F2三、液压传动的基本特征第一节、液压传动的工作原理和组成2.流量与速度关系F1/F2=A1/A2=h2/h1A1h1/t=A2h2/tA1ν1=A2ν2=q(流量）结论：液压油流速与单位时间进入液压缸的流量成正比；与活塞的作用面积成反比。速度与压力、负载无关，速度取决于进入执行装置的液压油流量3.液压传动功率力和速度的乘积即为功率液压传动系统的液压输出功率等于系统输出流量和压力的乘积运动关系：容积变化相对原则，即h1A1=h2A2第二节液压传动的特点及应用绪论一、液压传动的优点重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2000：1)液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置。与微电子技术结合，容易实现机器的自动化，可自动实现过载保护。第二节液压传动的特点及应用绪论二、液压传动的缺点泄漏不可避免。∵运动间隙存在，污染地面。这是最突出的缺点不宜远距离传递。∵压力损失大不能保证严格的传动比。∵油液具有压缩性对温度变化敏感。噪声较大。第一章绪论液压与气压传动第一章液压油与液压流体力学1.了解液压油的物理特性及其选用（一种介质）2.了解液体传动的能量损失(压力、流量）（两项参数）3.理解三个方程的内涵和应用（三个方程）4.了解液体流态；液压冲击、气穴现象及危害（三种现象）本章重点1.液压油的粘性和粘度2.液体能量损失与动态特性3.液体流经缝隙的流量计算（小流量分析）本章难点粘性及粘度；伯努利方程含义及应用；小流量分析4学时第一章液压油与液压流体力学第一节液压油的特性及选用原则一、液压油的特性导入：杯子里的水或油，哪种介质更容易倒干净1.粘性是指液体流动时由于内摩擦力而阻碍液层间相对运动的性质。当液体在外力作用下流动时，流动速度不相等，紧贴管壁的液体速度为零，管路中心处的速度最大。将管中液体的流动看成是许多无限薄的同心圆筒形的液体层的运动，运动较慢的液体层阻止运动较快的液体层，而运动较快的液体层又带动运动较慢的液体层。这种液体层间的相互作用称为内摩擦力液体只有流动时才会呈现粘性，其大小可用粘度来衡量。液压油粘度分为：动力粘度、运动粘度、相对粘度三种第一章液压油与液压流体力学第一节液压油的特性及选用原则动力粘度（又称为绝对粘度）根据牛顿液体内摩擦定律可得：τ=µ𝑑𝑢𝑑𝑦式中τ表示接触液体层间单位面积上的内摩擦力，µ表示动力粘度𝑑𝑢表示液层间的相对运动速度𝑑𝑦表示液层间的距离动力粘度描述了牛顿液体的内摩擦应力与速度梯度的关系，物理意义明确但是难以实际测量。其法定计量单位Pa·s（帕秒）非法定计量单位Kgf·s/m2（千克力秒每平方米）第一节液压油的特性及选用原则第一章液压油与液压流体力学运动粘度运动粘度是动力粘度µ和液体密度ρ的比值，用υ表示。即υ=µρ其法定计量单位是m2/s，非法定计量单位是St（斯）、cSt（厘斯）1m2/s=104St=106cSt运动粘度用来标识液体粘度，国产油标号就是运动粘度的平均厘斯值的表达，实用性强，直接测量难。例如，L-HL-46的通用机床液压油，其中数字46表示该液压油在40oC时的运动粘度为46厘斯。密度单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度。液压油的密度常取ρ=𝑚v=900kg/m2第一节液压油的特性及选用原则第一章液压油与液压流体力学相对粘度相对粘度就是实测粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度0E，美国采用赛氏粘度，英国采用雷氏粘度。恩氏粘度是用恩氏粘度计测量油液与对比液体流经粘度计小孔时间参数的比值，直观性强，物理意义操作简便。一般情况下，动力粘度用作粘度定义，运动粘度用作油品标号，相对粘度用作粘度测量。三者的换算关系可用教材所提供公式解算，也可以通过相关手册所提供的线图查取。一般以200C、400C及1000C作为测定液体粘度的标准温度。第一节液压油的特性及选用原则第一章液压油与液压流体力学影响粘度的因素影响粘度的因素主要有温度和压力。粘度与压力关系当压力增大，液体分子间距离减小，内聚力增加，其粘度也有所增加。一般情况下，若系统压力低于10MPa，液压油的粘度几乎不受影响，当压力高于50MPa时，压力对粘度的影响较为明显，则必须考虑压力对其影响。粘度与温度关系液压油的粘度对温度变化十分敏感，温度升高，粘度显著降低。油液粘度变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此，粘度随温度变化越小越好。油的粘度随温度变化的性质称为粘温特性第一节液压油的特性及选用原则第一章液压油与液压流体力学2.可压缩性液体受压力作用而发生体积减小的性质称为可压缩性。在工程实际运用中，常用体积弹性模量K来表示液体抗压缩能力的大小。液体油的弹性模量K=（1.2~2）x103Mpa，因数值很大，所以对于一般液压系统，可以认为液压油是不可压缩的。液压油的弹性模量与温度、压力有关。温度升高，K值会有所下降；压力增大，K值会增大，但不是线性关系。当压力大于3MPa时，K值基本不再增大。当液压油中混入空气，K值将大幅度下降，严重时破坏系统正常工作。因此特别注意防止液压油中产生气泡。第一节液压油的特性及选用原则第一章液压油与液压流体力学3.其他特性包括其他一些物理性质，如抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、抗磨性等。思考：以上性质对液压油有何影响？二、液压介质的使用要求和选用1.对液压介质要求2.液压介质的种类3.液压油的选用p9选用液压油时，除考虑环境因素和设备载荷性质外，主要分析元件的运动速度、精度以及温度变化等因素。练习：1.什么叫液体粘性？常用的粘性表示方法有哪几种？它们之间如何换算？2.什么是压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的工作压力与负载有什么关系？3.什么是液体静压力？4.举例说明油温变化对流量的影响。5.某液压油200cm3，密度为900Kg/m3，在50oc时流经恩氏粘度计所需时间为t1=153s，而20oc时200cm3的蒸馏水流经恩氏粘度计所需要时间为t2=51s，问该油液的恩氏粘度oE50、运动粘度ν及动力粘度µ各为多少？6.如图示，容器内盛满液体，已知活塞面积A=10x10-3m2，负载重量G=10KN，问压力表的读数p1，p2，p3，p4和p5各为多少？第一章液压油与液压流体力学第二节液压流体动力学基础一、流动液体基本概念1.理想液体和恒定流动既无粘性也无压缩性的液体称为理想液体。把事实上既有粘性又有压缩性的液体称为实际液体。液体流动时，若液体中任何一点压力、流速和密度等参数都不随时间而变化，这种流动称为恒定流动。反之，任何一个参数随时间参数变化的的流动称为非恒定流动。假定:研究液压系统静态性能时，可认为液体是恒定流动的。而研究动态时必须按非恒定流动考虑。第二节液压流体动力学基础第一章液压油与液压流体力学2.流量和平均速度流量是指单位时间流经某截面流体的体积，用流体的平均流速与其流管截面面积之积计算。ν=qAq=νA实际上液体在管道中流动，由于粘性力作用，整个通流截面上各点的速度一般是不相等的。为了便于解决问题，引入平均流速的概念。在工程实际中，只有平均流速具有应用价值。液压缸工作时，活塞的速度就等于缸内液体的平均速度，因此，当液压缸的有效面积一定时，活塞运动速度取决于出入液压缸的流量。第二节液压流体动力学基础第一章液压油与液压流体力学3.层流、紊流、雷诺数液体流态分层流和紊流。这两种流动状态的物理现象可以通过雷诺实验观察出来假设管道中水流是沿轴线分层的，层与层之间互不干扰，液体的这种流动状态称为层流。液体质点在流动时不仅沿轴线运动，还有径向运动，这种无规律流动状态称为紊流。实践证明，液体在管道中流动的状态是层流还是紊流，不仅与管内液体的平均速度v有关，还与管径d、物体的运动粘度υ。决定液体流动状态的是这三个参数组成的一个称为雷诺数Re的无因次量。第二节液压流体动力学基础第一章液压油与液压流体力学层流和紊流的判断方法：通过计算流体的雷诺数与临界雷诺数比较：若计