液压与气压传动复习资料(本科)

1第一章绪论考核目标考核知识点液压系统的组成和优缺点会计算液压油的粘度和三种粘度的转换液压传动的基本概念考核要求掌握液压传动的工作原理领会：主要参数、两个重要概念液压系统的组成领会并识记：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、传动介质在液压系统中的作用液压油的粘度和三种粘度的转换领会并识记：粘度的三种表示方法和动力粘度的物理意义□重点与难点1、液压系统的组成和优缺点2、液压油的粘度和三种粘度的转换。1.1液压传动发展概述机械的传动方式：机械传动—－通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。电气传动—－利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。液压传动——利用液体静压力传递动力液体传动液力传动——利用液体静流动动能传递动力流体传动气压传动气体传动气力传动1.2液压传动的工作原理1.3液压传动系统的组成一个完整的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：1.动力装置:是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。2.执行装置:是把液压能转换成机械能的装置。包括液压缸和液压马达。3.控制调节装置：是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。包括压力、流量、方向等控制阀。4.辅助装置：上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。25.工作介质：传递能量的流体，即液压油等。1.4液压系统的图形符号我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准，即“液压系统图图形符号(GB/T786.1-93)”。我国制订的液压系统图图形符号(GB/T786.1-93)中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。(1)符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。(2)元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。(3)符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。1.5液压系统的特点1、液压传动的优点(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。(3)可在大范围内实现无级调速。(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。(5)液压装置易于实现过载保护。(6)液压传动容易实现自动化。(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。2、液压传动的缺点(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。(2)液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。(4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除。3第二章流体力学基础□考核目标考核知识点液体静压力及其性质静压力方程压力对固体壁面的总的作用力几个基本概念连续方程、伯努利方程及应用管路压力损失计算液体流经孔口及缝隙的特性液压冲击和气穴现象考核要求基本概念领会并识记：绝对压力、相对压力、真空度、理想液体、实际液体、层流、紊流雷诺数、液压冲击和气穴现象等概念管路压力损失计算领会：沿程压力损失、局部压力损失产生的原因和计算方法静压力方程、连续方程、伯努利方程及应用综合应用：计算泵吸油口的真空度、吸油高度等□重点与难点1、静压力基本方程、连续方程、伯努利方程2、绝对压力、相对压力、真空度等概念3、层流状态下沿程压力损失、局部压力损失的计算4、流经薄壁小孔的流量计算公式2.1液压油2.1.1液压油的物理性质1、液体的密度密度ρ：ρ=m/V[kg/m3]2、液体的粘性F=μAdydu粘度的分类：①动力粘度μ②运动粘度ν③相对粘度3、液体的可压缩性体积压缩系数01VVp4、其它性质1）压力对粘度的影响4在一般情况下，压力对粘度的影响比较小。当液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其粘度也随之增大。2）温度对粘度的影响液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。2.1.2对液压油的要求及选用1、对液压传动工作介质的要求1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围为：ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s(2～5°E50)2.润滑性能好在液压传动机械设备中，除液压元件外，其他一些有相对滑动的零件也要用液压油来润滑，因此，液压油应具有良好的润滑性能。3.良好的化学稳定性即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性5.对金属材料具有防锈性和防腐性6.比热、热传导率大，热膨胀系数小7.抗泡沫性好，抗乳化性好8.油液纯净，含杂质量少9.流动点和凝固点低，闪点(明火能使油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度)和燃点高2、选用正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好。2.2流体静力学2.2.1液体静压力及其特性所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示。液体内某质点处的法向力ΔF对其微小面积ΔA的极限称为压力p，即：AFpA0lim静压力具有下述两个重要特征：5(1)液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。(2)静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。2.2.2液体静力学方程ghpp02.2.3压力的表示方法及单位绝对压力、相对压力、真空度的关系是：(1)绝对压力＝大气压力+相对压力(2)相对压力＝绝对压力-大气压力(3)真空度＝大气压力-绝对压力压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa＝1N/m2。由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用它的倍单位兆帕，符号MPa。2.2.4帕斯卡原理密封容器内的静止液体，当边界上的压力p0发生变化时，例如增加Δp，则容器内任意一点的压力将增加同一数值Δp0也就是说，在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。这就是帕斯卡原理或静压传递原理。2.3液体动力学2.3.1基本概念一、理想液体和恒定流动1、理想液体：理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。我们把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。2、恒定流动：如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。二、迹线、流线、流束和通流截面①迹线：迹线是流场中液体质点在一段时间内运动的轨迹线。②流线：流线是流场中液体质点在某一瞬间运动状态的一条空间曲线。在该线上各点的液体质点的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。6(a)流线(b)流束③流管：某一瞬时t在流场中画一封闭曲线，经过曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称流管。④流束：充满在流管内的流线的总体，称为流束。⑤通流截面：垂直于流束的截面称为通流截面。三、流量和平均流速1、流量：单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。流过整个通流截面的流量为AudAq2、平均流速：假设通流截面上流速均匀分布，用v来表示，得AudAq=vA则平均流速为：v=q/A四、流动状态、雷诺数1、流动状态——层流和紊流层流：在液体运动时，如果质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，而是层次分明，能够维持安定的流束状态，这种流动称为层流。紊流：如果液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换，这种流动称为紊流或湍流。2、雷诺数Re=vd/2.3.2连续性方程质量守恒是自然界的客观规律，不可压缩液体的流动过程也遵守能量守恒定律。在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。其中不可压缩流体作定常流动的连续性方程为：v1A1=v2A22.3.3伯努利方程1、理想液体的伯努利方程7即：cguzgp22（c为常数）伯努利方程的物理意义为：在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形成的能量，即压力能、势能和动能。三种能量的总合是一个恒定的常量，而且三种能量之间是可以相互转换的，即在不同的通流断面上，同一种能量的值会是不同的，但各断面上的总能量值都是相同的。2、实际液体的伯努利方程whgvzgpgvzgp2222222211112.4液体流动时的压力损失分沿程压力损失和局部压力损失2.4.1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。层流时：速度：)(422rRlpu流量：puldq1284层流、湍流时：压力损失：22dvlp2.4.2局部压力损失22vp或2nnvqqpp2.4.3管路中的总压力损失vpppp2.5液体流经小孔和缝隙的流量薄壁小孔的流量：pACqTq2流量通用公式：mTpKAq2.6液压冲击及空穴现象1、液压冲击现象81）液压冲击在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变(变向或停止)，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击(水力学中称为水锤现象)。在研究液压冲击时，必须把液体当作弹性物体，同时还须考虑管壁的弹性。2）空穴现象一般液体中溶解有空气，水中溶解有约2%体积的空气，液压油中溶解有(6%～12%)体积的空气。成溶解状态的气体对油液体积弹性模量没有影响，成游离状态的小气泡则对油液体积弹性模量产生显著的影响。空气的溶解度与压力成正比。当压力降低时，原先压力较高时溶解于油液中的气体成为过饱和状态，于是就要分解出游离状态微小气泡，其速率是较低的，但当压力低于空气分离压pg时，溶解的气体就要以很高速度分解出来，成为游离微小气泡，并聚合长大，使原来充满油液的管道变为混有许多气泡的不连续状态，这种现象称为空穴现象。油液的空气分离压随油温及空气溶解度而变化，当油温t=50℃时，pg＜4×106Pa(绝对压力)。9第三章液压泵和液压马达□考核目标考核知识点泵和马达的工作原理泵和马达的性能参数限压式变量叶片泵考核要求泵和马达的工作原理领会：密封工作腔变化、配流装置的作用。泵和马达的性能参数识记：压力、排量、理论流量、实际流量、转速、理论转矩、实际转矩、功率、容积效率、机械效率、总效率。简单应用：会计算有关参数3.1液压泵概述液压泵基本工作条件（必要条件）：1形成密封容积2密封容积变化3吸压油腔隔开（配流装置）3.1.1液压泵的工作原理及分类3.1.2液压泵和液压马达的主要工作参数1、压力(1)工作压力；(2)额定压力；(3)最高允许压力。2、排量和流量(1)排量V。液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量。(2)理论流量qi。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液体体积的平均值。显然,如果液压泵的排量为V,其主轴转速为n,则该液压泵的理论流量qi为：iqVn(3)实际流量q液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量。(4)额定流量qn液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。3、功率和效率理论功率：nTTpVnpqPiiii2⑴液压泵的功率损失。实际上