《液壓與氣動技術(shù)》課程學習指導

1、液壓與氣動技術(shù)課程學習指導緒 論在學習本章時， 主要應理解液壓與氣壓傳動的工作原理以及液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成，應著重注意以下幾點：一、液壓與氣壓傳動的工作原理液壓與氣壓傳動是采用流體 ( 液壓油或壓縮空氣 ) 作為傳動介質(zhì)來傳遞力和運動的，在傳遞力時，運用了流體力學中的帕斯卡原理；而在傳遞運動時，則運用了在密閉容積中輸出與輸人流體容積相等的原理( 質(zhì)量守恒定律) 。二、液壓與氣壓傳動的兩個重要概念液壓與氣壓傳動中最基本、最重要的參數(shù)：壓力和流量( 掌握其定義及常用單位) 。液壓傳動的兩個工作特性( 貫穿全書，正確理解，熟練掌握) ：(1) 在不考慮泄漏的條件下，液壓與氣壓傳動中的工作壓力取決

2、于外負載。(2)執(zhí)行機構(gòu)的運動速度取決于輸入其流量的大小，而與外負載無關( 在忽略泄漏、液體的壓縮性及容器、管路變形的條件下) 。三、液壓與氣壓系統(tǒng)的主要組成通常一個完整的液壓系統(tǒng)由以下五個部分組成：(1)動力元件：如液壓泵、空氣壓縮機等。將原動機的機械能( F 或 T) 轉(zhuǎn)換成液壓能( pq) 。(2) 執(zhí)行元件：如液壓缸、氣缸等。將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。(3) 控制元件：如各種控制閥。利用這些元件對系統(tǒng)中的液體的壓力、流量及方向進行控制或調(diào)節(jié)，以滿足工作裝置對傳動的要求。(4) 輔助元件：起輔助作用，如油箱、濾油器、管路、管接頭及各種控制、檢測儀表等。在有些系統(tǒng)中，為了進一步改善系統(tǒng)性能還采

3、用蓄能器、加熱器及散熱器等。(5) 工作介質(zhì)：液壓油或壓縮空氣，是動力傳遞的載體。液壓與氣壓傳動系統(tǒng)作為能量轉(zhuǎn)換和傳遞的裝置把機械能( 原動機 ) T 轉(zhuǎn)化為液壓能和氣壓能 ( 液壓泵和空氣壓縮機的輸出 ) pq，再轉(zhuǎn)化為機械能 ( 執(zhí)行機構(gòu)輸出 ) ) T 或 F，系統(tǒng)本身并不能產(chǎn)生能量，而在每個轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上都要消耗一定的能量，所以一般的液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的效率不會很高。在工程實際中，采用“氣動與液壓”圖形符號 (GB/T786 1-1993(2001*) 繪制液壓系統(tǒng)原理圖。四、液壓傳動的優(yōu)缺點1. 液壓傳動的優(yōu)點(1)液壓傳動可在運行過程中方便地實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達10

4、00:1。(2) 功率質(zhì)量比大，即在輸出相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。因此，液壓傳動易于實現(xiàn)快速啟動、制動及頻繁換向，每分鐘的換向次數(shù)可達 500( 左右擺動 ) 、 1000( 往復移動 ) 。(3) 易于實現(xiàn)自動化，特別是采用電液和氣液傳動時，可實現(xiàn)復雜的自動控制。(4) 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。(5) 液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，易于設計、制造，其元件的排列布置也有很大的靈活性。12. 液壓傳動的缺點(1) 不能保證嚴格的傳動比。(2) 系統(tǒng)工作時，對溫度的變化較為敏感。由于液壓介質(zhì)的粘性隨溫度變化而變化，從而使液壓系統(tǒng)不易保證在高溫和低

5、溫下都具有良好的工作穩(wěn)定性。(3) 在液壓傳動中，能量需經(jīng)過兩次變換，且液壓能在傳遞過程中存在流量和壓力損失，所以系統(tǒng)能量損失較大，傳輸效率較低。(4) 由于液壓元件的制造精度高、造價高，對其使用和維護提出了較高的要求。(5) 出現(xiàn)故障時，比較難于查找和排除，對維修人員的技術(shù)水平要求較高。3. 氣壓傳動的優(yōu)點4. 氣壓傳動的缺點第一章液壓傳動基礎知識液壓傳動是利用液體作為工作介質(zhì)來傳遞力和運動的，所用的工作介質(zhì)一般為普通機械油和專用液壓油。液壓油的物理、化學性質(zhì)，尤其是它的力學性質(zhì)對液壓系統(tǒng)的工作影響很大。本章主要講述液壓油的物理性質(zhì)；液體的靜力學和運動學特性；油液在管道流動過程中的阻力損失以

6、及油液通過節(jié)流小孔和縫隙時的流動特性。本章重點：1) 液壓油的物理性質(zhì)，液體粘度的物理特性。2) 液體靜壓力的特性和靜力學基本方程。3) 流動液體的連續(xù)性方程和伯努利方程。4) 液體流動時的沿程壓力損失和局部壓力損失。5) 液體流經(jīng)小孔時的壓力損失以及壓力損失與流量的關系。本章難點：1)各種度量衡制的相互換算關系。2)壓力的度量以及絕對壓力、相對壓力和真空度之間的關系。3)流動液體三個基本方程所表示的物理意義及其應用。4)液壓沖擊的概念及壓力波的傳遞。第一節(jié)液壓傳動工作介質(zhì)一、液壓油的密度液壓油的密度是指單位體積內(nèi)油液的質(zhì)量，即= m/V(kg/m 3)二、液壓油的可壓縮性液體的可壓縮性用體積

7、壓縮系數(shù)或其倒數(shù)液體的體積彈性模數(shù)K 表示。體積壓縮系數(shù)：體積彈性模數(shù)：23對于石油基液壓液其體積彈性模數(shù)K = (1.42 ) × 10 MPa，是鋼的1/(100-170) 。值得注意的是，當液壓液中混入氣體后，液體的體積彈性模數(shù)將大大下降。由于在液壓系統(tǒng)中不可避免地存在一定量的游離空氣，因此在分析計算時，對石油基液壓液，通常取 K = (0.71.4) × 103MPa。三、液壓油的粘性流體在外力作用下流動 (或有流動趨勢 )時，由于分子間的內(nèi)聚力阻止分子間相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，流體的這種特性稱為粘性。粘性的大小可以用粘度來度量。牛頓內(nèi)摩擦定律：流體流動時相鄰液

8、層間的內(nèi)摩擦力 Ff 與液層接觸面積 A、液層間的速度梯度 du/dy 成正比，還與液體的種類有關，即式中動力粘度 (Pa·s)，其值與液體的種類有關。動力粘度是一種絕對粘度，它的物理意義是：當速度梯度為1 時，接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。運動粘度：液體動力粘度與液體密度之比值稱為運動粘度，即運動粘度的單位是m2/s， 1m2/s=l0 6mm 2/s (厘斯， cSt)。國產(chǎn)液壓油的牌號表示該液壓油在40時運動粘度的平均值。工作壓力、溫度的變化都會引起工作液粘度發(fā)生變化。當工作壓力增大時，工作液分子間的距離減小，粘性增大；當溫度升高時，粘度下降。四、液壓油的種類與選用第二節(jié)液體

9、靜力學一、液體的靜壓力及其特性靜止液體是指內(nèi)部質(zhì)點間無相對運動，并處在相對平衡狀態(tài)的液體。1壓力流體在單位面積上所承受的法向作用力2 靜壓力的兩個基本特性(1) 靜壓力的方向永遠沿著作用面的內(nèi)法線方向；(2) 壓力的大小與作用面的方向無關。二、液體靜力學基本方程p = p0 gh在液壓傳動中，由重力產(chǎn)生的壓力gh << p0 ( p0 是液壓系統(tǒng)的工作壓力 ) 。例如：當 h =l0m ， g = 9.81m/s2， = 900kg/m3 時，由重力產(chǎn)生的壓力 = 0.088MPa 。計算結(jié)果表明，gh重力壓力 ( 質(zhì)量力 ) 與液壓系統(tǒng)工作壓力相比?？珊雎圆挥?，所以在一般情況下不

10、考慮位置( 高程 ) 對靜壓力產(chǎn)生的影響。三、絕對壓力、相對壓力、真空度壓力的表示方法有兩種：絕對壓力與相對壓力。以絕對真空為基準進行度量的壓力稱為絕對壓力。以大氣壓為基準進行度量的壓力稱為相對壓力。在相對壓力中，高于大氣壓的那一部分稱為表壓，低于大氣壓的那一部分稱為真空度( 也稱為負的表壓) 。四、靜壓力對固體壁面的作用力當固體壁面為平面時， 靜壓力在該平面上的總作用力 F 等于液體工作壓力 ( 忽略質(zhì)量力 ) 與該平面面積 A 的乘積，即3F = pA當固體壁面為一曲面時，液壓力作用在曲面某一方向上的總作用力等于液體壓力與曲面在該方面垂直平面上投影面積的乘積。第二節(jié)液體動力學流動液體的連續(xù)

11、性方程、伯努利方程、動量方程是描述流動液體力學規(guī)律的三個基本方程式。伯努利方程反映壓力、流速或流量與能量損失之間的關系，動量方程用來解決流動液體與固體壁面邊界間的作用力問題。它們是液壓技術(shù)中分析問題和設計計算的理論依據(jù)。本節(jié)應熟練掌握連續(xù)性方程及伯努利方程，并用其解決簡單的工程計算問題。一、基本概念穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動、理想流體、通流截面、流量與平均流速等。二、連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學中的一種表達形式。若忽略液體的可壓縮性，則連續(xù)性方程為：1A1 = 2A2重要結(jié)論：理想流體在管中作穩(wěn)定流動時，所有過流截面上流量相同，其流速與過流截面面積成反比，面積越小，速度越大。三、

12、伯努利方程需要強調(diào)的是，本教材僅研究在重力作用下流體流動時的伯努利方程。(1) 根據(jù)能量守恒定理可推導出理想流體、穩(wěn)定流動時的伯努利方程：或由上式可以看出：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想流體具有壓力能、勢能和動能，它們之間可以相互轉(zhuǎn)換，但在任何一處截面的能量總和不變，即能量守恒。(2) 實際流體的伯努利方程。 根據(jù)能量守恒定律， 考慮到能量損失， 并引進動能修正系數(shù)后，實際流體的伯努利方程為：上兩式的區(qū)別是考慮到能量損失hw。并引進動能修正系數(shù)。需要說明的是： 上式的適應條件是流體僅受重力作用，流體作穩(wěn)定流動，且沿程流量不變。 所研究的截面1、2 應順流向選取， 且選擇在流動平緩變化的截面上(在兩截面

13、間不一定要求平緩流動)。 在工程計算中常選用該截面幾何中心處的壓力p 及高程 h 作為計算參數(shù)。 由流體力學分析可知：對于層流流動= 2，紊流流動= 1。四、動量方程將剛體力學動量定理應用于流動液體，得到液壓傳動中的動量方程：4式中動量修正系數(shù)，流體在管流中作層流流動時= 1.33，紊流流動時= 1。需要強調(diào)的是：(1) 動量方程是矢量方程。(2) F 為作用在控制體上所有外力的矢量和。第四節(jié)管路內(nèi)壓力損失的計算在液壓技術(shù)中流體流動時的能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失?p，流體流動時的壓力損失和流體的流動狀態(tài)密切相關。掌握流體流動時的兩大類壓力損失沿程損失和局部損失，并明確其產(chǎn)生的原因及相應的計算公

14、式。一、液體的兩種流態(tài)及雷諾判據(jù)液體的兩種流態(tài)：層流和紊流，它由一個無因次數(shù)雷諾數(shù)Re ( dH/)決定。雷諾數(shù)是同一流動中同一點上液體的運動慣性力與粘性力之比。一般用 Re (液體由紊流變成層流時的雷諾數(shù))作為判別液流流態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)Rec。關于液體流態(tài)的重要判據(jù)：當 Re< Rec 時，液體作層流流動；當Re > Rec 時，液體作紊流流動。液體在光滑圓管中流動時，臨界雷諾數(shù)Rec=2320。二、等徑管中的沿程壓力損失沿程壓力損失計算公式：式中：沿程阻力系數(shù)與流態(tài)有關。1層流流動時沿程阻力系數(shù)=64/Re，實際計算中對光滑金屬管常采用=75/Re，對橡膠軟管= 80/

15、Re 108/Re ( 較大的值對應于曲率較大的軟管) 。由上式可知，流體在等徑管中作層流流動時，其沿程壓力損失與管長l、平均流速v、重度 、粘度 成正比，而與管徑反正比。2紊流流動時流體在等徑管中作紊流流動時，其沿程阻力系數(shù)除與雷諾數(shù)有關外，還與管壁的相對粗糙度 ? /d 有關，即 =f (Re, ? /d)?？梢愿鶕?jù)不同的Re 及 ?/d 值從教材 (液壓與氣壓傳動)選擇相應的公式進行計算，也可以從相關資料所示的沿程阻力系數(shù)隨Re、?/d 變化圖中查找。三、局部壓力損失局部壓力損失為式中局部阻力系數(shù)，通常由實驗確定，其值可查相關液壓方面的工程手冊。當流體流經(jīng)標準閥類零件的實際流量為g 時，

16、其實際壓力損失常按下式計算5式中qH 閥的額定流量；?pH流經(jīng)閥的流量為qH 時的壓力損失(qH、? pH 可從產(chǎn)品目錄中查得)。四、管路中總的壓力損失及管路系統(tǒng)的壓力效率p1管路系統(tǒng)中總的壓力損失?p利用上式進行簡單相加來計算總的壓力損失? p，只有各局部阻力間相距足夠兩局部阻力處之間連接直管長l > (1020) d， d管徑 時，才是正確的。2壓力效率p在液壓系統(tǒng)中，如果液壓執(zhí)行元件所需的有效工作壓力為戶，考慮到系統(tǒng)中的壓力損失? p，管路系統(tǒng)的壓力效率 p為 ( ps 為供油壓力 )為了提高管路系統(tǒng)的壓力效率，必須盡量減少總的壓力損失耗費功率，還將使系統(tǒng)油液溫度上升，工況惡化。?

17、 p。系統(tǒng)中的壓力損失不僅2壓力損失 ?p 與流速 (或 )成正比。為了減少壓力損失，應限制液體在管道和閥口處的流速，但太低的流速將使管道和元件的尺寸增大，成本增加。在設計液壓系統(tǒng)時，除盡量采用合適的流速及粘度外，還應力求油管內(nèi)壁光滑，盡可能縮短連接管的長度，減少彎頭、接頭，減少管道截面的變化，選用質(zhì)量好、壓力損失小的閥件，提高配管質(zhì)量等，以減少管路系統(tǒng)的壓力損失。第五節(jié)液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量本節(jié)討論的小孔及縫隙除薄壁孔口外，其流態(tài)均假設為層流流動狀態(tài)。本節(jié)重點掌握液體流經(jīng)薄壁孔口、細長孔及同心環(huán)形縫隙的壓力流量特性。液體流經(jīng)孔口及縫隙的計算公式如下表所列。對于上表小孔及縫隙流動的流量特性，

18、需要說明如下幾點：(1) 由于流體流經(jīng)薄壁孔口的流量q 與小孔前后壓差的平方根成正比，所以孔口流量受孔口壓差變化的影響較小。由于流量 q 與液體的粘度無關，因而工作溫度的變化對薄壁孔口流量 q 的影響甚微。利用該流量特性，在液壓技術(shù)中，節(jié)流孔口常做成薄壁孔口。(2) 液體流經(jīng)滑閥閥口、錐閥閥口及噴嘴擋板閥閥口時，其流量均可利用薄壁孔口流量公式計算，但流量系數(shù) Cd 有所區(qū)別。對于圓柱滑閥閥口， 當 Re >103 ，閥口為尖銳棱邊時，Cd = 0.670.74 ；閥口為棱邊圓滑或有小圓角時， Cd = 0.80.9 。對于錐閥閥口，當 Re >103 時， Cd = 0.770.8

19、2 。對于噴嘴擋板閥噴嘴節(jié)流孔，當Re >105 時， Cd = 0.610.62 ( 相當于薄壁孔口 ) 。(3) 流經(jīng)短管型 (界于薄壁孔口與細長孔之間的) 孔口的流量公式與薄壁孔口的流量公式相同，但流量系數(shù)Cd 有所不同。當Re >105 時， Cd = 0.80.82 。(4) 液體流經(jīng)細長孔的流量公式表明通過細長孔的壓差?p 與孔徑 d4 成反比。在液壓系統(tǒng)中，細長孔通常用做建立一定壓差的阻尼孔。應注意油液粘性的變化對通過細長孔的流量( 或阻尼孔前后的壓差) 的影響。(5) 在液壓傳動中，液體的縫隙流動具有如下兩個特點： 縫隙高 ( 間隙 ) 相對其長度和寬度( 或直徑

20、) 而言要小得多。 液體在縫隙中的流動常屬于層流。(6) 對于平行平面縫隙中的平行流動，在壓差與剪切聯(lián)合作用下，流經(jīng)平行平板縫隙的流量有兩項， 一項是在壓差 ?p 作用下的流量， 另一項是因粘性而產(chǎn)生剪切流動的流量。應當注意的是，當平板相對運動方向與壓差方向一致時取“+”號，反之取“”號。(7)對于同心環(huán)形縫隙中的平行流動，當縫隙高與直徑 d 之比 /d<< 1 時，將平行平面縫隙中平行流動公式中的縫隙寬b 用 d 代替，可導出流經(jīng)圓柱同心環(huán)形縫隙的流量公式。(8) 對于偏心環(huán)形縫隙中的平行流動， 通過偏心圓柱環(huán)形縫隙的最大流量 ( 不考慮相對運動時 ) 是通過同心時的 2.5 倍

21、。(9) 液壓卡緊現(xiàn)象的本質(zhì)是：由于配合副存在幾何形狀誤差及不同心度，致使在配合間隙中因壓力不平衡而產(chǎn)生徑向力( 稱之為側(cè)向力 ) ，該力作用在柱塞 ( 閥芯或活塞 ) 上使其卡住。在倒錐情況下，若存在偏心，將產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象；在順錐情況下，不產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象。最大的液壓卡緊力為 F = 0.275Ld ?p f。通常，采取在閥芯表面上開均壓槽的措施來減小液壓卡緊力。在閥芯表面上開三個等距離的均壓槽可以便液壓卡緊力減小到無均壓槽時的6。(10)對于平面環(huán)形縫隙差壓流動，考慮到中心油腔內(nèi)的作用力，則環(huán)形縫隙中總作用力F 為公式表明，環(huán)形縫隙中總作用力F( 支承力 ) 與結(jié)構(gòu)尺寸r1、 r2 有關

22、，與進油壓力p1 成正比，而與縫隙高度( 即油膜厚度 ) 無關。第六節(jié)液壓沖擊及氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊(1) 重點掌握液壓沖擊的定義、產(chǎn)生液壓沖擊產(chǎn)生的兩種原因、液壓沖擊將給系統(tǒng)帶來的巨大危害及減少液壓沖擊應采取的相應措施。7(2) 液壓沖擊值計算公式見下表。二、氣穴現(xiàn)象與氣蝕重點掌握何謂氣穴現(xiàn)象 ?產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象的原因、氣穴現(xiàn)象將給系統(tǒng)帶來的危害及預防氣穴、氣蝕所采取的措施。產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象的根本原因在于壓力的過度下降。空氣分離壓：在某一溫度和壓力下，液壓油中的空氣溶解量為，當液體在流動中某pso處壓力下降到低于ps時，溶解到油液中的過飽和空氣突然從油液中分離出來而產(chǎn)生大量氣泡，該壓力稱為該液壓油在

23、該溫度下的空氣分離壓。習題：P47：題 1-10P48：題 1-14第二章液壓動力元件本章重點1) 液壓泵的工作原理，性能特點及應用范圍。2) 液壓泵的工作壓力、排量、流量的概念及計算方法。3) 液壓泵的功率與效率及其計算方法。4) 限壓式變量葉片泵的工作原理及泵的流量壓力特性曲線。本章難點1) 液壓泵和液壓馬達的功率與效率及其計算方法。2) 齒輪泵的困油現(xiàn)象、泄漏和徑向不平衡力以及消除的方法。3) 限壓式變量葉片泵的工作原理及泵的流量壓力特性曲線。第一節(jié)液壓泵概述在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵起著向系統(tǒng)提供動力源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。8液壓泵把原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，是一

24、種能量轉(zhuǎn)換裝置。一、液壓泵的工作原理液壓泵必須具有：（ 1）周期性變化的密封容積（ 2）配流裝置根據(jù)這兩個基本點來認識各類液壓泵，讀者就比較容易掌握它們的工作原理和特點。對于液壓泵，如圖所示原動機帶動液壓泵運轉(zhuǎn)，通過一定的機構(gòu)使泵內(nèi)的密封容積發(fā)生變化，并用配流裝置使密封容積輪流和油箱或負載相通。當密封容積增大時，通過吸油閥從油箱吸油，當密封容積減小時，通過壓油閥向負載輸出壓力油，原動機驅(qū)動凸輪不斷轉(zhuǎn)動，液壓泵就不斷地吸油和壓油。液壓泵按其排量可否調(diào)節(jié)而分成定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式又可分為齒輪式，葉片式和柱塞式三大類。二、壓力和流量液壓泵的工作壓力是指泵在工作過程中的實際輸出的油液壓力；液

25、壓泵的額定壓力是指泵在使用中允許達到的最大工作壓力，超過此值就是過載。它們體現(xiàn)了液壓泵的工作能力。對液壓泵來說，最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)是排量。液壓泵的排量V 是指在不考慮泄漏的情況下，泵軸轉(zhuǎn)過一整轉(zhuǎn)時所能輸出的油液容積。所謂理論流量qBt 是指在不考慮泄漏的情況下，單位時間內(nèi)所能輸出的油液容積。如軸每分鐘的轉(zhuǎn)速為 n，則泵每分鐘的理論流量為qBt = V n。液壓泵的額定流量是指在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出的流量。因為液壓泵存在內(nèi)泄漏，所以額定流量與理論流量的值是不同的。三、功率和效率液壓泵由原動機 ( 一般為電動機 ) 驅(qū)動運轉(zhuǎn)，輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 ( 角速度 ) ，輸出量是油液的壓力和流量，若不

26、考慮能量轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，則輸出功率和輸入功率應相等。但實際工作過程中， 因為運動副之間存在著機械摩擦， 高低壓腔之間由于間隙存在而發(fā)生泄漏，所以就存在一定的能量損失，因而我們可以用機械效率來反映液壓泵中的機械摩擦損失，用容積效率來反映泄漏的影響。而液壓泵的總效率為這兩個效率的乘積。這和一般機械中只有機械效率的情況是不同的，容積效率影響液壓泵的實際輸出流量，而機械效率則影響驅(qū)動液壓泵所需的轉(zhuǎn)矩。效率是輸出和輸人參數(shù)之比，在實際計算中這往往是最容易出錯的地方。應引起讀者注意。泵和馬達的效率如下圖所示( 液壓馬達和液壓泵的輸出和輸入?yún)?shù)恰好互逆 ) 。電動機的輸入轉(zhuǎn)矩為M 入 、轉(zhuǎn)速為 入 2

27、、液壓泵的排量為VB、機械效率為Bm、容積9效率為 時，所能產(chǎn)生的液壓泵的輸出壓力p = M 入 2，輸出流量q = VB入 BVBm/VBBV /2，此時，液壓泵的輸出功率P= pq，總效率 = B。出BBm對于液壓馬達來說，當輸入壓力為p，流量為 q、排量為 VM、機械效率為Mm ，容積效率為 時，它的輸出轉(zhuǎn)矩為M出= ?pV /2，輸出轉(zhuǎn)速為 2= q/V ，此時液壓馬達MVM Mm出MVM ，總效率 的輸出功率 P = M= MV 。出出出MMm 比較以上諸式中效率與主要參數(shù)的關系，可以看出：當已知液壓泵的輸入( M 入 和 入 ) 求泵的輸出 ( p，q) ，已知液壓馬達的輸入( p

28、，q) 求馬達的輸出 ( M 出 出 ) 時，效率參數(shù)都放在分子上，也就是說， 由于機械摩擦和泄漏的存在使得在拖動一定負載的條件下，所需的輸入量變大了。反之效率參數(shù)應放在分母上。第二節(jié)齒輪泵齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中常用的液壓泵之一，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩大類。下面以外嚙合式為例說明齒輪泵的特性。一、齒輪泵的工作原理齒輪泵也是容積式泵，因而在分析齒輪泵的工作原理時，首先要抓住容積式泵的工作特點：即用一個變化的密閉容積來進行分析。在齒輪泵中，變化的密閉容積是由兩個齒輪的齒間、泵體以及兩端蓋組成，形成若干個密閉的容積，當主動輪帶動從動輪旋轉(zhuǎn)時，由于一側(cè)齒輪脫開嚙合， 其工作容積逐漸增大，

29、形成部分真空， 油箱中的油液在大氣作用下被壓進來，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)而移動。當油液到達另一側(cè)面時，由于齒輪逐漸進入嚙合，密封工作容積減小，油液便不斷地被擠出去，因而齒輪脫開嚙合的區(qū)域即為吸油區(qū)，而進人嚙合的區(qū)域為壓油區(qū)。齒輪泵的吸油區(qū)和壓油區(qū)是被嚙合的輪齒及泵體分隔開，因此它們又起著配流的作用。二、齒輪泵結(jié)構(gòu)特點在分析齒輪泵的結(jié)構(gòu)時，關鍵要抓住齒輪泵的特點以及所存在的幾個主要問題。要在弄清楚齒輪泵工作原理的基礎上分析其結(jié)構(gòu)、組成、傳動方式，油液的進、出油路，密封、泄漏及其排泄方式。齒輪泵結(jié)構(gòu)中存在的問題主要是困油、泄漏和徑向力不平衡，這三點也是齒輪泵工作壓力不能提高的主要原因。(1)困油造成困油的

30、根本原因是由于齒輪嚙合的重合度大于1，當前一對輪齒尚未脫開嚙合時，后一對輪齒又進入嚙合，所以在這段時間內(nèi)，同時嚙合的就有兩對輪齒，這時在兩對輪齒之間形成了和吸壓油腔均不相通的閉死容積，而齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，閉死容積的大小會發(fā)生變化，導致局部油液壓力的急聚升高和下降，這種現(xiàn)象稱之為困油現(xiàn)象。消除困油的方法，通常是在兩側(cè)蓋板上開卸荷槽，其原理是在容積減小 ( 壓力升高 )時使其與壓油腔相通，在容積增大 (壓力下降 )時，使其與吸油腔相通。(2) 泄漏 外嚙合齒輪泵的壓力油可通過三條途徑泄漏到低壓腔中去：一是通過嚙合線處的間隙；二是通過泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙；三是通過齒輪兩側(cè)面和側(cè)蓋板間的軸向間隙

31、。通過軸向間隙的泄漏量最大，可占總泄漏量的75 80，因而普通的齒輪泵容積效率較低，輸出壓力也不易提高。要提高齒輪泵的工作壓力，首要的問題是要減小軸向泄漏。為減少泄漏，在結(jié)構(gòu)上常采用軸向間隙補償裝置來達到這個目的。(3)徑向力不平衡作用在齒輪泵軸承上的徑向力 F，是由沿齒輪圓周的液體壓力產(chǎn)生的徑向力 FP。和齒輪嚙合產(chǎn)生的徑向力FT 所組成的 ( 見10圖 ) 。由圖可知，齒輪泵在工作時，其主動輪軸承所受合力F1，小于從動輪軸承所受的合力F 2，因而從動輪的軸承易磨損。為了減小徑向不平衡力的影響，有的泵采取縮小壓油口的辦法，使壓力油盡量作用在一個到兩個齒的范圍內(nèi)。同時，適當增加徑向間隙，使齒輪

32、在壓力作用下，齒頂不能和泵體相接觸，以減小軸承的磨損。三、齒輪泵的輸油量計算在輸油量的計算中關鍵是要搞清楚齒輪谷容積大致等于輪齒的體積，齒谷的有效工作高度為 h = 2m 這個假設。第三節(jié)葉片泵根據(jù)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時每個密閉容積吸、壓油次數(shù)的不同，葉片泵分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵兩種，前者為定量泵， 后者一般為變量泵。( 要注意區(qū)分雙作用葉片泵和雙向泵之間的區(qū)別，前者仍為單向定量泵，而后者則為雙向變量泵)一、定量葉片泵(1)工作原理定量葉片泵也稱雙作用葉片泵，其特點是轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，每一個密閉容積 (由定子內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子外表面，兩個葉片和前后配油盤組成)完成兩次吸油和壓油的過程。由于密閉容積連續(xù)

33、不斷地變化，使得葉片泵連續(xù)地進行吸油和壓油。(2)結(jié)構(gòu)特點雙作用葉片泵定子內(nèi)表面曲線中連接大、小圓弧曲線的四段過渡曲線，是影響泵工作性能(如流量脈動、噪聲和壽命)的主要因素。因此，合理設計雙作用葉片泵的定子過渡曲線，對于改善和提高葉片泵的性能十分重要。一般可設計成阿基米德螺旋線、等加速一等減速曲線、正弦曲線余弦曲線等多種過渡曲線，雙作用葉片泵一般采用等加速一等減速曲線，也有采用組合曲線的。雙作用葉片泵配油盤上兩對吸、壓油口是沿軸心線對稱設置的。所以徑向液壓作用力相平衡，軸和軸承不受不平衡徑向力的影響。因此這種泵又稱卸荷式葉片泵。從理論上講，雙作用葉片泵不存在困油現(xiàn)象。另外，如不考慮葉片厚度的影

34、響，并把葉片數(shù)設計成 4 的整數(shù)倍時，理論上不存在流量脈動，所以這種泵的壓力脈動和噪聲較小。一般雙作用葉片泵為了保證葉片與定子內(nèi)表面緊密接觸，葉片底部都是通壓油腔的。但當葉片處在吸油腔時， 葉片底部作用著壓油腔的壓力，頂部作用著吸油腔的壓力。其壓力差使葉片根部以很大的力壓向定子內(nèi)表面。由于在過渡曲線上，某點的法線與轉(zhuǎn)子的徑向不重合，使得定子對葉片的反作用力與葉片對定子的壓力不重合，因而存在一個切向分力T，使得葉片在工作時難以回槽。因此雙作用葉片泵通常使葉片有一個前斜角=13° ( 見圖 ) 。要提高雙作用葉片泵的工作壓力，必須從減輕葉片受力狀況來考慮。 常用方法有： 一是減小葉片底部

35、承受壓力油作用的寬度 ( 如子母葉片結(jié)構(gòu)，階梯葉片結(jié)構(gòu) ) ；二是在葉片的頂部通高壓油 ( 如雙葉片結(jié)構(gòu) ) ；三是減小或消除葉片底部的壓力油 ( 如輔助閥式和彈簧葉片式結(jié)構(gòu) ) 。二、變量葉片泵變量葉片泵又稱單作用葉片泵，它們的工作原理與雙作用葉片泵基本相似，所不同的是單作用葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)完成一次吸、壓油過程。從結(jié)構(gòu)上來看。單作用葉片泵的定子內(nèi)11表面曲線是圓弧，轉(zhuǎn)子以偏心距e 安裝在定子中，轉(zhuǎn)子中心固定不動。而定子中心可相對于轉(zhuǎn)子中心作水平移動，因而可方便地調(diào)節(jié)定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心距e 的大小和方向，從而實現(xiàn)排量大小和排油方向的改變。變量葉片泵種類很多，按照移動定子的控制方式不同可分為

36、外控式(其中又分手動控制、機械控制、液壓控制、氣動控制、電動控制和復合控制)和調(diào)節(jié)式兩大類。調(diào)節(jié)式中按調(diào)節(jié)性能不同又分為限壓式、恒功率式、恒壓力式、恒流量式等類型，其中限壓式應用最廣泛。限壓式變量葉片泵又可分為內(nèi)反饋式和外反饋式，前者主要是靠不對稱的配油窗口對定子產(chǎn)生作用力使其與彈簧力相平衡而進行調(diào)節(jié)，后者吸、壓油窗口對稱，靠外部引入壓力油通過柱塞直接作用在定子上與彈簧力相平衡而進行調(diào)節(jié)。在限壓式葉片泵中，最重要的是要理解限壓式變量葉片泵的特性曲線( 見圖 ) 。要理解 A、B、C 三點以及與之相對應的q 與 p 之間的關系。變量葉片泵輸出最大工作壓力pmax ( pC ) 時，輸出流量為零(

37、 e = 0 ) ，通過調(diào)節(jié)彈簧力的大小，便可改變pB 和 pC的值(BC 段左右平移 ) ；調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)螺釘，便可改變偏心 e，從而改變流量的大小 (AB 段上下平移 )，但此時一定要注意 BC 段不會左右移動；若改變彈簧剛度，更換不同的彈簧， BC 段的斜率會發(fā)生變化。 彈簧越軟， BC 段越陡；反之 BC 段越平坦。限壓式變量葉片泵的結(jié)構(gòu)較雙作用葉片泵復雜，在看結(jié)構(gòu)圖時只要對照原理圖，弄清定子的受力及其移動方向和位置，那么問題就不難解決了。第四節(jié)柱塞泵柱塞泵也是容積式液壓泵，按柱塞與傳動軸的相對位置可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。前者柱塞軸線與傳動軸軸線垂直，后者柱塞軸線與傳動軸軸線

38、平行或傾斜。由于柱塞和與其配合的孔的加工精度比較容易提高，所以柱塞泵一般多為高壓泵，額定壓力可達31.5MPa 甚至更高。軸向柱塞泵軸向柱塞泵相對于徑向柱塞泵來說，其結(jié)構(gòu)較緊湊，工作壓力相對也高。在理解軸向柱塞泵的工作原理時，讀者一定要搞清楚柱塞不僅要隨缸體在傳動軸的驅(qū)動下作旋轉(zhuǎn)運動，而且柱塞本身在回程盤和中心彈簧的作用下，在缸體孔內(nèi)作往復運動，正由于這兩個運動的存在，使得柱塞在缸體內(nèi)能不斷地從吸油腔進行吸油和經(jīng)過壓油腔進行排油。在結(jié)構(gòu)分析中，要注意以下幾點：(1) 變量調(diào)節(jié) 采用改變斜盤傾角來改變泵的輸出流量， 其方式有手動變量、 伺服變量、機動變量和恒功率變量等。(2) 中心彈簧的安放方式

39、及作用 這里中心彈簧的安放不僅能保證柱塞上滑靴端部與斜盤緊密接觸，同時也使此力通過彈簧座套傳到缸體上，以保證配油盤在工作壓力未建立以前能正常工作。(3)缸體底部腰形窗口的作用為何缸體底部要開成腰形孔?這主要有兩個原因： 其一是腰形窗口的截面積小于柱塞孔的截面積， 這個面積差使得在高壓區(qū)時柱塞缸體有一個作用力，這個作用力使缸體與配油盤之間保證有一穩(wěn)定的作用力，使其能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的有一定厚度的油膜；其二是保證油液進入和壓出柱塞孔的流速不致太高。(4) 配油盤的工作原理及其結(jié)構(gòu)(5) 軸向柱塞泵的流量脈動一定要理解柱塞個數(shù)與流量脈動率之間的關系，當柱塞個數(shù)為奇數(shù)時，流量脈動率較小，一般柱塞泵的柱塞個

40、數(shù)為7個或 9個。12在實際工作中，我們選擇液壓泵主要是考慮其工作壓力和流量這兩個參數(shù)。第六節(jié)液壓泵的選用習題：P73：題 2-1P73：題 2-2第三章液壓執(zhí)行元件液壓馬達和液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它們是把液體的壓力能換成機械能以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和往復運動的能量轉(zhuǎn)換裝置，在液壓傳動系統(tǒng)中得到了廣泛應用。本章重點1) 液壓缸的各種結(jié)構(gòu)形式。2) 單出桿雙作用活塞缸的工作特點和其速度、推力的計算。3) 差動液壓缸的工作特點和其速度，推力的計算。4) 液壓缸結(jié)構(gòu)設計。本章難點1) 差動液壓缸的工作原理及其計算。2) 液壓缸結(jié)構(gòu)設計中的緩沖機理。第一節(jié)液壓馬達我們把作連續(xù)轉(zhuǎn)動并輸出轉(zhuǎn)矩的液壓執(zhí)

41、行元件稱之為液壓馬達。它的作用是將液壓能轉(zhuǎn)變成機械能，它的工作條件與液壓泵相類似，概括地說：1) 進、回油腔要隔開。2) 進、回油腔必須產(chǎn)生總的不平衡轉(zhuǎn)矩。3) 進、回油腔密封容積變化與配流手段相協(xié)調(diào)。第二節(jié)液壓缸液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和擺動缸三類。一、活塞式液壓缸活塞式液壓缸可分為雙出桿液壓缸、單出桿液壓缸和無桿液壓缸三種。(一 ) 雙出桿液壓缸的結(jié)構(gòu)雙出桿液壓缸根據(jù)其安裝時是缸體固定還是活塞桿固定又可分為實心雙出桿和空心雙出桿液壓缸兩種。圖 3-h 所示為缸體固定的實心雙出桿液壓缸。它的進、出油口布置在缸體兩端，兩活塞桿的直徑通常是相等的。因此，當工作壓力和輸入流量不變

42、時，自兩個方向輸出的推力和速度是相等的，其值為：13式中， 、 液壓缸的機械效率和容積效率。mV請注意下左圖 a 中的雙點畫線，它表明這種安裝形式使得工作臺的移動范圍約為活塞有效行程的 3 倍，占地面積大。下左圖 b 所示的是活塞桿固定的空心雙出桿液壓缸。它的進、出油可以通過空心的活塞桿輸入和流出液壓缸。使用軟管連接時，進、出油口亦可布置在缸體的兩端。缸體移動時輸出的推力和速度都和缸體固定式相同，但這種安裝形式使工作臺移動的范圍為缸體有效行程的 2 倍，故占地面積小。請注意：這兩種形式的雙出桿液壓缸由于固定的部位不同，在以同樣的方向輸入液壓油時，其運動方向正好相反。雙出桿液壓缸在工作時，由于一

43、個活塞桿是受拉的，而另一個活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細些。這兩種液壓缸其結(jié)構(gòu)上除進、出油口布置不同外，其他方面諸如密封、缸體與缸蓋的連接、活塞桿與活塞的連接等都基本相似。(二 ) 單出桿液壓缸的結(jié)構(gòu)單出桿液壓缸的特點：僅在液壓缸的一腔中有活塞桿，使缸兩腔的有效面積不相等。活塞桿直徑越大，有效面積相差就越大，因而當壓力油以相同的壓力和流量分別進入液壓缸的兩腔時，活塞 ( 或缸 ) 在兩個方向上的推力、速度都不相等，如左圖所示。上右圖 a 中：上右圖 b 中：14如將兩個方向上的輸出速度 和 的比值稱為速度比，記作，則12在已知 D 和 時，就可確定d 值。這種單出桿活塞缸的進、

44、出油口布置視其安裝方式而定，但工作臺移動的范圍都為活塞( 或缸體 ) 有效行程的2 倍。上右圖 c 中：單出桿活塞缸在其左右兩腔均接通壓力油時稱為差動連接。這里液壓缸稱為差動缸。此內(nèi)容為本章的重點，要正確理解差動缸工作的原理以及推力和速度的計算，不能機械地死記公式，要知道在運動方向上，在不計回路中壓力損失的情況下，由于無桿腔的推力 p1A1 與有桿腔的推力 p1A2，存在一個差值，在此作用下，液壓缸就要向前運動，其推力為：為了求出運動速度，可以先設其運動速度為，因而進入無桿腔的流量應為A1，則從有桿33腔排出的流量為 q = A23，由液壓泵提供的流量為 q，根據(jù)流量連續(xù)性方程，流入交匯點的流

45、量應等于流出交匯點的流量 ( 當回路效率等于 1 時 ) ，即由上式可知， 3 等于液壓泵提供的流量與活塞桿面積的比值，這是大多數(shù)讀者較難理解的一個地方。差動液壓缸常應用于需要快進、工進和快退運動的組合機床液壓傳動系統(tǒng)中，若要求2，則由以上關系式可以得到D = 2 d 。=3(三 ) 無桿液壓缸無桿液壓缸又稱齒條活塞缸，它由兩個柱塞缸和一套齒條齒輪傳動裝置組成，如圖所示。該裝置可將柱塞的直線往復運動經(jīng)過齒條齒輪機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，這類缸常用于機械手、磨床的進給機構(gòu)、 回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位機構(gòu)和回轉(zhuǎn)夾具等。二、柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸只能實現(xiàn)單向運動，反向運動要靠外力，機械制造裝備上常成對反向布置使用，垂直安裝時可靠自重或外界彈簧力使其返回。這種液壓缸的特點是柱塞與缸體不接觸，運動時由缸蓋上的導向套來導向，因此缸體的內(nèi)壁不須精加工，它特別適用在行程較長的場合，其推力和速度( 如圖所示 ) 為：15三、擺動式液壓缸擺動式液壓缸，又稱擺動式液壓馬達、回轉(zhuǎn)液壓缸等。它把油液的壓