液壓與氣壓傳動--第一章液壓與氣壓傳動概述

1、關(guān)于液壓與氣壓傳動 n課程性質(zhì): 專業(yè)基礎(chǔ)課n課程特點: 理論與實踐并重n評價指標: 期末70% 平時30% (出勤、作業(yè)、實驗、課堂提問等) 第一章 液壓與氣壓傳動概述n液壓與氣壓傳動的工作原理 n液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成與實例n液壓與氣壓傳動的比較 n流體傳動介質(zhì)的特性 知識點：基本原理、介質(zhì)性能 n液壓與氣壓傳動都是借助于密封容積的變化，利用流體的壓力能與機械能之間的轉(zhuǎn)換來傳遞能量的 n壓力和流量是液壓與氣壓傳動中兩個最重要的參數(shù)。壓力取決于負載；流量決定執(zhí)行元件的運動速度 n液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的基本組成 n傳動介質(zhì)的主要性能、參數(shù)的物理意義、度量單位以及主要的影響因素 研究對象n研究以

2、有壓流體（壓力油和壓縮空氣）為傳動介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械傳動和自動控制的學(xué)科 元件 回路 系統(tǒng) 介質(zhì)1.1液壓與氣壓傳動的工作原理 211AWAFp121AAFW1.1.1 力比關(guān)系n帕斯卡原理帕斯卡原理“在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點” (1.1)重要基本概念一：“工作壓力取決于負載”，而與流入的液體多少無關(guān) 思考：思考：1.若空載，即W=0，則p=？ 2.千斤頂?shù)墓ぷ髟砗推渌鼈鲃臃绞降谋容^?1.1.2 運動關(guān)系 A1h1=A2h22112AAhh(1.2)thAthA22112112AAvv(1.3)活塞的運動速度和活塞的作用面積成反比 流量q (Ah/t):單

3、位時間內(nèi)流過某一截面積為A的流體體積q=Av q=A1v1=A2v2 （1-4）(連續(xù)性方程) Aqv (1.5)若已知進入缸體的流量q，則活塞運動速度為： 重要基本概念二：“活塞的運動速度速度v取決于取決于進入液壓（氣壓）缸（馬達）的流量流量q，而與液體壓力p大小無關(guān)” ? 守恒守恒1.1.3 功率關(guān)系n F1v1=Wv2 (1-6) n P=pA1v1=pA2v2=pq (1-7) n壓力p和流量q是流體傳動中最基本、最重要的兩個參數(shù)，它們相當于機械傳動中的力和速度，它們的乘積即為功率 n液壓與氣壓傳動是以流體的壓力能來傳遞動力的 1.2液壓與氣壓傳動系統(tǒng)組成與實例圖1-2 機床工作臺液壓

4、傳動系統(tǒng)液壓傳動的特點n先通過動力元件（液壓泵）將原動機（如電動機）輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，再經(jīng)密封管道和控制元件等輸送至執(zhí)行元件（如液壓缸），將液體壓力能又轉(zhuǎn)換為機械能以驅(qū)動工作部件 1.2液壓與氣壓傳動系統(tǒng)組成與實例圖1-3 氣壓傳動系統(tǒng)的組成1氣壓發(fā)生裝置 2壓力控制閥 3邏輯元件 4方向控制閥 5流量控制閥6氣缸 7行程開關(guān) 8消聲器 9油霧器 10過濾器液壓與氣壓傳動系統(tǒng)組成n動力元件：液壓泵或氣源裝置，其功能是將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能，為系統(tǒng)提供動力 n執(zhí)行元件：液壓缸或氣缸、液壓馬達或氣馬達，功能是將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，輸出力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速），以帶動

5、負載進行直線運動或旋轉(zhuǎn)運動 n控制元件：壓力、流量和方向控制閥，作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動方向，以保證執(zhí)行元件達到所要求的輸出力（或力矩）、運動速度和運動方向 n輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置，包括管道、管接頭、油箱或儲氣罐、過濾器和壓力計 1.3 液壓與氣壓傳動的比較n液壓傳動的優(yōu)缺點 液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成化、數(shù)字化等方向發(fā)展 n氣壓傳動的優(yōu)缺點 氣動技術(shù)正向節(jié)能化、小型化、輕量化、位置控制的高精度化，以及與機、電、液、氣相結(jié)合的綜合控制技術(shù)方向發(fā)展 1.4 流體傳動介質(zhì)的特性 n液壓油的主要物理性質(zhì) n液壓油的選擇 n空氣的

6、主要物理性質(zhì) n氣體狀態(tài)方程 n氣壓傳動系統(tǒng)對空氣的要求 1.4.1液壓油的主要物理性質(zhì)n密度：單位體積液體的質(zhì)量 式中 m：液體的質(zhì)量(kg)； V：液體的體積（m3）； =900 kg/ m3 Vm1.4.1液壓油的主要物理性質(zhì)n可壓縮性：液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)?？捎皿w積壓縮系數(shù)或體積彈性模量K表示 n體積壓縮系數(shù)：單位壓力變化所引起的體積相對變化量， （m2/N） 式中 V：液體加壓前的體積（m3）； V：加壓后液體體積變化量（m3）； p：液體壓力變化量（N/ m2）；n體積彈性模量K （N/ m2） ：液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù) 計算時常取K=7108 N/ m2 VVp11

7、K粘度n液體的粘性： 液體在流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性 靜止液體則不顯示粘性 n液體的粘度： 液體粘性的大小可用粘度來衡量。 粘度是液體的根本特性，也是選擇液壓油的最重要指標 常用的粘度有三種不同單位：即動力粘度、運動粘度和相對粘度 動力粘度（絕對粘度） n牛頓內(nèi)摩擦定律 式中 :稱為動力粘度系數(shù)（Pas） :單位面積上的摩擦力（即剪切應(yīng)力） :速度梯度，即液層間速度對液層距離的變化率n物理意義 ：當速度梯度為1時接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力 n法定計量單位 ：帕秒（Pas）圖1-4 液體粘性示意圖dzdudzduAFdzdu運動粘度 n定義：動力粘度與密度之比 n法定計量單位：m2/s 由于

8、的單位中只有運動學(xué)要素，故稱為運動粘度。液壓油的粘度等級就是以其40C時運動粘度的某一平均值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級為32，則40C時其運動粘度的平均值為32mm2/s 相對粘度（恩式粘度） n恩氏粘度：它表示200mL被測液體在tC時，通過恩氏粘度計小孔（=2.8mm）流出所需的時間t1，與同體積20C的蒸餾水通過同樣小孔流出所需時間t2之比值n工業(yè)上常用20C、50C和100C作為測定恩式粘度的標準溫度，分別以20、50、100表示n恩式粘度與運動粘度（mm2/s）的換算關(guān)系： 21ttEtEE31. 631. 7粘溫特性 n定義：粘度隨溫度變化的特性 圖1-5 幾種國產(chǎn)油液

9、粘溫圖1.4.2 液壓油的選擇n液壓油的要求 n液壓油的選擇： 工作壓力的高低 環(huán)境溫度 工作部件運動速度的高低 1.4.3 空氣的主要物理性質(zhì)n空氣的性質(zhì) 空氣的組成:表1.4 空氣的基本性質(zhì) n濕空氣: 含有水蒸氣的空氣空氣的基本性質(zhì)n密度和質(zhì)量體積 密度 :單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量 式中 m:空氣的質(zhì)量(kg)；V:空氣的體積（m3） 質(zhì)量體積（比容） :單位質(zhì)量空氣的體積 =1/ 單位:m3/ kg Vm空氣的基本性質(zhì)n壓縮性: 一定質(zhì)量的氣體，由于壓力改變而導(dǎo)致氣體容積發(fā)生變化的現(xiàn)象n粘性:氣體質(zhì)點相對運動時產(chǎn)生阻力的性質(zhì) 濕空氣n絕對濕度:每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量 式中 ms:

10、濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量(kg)； V:濕空氣的體積（m3）n飽和絕對濕度:濕空氣中水蒸氣的分壓力達到該濕度下蒸氣的飽和壓力時的絕對濕度 式中 Pb:飽和空氣中水蒸氣的分壓力（N/ m2）； Rs:水蒸氣的氣體常數(shù)，Rs=461（Nm/kgK）； T: 熱力學(xué)溫度（K）,T=273.1+t(C) VmsTRpsbb濕空氣n相對濕度: 在相同溫度和相同壓力下，絕對濕度與飽和絕對濕度之比 式中 :絕對濕度； b:飽和絕對濕度； ps:水蒸氣的分壓力（N/ m2）； pb:飽和水蒸氣的分壓力（N/ m2）； 相對濕度表示了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度，也稱飽和度。 它同時說明了濕空氣吸收水蒸氣能力的

11、大小 %100%100bsbpp濕空氣n含濕量d: 每千克質(zhì)量的干空氣中所含有的水蒸氣的質(zhì)量 式中 ms:水蒸氣的質(zhì)量(kg)； mg:干空氣的質(zhì)量(kg)； s:水蒸氣的密度(kg/m3)； g:干空氣的密度(kg/m3)； gsgsmmd1.4.4 氣體狀態(tài)方程n理想氣體(不計粘性的氣體)狀態(tài)方程 在平衡狀態(tài)下，氣體的三個基本狀態(tài)參數(shù)：壓力、溫度和質(zhì)量體積（比容）之間的關(guān)系為: p = RT 或 pV = mRT 式中 p:絕對壓力（Pa）；:質(zhì)量體積（比容）（m3 /kg）； R:氣體常數(shù)，對干空氣，R=287.1（Nm/kgK）；水蒸氣，R=461（Nm/kgK）； T: 熱力學(xué)溫度（

12、K）；m:質(zhì)量（kg）；V:體積（m3） 對定量氣體，狀態(tài)方程可寫成: 222111TVpTVp理想氣體狀態(tài)變化過程n等容過程: 一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中，若體積保持不變 上式表明，當體積不變時，壓力的變化與溫度的變化成正比，當壓力上升時，氣體的溫度隨之上升 常數(shù)2211TpTp理想氣體狀態(tài)變化過程n等壓過程: 一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中，若壓力保持不變 上式表明，當壓力不變時，溫度上升，氣體體積增大（氣體膨脹）；當溫度下降時，氣體體積減小（氣體被壓縮） 常數(shù)2211TVTV理想氣體狀態(tài)變化過程n等溫過程: 一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中，若溫度保持不變 上式表明，當溫度不變時，氣體壓力上升，氣體體積被壓縮；壓力下降時，氣體體積膨脹 常數(shù)2211VpVp理想氣體狀態(tài)變化過程n絕熱過程: 一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中，若與外界完全無熱量交換 式中 :等熵指數(shù)，對干空氣=1.4，對飽和水蒸氣=1.3 在絕熱過程中，氣體狀態(tài)變化與外界無熱量交換，系統(tǒng)依靠本身內(nèi)能的消耗對外作功 kkkppTT12111221常數(shù)kkpp2211理想氣體狀態(tài)變化過程n多變過程: 一定質(zhì)量的氣體，若其基本狀態(tài)參數(shù)都在變化（即沒有任何條件限制） 式中n為多變指數(shù)，在一定