第一章 液壓傳動概述 教案

1、第一章 液壓傳動概述本章難點:壓力取決于負載它所介紹的內容，是機械工程技術人員必須掌握，不可缺少的基礎技術知識。研究以有壓流體（壓力油和壓縮空氣）為傳動介質來實現(xiàn)各種機械傳動和自動控制的學科。一部完整的機器由原動機部分、傳動機構及控制部分、工作機部分（含輔助裝置）組成。原動機包括電動機、內燃機等。工作機即完成該機器之工作任務的直接工作部分，如剪床的剪刀、車床的刀架等。由于原動機的功率和轉速變化范圍有限，為了適應工作機的工作力和工作速度變化范圍變化較寬，以及性能的要求，在原動機和工作機之間設置了傳動機構，其作用是把原動機輸出功率經過變換后傳遞給工作機。一切機械都有其相應的傳動機構借助于它達到對動

2、力的傳遞和控制的目的。傳動機構通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動機構。流體傳動是以流體為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的傳動。它包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。液壓傳動和液力傳動均是以液體作為工作介質進行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動則主要是利用液體的動能來傳遞能量。 氣壓傳動，其做工的介質是空氣體；液壓傳動，其做工的介質是機油（或其它的液體）。 氣壓傳動的結構簡單，該介質（空氣）不需要成本；液壓傳動結構復雜點，且需要其它的材料作為介質，成本會高點。但液壓傳動的密封性能好，所以傳動的力矩會大點，做工性能會好些。11 液壓技術的發(fā)展本章是學習液壓與

3、氣壓傳動的啟蒙章節(jié)，主要闡述了本課的一些重要概念、并通過液壓千斤頂簡化模型的分析深入理解液壓傳動的工作原理和液壓系統(tǒng)的基本組成，最后介紹液壓傳動的優(yōu)缺點和應用領域。首先介紹什么是傳動？傳動的類型有哪些? 引導學生舉生活中常見的實例說明以下五種傳動，使學生對傳動及其類型有所認識和掌握。機械傳動自行車，縫紉機；電傳動電動門，聲控燈，音樂噴泉；氣壓傳動公交車的車門；液壓傳動千斤頂，液壓挖掘機；液壓傳動是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的一種傳動形式，它通過能量轉換裝置（如液壓泵），將原動機（如電動機）的機械能轉變?yōu)橐后w的壓力能，然后通過封閉的管道、控制元件等，由另一能量轉換裝置（如液壓缸或馬達）將液

4、體的壓力能轉變?yōu)闄C械能，以驅動負載和實現(xiàn)執(zhí)行機構所需的直線或旋轉運動。因此，以液體作為工作介質，并以其壓力能進行能量傳遞的方式，即為液壓傳動。注意幾點：工作條件：密封系統(tǒng)工作介質：受壓的流體傳動方式：傳遞運動和動力111 液壓技術發(fā)展的歷史液壓傳動開始應用于十八世紀末，自從一七九五年英國制成第一臺水壓機算起已有二百多年歷史，然而在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度發(fā)展卻是近五、六十年的事情。由于液壓傳動與其它傳動相比有其獨特的優(yōu)點，因而在各個領域獲得了越來越普遍的應用，特別是近一、二十年來發(fā)展很快，隨著生產力的提高，20世紀30年代前后已有一些國家生產了液壓元件，并開始在機床上應用。在第二次世界大戰(zhàn)

5、期間，由于迫切需要反應迅速、動作準確、輸出功率大的液壓傳動裝置及控制裝置來裝備各種飛機、坦克、大炮和軍艦，因此液壓技術開始在兵器制造領域中得到了廣泛的應用，并出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。此外，在與戰(zhàn)爭緊密相關的行業(yè)里，液壓技術也得到了廣泛的應用。從二戰(zhàn)后，液壓技術很快轉入民用工業(yè)，廣泛應用于機床、工程機械、農業(yè)機械、汽車、船舶等行業(yè)，并得到了較大幅度的發(fā)展。 20世紀60年代以后，隨著原子能技術、空間技術、計算機技術（微電子技術）等的發(fā)展，再次將液壓技術推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內的一門完整的自動化技術，其應用向更廣泛的領域擴展。第一階段： 液壓傳動從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原

6、理、1795年世界上第一臺水壓機誕生算起，液壓傳動技術已有200多年的歷史，但由于沒有成熟的液壓傳動技術和液壓元件，且工藝制造水平低下，發(fā)展緩慢，幾乎停滯。 氣壓傳動早在公元前，埃及人就開始采用風箱產生壓縮空氣助燃。從18 世紀產業(yè)革命開始，逐漸應用于各類行業(yè)中。第二階段：20世紀30年代，由于工藝制造水平提高，開始生產液壓元件，并首先應用于機床。第三階段：20世紀50、60、70年代，工藝水平有了很大提高，液壓與氣動技術也迅速發(fā)展，滲透到國民經濟的各個領域。第四階段：20世紀80年代初期引進美國、日本、德國的先進技術和設備，使我國的液壓技術水平有了很大的提高。112 液壓技術主要的發(fā)展方向當

7、前液壓技術正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術、可靠性技術等方面也是當前液壓傳動及控制技術發(fā)展和研究的方向。12 液壓傳動的工作原理用兩個例子說明液壓傳動系統(tǒng)的工作原理：（1）手動液壓千斤頂半結構圖最簡單的例子，用于換輪胎等舉升工作，生活中常見。（2）磨床工作臺的液壓傳動系統(tǒng)半結構圖涵蓋的液壓元件種類比較全，用于講解液壓傳動系統(tǒng)的組成及液壓系統(tǒng)的圖形符號很適合。通過講解磨床工作臺向左運動、向右運動、過載溢流、油缸停止、油泵卸荷等工況下各元件

8、的工作狀態(tài)，讓學生了解液壓系統(tǒng)的工作原理、組成及各液壓元件的作用。l 壓力取決于負載 簡化模型中，只有大活塞上有了重物G（負載），小活塞上才能施加上作用力F，而有了負載和作用力，才產生液體壓力P。有了負載，液體才會有壓力，并且壓力大小決定于負載，而與流入的流體多少無關。這是一個很重要的概念。今后，在分析液壓系統(tǒng)中元件和系統(tǒng)的工作原理時經常要用到它。實際上，液壓傳動中液體的壓力相當于機械傳動中機械構件的應力。l 速度取決于流量 另一個重要的基本概念，調節(jié)進入缸體的流量Q，即可調節(jié)活塞的運動速度V，這就是液壓傳動能實現(xiàn)無級調速的基本原理。即活塞的運動速度（馬達的轉速）取決于進入液壓缸（馬達）的流量

9、，而與流體壓力大小無關。 以上兩個重要概念將在本門課程的學習和應用中貫穿始終，必須掌握。液壓系統(tǒng)的圖形符號：（增加內容）13 液壓傳動的組成液壓傳動系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和傳動介質五部分組成。l 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換成流體的壓力能，為系統(tǒng)提供（壓力油）動力。l 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換成機械能，輸出力和速度或轉矩和轉速，以帶動（克服）負載進行直線運動或旋轉運動。l 控制元件：壓力、流量和方向控制閥，作用是控制和調節(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）、

10、運動速度和運動方向。l 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。l 傳動介質：液體。傳遞運動和動力，而且還對液壓裝置的機構、零件起這潤滑、冷卻和防銹作用。14 液壓傳動的特點、應用141液壓傳動的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點：(1)由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機等重型工程機械上，已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而

11、且外形美觀大方。(1) 可在大范圍內實現(xiàn)無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達，可以實現(xiàn)無級調速，調速范圍可達12000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。(2) 在同等功率情況下，液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達的體積為電動機的12%13%。液壓泵和液壓馬達單位功率的重量指標，目前是發(fā)電機和電動機的十分之一，液壓泵和液壓馬達可小至0.0025N/W(牛/瓦)，發(fā)電機和電動機則約為0.03N/W。(3) 傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。正因為此特點，金屬切削機床中的磨床傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。(4) 液壓傳動裝置的控制、調節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力、

12、易于實現(xiàn)自動化與電氣控制配合使用能實現(xiàn)復雜的順序動作和遠程控制。(5) 液壓傳動裝置易于實現(xiàn)過載保護，系統(tǒng)超負載，油液經溢流閥回油箱。由于采用油液作工作介質，能自行潤滑，所以壽命長。(6) 液壓傳動易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化，易于設計，制造和推廣使用。(7) 液壓傳動易于實現(xiàn)回轉、直線運動，且由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構。(8) 液壓傳動中，由于功率損失所產生的熱量可由流動著的油帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置產生過度溫升。142 液壓傳動的主要缺點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點：(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。(2)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體粘性變化，引起運動特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓