液壓系統(tǒng)基本原理介紹液壓基本概念課件

第4章液壓系統(tǒng)基本原理介紹4-1液壓基本概念4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-3液壓裝置組成認(rèn)識(shí)4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)第4章液壓系統(tǒng)基本原理介紹4-1液壓基本概念

液壓學(xué)（hydraulics）一詞其在工程上的定義為藉液體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生力量，來(lái)達(dá)到方向之控制及能量傳送的一門(mén)科學(xué)。

近年來(lái)液壓設(shè)備的運(yùn)用非常普遍，在我們?nèi)粘Ｉ钪械教幎伎煽吹揭簤簯?yīng)用的實(shí)例，諸如：馬路上的怪手、垃圾車(chē)、堆土機(jī)、以及各種的土木建築機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工廠上的工具機(jī)、衝床、壓床，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及煞車(chē)系統(tǒng)、船上方向舵控制裝置、飛機(jī)的著陸裝置等都是藉由液壓的原理而達(dá)到控制的目的。4-1液壓基本概念4-1液壓基本概念

尤其是在目前國(guó)內(nèi)，為了提高生產(chǎn)效率與提高品質(zhì)，正提倡生產(chǎn)自動(dòng)化，其自動(dòng)化的要素不外乎為電氣、氣壓、液壓、電腦或可程式控制器，而目前的自動(dòng)化機(jī)械就是分別由這四項(xiàng)要素之特徵所構(gòu)成，如CNC、機(jī)械人等等不勝枚舉。所以液壓在未來(lái)的發(fā)展，更將無(wú)遠(yuǎn)弗屈。

液壓的應(yīng)用範(fàn)圍非常廣，可大列分為： 1.以力的傳達(dá)為主要目的：行靜力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，如

液壓千斤頂。 2.以傳達(dá)泵產(chǎn)生的動(dòng)力至各種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為主要目

的：行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。4-1液壓基本概念 尤其是在目前國(guó)內(nèi)，為了提高生產(chǎn)效率與提高品質(zhì)，正提倡生產(chǎn)

目前常見(jiàn)的應(yīng)用液壓機(jī)器有： (1)在道路上使用之挖土機(jī)堆高機(jī)等建設(shè)機(jī)構(gòu)。 (2)在工廠上使用之壓床、工作母機(jī)等。 (3)在汽車(chē)上使用的有動(dòng)力轉(zhuǎn)向及煞車(chē)等。 (4)在飛機(jī)上使用的起落架收放機(jī)構(gòu)等。 (5)在農(nóng)業(yè)上的使用上，有曳引機(jī)，綜合收獲機(jī)等，液

壓系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例在日常生活中可說(shuō)是到處可見(jiàn)。4-1液壓基本概念 目前常見(jiàn)的應(yīng)用液壓機(jī)器有：4-1液壓基本概念

在靜止液體中，有一高度為h，底面積為A的圓柱，如圖4-1所示。由於液體在靜止?fàn)顟B(tài)，故作用在圓柱底面的壓力均能在平衡狀態(tài)。作用於底面的力F與其液柱之自重W平衡。

假設(shè)液體比重為，則液柱的重量

W=Ah，在液柱的底面產(chǎn)生一反作用力

F等於W。若F平均作用在底面積A上，則單位面積上所受的力P稱(chēng)之為靜壓力。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng) 在靜止液體中，有一高度為h，底面積為A的圓柱，如圖4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

由例題4-1所示，知道在兩個(gè)不同形狀的容器內(nèi)注入同樣的液體，如高度由例題4-1所示，知道在兩個(gè)不同形狀的容器內(nèi)注入同樣的液體，如高度=h一樣，則壓力。由此可知靜壓力的大小僅與液柱的高度有關(guān)，而與容器的形狀及容積無(wú)關(guān)。

對(duì)以上的敘述及證明可歸納下面三點(diǎn)結(jié)論： 1.靜止液體中，任何一點(diǎn)靜壓力，等於作用在液面的壓力和液體所產(chǎn)生的壓力

之和。 2.液體中靜壓力，僅與液柱高度h有關(guān)，而與容器的形狀大小無(wú)關(guān)。 3.同一液體中，只要液體的深度相同，其靜壓力也相同。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng) 4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

所謂巴斯卡原理係指在一密閉容器中，利用液體的不可壓縮性（圖4-3為液體無(wú)論受任何外力壓縮時(shí)，壓力均會(huì)升高，但其體積永遠(yuǎn)保持不變）與力傳導(dǎo)性，當(dāng)某一部分受到壓力時(shí)，其容器內(nèi)壁任何一Z所受到的壓力P均相等，且均等傳遞到各部。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng) 所謂巴斯卡原理係指在一密閉容器中，利用液體的不可壓縮性（由圖4-3所示可得四點(diǎn)結(jié)論。

1.液體不可壓縮性。 2.壓力垂直作用於作用面。 3.容器內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力均相等。 4.密封容器中任一部分所產(chǎn)生的壓力均等傳遞到各部，此即所謂巴斯噶原理。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)由圖4-3所示可得四點(diǎn)結(jié)論。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

液壓傳動(dòng)係根據(jù)巴斯卡原理，以小的力量作用在小活塞上而能在大活塞上舉起重物，如圖4-4所示。4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)由公式4-3知作用力的大小與活塞面積成正比，截面積愈大由外加的力所產(chǎn)生的作用力也愈大?，F(xiàn)今的一般車(chē)輛大都採(cǎi)用液壓煞車(chē)，即根據(jù)此原理，以小力踩煞車(chē)踏板來(lái)產(chǎn)生大的力量來(lái)控制煞車(chē)作用，除此之外液壓千斤頂也是利用此原理，如圖4-5所示。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

圖4-6為兩個(gè)不同面積的活塞以一連桿連接，當(dāng)外力F1作用於截面積為A1的活塞上產(chǎn)生壓力P，當(dāng)壓力P作用在A2上時(shí)，在大活塞上產(chǎn)生一作用力F2，此一作用力經(jīng)由活塞桿的傳遞而作用在小活塞A3上，因此產(chǎn)生P3的壓力。由於A3<A2，因此P3>P2達(dá)到增壓作用。

由上式知在增壓器上壓力的大小與截面積成反比。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

流體在某一任何橫斷面的流動(dòng)狀態(tài)，不隨時(shí)間而改變者稱(chēng)為穩(wěn)定流動(dòng)，反之稱(chēng)為非穩(wěn)定流動(dòng)，在穩(wěn)定流動(dòng)的狀況下，管道任何一橫斷面之流體的流量恆維持一定，此稱(chēng)之為連續(xù)定理。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

由圖4-7所示管路中，斷面A流速為v，斷面A的流速的v，根據(jù)連續(xù)定理

由公式4-4得知，油流經(jīng)管路斷面積較大之位置其流速較慢，管路面積較小的位置其流速較快。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-64-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-64-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-64-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-6

在管路內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)的液體具有壓力能、位能、動(dòng)能三種形式的能量，如不考慮流體在管路內(nèi)因摩擦所造成之熱能損失，根據(jù)能量守恆定律，可知在同一管路每一截面積上的總能量都是相等的，如圖4-8所示。管路液體流過(guò)截面積A及B兩斷面，它們的能量是相等的，可用公式4-5表示。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

在液壓系統(tǒng)中，一般液壓管路配置都不會(huì)太高，位能可以忽略不計(jì)，所以公式可以改寫(xiě)如公式4-6所示。

又由連續(xù)定理得知油流經(jīng)斷面大時(shí)速度慢，反之則速度快，所以由圖知的速度比

慢，所以。由此可知液體流經(jīng)斷面大時(shí)壓力大，速度慢。反之流斷面小時(shí)壓力小速度快，此即所謂的柏努力定理。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng) 在液壓系統(tǒng)中，一般液壓管路配置都不會(huì)太高，位能可以忽略不

所謂功率，係指單位時(shí)間內(nèi)所做的功，以下我們以千斤頂?shù)妮敵隽α縁和移動(dòng)距離S來(lái)導(dǎo)出壓力P，流量Q和功率L三者的關(guān)係式：4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

由上式公式知要提高系統(tǒng)之功率，可以提高壓力P及增加流量Q來(lái)達(dá)成，以液壓千斤頂來(lái)說(shuō)，如圖4-9所示。若負(fù)荷被要求以等速上升，如希望推動(dòng)的負(fù)荷要越大，則手壓把柄的力也就要越大，若是負(fù)荷不變而要求上升速度加快，則手壓把柄往下壓的速度也就要越快。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng) 4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

在實(shí)際計(jì)算中尚須考慮其泵效率，故其修正後泵的輸入功率如公式中4-8所示。4-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng) 在實(shí)際計(jì)算中尚須考慮其泵效率，故其修正後泵的輸入功率如公4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動(dòng)

基本液壓裝置組成必須包括下列四大部門(mén)，在此用一簡(jiǎn)單方塊圖，如圖4-10所示加以說(shuō)明。 1.液壓產(chǎn)生裝置：將電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體的壓力能。 2.液壓控制裝置：控制液體的流動(dòng)方向、壓力及流量，使其作動(dòng)合於系統(tǒng)之要求。 3.液壓作動(dòng)裝置：將液壓產(chǎn)生機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的壓力能以機(jī)械的方式輸出，以達(dá)到工作之目的。 4.操作裝置：藉以手動(dòng)、機(jī)械、電氣等各種方式以控制方向閥、流量閥及壓力控制閥，以改變其作動(dòng)方向、流量及壓力的裝置。4-3液壓裝置組成認(rèn)識(shí) 基本液壓裝置組成必須包括下列四大部門(mén)，在此用一簡(jiǎn)單方塊圖 5.液壓附屬元件：液壓系統(tǒng)所使用各種附屬裝置。

各液壓裝置組成元件，如表4-1所示。4-3液壓裝置組成認(rèn)識(shí)4-3液壓裝置組成認(rèn)識(shí)4-3液壓裝置組成認(rèn)識(shí)4-3液壓裝置組成認(rèn)識(shí)

為何使用油？水是否也可以呢？當(dāng)然也可以，利用泵送水的壓力（水壓機(jī)即是），但因?yàn)樗衅湎薅?，亦即水?00℃時(shí)會(huì)沸騰，成為水蒸氣。即使未到100℃，也會(huì)大量蒸發(fā)，高溫時(shí)因黏性低，容易外洩，也容易生銹，又無(wú)潤(rùn)滑性，機(jī)器很快磨耗，所以須要用特別材料，而油除了沒(méi)有水的缺點(diǎn)之外尚有以下的優(yōu)點(diǎn)。4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 為何使用油？水是否也可以呢？當(dāng)然也可以，利用泵送水的壓力

和氣壓機(jī)器比較，相同輸出的液壓設(shè)備其構(gòu)造較小，輸出比較大，一般使用壓力在70kgf/cm2(6.86MPa)。即使使壓力升高到350kgf/cm2(34.3MPa)，也不會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)，不像空氣那樣在高壓時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。因?yàn)闅鈮合到y(tǒng)必須透過(guò)儲(chǔ)氣筒蓄存工作壓力源，而當(dāng)壓力高於儲(chǔ)氣筒所能承受的最大壓力時(shí)會(huì)爆裂。

一般機(jī)械或電氣過(guò)負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生故障及燒壞，而液壓系統(tǒng)一般均裝有溢流閥，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到某一限度時(shí)，溢流閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)流回油箱，唯溢流閥打開(kāi)，將因損失能量而降低效率。4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 和氣壓機(jī)器比較，相同輸出的液壓設(shè)備其構(gòu)造較小，輸出比較大

一般機(jī)械要改變其輸出，相當(dāng)困難而複雜，而液壓系統(tǒng)要改變其輸出，僅需調(diào)整其溢流閥的壓力即可，相當(dāng)方便。因F=P×A；力＝壓力×截面積。

要調(diào)整液壓系統(tǒng)速度的變化，僅須調(diào)整其流量控制閥的流量即可，就像調(diào)整水龍頭的水量那麼簡(jiǎn)單。

一般的機(jī)械或馬達(dá)慣性大，起動(dòng)、停止、逆轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有衝擊震動(dòng)現(xiàn)象，而液壓系統(tǒng)由於其慣性小，所以對(duì)於轉(zhuǎn)動(dòng)、急加速、減速、逆轉(zhuǎn)、停止、作動(dòng)比較圓滑。4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)

如要做遠(yuǎn)距離的控制，僅需延長(zhǎng)管線即可，如再與氣壓、電氣、電腦配合使用，將更能發(fā)揮自動(dòng)化的特點(diǎn)。

液壓油本身具有潤(rùn)滑作用，所以機(jī)件磨耗損失也較小，故有耐久性。4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)4-4液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)

液壓系統(tǒng)是由許多液壓元件組合而成，而各元件之間信號(hào)的傳送必須藉由配管來(lái)達(dá)成，接頭多、配管麻煩，接頭部分常會(huì)有漏油問(wèn)題產(chǎn)生。

通常使用的油具有可燃性，其閃點(diǎn)大約在210℃左右，周?chē)懈邷貢r(shí)很危險(xiǎn)，雖也可採(cǎi)用不