第1章 液壓與氣壓傳動之緒論

液壓與氣壓傳動德州學院機電工程系衛(wèi)江紅2023/9/13學分3學時54（包含12學時實驗）教材：姜繼海等《液壓與氣壓傳動》高等教育出版社孫如軍等《液壓與氣壓傳動》清華大學出版社重要的技術(shù)基礎(chǔ)課、必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。掌握液氣壓傳動技術(shù)基本的概念、理論和方法及其在控制工程中的應用能分析閱讀中等復雜的液氣壓傳動圖，并對其進行初步的設(shè)計和驗算會選擇標準元件和設(shè)計非標準元件以有壓流體為能源介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械的傳動和控制。性質(zhì)：目的要求：研究對象：第1章

緒論基本要求:掌握液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的原理、組成了解液壓與氣壓傳動的特點及應用發(fā)展了解液壓與氣壓傳動的工作介質(zhì)

重點難點:

液氣壓傳動的原理、組成和特點機器原動機傳動部分控制部分工作機構(gòu)機械傳動電氣傳動流體傳動復合傳動是指以流體為工作介質(zhì)，在密閉容器中實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的裝置。（1）氣體傳動：以氣體為工作介質(zhì)的流體傳動。流體傳動——包括：（2）液體傳動：以液體為工作介質(zhì)的流體傳動。

①液力傳動：主要是利用液體的動能沖擊工作機械，使之運轉(zhuǎn)和進行能量轉(zhuǎn)換。

②液壓傳動：利用液體的壓力能使執(zhí)行元件（油缸或油馬達）的容積發(fā)生變化而做功，稱為容積式液壓傳動，簡稱液壓傳動。液體傳動——目錄1.1液氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理和組成1.2液氣壓傳動的特點1.3液氣壓傳動概況1.4液氣壓傳動工作介質(zhì)概述1.1液氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理和組成一、工作原理液壓和氣壓傳動的工作原理完全相似，都是基于“靜壓傳遞原理”

來工作的。舉例一：

液壓千斤頂

常用于頂升重物,如頂起汽車以便拆換輪胎……大活塞杠桿小活塞大缸體油管放油閥油箱小缸體液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程單向閥1單向閥2舉例二：

磨床工作臺液壓系統(tǒng)

磨床工作時，要求其工作臺水平往復運動。1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動換向閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺

磨床工作臺液壓系統(tǒng)（a）活塞右行液壓泵4由電動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，從油箱1中吸油。油液經(jīng)濾油器2進入液壓泵4，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)管10、開停閥9、節(jié)流閥13、換向閥15進入液壓缸18左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動。液壓缸18右腔的油液可經(jīng)換向閥15和回油管14排回油箱。當手動換向閥15換向后（b位置），液壓油進入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動。

當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。

（b）活塞左行將換向閥手柄16轉(zhuǎn)換成C位置，液壓泵4輸出的油液全部經(jīng)溢流閥7和回油管3排回油箱，不輸送到液壓缸中去，這時工作臺停止運動，而系統(tǒng)保持溢流閥調(diào)定的壓力。（c）系統(tǒng)保壓（d）系統(tǒng)卸荷如果將開停手柄11轉(zhuǎn)換成d位置，液壓泵4輸出的油液將經(jīng)開停閥9和回油管12排回油箱，這時工作臺就停止運動，而液壓傳動系統(tǒng)卸荷。（e）過載溢流磨床工作臺工作過程利用流體（液壓油或壓縮空氣）作為工作介質(zhì)，通過密封容積的變化來傳遞運動，通過流體內(nèi)部的壓力來傳遞動力。工作原理：二、系統(tǒng)組成動力裝置執(zhí)行機構(gòu)控制調(diào)節(jié)裝置工作介質(zhì)輔助裝置動力裝置執(zhí)行機構(gòu)工作介質(zhì)工作介質(zhì)輔助裝置工作介質(zhì)控制調(diào)節(jié)裝置控制調(diào)節(jié)裝置把壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以驅(qū)動工作機構(gòu)運動（缸、馬達）管件、油箱、慮油器、油霧器等對系統(tǒng)中介質(zhì)壓力、流量、方向進行控制和調(diào)節(jié)的元件（各種閥、傳感器等）液壓油、壓縮空氣將原動機所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成壓力能，是流體傳動機構(gòu)的動力源和心臟（液壓泵、空氣壓縮機）流體傳動的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程如下：原動機機械能動力裝置壓力能執(zhí)行裝置機械能工作機構(gòu)控制調(diào)節(jié)裝置輔助裝置工作過程：兩次能量轉(zhuǎn)換將能量從機械能轉(zhuǎn)換為壓力能，而后又將壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，何必多此一舉呢？結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)式圖形—表示結(jié)構(gòu)原理直觀性強，易理解，但繪制麻煩

三、圖形符號圖形符號

—簡單明了,易于繪制。（GB/786.1—1993）表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。一、液壓傳動的優(yōu)點1.2液氣壓傳動的特點1、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小。2、可以獲得很大的作用力或扭矩——力大無窮3、工作平穩(wěn)，沖擊小，可實現(xiàn)頻繁的啟動和換向。4、大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達2000:1）。5、容易和電氣控制結(jié)合，實現(xiàn)自動化。6、易于實現(xiàn)過載保護。

7、易于實現(xiàn)標準化，系列化和通用化，便于設(shè)計和運用8、自行潤滑，壽命長。二、液壓傳動的缺點1、無法保證嚴格的傳動比。2、不易遠距離輸送。3、液壓元件的制造精度要求較高，因而成本高。

4、液壓傳動裝置的工作性能對油溫的變化比較敏感，不宜在較高或較低的溫度下工作。5、存在油液污染。

6、有較多的能量損失，傳動效率相對較低。7、發(fā)生故障不易檢查和及時排除，要求維修人員有較高的技術(shù)水平。優(yōu)點：功率大來重量輕,大力大矩顯威風;

運動平穩(wěn)響應快,無級調(diào)速顯神通;

操縱簡單自動化,過載保護它更行;

元件標準系列化,散熱潤滑也出名.缺點：難保嚴格傳動比,液壓不宜遠距離;

元件精度要求高,溫度影響需注意;

信號傳遞不如電,液壓介質(zhì)很嬌氣;

總的效率比較低,找到故障較費力.三、氣壓傳動的優(yōu)點

1、介質(zhì)為空氣，取之不盡用之不竭，用后不回收，不污染。

2、介質(zhì)粘度低，流動阻力小，便于集中供氣和遠距離輸送。

3、對工作環(huán)境適應性好，在易燃，易爆，多塵埃，強輻射，振動等惡劣工作環(huán)境下仍能可靠地工作。

4、動作迅速，反應快。液壓油管中流速一般為1~5m/s，而氣體流速可大于10m/s，甚至接近聲速。因此在0.02~0.03s內(nèi)即可達到所要求的P和V。

5、較好自保持能力。壓縮機停機，氣閥關(guān)閉，系統(tǒng)仍可維持一段高壓力。四、氣壓傳動的主要缺點

1、推力較小，壓力低，只適用于小功率系統(tǒng)。

2、速度穩(wěn)定性差，系統(tǒng)的位置和速度控制精度差。

3、排氣時噪聲大。

4、無自潤滑能力。一、發(fā)展應用1.3液氣壓傳動概況第一階段：液壓傳動從17世紀帕斯卡提出靜壓傳遞原理、1795年世界上第一臺水壓機誕生;氣壓傳動早在公元前，埃及人就開始采用風箱產(chǎn)生壓縮空氣助燃。第二階段：上世紀30年代，由于工藝制造水平提高，開始生產(chǎn)液壓元件，并首先應用于機床。

第三階段：上世紀50、60、70年代后，工藝水平有了很大提高，液壓與氣動技術(shù)也迅速發(fā)展，滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。一般工業(yè)機械：包括塑料加工機械（注塑機）、壓力機械（鍛壓機）、重型機械（廢鋼壓塊機）、機床等。行走機械：包括工程機械（挖掘機）、起重機械（汽車吊）、建筑機械（打樁機）、農(nóng)業(yè)機械（聯(lián)合收割機）、汽車（轉(zhuǎn)向器、減振器）等。鋼鐵工業(yè)機械：包括冶金機械（軋輥調(diào)整裝置）、提升裝置（電極升降機）、薄板軋機等。土木工程機械：包括防洪閘門及堤壩裝置（浪潮防護擋板）、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)和礦山機械（鑿巖機）等。液壓鍛壓機注塑機機床精密液壓系統(tǒng)返回返回液壓系統(tǒng)在軋鋼廠中的應用返回船舶機械

液壓舵操作系統(tǒng)

從藍天到水下，從軍用到民用，從重工業(yè)到輕工業(yè)，到處都有流體傳動與控制技術(shù)。★采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。

目前，流體傳動技術(shù)正在向著高壓、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪聲、低能耗、經(jīng)久耐用、高度集成化方向發(fā)展，向著用計算機控制的機電一體化方向發(fā)展。

二、發(fā)展趨勢液壓系統(tǒng)中的工作液體既是傳遞功率的介質(zhì)，又是液壓元件的冷卻、防銹和潤滑劑在工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物，也要靠工作液體帶走工作液體的粘性，對減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用1.4液氣壓傳動的工作介質(zhì)概述1.密度一、工作介質(zhì)的物理特性對于15℃的液壓油：對于均質(zhì)流體，單位體積內(nèi)的質(zhì)量。密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略。種類液壓油L-HM32液壓油L-HM46水包油乳化液（L-HFAE）油包水乳化液（L-HFB）水-乙二醇（L-HFC）磷酸酯（L-HFDR）

/（kg﹒m-3）0.87×1030.875×1030.9977×1030.932×1031.06×1031.15×103壓縮系數(shù)－－指在一定溫度下，每增加單位壓力時流體體積的相對變化量。①流體受壓力的作用而使體積變化的性質(zhì)。②流體的可壓縮性用“壓縮系數(shù)”表示。2.可壓縮性常用液壓油的K為：體積彈性模量在液壓傳動中，靜態(tài)時一般不考慮液體的壓縮性，但在壓力較高，執(zhí)行元件容積較大和動態(tài)計算中，則要考慮壓縮性的影響。例：在溫度和粘度相同時，初始壓力為p=0.2MPa，則當壓力上升至0.3MPa時，液體體積改變量為（1/2000），而氣體體積的為（1/2），可見氣體的壓縮性遠遠高于液體的壓縮性。液體與氣體壓縮性，哪一個更顯著？?設(shè)有兩塊平板，其間充滿靜止液體，下板固定，上板以勻速u0平行下板運動。兩板間的液體便呈現(xiàn)出不同速度的運動狀態(tài)，即：從附著在動板下面的液體層具有與動板等速的u0開始，向下逐漸減小，直到附著在定板上的速度為0。移動u0下板固定

這一事實說明，每一運動較慢的流體層都是在運動較快的流體層帶動下才運動的；反之，運動較快的流體層則受到較慢流層的阻滯而不能運動得更快。3.粘性（1）定義

液體在外力作用下流動時,由于液體分子間的內(nèi)聚力和液體分子與壁面間的附著力,導致液體分子間相對運動而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力,這種特性稱為粘性.

或:流動液體流層之間產(chǎn)生內(nèi)部摩擦阻力的性質(zhì).注意：與固體不同，靜止的固體存在靜摩擦力，而靜止的流體不呈現(xiàn)粘性。內(nèi)摩擦力（F）的大小與兩板之間液層的面積（A）成正比，與液層間的速度梯度（du/dz）成正比。即：（2）牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓液體內(nèi)摩擦定律動力粘度粘度是表示粘性大小的度量，有三種表示方法：（3）粘度的表示方法①動力粘度（μ）——又稱為絕對粘度。可由牛頓內(nèi)摩擦定律得到1Pa·s=10P=1000cP國際單位為：Pa·s；工程單位為：P（泊）或cP（厘泊）流體在單位速度梯度時，單位面積上的內(nèi)摩擦力。②運動粘度（υ）——液體的動力粘度μ

與其密度

的比值1m2/s=104

St=106

cSt國際單位為：m2

/s；工程單位為：St（斯）或cSt（厘斯）

我國液壓油的牌號就是用它在溫度為40℃時的運動粘度（厘斯）平均值來表示的。例如32號液壓油，就是指這種油在40℃時的運動粘度平均值為32mm2/s

。③相對粘度(

)——又叫條件粘度。采用特定的粘度計在規(guī)定的條件下測量出來的。相對粘度是以相對于蒸餾水的粘性的大小來表示該液體的粘性的。恩氏度0E——

中國、德國、前蘇聯(lián)等賽氏秒SSU——

美國雷氏秒RS——

英國巴氏度0B——

法國①溫度（4）影響粘度的因素液壓油的粘度隨溫度的變化而變化，這一特性稱為“粘溫特性”。粘溫特性是液壓油使用性能方面很重要的指標。

溫度是影響粘度的最主要因素。它的變化會導致粘度的改變，致使液壓元件的工作壓力和速度改變，從而使液壓傳動的穩(wěn)定性受很大影響。？想一想，原因是什么液體的粘度隨溫度的變化越小越好。

②壓力流體的粘度隨壓力的變化而變化。這一特性稱為“粘壓特性”。壓力的變化對分子的內(nèi)聚力有少許影響，而對分子熱運動影響不大。因此：一般認為氣體的粘性與壓力無關(guān)。P<50MPa，無明顯影響；P>50MPa，P↑→μ↑；4.比熱容單位質(zhì)量的液體在溫度每升高1℃時吸收的熱量，稱為比熱容，單位為：。5.導熱性它反映了油液吸收熱量、抵抗溫升的能力。表示液體傳導熱量的能力。用導熱系數(shù)衡量：常用液壓油的比熱容為：6.閃點與燃點閃點又叫閃燃點，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而初次發(fā)生閃光時的溫度

。燃點又叫著火點，是指可燃性液體表面上的蒸汽和空氣的混合物與火接觸而發(fā)生火焰能繼續(xù)燃燒不少于5s時的溫度可燃性液體的閃點和燃點表明其發(fā)生爆炸或火災的可能性的大小，對運輸、儲存和使用的安全有極大關(guān)系。

濕度的表示方法有兩種：絕對濕度和相對濕度。7.濕度①絕對濕度:

單位體積的濕空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量。

飽和絕對濕度：濕空氣達到飽和狀態(tài)時的絕對濕度。②

相對濕度：在一定溫度和壓力下，絕對濕度和飽和絕對濕度之比稱為該溫度下的相對濕度，用φ表示。

表示濕空氣中水蒸氣接近飽和的程度，即飽和度

氣動系統(tǒng)中，各種閥在使用時相對濕度不能大于90%.

8.含濕量單位質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量。

含濕量是反映干空氣中的混合水蒸氣的數(shù)量。

mv

——水蒸氣的質(zhì)量；mda

——干空氣的質(zhì)量；二、液壓工作介質(zhì)的種類及牌號液壓傳動中的工作介質(zhì)，由于使用條件的差異，對介質(zhì)的要求有很大的不同，因此其分類的方式也就多種多樣：按油品類型分類：按可燃性分類：按化學組成分類：其中用量最多的是礦物油型和合成烴型。有礦礦油型、合成油型和含水型三種；有易燃、難燃、不燃三種；有礦物油、高水基液、水介質(zhì)（海水，淡水）水包油乳化液、油包水乳化液、合成烴、聚醚、有機酯、磷酸酯、有機硅、鹵代烴等；標準分類油品名稱組成HL通用機床油具有防銹抗氧性能的精制礦物潤滑油。HM抗磨液壓油具有防銹抗氧、抗磨性能的精制礦物潤滑油。HG液壓導軌油具有防銹抗氧、抗磨和抗粘滑性的精制礦物潤滑油。HV低溫液壓油具有防銹抗氧、抗磨性能，加增粘劑的精制礦物潤滑油。HS合成烴低溫液壓油具有防銹抗氧、抗磨性能的合成烴油。國家技術(shù)標準11118.—94規(guī)定了五種系列產(chǎn)品標準，即：HL、HM、HG、HV和HS，與國際通用標準ISO分類相同。牌號舉例：以上五種產(chǎn)品，按40℃運動粘度共分以下幾種：

HL：一等品有15、22、32、46、68、100六個級號；

HM：一等品有22、32、46、68四個級號；

HG：一等品有32、68兩個級號；

HV：一等品有10、15、22、32、46、68、100七個級別；

HS：優(yōu)等品、一等品各有10、15、22、32、46五個級別；

三、對液壓工作介質(zhì)的要求

適當?shù)恼扯群驼硿靥匦院糜辛己玫臐櫥猿煞忠儍粲辛己玫幕瘜W穩(wěn)定性抗泡沫性和抗乳化性比熱容大、閃點和燃點高、能防火、防爆無毒、污染小、價格便宜四、液壓傳動介質(zhì)的選用液壓系統(tǒng)中傳動介質(zhì)的選用主要從兩方面來考慮：類型——考慮液壓系統(tǒng)工作環(huán)境及工作中抗燃、抗凝的要求和系統(tǒng)是否在極壓抗磨性、粘溫性、抗爬行性能等方面有基本要求。如：高溫，有起火、爆炸危險的，用抗燃型油；其它情況多用礦物油；寒冷地區(qū)用低凝點油等。粘度

——1.可以按照液壓系統(tǒng)所配置的液壓泵產(chǎn)品說明書推薦的選用；