液压传动与气压传动.pptx

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1、液压传动与气压传动液压传动与气压传动课程的性质课程的性质：机械工程各专业必修的专业或专业基础课课程要求的基础：课程要求的基础：机械专业基础课知识之外，还要有工程流体力学知识课程的要求达到的目的：课程的要求达到的目的：1.掌握常用的液压气动元件的结构原理；2.掌握常用的液压气动基本回路的工作原理；3.具有初步的分析和设计液压系统的能力。第1页/共45页第一章第一章 液压传动概述液压传动概述一、液压传动的定义、工作原理及组成二、液压传动的优缺点三、液压传动的理论基础四、液压技术的现状及发展方向五、液压传动的工作介质第2页/共45页第一章第一章 液压传动概述液压传动概述一、液压传动的定义、工作原理及

2、组成第3页/共45页（1 1）液压传动的定义）液压传动的定义 流体传动：以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动方式 液压传动 液力传动 气压传动 液压传动的定义：以液体为工作介质，利用液体的压力能来传递力和速度。第4页/共45页（2 2）液压传动的工作原理）液压传动的工作原理例1：液压千斤顶例2：机床工作台液压系统第5页/共45页例1：液压千斤顶v1A1v2A2Gh2h1F第6页/共45页例1：液压千斤顶v1A1v2A2Gh2h1F（1）力的传递（帕斯卡原理）液压系统的工作压力取决于外负载。液压系统的工作压力取决于外负载。理想条件:无泄漏,不考虑油液的压缩性和管路的弹性,不考虑摩擦力第

3、7页/共45页例1：液压千斤顶v1A1v2A2Gh2h1F（2）运动的传递（容积变化相等、质量守恒）执行元件的运动执行元件的运动速度取决于输入流速度取决于输入流量。量。压力和流量是液压与气压传动中的两个最基本的参数。第8页/共45页从例1得出的两个重要的概念1 液压系统中液体的压力取决于负载2 执行元件运动速度取决于输入的流量第9页/共45页例1：液压千斤顶v1A1v2A2Gh2h1F（3）功率的传递（能量守恒）第10页/共45页例1：液压千斤顶v1A1v2A2Gh2h1F实际情况:1）有泄漏,导致容积损失2）考虑摩擦力，有机械损失3）考虑油液的压缩性和管路的弹性,不能保证严格的传动比第11页

4、/共45页例2：机床工作台液压系统（停止工位）阀芯左移阀芯右移阀芯右移第12页/共45页第13页/共45页液压元件第14页/共45页（1）动力元件（液压泵）：将机械能（转矩T，转速n）转化为液体的压力能（压力p、流量q）（2）执行元件（液压马达、液压缸）：将液体的压力能（压力p、流量q）转化为机械能（转矩T，转速n，或直线运动速度 v，输出力F）（3）控制元件（液压阀）：控制液体的压力、流量和方向，从而实现控制执行元件的输出力、运动速度和方向，过载保护和程序控制（4）辅助元件（管道、管接头、油箱和滤油器）（5）工作介质（3 3）液压系统的组成液压系统的组成第15页/共45页液压系统的图形符号液

5、压系统的图形符号结构图用符号表示的液压系统原理图第16页/共45页二、二、液压传动的优缺点液压传动的优缺点第17页/共45页（1 1）液压传动的优点液压传动的优点 与机械传动相比，液压传动具有以下优点 （1）在同等功率的条件下，体积小、重量轻、结构紧凑、运动惯性小、反应快，可以出大力或力矩。（2）可实现大范围的无级调速（调速比可达1002000），机械传动实现无级调速较困难，中小型直流电机的调速比一般为24 （3）自动实现过载保护 （4）容易实现自动控制和遥控 （5）容易实现直线运动 （6）可自行实现机件的润滑 （7）便于机器零部件的设计布局第18页/共45页（1 1）液压传动的优点液压传动的

6、优点 液压传动与电气传动相比：（1）体积小、重量轻、运动惯性小、反应快，可以出大力或力矩，是液压传动的主要优点。（2）现代电力电子技术使交流调速可实现大范围的无级变速。（3）直线电机使实现直线运动更容易。液压传动受到电气传动的挑战第19页/共45页（2 2）液压传动的缺点液压传动的缺点（1）液压油泄漏，污染环境和引起火灾（2）机件之间的机械阻力和粘性阻力、流体流动阻力和泄漏，导致液压系统的总效率降低（3）液压油工作性能受温度的影响，很高和很低温的条件下工作困难（4）液压油的泄漏和可压缩性，得不到严格的传动比（5）液压元件的制造精度要求高（6）液压介质易受污染，导致机件运动易卡阻第20页/共45

7、页三、三、液压传动的理论基础液压传动的理论基础帕斯卡原理（1650年）牛顿的粘性流体内摩檫定律（1686年）流体力学:连续性方程 伯努利能量方程 动量定理第21页/共45页（1 1）粘性流体内摩檫定律粘性流体内摩檫定律什么是“粘性流体内摩檫定律”？粘性是液体分子内聚力的一种宏观表现，分子内聚力使液体有相对运动的流层之间存在内摩擦力粘性流体内摩檫定律第22页/共45页（2 2）流体静力学）流体静力学压力的表示方法（物理学称压强，工程中称为压力）（a）压力单位 国际单位：帕（Pa=N/m2）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）工程单位:公斤力/厘米2(kgf.cm-2)、巴（bar）或工程大气压(at

8、m)、psi 1atm=1 kgf.cm-2=9.81X104 Pa 1bar=105Pa=0.1MPa 1bar=1.02kgf/cm2 1psi=0.006895MPa 液柱高:米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）第23页/共45页（b）绝对压力、相对压力（表压力）和真空度大气压p0绝对压力相对压力绝对真空真空度绝对压力=相对压力+大气压真空度（负的相对压力）=比大气压低的绝对压力-大气压第24页/共45页(3)(3)流体动力学流体动力学 基本概念 理想流体 不可压缩流体 定常流动 过流断面 流量 平均流速 基本原理（流量）连续性方程 伯努利方程 动量方程第25页/共45页流体运动的基

9、本概念流体运动的基本概念理想流体：没有粘性的流体不可压缩流体：不考虑流体的压缩性（即密度为常量）定常流动：流体流动过程中任意点上的运动参数（速度、压力等）不随时间变化的流动状态 第26页/共45页流体运动的基本概念流体运动的基本概念过流断面：与流动方向相垂直的液体横截面积（有平面也有曲面）流量：（不可压缩流体用体积流量）单位时间内流过过流截面的液体体积，用q 表示平均流速：一种假想流速，等于流量除以过流截面面积第27页/共45页流体运动的基本概念流体运动的基本概念理想流体：没有粘性的流体不可压缩流体：不考虑流体的压缩性（即密度为常量）定常流动：流体流动过程中任意点上的运动参数（速度、压力等）不

10、随时间变化的流动状态 第28页/共45页流体运动的基本概念流体运动的基本概念过流断面：与流动方向相垂直的液体横截面积（有平面也有曲面）流量：（不可压缩流体用体积流量）单位时间内流过过流截面的液体体积，用q 表示平均流速：一种假想流速，等于流量除以过流截面面积第29页/共45页流量连续性方程（质量守恒）流量连续性方程（质量守恒）液压领域的应用条件：不可压缩定常流动液压流体力学：不可压缩定常流动的流量连续性方程液压应用：分支流、合并流第30页/共45页伯努利方程（能量守恒）伯努利方程（能量守恒）重力场中粘性不可压缩定常流总流的伯努利方程第31页/共45页 液压领域应用特点：(1)流体不可压缩（油的

11、体积弹性模量约为(1.22）103 MPa）(2)定常流动 （3）选取缓变流动的截面作研究对象伯努利方程伯努利方程第32页/共45页动量方程动量方程从刚体动力学中引用流体所受外力由动量（定理）方程求得：作用于控制体积内的液体的外力等于该控制体积内液体的动量变化率。第33页/共45页动量方程动量方程 应用条件:不可压缩定常流动 应用目的：应用动量（定理）方程求流体对固体的作用力 液压领域的典型应用：求阀芯的稳态液动力第34页/共45页(1)进油腔控制体受力:(2)回油腔控制体受力:(3)阀芯受力是两控制体受力的反作用(合)力 Fs1 Fs2 进油缸缸回油第35页/共45页四、液压技术的应用、现状

12、和发展方四、液压技术的应用、现状和发展方向向应用：产业机械：锻压、冶金、矿山、起重机械和机床等行走机械：工程机械、建筑机械、农机、汽车等航天和航空：飞机、导弹和航天器舰船：潜艇、水面舰艇和各种船舶海洋开发：海洋开发平台、海底水下作业第36页/共45页液压技术现状（我国）液压技术现状（我国）起步晚，产品的质量技术性能差 自主品牌少，品种规格少，产品的开发和成套能力差 第37页/共45页液压技术的发展方向（国际）液压技术的发展方向（国际）高压、高速、大功率、高效率、低噪声、高可靠性和高集成度（1）提高效率（2）机电液一体化（3）集成、复合、小型轻量化（4）加强安全性和与环境的相容性（5）元件及系统

13、的工作可靠性（6）标准化、通用化和系列化（7）新的系统设计理论和性能分析研究第38页/共45页五、五、液压传动的工作介质液压传动的工作介质（1）工作介质的使用功能（1）传递能量的介质（2）润滑液压元件，减少摩擦和磨损（3）散热（4）防止锈蚀（5）分离和沉淀非可溶性污染物第39页/共45页（2 2）工作介质的基本物理性质）工作介质的基本物理性质（a）粘性：粘性用粘度来表示 动力粘度（绝对粘度）单位:Pa.s 可由粘性流体的内摩擦定律导出第40页/共45页（2 2）工作介质的基本物理性质）工作介质的基本物理性质运动粘度 动力粘度与液体密度之比 国际单位：m2/s 常用单位：斯(St)和厘斯(1cS

14、t=1mm2/s)1 m2/s=10000 St=1000000 cSt 我国国标规定：液压油的牌号代表该油在40c时的运动粘度近似（厘斯）值第41页/共45页（2 2）工作介质的基本物理性质）工作介质的基本物理性质条件粘度（相对粘度）我国用恩氏粘度 将200mL被测液体从恩氏粘度计中流出所需要的时间t1与同体积的20下的蒸馏水从该恩氏粘度计中流出所需要的时间t2之比称为恩氏粘度。第42页/共45页(b)液体的粘温特性和粘压特性 液压油的粘度与压力、温度的关系：粘度指数 越大,表明液体的粘度受温度的影响越小第43页/共45页（c）液体的可压缩性 压缩系数：体积弹性系数K：第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页