第二章--液压传动基本知识课件

液压传动液压传动1 1、什么、什么是是液压传动？液压传动？2 2、液液压压传传动动系系统统的的组组成和作用各是什么？成和作用各是什么？3 3、液液压压传传动动系系统统有有哪哪几次几次能量转换能量转换?复习复习项目二项目二 液压传动基础液压传动基础液压油的作用：液压油的作用：传递运动和动力；传递运动和动力；润滑、冷却、防锈润滑、冷却、防锈等功能。等功能。第第2 2章章 液压传动的基本知识液压传动的基本知识液压油的作用：工作介质液压油的作用：工作介质传递运动传递运动和动力；润滑剂和动力；润滑剂润滑运动部件润滑运动部件本章主要讲解液压油性质、参数、能本章主要讲解液压油性质、参数、能量传递及传动中的常见问题。量传递及传动中的常见问题。2.1液压传动的工作介质液压传动的工作介质2.1.1液压油的主要性质液压油的主要性质：液压油的密度液压油的密度液液压油压油的粘性的粘性液液压油压油的可压缩的可压缩性性其他性质其他性质 快来看哦！密密度度定义：单位体积液体的质量定义：单位体积液体的质量=m/vkg/m3液液压压油油的的密密度度随随着着温温度度或或压压力力的的变变化化而而变变化化，但但变变化化不不大大，通通常常忽略。忽略。一般取一般取=900kg/m3。可压缩性可压缩性 定义：定义：液体受压力后其容积发生变化的性液体受压力后其容积发生变化的性质。质。注注：一一般般液液压压系系统统，其其液液体体的的可可压压缩缩性性很很小小，可可认认为为油油液液不不可可压压缩缩，而而在在压压力力变变化化很很大大的的高高压压系系统统则则必必须须考考虑虑。当当液液压压油油中中混混入入空空气气，其其压压缩缩性将显著增加严重影响系统的工作性能。性将显著增加严重影响系统的工作性能。粘粘性性 定定义义：液液体体分分子子之之间间存存在在内内聚聚力力,液液体体在在外外力力作作用用下下流流动动时时,液液体体分分子子间间的的相相对对运运动动导导致致内内摩摩擦擦力力的的产产生生,液液体体流动时具有内摩擦力的性质被称为粘性流动时具有内摩擦力的性质被称为粘性.注：注：静止液体不呈现粘性静止液体不呈现粘性粘粘性性 粘度：衡量粘性大小的物理量粘度：衡量粘性大小的物理量动力粘度动力粘度运动运动粘度粘度相对粘度相对粘度0E动力粘度定义定义：动力粘度又称绝对粘度，它表征：动力粘度又称绝对粘度，它表征液体粘性的内摩擦系数。用液体粘性的内摩擦系数。用来表示。来表示。单单位位：在在国国际际单单位位（SISI制制）中中为为 帕帕秒（秒（PasPas）运动粘度定义定义：动力粘度与液体密度之比值。：动力粘度与液体密度之比值。=/单位单位:SI制制:m2/S工程单位制：工程单位制：st（斯）、斯）、cst（厘斯）厘斯）（cm2/s）（mm2/s）换算关系：换算关系：1m2/s=104st=106cst运动粘度应用应用:运动粘度，常用于液压油牌号标注运动粘度，常用于液压油牌号标注.液压油的牌号，就是这种油液在液压油的牌号，就是这种油液在40摄氏摄氏度时的运动粘度的平均值（度时的运动粘度的平均值（mm2/s)。例如：例如：牌牌号号32号号液液压压油油，指指这这种种油油在在40C时时的平均运动粘度为的平均运动粘度为32cst。老老牌牌号号20号号液液压压油油，指指这这种种油油在在50C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为20cst。相对粘度定定义义：相相对对粘粘度度又又称称条条件件粘粘度度，它它是是采采用用特特定定的的粘粘度度计计，在在规规定定的的条条件件下下测测出出来来的的液体粘度。液体粘度。不不易易直直接接测测量量，工工程程中中常常用用测测定定方方法较容易的相对粘度来表示。法较容易的相对粘度来表示。相对粘度相对粘度恩氏粘度恩氏粘度：由恩氏粘度计测定，即将：由恩氏粘度计测定，即将200cm3的被测的被测液体装入底部有直径为液体装入底部有直径为2.8mm小孔的恩氏粘度计小孔的恩氏粘度计的容器中，在某一特定温度时，测定全部液体在的容器中，在某一特定温度时，测定全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间与同体积的蒸馏自重作用下流过小孔所需的时间与同体积的蒸馏水在水在20摄氏度时流过同一小孔所需的时间之比值，摄氏度时流过同一小孔所需的时间之比值，便是该液体在此温度的恩氏粘度，用便是该液体在此温度的恩氏粘度，用E表示。表示。恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系：=（7.31E-6.31/E）10-6粘度的影响因素粘度的影响因素1、粘度和压力的关系粘度和压力的关系p，内摩擦力内摩擦力,粘度粘度粘度随粘度随p而而，液液压压系系统统中中，若若系系统统压压力力不不高高，压压力力对对粘粘度度的的影影响响可可以以忽忽略略不不计计，50MPa以以上上才考虑。才考虑。粘度的影响因素粘度的影响因素2、粘度和温度的关系、粘度和温度的关系温度温度，内摩擦力，内摩擦力，粘度粘度;反之反之,粘度粘度注注:粘粘度度随随温温度度变变化化的的关关系系叫叫粘粘温温特特性性，粘粘度度随温度的变化较小，即粘温特性较好。随温度的变化较小，即粘温特性较好。其它性质其它性质液压油还有一些其它的物理化液压油还有一些其它的物理化学性质，如：抗燃性、抗氧化学性质，如：抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、抗凝性等锈性、润滑性、抗凝性等2.1.2液压传动介质的选用液压传动介质的选用一、要求：一、要求：（1）合适的粘度和良好的粘温特性；）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；）良好的润滑性；（3）化学稳定性好）化学稳定性好;（4）质地纯净）质地纯净,抗泡沫性好抗泡沫性好.（5）闪闪点点要要高高（130150C），凝凝固固点点低低（-10-15C）。）。（6）对对人人体体无无害害，对对环环境境污污染染小小，成成本本低低，价格便宜价格便宜注注解解w闪点闪点:油品在特定的标准条件下加热至某一温度，令由其表面逸出的蒸气刚够与周围的空气形成一可燃性混合物，当以一标准测试火源与该混合物接触时即会引致瞬时的闪火，此时油品的温度即定义为其闪点。w油品闪点的高低表明油品的易燃程度，易挥发性化合物的含量，气化程度以及它的安全性。对液压油的要求及选用对液压油的要求及选用(二）种类和选用：二）种类和选用：按成分不同分为：同上。按成分不同分为：同上。按用途不同分为：按用途不同分为：机械油、精密机床机械油、精密机床液压油、汽轮机油、变压器油等。液压油、汽轮机油、变压器油等。打起精神了！打起精神了！液压油选择：液压油选择：首先根据工作条件首先根据工作条件（v、p、T）和元件类和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号慢速、高压、高温：粘度大慢速、高压、高温：粘度大通常通常快速、低压、低温：粘度小快速、低压、低温：粘度小对液压油的要求及选用对液压油的要求及选用2.1.3 工作介质的污染和控制工作介质的污染和控制w油液的污染：油液的污染：是指油液中含有固体颗粒、水、微生物等杂物。w影响影响：固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器或阀类元件的小孔或缝隙。微小固体颗粒加速有相对运动零件表面的摩损、划伤密封件。水分和空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其氧化变质，产生气蚀。2.1.3 工作介质的污染和控制工作介质的污染和控制w措施措施：减少外来的污染；滤除系统产生的杂质；控制液压油液的工作温度；定期检查更换液压油液。2.2 2.2 液压传动的主要参数液压传动的主要参数压力和流量压力和流量1.压力的概念压力的概念：液体在单位面积上所受的法：液体在单位面积上所受的法向力（物理学中称压强，液压传动中习惯称压向力（物理学中称压强，液压传动中习惯称压力）。力）。定义式：定义式：p=F/A2.2.1压力压力压力的单位压力的单位w1Pa=1N/m1Pa=1N/m2 2w1MPa=101MPa=106 6PaPaw1at1at（工程大气压）工程大气压）=9.810=9.8104 4PaPaw1kgf/cm1kgf/cm2 2=1at=1at（工程大气压）工程大气压）w1bar=101bar=105 5Pa1.02kgf/cmPa1.02kgf/cm2 22.静压传递静压传递作用于液体上的力 作用于液体表面的力p=gh+F/A+p0在液压系统中，由液体自重和大气压所产生的压力常忽略不计，一般认为静止液体压力都是由外力作用产生的，称为静压力。重力大气压2.静压传递静压传递w帕斯卡原理（静压传递原理）：帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭容器内的静止液体，由外力在密闭容器内的静止液体，由外力作用在液面的压力能等值地传递到液作用在液面的压力能等值地传递到液体内部所有各点。体内部所有各点。p=Fp=F /A/A1 1，当，当F F 时，时，p ,p ,当当pApA2 2=W=W 时，大活塞开始运时，大活塞开始运动。动。结论：结论：F F /A/A1 1=W/A=W/A2 2；F/W=AF/W=A1 1/A/A2 22.静压传递静压传递w静压力传动有以下特点：静压力传动有以下特点：1 1）传动必须在密封容器内进行。）传动必须在密封容器内进行。2 2）系统内压力大小取决于外负载的大小。）系统内压力大小取决于外负载的大小。3 3）液压传动可以将力放大，力的放大倍数）液压传动可以将力放大，力的放大倍数等于活塞面积之比。等于活塞面积之比。静压传递静压传递3.液压系统中压力的建立液压系统中压力的建立液液压压传传动动系系统统，流流动动油油液液在在某某处处的的压压力力也也是是因因为为受受到到各各种种形形式式负负载载的的挤挤压压而而产产生生的的。除除了了静静压压力力外外，流流动动油油液液中还有动压力，可忽略不计。中还有动压力，可忽略不计。3.液压系统中压力的建立液压系统中压力的建立wF=0,p=0F0,p=F/AF,pw3液压传动系统中压力的建立液压传动系统中压力的建立1）当）当F=0时，时，p=02）当）当F0时，时，p=F/A3）当活塞碰到死挡铁时，）当活塞碰到死挡铁时，F相当于无限大，相当于无限大，p会急剧升高，如没有保护措施，系统薄会急剧升高，如没有保护措施，系统薄弱环节将会损坏。弱环节将会损坏。3.液压系统压力的建立液压系统压力的建立当泵出口有两个负载并联时：当泵出口有两个负载并联时：pcp时，活塞不动，溢流阀打时，活塞不动，溢流阀打开溢流。开溢流。pcp时，溢流阀关闭，活塞运时，溢流阀关闭，活塞运动。当活塞运动到终点时，动。当活塞运动到终点时，油压达到油压达到pc时，溢流阀打开时，溢流阀打开溢流。溢流。pc=p时，活塞运动，溢流阀打时，活塞运动，溢流阀打开溢流。开溢流。3.液压系统压力的建立液压系统压力的建立w结论结论：液压系统的工作压力取决于负载，：液压系统的工作压力取决于负载，并且并且随着负载的变化而变化，当某处有几随着负载的变化而变化，当某处有几个负载并联时，压力的大小取决于克服负个负载并联时，压力的大小取决于克服负载的各个压力值中的最小值。应特别注意载的各个压力值中的最小值。应特别注意的是，液体压力是从无到有，从小到大迅的是，液体压力是从无到有，从小到大迅速建立起来的速建立起来的4.压力的表示方法压力的表示方法绝对压力绝对压力以绝对零压力为基准所测以绝对零压力为基准所测相对压力相对压力以大气压力为基准所测以大气压力为基准所测注：液压传动系注：液压传动系统中大多数测压统中大多数测压仪表所测得的压仪表所测得的压力均为相对压力，力均为相对压力，即表压力即表压力w相对压力相对压力=绝对压力绝对压力-大气压力大气压力w真真空空度度当当绝绝对对压压力力低低于于大大气气压压时时，绝绝对对压力不足于大气压力的那部分压力值。压力不足于大气压力的那部分压力值。w真空度真空度=大气压力大气压力绝对压力绝对压力5.液体作用在固体壁面的力液体作用在固体壁面的力作用在平面上的作用力：作用在平面上的作用力：F=pA在液压系统中，油液在密闭的管路中流动，油液有压力，所以，油液对管壁和元件内壁有作用力，有时候，我们需要计算这种作用力的大小，以用于选择材料，校核强度。作用在曲面上的作用力作用在曲面上的作用力：5.5.液体作用在固体壁面的力液体作用在固体壁面的力在工程上通常只需计算作用于曲面上的力在某一指定方向在工程上通常只需计算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力上的分力结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。Fx=pAx；Fy=pAy；Fz=pAz5.液体作用在固体壁面的力液体作用在固体壁面的力通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面动方向的截面.2.2.2 2.2.2 流量流量2.2.2 2.2.2 流量流量1.流量的概念流量的概念w理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体.w流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。q=t单位单位:SI:SI制制 m m3 3/s;/s;工程工程 L/minL/min1m1m3 3/s=610/s=6104 4 L/min L/min平均流速：通流截面上各点流速的平均值平均流速：通流截面上各点流速的平均值.v=q/A液压缸的运动速度液压缸的运动速度结论：结论：活塞或液压缸的运动速度等于液压缸内活塞或液压缸的运动速度等于液压缸内油液的平均速度，其大小取决于输入液压缸油液的平均速度，其大小取决于输入液压缸的流量。的流量。v1=q1/A1v2=q2/A2v=v1=v2q q1 1-进入液压缸的流量进入液压缸的流量q q2 2-排出液压缸的流量排出液压缸的流量A1-A1-进油腔活塞的有效作用面积进油腔活塞的有效作用面积A2-A2-排油腔活塞的有效作用面积排油腔活塞的有效作用面积2.液流的连续性液流的连续性液流连续性原理：液流连续性原理：理想状态理想状态,液体在同一时间液体在同一时间内流过同一通道两个通流截面的体积相等内流过同一通道两个通流截面的体积相等.q1=q2注：注：质量守恒定律在流体力学中的应用质量守恒定律在流体力学中的应用2.液流的连续性液流的连续性连续性方程：连续性方程：q1=q2q1=v1A1q2=v2A2v1A1=v2A2v1/v2=A2/A1因而流速与通流面积成反比。因而流速与通流面积成反比。2.3 2.3 液体流动时的能量液体流动时的能量w2.3.1理想液体流动时的能量理想液体流动时的能量w理想液体在管道中流动时,具有三种能量:液压能液压能+动能动能+位能位能.w注注:根据能量守恒定律，理想液体在管道根据能量守恒定律，理想液体在管道中稳定流动时，同一管道内任一截面上的中稳定流动时，同一管道内任一截面上的总能量应该相等总能量应该相等.伯努利方程伯努利方程w理想液体的伯努利方程理想液体的伯努利方程:p1+v12/2+gh1=p2+v22/2+gh2伯努利方程伯努利方程w实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程:wp1+v12/2+gh1=p2+v22/2+gh2+p注：注：在液压系统中，压力能比动能和位能的和大在液压系统中，压力能比动能和位能的和大得多。所以，动能和位能一般忽略不计，液体得多。所以，动能和位能一般忽略不计，液体主要是依靠它的压力能来作功。主要是依靠它的压力能来作功。液压系统中的应用形式：液压系统中的应用形式：p1=p2+p2.3.3 2.3.3 液体系统的能量损失液体系统的能量损失1.压力损失压力损失液阻液阻:由于流动油液各质点之间以及油液与由于流动油液各质点之间以及油液与管壁之间的摩擦与碰撞会产生阻力管壁之间的摩擦与碰撞会产生阻力,这种阻这种阻力称为液阻力称为液阻.压力损失：压力损失：系统存在液阻系统存在液阻,油液流动时会引油液流动时会引起能量损失起能量损失,主要表现为压力损失主要表现为压力损失.分类：沿程压力损失、局部压力损失分类：沿程压力损失、局部压力损失1)1)沿程压力损失沿程压力损失定义：液体在直径不变的直管中流动时，因内定义：液体在直径不变的直管中流动时，因内外摩擦力而产生的压力损失。外摩擦力而产生的压力损失。影响因素：直管中压力损失主要取决于管长、影响因素：直管中压力损失主要取决于管长、流速、液体粘性以及油管的内径及粗糙度，管流速、液体粘性以及油管的内径及粗糙度，管道越长，沿程损失越大。道越长，沿程损失越大。定义定义:当液体流经弯头、接头、突变截当液体流经弯头、接头、突变截面以及阀口时，由于流速或流向的剧烈面以及阀口时，由于流速或流向的剧烈变化，形成旋涡、脱流，因而使液体质变化，形成旋涡、脱流，因而使液体质点相互撞击而产生的压力损失，称为局点相互撞击而产生的压力损失，称为局部损失。部损失。注注：液压系统中主要的压力损失为局部：液压系统中主要的压力损失为局部压力损失压力损失2）局部压力损失压力损失的危害压力损失的危害p热能热能粘度粘度泄漏泄漏污染污染散逸散逸液压元件受热膨胀也会影响正常工作，液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至卡死。甚至卡死。压力损失的近似估算压力损失的近似估算wp p泵泵=K=K压压p p缸缸wp p泵泵液压泵的最高工作压力液压泵的最高工作压力wp p缸缸液压缸的最高工作压力液压缸的最高工作压力wK K压压系统的压力损失系数，一般取值为系统的压力损失系数，一般取值为1.3-1.5;1.3-1.5;系统复杂或管路较长取较大的值系统复杂或管路较长取较大的值2 2、流量损失、流量损失w泄漏定义泄漏定义：在液压系统正常工作情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象。w泄漏包括泄漏包括：外泄漏、内泄漏流量损失的近似估算流量损失的近似估算wq q泵泵=K=K漏漏q q缸缸wq q泵泵液压泵的最大输出流量液压泵的最大输出流量wq q缸缸液压缸的最大流量液压缸的最大流量wK K漏漏系统的泄漏系数，一般取值为系统的泄漏系数，一般取值为1.1-1.1-1.3;1.3;系统复杂或管路较长取较大的值系统复杂或管路较长取较大的值。3.3.液压传动的功率计算液压传动的功率计算1）液压缸的输出功率P缸:P缸=p缸q缸2）液压泵的输出功率P泵:P泵=p泵q泵3.3.液压传动的功率计算液压传动的功率计算3）液压泵的效率和驱动液压泵的电动机功率的计算w液压泵的总效率：w驱动液压泵的电动机功率：2.4 2.4 液体流经小孔和间隙时的流量液体流经小孔和间隙时的流量概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础的基础因此：因此：小孔虽小（直径一般在小孔虽小（直径一般在1mm1mm以内），以内），缝隙虽窄（宽度一般在缝隙虽窄（宽度一般在0.1mm 0.1mm 以下），以下），但其但其作用却不可等闲视之。作用却不可等闲视之。一、液体流经小孔的流量计算一、液体流经小孔的流量计算薄壁小孔薄壁小孔l/d05孔口分类孔口分类4短孔短孔0.5工作压力工作压力引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等损坏；使某些元件（如压力继电器、管路等损坏；使某些元件（如压力继电器、顺顺序阀等）产生误动作，影响系序阀等）产生误动作，影响系统统正常工作正常工作减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 1）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。2）限制管道流速及运动部件速度限制管道流速及运动部件速度v管管5m/s，v缸缸10m/min。3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。加大管道直径，尽量缩短管路长度。4）采用软管，以增加系统的弹性。采用软管，以增加系统的弹性。气穴（空穴）现象气穴（空穴）现象气穴现象：液压系统中，由于某种原（如气穴现象：液压系统中，由于某种原（如速度突变），使速度突变），使压力降低而使气泡产生压力降低而使气泡产生的现象。的现象。气穴现象产生原因气穴现象产生原因 压力油流过节流口、阀口或管道狭缝压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高，压力降低；液压泵吸油管时，速度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油高度过大，阻力增大，压力道较小，吸油高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高，吸油不充分，压降低；液压泵转速过高，吸油不充分，压力降低。力降低。气穴现象引起的结果气穴现象引起的结果1液流不连续，流量、压力脉动液流不连续，流量、压力脉动2系统发生强烈的振动和噪声系统发生强烈的振动和噪声3发生气蚀发生气蚀减小气穴的措施减小气穴的措施1减小小孔和缝隙前后压力降，希望减小小孔和缝隙前后压力降，希望p1/p23.5。2增大直径、降低高度、限制流速。增大直径、降低高度、限制流速。3管路要有良好密封性防止空气进入。管路要有良好密封性防止空气进入。4提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金金属材料，减小表面粗糙度。属材料，减小表面粗糙度。5整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。理配置。在液压系统中，使用的工作介质有石油基液压油、难燃型液压液、高水基液和水介质（海水、淡水等），一般称为液压油。2.1液压传动的工作介质液压传动的工作介质