chapter1液压传动基础

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,液压传动,1,常用网址：,中国液压气动密封工业网,中华液压网,液压气动网,参考书：,机床液压传动章宏甲 黄谊 机工出版社,专业期刊：,机床与液压、液压与气动,考核方法：,期末考试 7060%,平时（考勤、作业、提问、实验）3040%,2,绪 论,液压传动的定义,液压传动的工作原理,液压传动的组成,液压传动的优缺点,液压传动的应用和发展,本章小结,3,1.,液压传动的定义,机器组成：,原动机：电动机、内燃机等,传动机构,工作机（直接工作部分）：车床的刀架、车刀、卡盘等,传动机构分为：,机械传动：如齿轮传动,电气传动：（,电气控制技术）,流体传动,4,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。,液体传动,气体传动,液体传动：液体为工作介质,液力传动： 利用液体动能,液压传动,： 利用液体压力能,工作特性（两个）,压力取决于负载,（与流入的流体多少无关）,速度取决于流量,（与流体压力大小无关）,5,2.,液压传动的工作原理,实例分析：（液压千斤顶）,6,原理图及简化模型,7,力比例关系：,p = F,1,/A,1,= W/A,2,或 W/F,1,=A,2,/A,1,压力取决于负载,运动关系：,v,2,/v,1,=A,1,/A,2,Ah/t 流量 A,1,v,1,=A,2,v,2,v=q/A,活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量,功率关系,：,P=pA,1,v,1,=pA,2,v,2,=pq,8,3. 液压传动的组成,机床工作台液压系统的工作原理,9,液压传动装置的组成：,动力元件 ： 将机械能转变成压力能,液压泵,执行元件： 将压力能转变成机械能,液压缸、液压马达,控制调节元件：各种液压阀,辅助元件： 除以上三种以外的其他装置,油箱、滤油器、蓄能器等,传动介质： 液压油,10,4.,液压传动的优缺点,主要优点:,能方便地进行无级调速，且调速范围大。,功率质量比大。,调节、控制简单，方便，省力，易实现自动化控制和过载保护。,因传动介质为油液，故液压元件有自我润滑作用，使用寿命长。,液压元件实现了标准化、系列化，便于设计、制造和推广使用。,11,4.,液压传动的优缺点,主要缺点：,漏,：有压力，泄漏。不宜用在传动比要求较严格的场合。,振,：液压冲击和空穴。,热,：机械摩擦、压力损失、泄漏损失，油液发热、总效率降低。不宜用于远距离传动。,液压传动的性能对温度较敏感，不宜在高温、低温下工作。液压传动装置对油液的污染较敏感，要求有良好的过滤设施。,液压系统出现故障时不易查找原因，不易迅速排除故障。,12,5.,液压传动的应用和发展,应用：,工程机械：挖掘机、推土机、装载机,机床工业：组合机床、锻压机床,农业机械：拖拉机、收割机,汽车工业：汽车、摩托车,冶金机械：轧钢机、高炉,塑料机械：注塑机,灌装机械：食品包装机、化肥包装机,其他,13,14,15,16,机械手,17,5.,液压传动技术的发展,发展概况：,17世纪中叶静压原理,18世纪末英国第一台水压机,19,世纪末德国液压龙门刨床,20世纪30年代通用机床液压传动,20世纪60年代以来液压技术得到很大的发展,18,5.,液压传动技术的发展,发展趋势,：,减少能耗、泄漏控制、污染控制、主动维护,液压CAD技术,新材料新工艺的应用,机电一体化,19,5.,液压传动技术的发展,我国的发展现状：,机械工业振兴发展的重点行业之一,门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系（液压行业总产值是世界第六，气动行业世界第十）,全国行业企业约1300多个，预计2006年需求总量突破150亿元（农业机械需求量将有很大增长；机床、塑料机械等的需求量有较大增长）,液压行业人均产值：美国（8万人、10.6万美元）日本（12.4万人、19.7万美元）中国（7.5万人、0.45万美元）,20,本章小结,主要概念：,液压传动的定义，两个工作特性,液压系统的组成部分及其作用,液压传动的主要优缺点,重点：,液压传动的工作原理，及什么是液压传动,液压传动的两个工作特性,难点：,液压传动的两个工作特性，尤其是压力决定于负载。,21,第一章 液压传动基础知识,1.1液压传动工作介质,1.2液体静力学,1.3液体动力学,1.4定常管流的压力损失计算,1.5孔口和缝隙流动,1.6空穴现象,1.7液压冲击,22,1.1 液压传动工作介质,1. 工作介质的性质,密度 (,),：单位体积液体的质量,=m/V,标准密度,20,：我国采用20,C,时的密度,可压缩性,：,体积压缩系数 k,：单位压力变化下的体积相对变化量,体积弹性模量K,：,k=1/ k,粘性,a、 粘性的定义： 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。,23,b、液体的粘性示意图： F,t,=,Adu/dy 牛顿内摩擦定律：,=F,t,/A,=,du/dy,24,c、液体粘性的表示方法：,动力粘度（绝对粘度）（,）：,=F/A*du/dy,单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力,单位：(SI制) Pa.s (CGS制) P(dyne.s/cm,2,) cP,1Pa.s=10P=10,3,cP,运动粘度（,）：,= /,无明显的物理意义,，为方便而引入,单位：（ SI制 ) m,2,/s (CGS制) St(cm,2,/s) cSt,1 m,2,/s=10,4,St=10,6,cSt=10,6,m m,2,/s,液压油的牌号:以这种液压油在40,C,时运动粘度,的平均厘斯数值来命名的. 如：N32,相对粘度（,t,）,t,=t1/t2 无量纲,25,d、粘性与压力的关系：,一般而言，压力增大，粘度增大；压力减小，粘度减小，高压时影响显著。,e、粘性与温度的关系:,温度升高，粘度增大；温度降低，粘度增大。,此变化率的大小直接影响工作介质的使用，其重要性不亚于粘度本身,粘温特性: 温度变化时粘度变化的幅度小，则说明有良好的粘温特性,26,e、粘性与温度的关系:,27,2. 对液压传动工作介质的要求：,合适的粘度，较好的粘温特性,良好的润滑性能；质地纯净，杂质少,无腐蚀性,对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性,抗乳化性好,3. 工作介质的分类和选用,分类：石油基液压油、乳化液、合成型,选用：根据液压泵来确定工作介质的粘度,28,粘度选择的总原则：,高压、高温、低速情况下，应选用粘度较大的液压油，主要考虑泄漏的影响；,低压、低温、高速情况下，应选用较低粘度的液压油，主要考虑内摩擦阻力的影响。,29,30,4. 液压系统的污染控制,污染的,根源,:被污染的新油；残留污染；侵入污染；生成污染,污染引起的,危害,：影响系统性能和寿命；元件失效,污染的,测定,：称重法；颗粒计数法,污染度的,等级,：我国GB/T14039-93；美国NAS1638,工作介质的,污染控制,：清洗；密封；过滤；控制温度；定期检查、更换,31,1.2 液体静力学,1. 液体静力学及其特性,作用于液体上的力分类：质量力、表面力,应力分为：法向和切向,静压力：静止液体内某点处单位面积上所受到的法向力。 p=F/A,静压力特性：,液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。,静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。,单位面积上的表面力,32,2. 液体静压力基本方程,静压力基本方程 p=p,o,+,gh,33,基本方程的物理意义：,能量守恒,34,3.,压力的表示方法及单位,绝对压力：以绝对真空作为基准,相对压力：以大气压力作为基准。又称表压力绝对压力,=,相对压力,+,大气压力,真空度,=,大气压力,绝对压力,35,压力单位：,法定单位：帕斯卡（帕Pa）工程大气压，液柱高,4. 帕斯卡原理,内容,（,等值传递）,实质:在密闭的容器内的静止液体中，若某点的压力发生了变化，则该变化值将等值同时地传到液体内所有各点。,应用：体现在液压元件的工作原理上。,力的放大,36,5.,液体静压力对固体壁面的作用力,壁面为平面,:,F=,pA,=p,D,2,/4,壁面为曲面：一般将总力分解成水平和垂直方向的两个分力来研究,37,1.3 液体动力学,1. 基本概念,理想液体:无粘性且不可压缩的液体,定常流动：液体中任一点的压力、速度和密度不随时间而变化,迹线、流线、流束和通流截面,38,流量和平均流速,流量(q)：单位时间内通过某通流截面的液体的体积。,平均流速(v)：液流质点在单位时间内流过的距离。v=q/A,质量流量(,q,m):流过其截面的液体质量,流动液体的压力,压力在各个方向上的数值可以看作是相等的,39,2. 连续性方程（质量守恒定律）,q,1,=q,2,v,1,A,1,=v,2,A,2,通过流管任一截面的流量相等。当流量一定时，流速和通流截面面积成反比。,40,3. 伯努利方程（能量守恒定律）,理想液体的运动微分方程：,41,理想液体的伯努利方程：,将上式积分得：理想液体微小流束伯努利方程,p/+gz+u,2,/2=,常数,或,p,1,/g+z,1,+u,1,2,/2g=p,2,/g+z,2,+u,2,2,/2g,任意截面处液体的总能量由压力能、位能和动能组成,实际液体流束的伯努利方程：,p,1,/+z,1,g+u,1,2,/2=p,2,/+z,2,g+u,2,2,/2+h,w,g,h,w,为因粘性而消耗的能量,42,实际液体总流的伯努利方程：,43,伯努利方程应用举例：,44,4. 动量方程：,动量定理：作用在物体上的力的大小等于物体在力的方向上的动量的变化率，即F=d(mV)/dt,流动液体的动量方程：,45,F=(s,2,-s,1,)dq/dt+q,2,V,2,-q,1,V,1,定常流动时，,dq/dt,=0,F=,q,2,V,2,-q,1,V,1,当液流流速较大且紊流时，动量修正系数,=1,例题,：,46,1.4 定常管流的压力损失计算,1. 流态、雷诺数,层流：液体质点互不干扰，分层流动（粘性力）,紊流：液体质点的运动杂乱无章（惯性力）,雷诺数ReRe=vd/,2. 液体在直管中流动时的压力损失计算,沿程压力损失：液体流动时的内、外摩擦力引起。,层流时的压力损失,液流在通流截面上的速度分布规律,液体作层流时，通流截面上的速度分布规律呈旋转抛物体状。,47,48,圆管中的流量,液体在圆管中作层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍。,沿程压力损失,3. 局部压力损失,是液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等处所引起的压力损失。（旋涡，撞击，能量损耗）,4. 管路系统中的总压力损失和压力效率,总压力损失：,压力效率：=p,1,/p,p,=(p,p,-p)/p,p,=1-p/p,p,49,1.5 孔口和缝隙流动,1.,孔口液流特性,液体流经孔口时要产生局部压力损失，系统发热，油液粘度下降，系统的泄漏增加,流经薄壁小孔的流量,薄壁小孔：,l/d,0.5,流经细长小孔的流量,细长孔,:l/d4,q=KA,p,m,50,二、缝隙液流特性,泄漏的分类：内泄漏、外泄漏泄漏的原因：压力差、间隙,（一）平行平板的间隙流动,pdy+(+d)dx=(p+dp)dy+dx,51,1、固定平行平板间隙流动,2、两平行平板有相对运动时的间隙流动,有相对运动但无压差,u=vy/h,既有相对运动又有压差,52,（二）圆柱环形间隙流动,1、同心环形间隙在压差作用下的流动,53,2、偏心环形间隙在压差作用下的流动 3、内外圆柱表面有相对运动且又存在压差的流动,54,（三）流经平行圆盘间隙径向流动的流量,55,（四）圆锥状环形间隙流动,56,1.6 空穴现象,空穴现象：压力低于空气分离压而产生气泡的现象,危害：产生振动、噪音，腐蚀金属表面,油液的空气分离压和饱和蒸气压：,空气分离压：空气从油液中分离出来形成气泡,饱和蒸气压：油液本身汽化,节流口处的空穴现象,气泡的破灭产生冲击、噪音、振动，局部高温、高压使金属剥落，表面粗糙或海绵状的小洞穴,减小空穴现象的措施,减小压力差、正确的结构参数、提高零件的抗气蚀能力,57,1.7液压冲击,现象：液体压力在一瞬间突然升高产生很高的压力峰值,危害：振动、噪音，温度升高，元件损坏，产生误动作,冲击产生的原因,液体突然停止运动,工作部件突然制动或换向,元件的动作不够灵敏,58,液体突然停止运动时产生的冲击,完全冲击：,t,t,c,管道中的最大压力：,p,max,=p+p,运动部件制动产生的冲击,根据动量定理得：,减小液压冲击的措施,间接冲击；限制流速；吸收冲击能量；安全阀,59,