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液压传动的工作原理


第一章 绪论

?液压传动的工作原理
?液压传动系统实例及液压系统的组成

?液压传动的优缺点
?液压传动采用的油液及其主要性能

§ 1-1液压传动的工作原理 一、简化模型
二、力比和速比 三、两个重要概念 四、容积式液压传动

一、简化模型
在液压传动中,人们利用没有固定形状但具 有确定体积的液体来传递力的运动。下图是一个 经过简化的液压传动模型。图中有两个直径不同 的液压缸2和4,缸内各有一个与内壁紧密配合的 活塞。如图活塞5上有重物W则当 活塞1上施加的力F达到 一定大小时,就能阻止 重物W下降。

二、力比和速比 1. 等压特性:根据帕斯卡定律“平衡液体内某一
点的液体压力等值地传递到液体内各处”,即: 输出端的力之比等于二活塞面积之比。 P1=P2=P=F/A1=W/A2 或 :W/F=A2/A1

2. 等体积特性:假设活塞1向下移动体积L1’则液
压缸被挤出的液体体积为A1L1。这部分液体进入液 压缸4,使活塞5上升L2,其让出的体积为A2L2 。 即: A1L1=A2L2 或 L2/L1=A1/A2

进一步认为这些动作是在时间t内完成,活塞1 的速度v1=L1/t,活塞5的速度v2=L2/t,则有: V2/V1=A1/A2
这说明输出,输入的位移和速度都与二活塞面积 成反比。上式可写成: A1V1=A2V2 这在流体力学中称为液流连续性原理,它反 映了物理学中质量守恒这一现实。

3. 能量守恒特性

WV2=FV1

注:等式左边和右边分别代表输出和输入的功 率。这说明能量守恒也适用于液压传动。

通过以上分析,上述模型中两个不同面 积的活塞和液压缸相当于机械传动中的杠杆 ,其面积比相当于杠杆比,即A1/A2=b/a。因 之采用液压传动可达到传递动力,增力,改 变速比等目的,并在不考虑损失的情况下保 持功率不变。

三、两个重要概念

1. 液压传动中的液体压力取决于负载
2. 流量决定速度

四、容积式液压传动
图1-1中主动活塞运动后使一定体积的液体挤 出,这些液体进入从动液压缸,使从动活塞产生 运动,而二者间的运动关系是依靠主动件挤出的 液体体积与从动件所得到的液体体积相等来保证 的。这种传动称为容积式液压传动。 工业上另外有一种依靠液体的动能及其转换 来实现力和运动的传递的方法,称为动力液力传 动。

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§1-2 液压传动系统实例及液压系统的组成 一、液压千斤顶 二、液压图形符号

三、液压系统的组成

一、液压千斤顶(动画)
液压千斤顶原理见下图。当向下压杠杆1时, 小活塞3使缸2内的液体经管道6、阀7进入大缸9, 并使活塞8上升,顶起重物W。适当地选择大、小 活塞面积和杠杆比,就可以人力升起很重的负载 W。

图1-2

液压千斤顶原理图

二.磨床工作台液压系统原理图(动画)
1.油箱 2.过滤器 3.回油管 4.液压泵

7.溢流阀
9.换向阀 13.节流阀

15.换向阀
17.活塞 18.液压缸 19.工作台

下图为机床工作台液压系统的图形符号图

机床工作台液压系统的图形符号图
-油箱 -滤油器 -液压泵 -溢 流阀 -开停阀 -换向阀 -活塞 液压缸 -工作台

三、液压系统的组成
1、动力元件 2、执行元件
即液压泵,它可将机械能转化成 液压能,是一个能量转化装置。

其作用是将液压能重新转化成
如各种阀。其中有方向阀和压力 如油箱、油管、滤油器等。 即液体。

机械能,克服负载,带动机器完成所需的运动。

3、控制元件 4、辅助元件 5、传动介质

阀两种。 返回首页
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§ 1-3 液压传动的优缺点
优点: 1、可以在运行过程中实现大范围的无机调速。 2、在同等输出功率下,液压传动装置的体积小、 重量轻、运动惯量小、动态性能好。 3、采用液压传动可实现无间隙传动,运动平稳。 4、便于实现自动工作循环和自动过载保护。 5、由于一般采用油作为传动介质,因此 液压 元件有自我润滑作用,有较长的使用寿命。 6、液压元件都是标准化、系列化的产品,便于设 计、制造和推广应用。

缺点:
1、损失大、效率低、发热大。

2、不能得到定比传动。
3、当采用油作为传动介质时还需要注意防火问 题。 4、液压元件加工精度要求高,造价高。

5、液压系统的故障比较难查找,对操作人员的 技术水平要求高。 返回首页
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§1-4

液压传动采用的油液及其主要性能

一、液压油的某些物理性质 二、液压油的选用

液压油的种类及代码 一、种类
石油型

{

机械油 汽轮机油 液压油

{ 难燃型 { 合成型 {
乳化液

水包油 油包水 水-乙二醇液 磷酸酯液

二、液压油的代号
最常用的液压油名称及代号是: ? 基础油(HH) ? 普通液压油(HL) ? 抗磨液压油(HM) ? 低温液压油(HV) 例如:L-HM32

一、粘性

附着力 液体与固体表面 ? 内聚力 液体分子与分子之间
?

1.粘性
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檫力, 它使液体各层间的运动速度不等,这 种现象叫做液体的粘性。 静止液体不呈现粘性。

粘性示意图
下板固定 ? 上板以u0运动 ? 附着力 A点:u = 0 B点:u = u0 ? 内摩擦力 两板之间液流速 度逐渐减小
?

B

A

内摩擦力:

du Ff ? ? ? A dy

——两液层的速度差 ——两液层间的距离

式中:η—粘性系数(粘度) A —液层接触面积 du /dy—速度梯度

du ?? 切应力: ? ? A dy — 牛顿内摩擦定律

Ff

2.粘度
三种表示方法:
Ff 1) 动力粘度 ? ? du A dy

单位:Pa.S(帕秒)

2) 运动粘度

? ?? ?

单位:m2/s

3)相对粘度(恩氏粘度)
?

t1 Et ? t2

机械油的牌号
是用40℃时运动粘度的平均值来标志的 例:20号机械油 ν=17~23 cSt(厘拖) 换算关系: 1 m2/s = 104 St = 106 cSt (=106 mm2/s) 拖(cm2/s) 厘拖(mm2/s)

3. 粘度与压力的关系

p↑ η ↑
应用时忽略影响

4. 粘度与温度的关系 T ↑ η↓
影响: η 大,阻力大,能耗↑ η 小,油变稀,泄漏↑ 限制油温:T↑↑,加冷却器 T↓↓,加热器

粘温图

二、液压油的某些物理性质
1、密度ρ和重度γ ρ=M/V (M-液体的质量,V-液体的体积) γ=G/V (G-液体的重量) 液压油的密度和重度因油的牌号而异, 并且随着温度的上升而减小,随着压力的提 高而稍有增加。

2.可压缩性 液压油的体积将随压力的增高而减小。 体积压缩系数
1 ?V k ?? ?p V0
压力变化 体积变化

初始体积

即单位压力变化下的体积相对变化量

体积弹性模量K (体积压缩系数的倒数)
1 ?pV0 K ? ?? k ?V
V0一定,在同样Δp下, K 越大, ΔV 越小
说明K 越大,液体的抗压能力越强 矿物油 K = (1.4~2.0)×10 9 N/m 2

钢 K = 2.06 ×10 11 N/m 2

k油 = 100~150 k钢
在静态下工作时,不考虑液体的可压缩性。

4、其他性能 油的体积随温度升高而增加。

其膨胀量

vt=v0[1+αt(t+t0)]


其中vt-温度t。C时的油的体积; v0-温度t0 C时的油的体积;

αt-油的体积膨胀系数。

二、液压油的选用
对液压油的要求:

1、良好的化学稳定性。
2、良好的润滑性能,以减小元件之间 的磨 损。 3、质地纯净,不含或含有极少量的杂质、水 份和水溶性酸碱等。 4、适当的粘度和良好的粘温特性。

5、凝固点和流动温度较低,以保证油液能 在较低温度下使用。
6、自燃点和闪点要高。 7、有较快地排除油中游离空气和较好地与 油中水份分离的能力。 8、没有腐蚀性,防锈性能好,有良好的相 容性。
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