第一章 液壓傳動(dòng)概述 教案VIP

1、第一章 液壓傳動(dòng)概述本章難點(diǎn):壓力取決于負(fù)載它所介紹的內(nèi)容，是機(jī)械工程技術(shù)人員必須掌握，不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)知識(shí)。研究以有壓流體（壓力油和壓縮空氣）為傳動(dòng)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械傳動(dòng)和自動(dòng)控制的學(xué)科。一部完整的機(jī)器由原動(dòng)機(jī)部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)部分（含輔助裝置）組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀、車床的刀架等。由于原動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工作力和工作速度變化范圍變化較寬，以及性能的要求，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機(jī)。一切機(jī)械都有其相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)借助于它達(dá)到對(duì)動(dòng)

2、力的傳遞和控制的目的。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來傳遞能量。 氣壓傳動(dòng)，其做工的介質(zhì)是空氣體；液壓傳動(dòng)，其做工的介質(zhì)是機(jī)油（或其它的液體）。 氣壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該介質(zhì)（空氣）不需要成本；液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜點(diǎn)，且需要其它的材料作為介質(zhì)，成本會(huì)高點(diǎn)。但液壓傳動(dòng)的密封性能好，所以傳動(dòng)的力矩會(huì)大點(diǎn)，做工性能會(huì)好些。11 液壓技術(shù)的發(fā)展本章是學(xué)習(xí)液壓與

3、氣壓傳動(dòng)的啟蒙章節(jié)，主要闡述了本課的一些重要概念、并通過液壓千斤頂簡(jiǎn)化模型的分析深入理解液壓傳動(dòng)的工作原理和液壓系統(tǒng)的基本組成，最后介紹液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。首先介紹什么是傳動(dòng)？傳動(dòng)的類型有哪些? 引導(dǎo)學(xué)生舉生活中常見的實(shí)例說明以下五種傳動(dòng)，使學(xué)生對(duì)傳動(dòng)及其類型有所認(rèn)識(shí)和掌握。機(jī)械傳動(dòng)自行車，縫紉機(jī)；電傳動(dòng)電動(dòng)門，聲控?zé)?，音樂噴泉；氣壓傳?dòng)公交車的車門；液壓傳動(dòng)千斤頂，液壓挖掘機(jī)；液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式，它通過能量轉(zhuǎn)換裝置（如液壓泵），將原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，然后通過封閉的管道、控制元件等，由另一能量轉(zhuǎn)換裝置（如液壓缸或馬達(dá)）將液

4、體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，以液體作為工作介質(zhì)，并以其壓力能進(jìn)行能量傳遞的方式，即為液壓傳動(dòng)。注意幾點(diǎn)：工作條件：密封系統(tǒng)工作介質(zhì)：受壓的流體傳動(dòng)方式：傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力111 液壓技術(shù)發(fā)展的歷史液壓傳動(dòng)開始應(yīng)用于十八世紀(jì)末，自從一七九五年英國(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起已有二百多年歷史，然而在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度發(fā)展卻是近五、六十年的事情。由于液壓傳動(dòng)與其它傳動(dòng)相比有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域獲得了越來越普遍的應(yīng)用，特別是近一、二十年來發(fā)展很快，隨著生產(chǎn)力的提高，20世紀(jì)30年代前后已有一些國(guó)家生產(chǎn)了液壓元件，并開始在機(jī)床上應(yīng)用。在第二次世界大戰(zhàn)

5、期間，由于迫切需要反應(yīng)迅速、動(dòng)作準(zhǔn)確、輸出功率大的液壓傳動(dòng)裝置及控制裝置來裝備各種飛機(jī)、坦克、大炮和軍艦，因此液壓技術(shù)開始在兵器制造領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，并出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。此外，在與戰(zhàn)爭(zhēng)緊密相關(guān)的行業(yè)里，液壓技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。從二戰(zhàn)后，液壓技術(shù)很快轉(zhuǎn)入民用工業(yè)，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)，并得到了較大幅度的發(fā)展。 20世紀(jì)60年代以后，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，其應(yīng)用向更廣泛的領(lǐng)域擴(kuò)展。第一階段： 液壓傳動(dòng)從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原

6、理、1795年世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生算起，液壓傳動(dòng)技術(shù)已有200多年的歷史，但由于沒有成熟的液壓傳動(dòng)技術(shù)和液壓元件，且工藝制造水平低下，發(fā)展緩慢，幾乎停滯。 氣壓傳動(dòng)早在公元前，埃及人就開始采用風(fēng)箱產(chǎn)生壓縮空氣助燃。從18 世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命開始，逐漸應(yīng)用于各類行業(yè)中。第二階段：20世紀(jì)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(yīng)用于機(jī)床。第三階段：20世紀(jì)50、60、70年代，工藝水平有了很大提高，液壓與氣動(dòng)技術(shù)也迅速發(fā)展，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。第四階段：20世紀(jì)80年代初期引進(jìn)美國(guó)、日本、德國(guó)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，使我國(guó)的液壓技術(shù)水平有了很大的提高。112 液壓技術(shù)主要的發(fā)展方向當(dāng)

7、前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)直接控制(CDC)、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。12 液壓傳動(dòng)的工作原理用兩個(gè)例子說明液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理：（1）手動(dòng)液壓千斤頂半結(jié)構(gòu)圖最簡(jiǎn)單的例子，用于換輪胎等舉升工作，生活中常見。（2）磨床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)半結(jié)構(gòu)圖涵蓋的液壓元件種類比較全，用于講解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)很適合。通過講解磨床工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)、向右運(yùn)動(dòng)、過載溢流、油缸停止、油泵卸荷等工況下各元件

8、的工作狀態(tài)，讓學(xué)生了解液壓系統(tǒng)的工作原理、組成及各液壓元件的作用。l 壓力取決于負(fù)載 簡(jiǎn)化模型中，只有大活塞上有了重物G（負(fù)載），小活塞上才能施加上作用力F，而有了負(fù)載和作用力，才產(chǎn)生液體壓力P。有了負(fù)載，液體才會(huì)有壓力，并且壓力大小決定于負(fù)載，而與流入的流體多少無關(guān)。這是一個(gè)很重要的概念。今后，在分析液壓系統(tǒng)中元件和系統(tǒng)的工作原理時(shí)經(jīng)常要用到它。實(shí)際上，液壓傳動(dòng)中液體的壓力相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)中機(jī)械構(gòu)件的應(yīng)力。l 速度取決于流量 另一個(gè)重要的基本概念，調(diào)節(jié)進(jìn)入缸體的流量Q，即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度V，這就是液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的基本原理。即活塞的運(yùn)動(dòng)速度（馬達(dá)的轉(zhuǎn)速）取決于進(jìn)入液壓缸（馬達(dá)）的流量

9、，而與流體壓力大小無關(guān)。 以上兩個(gè)重要概念將在本門課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用中貫穿始終，必須掌握。液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)：（增加內(nèi)容）13 液壓傳動(dòng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和傳動(dòng)介質(zhì)五部分組成。l 動(dòng)力元件：液壓泵或氣源裝置，其功能是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能，為系統(tǒng)提供（壓力油）動(dòng)力。l 執(zhí)行元件：液壓缸或氣缸、液壓馬達(dá)或氣馬達(dá)，功能是將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸出力和速度或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以帶動(dòng)（克服）負(fù)載進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。l 控制元件：壓力、流量和方向控制閥，作用是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動(dòng)方向，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、

10、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。l 輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置，包括管道、管接頭、油箱或儲(chǔ)氣罐、過濾器和壓力計(jì)。l 傳動(dòng)介質(zhì)：液體。傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，而且還對(duì)液壓裝置的機(jī)構(gòu)、零件起這潤(rùn)滑、冷卻和防銹作用。14 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)、應(yīng)用141液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，以克服長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)軸效率低的缺點(diǎn)。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上，已基本取代了老式的機(jī)械傳動(dòng)，不僅操作方便，而

11、且外形美觀大方。(1) 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)12000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。(2) 在同等功率情況下，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12%13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)，目前是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W(牛/瓦)，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)則約為0.03N/W。(3) 傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。(4) 液壓傳動(dòng)裝置的控制、調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操縱比較方便、省力、

12、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與電氣控制配合使用能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。(5) 液壓傳動(dòng)裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，系統(tǒng)超負(fù)載，油液經(jīng)溢流閥回油箱。由于采用油液作工作介質(zhì)，能自行潤(rùn)滑，所以壽命長(zhǎng)。(6) 液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，易于設(shè)計(jì)，制造和推廣使用。(7) 液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、直線運(yùn)動(dòng)，且由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。(8) 液壓傳動(dòng)中，由于功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動(dòng)著的油帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置產(chǎn)生過度溫升。142 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。(2)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體粘性變化，引起運(yùn)動(dòng)特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓