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1、液压与气压传动系统概述 项目一 任务1.1 认识液压与气压传动系统【任务目标】1.掌握液压与气动系统的工作原理与组成结构；2.认识液压与气动系统的基本职能符号；3.了解液压与气动系统的优缺点；4.观察分析典型设备液压系统基本工作原理与结构特点。1.1.1 液压与气压传动工作原理 液压与气压传动技术是以密闭系统中的受压流体（压缩液体或压缩空气）为工作介质，来传递运动和动力的一种传动方式。液压与气动技术发展十分迅速，目前已广泛应用于军工、冶金、工程机械、农业机械、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床工业中。当前，液压技术正向高压、高速、大功率、低噪声、低能耗、经久耐用、数字化、高度集成化、机电一体化
2、等方向发展。气压传动正向节能化、小型化、轻量化、位置控制的高精度化以及机、电、液相结合的综合控制方向发展。以图1-1 所示液压千斤顶的工作原理为例来介绍液压传动的基本工作原理图1-1 液压千斤顶工作原理图1杠杆手柄 2小油缸 3小活塞 4、7单向阀 5吸油管6、10管道8大活塞 9大油缸 11截止阀 12油箱1.力比例关系 图01b为液压千斤顶的简化模型，据此可分析两活塞之间的力比例关系、运动关系和功率关系。当大活塞上有重物负载 W 时，大活塞下腔的油液就将产生一定的 压力 p，p=W/A2。根据帕斯卡原 理“在密闭容腔内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液压各点”。因而要顶起大活塞及其
3、重物负载W，在小活塞下腔就必须要产生一个等值的 压力p，也就是说小活塞上必须施加力F1,F1=pA1,因而有 p F1/A1=W/A2 或 W/F1=A2/A1（01）由 式（01）可知，当负载 W 增大时，流体工作压力p也要随之增大，亦即 F1 要随之增大；反之，若负载W很小，流体压力就很低，F1 也就很小。由此建立了一个很重要的基本概念，即在液压和气压传动中工作压力取决于 负载，而与流入的流体多少无关。2.运动关系 如果不考虑液体的可压缩性、漏损和缸体、油管的变形，从图01b可以看出，被小活塞压出的油液的体积必然等于大活塞向上升起后大缸扩大的体积。即 A1h1=A2h2 或 h2/h1=A
4、1/A2（02）从式（02）可知，两活塞的位移和两活塞的面积成反比，将A1h1 A2h2 两端同除以活塞移动的时间t得 A1h1/t=A2h2/t 即 v2/v1=A1/A2（03）式中v1、v2分别为小活塞和大活塞的运动速度。从式（03）可以看出，活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比。Ah/t的物理意义是单位时间内液体流过截面积为A的某一截面的体积，称为流量q，即 q=Av因此，A1v1=A2v2（04）如果已知进入缸体的流量q，则活塞的运动速度为 v=q/A（05）调节进入缸体的流量 q，即可调节活塞的运动速度v，这就是液压与气压传动能实现无级调速的基本原理。从式（05）可得到另一个重要的
5、基本概念。即活塞的运动速度取决于进入液压（气压）缸（马达）的流量，而与流体压力大小无关。3.功率关系 由式（01）和式（03）可得 F1v1=Wv2（06）式（06）左端为输入功率，右端为输出功率，这说明在不计损失的情况下输入功率等于输出功率，由式（06）还可得出 P=pA1v1=pA2v2=pq（07）由式（07）可以看出，液压与气压传动中的功率P可以用压力p和流量q的乘积来表示，压力p和流量q式流体传动中最基本、最重要的两个参数，它们相当于机械传动中的力和速度，它们的乘积即为功率。从以上分析可知，液压传动和气压传动是以流体的压力能来传递动力的。1.1.2 液压与气压传动系统的组成1工作台
6、2液压缸 3活塞 4换向手柄 5手动换向阀 6、8、16回油管7节流阀 9开停手柄 10手动换向阀 11压力管 12压力支管 13溢流阀14钢球 15弹簧 17液压泵 18滤油器 19油箱图1-2 机床工作台液压系统工作原理图 右图所示 为一可完成某 程序动作的气 压系统的组成 原理图，其中 的控制装置是 由若干气动元 件组成的气动 逻辑回路。它 可以根据气缸 活塞杆的始末 位置，由行程开关等传递信号，再作出下一步的动作，从而实 现规定的自动工作循环。由上面的例子可以看出，液压与气压传动系统主要由以下几个部分 组成：（1）能源装置 把机械能转换成流体的压力能的装置，一般最常见的是 液压泵或空气
7、压缩机。（2）执行装置 把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指液（气）压缸或液（气）压马达。（3）控制调节装置 对液（气）压系统中流体的压力、流量和流动方向 进行控制和调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀等。（4）辅助装置 指除以上三种以外的装置，如油箱、过滤器、分水滤气 器、油雾器、蓄能器等，它们对保证液（气）压系统可靠和稳定地工作 有重大作用。（5）传动介质 传递能量的流体，即液压油或压缩空气。图1-4 机床工作台液压系统的图形符号图1工作台 2液压缸 3活塞 4手动换向阀 5调速阀6手动换向阀 7溢流阀 8液压泵 9滤油器 10油箱1.1.3 液压与气压传动的优缺点表1-1 液压传动和
8、气压传动的优缺点名称 优点 缺点液压传动 单位体积输出功率大 工作比较平稳，能在低速下稳定工作 能在较大范围内实现无级调速 易于实现自动化 易于实现过载保护 液压元件已实现标准化、系列化、通用化 易发生泄漏 传动比不精确 能量损失大，传动效率低 温度变化影响粘度，从而影响运动稳定性 制造精度高，出现故障难以查找气压传动 以空气为工作介质，来源方便，无污染 空气流动损失小，便于集中供气和远距离传送 动作迅速，反应快，维护简单 工作环境适应性强 结构简单轻便，使用安全可靠 空气具有可压缩性，运动稳定性差，动作速度易受负载影响 工作压力低，输出力小，传动效率低 排气噪声大1.1.4 液压与气压传动的
9、应用及发展表1-2 液压与气压传动在各类机械行业中的应用实例行业名称 应用场所举例工程机械 挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械 汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械 凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械 打桩机、液压千斤顶、平地机等农业机械 联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等冶金机械 电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业 自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械 折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等注 塑 机 械机 床（全 自
10、 动 六 角 车 床）桥 梁 检 修 机 械 防 洪 闸 门 及 堤 坝 装 置 巨 型 天 线 甲 板 起 重 机 械 自 动 水 果 分 类 机 汽 车 组 装 线 自动激光唱片拾放装置 自 动 糖 果 包 装 机 自 动 汽 车 清 洗 机 自动空气喷射织布机 压 烫 机（1）液压传动发展方向1）液压传动技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。2）与计算机科学技术相结合。新型液压元件与液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术相结合。3）与其他相关
11、科学技术相结合。如污染控制技术和可靠性技术等方面也是当前液压技术发展和研究的方向。4）开辟新的应用领域。（2）气动技术的发展方向1）机、电、气一体化。由PLC 传感器气动元件组成的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；复合集成化系统不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高系统的可靠性。2）小型、轻量和低功率。元件的超薄、超小型化制造采用铝合金及塑料等新型材料，并进行等强度设计，质量大为减轻，现已出现10g 重的低功率电磁阀，其功率只有10.5W。3）高质量、高精度、高速度。电磁阀的寿命达300万
12、次以上，气缸寿命达20006000km；定位精度达0.50.1mm，小型电磁阀的工作频率达数十赫兹，气缸速度达3m/s 以上。4）无给油化。为适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省大量润滑油，不污染环境，而且系统简单、性能稳定、成本低、寿命长。项目二：流体力学基础任务2.1 液压油的性质【任务目标】1.掌握液压油的基本性质；2.掌握液压系统对液压油的基本要求；3.掌握液压油的选用方法。液压油是液压传动系统中的工作介质，在液压传动和控制中起到传递能量和信号的作用，同时还对液压系统和元件
13、起着润滑、冷却和防锈的作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，液压油的质量直接影响液压系统的工作性能。因此合理选择液压油是一项非常重要的工作。2.1.1液压油的性质1密度单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为，质量为的液体的密度为mV矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小，随压力的提高而稍有增加，但变动值很小，可以认为是常值。我国采用摄氏20度时的密度作为油液的标准密度,以 表示常用液压油和传统的密度如下：常用工作介质的密度种类 种类 20种类 种类20石油基液压油 石油基液压油 850900 850900增粘高水基液 增粘高水基液1003 1003水包油乳化 水包油乳化
14、 998 998水 水 乙二醇液 乙二醇液1060 1060油包水乳化液 油包水乳化液 932 932磷酸酯液 磷酸酯液1150 1150(kg/m)3压力为0、体积为0的液体，如压力增大p 时，体积减小V，则此液体的可压缩性可用体积压缩系数，即单位压力变化下的体积相对变化量来表示pVV0由于压力增大时液体的体积减小，因此上式右边须加一负号，以使成为正值。液体体积压缩系数的倒数，称为体积弹性模量，简称体积模量。即=。n n 2 2可压缩性 可压缩性液压传动工作介质的可压缩性对动态工作的液压系统来说影响极大；但当液压系统在静态下（稳态）工作时，一般可以不予考虑。液压传动工作介质种类 液压传动工作
15、介质种类 K/K/（N m N m）石油型 石油型水包油乳化液（水包油乳化液（W/O W/O型）型）水 水 乙二醇液 乙二醇液磷酸酯液 磷酸酯液109109109109.3（1.42.0）3.152.65各种液压传动工作介质的体积模量（20C，大气压）01.95 1.953.粘性 液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力会阻止液体分子间的相对运动，即液体分子间产生了一定的内摩擦力，液体流动时呈现的这种特性称为液体的粘性。粘性是液体重要的物理性质，也是选择液压油的主要依据。粘度是衡量流体粘性的指标，常用的有动力粘度、运动粘度和相对粘度。（1）动力粘度式中 比例常数。又称为粘性系数或动力粘度
16、；单位Pa.S（帕.秒）速度梯度。即液层相对运动速度对液层间距离的变化率。（2）运动粘度在相同温度下，液体的动力粘度与其密度的比值，称为运动粘度，用表示，即运动粘度的单位是m2/s，和以前常用旧单位St（斯）和cSt（厘斯）之间的关系是1m2/s 104cm2/s（St）l06mm2/s（cSt）液压油的牌号是采用该液压油在40时运动粘度的平均值来表示。例如牌号为L-HL46 的液压油是指这种液压油在40的运动粘度平均值为46cSt。（3）相对粘度相对粘度又称条件粘度，由于测量仪器和条件不同，各国相对粘度的含义也不同，如美国采用赛氏粘度（SSU）；英国采用雷氏粘度（R）；而中国、德国和俄罗斯则
17、采用恩氏粘度（E）。（m2/s）4.粘压特性压力对油液的粘度有一定影响。压力越高，分子间的距离越小，粘度增大。不同的油液有不同的粘度压力变化关系，这种关系称为粘压特性。液压油在中低压液压系统内，压力变化很小，因对粘度影响较小可以忽略不计。当压力较高（大于20MPa）或压力变化较大时，则需考虑压力对粘度的影响。5.粘温特性温度对液压油粘度的影响很大，当油液温度升高时，其粘度下降。这种油液的粘度随温度变化的性质称为粘温特性。油液粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望粘度随温度的变化越小越好。如图2-2 所示为国产常用液压油的粘温图。油液的粘温特性可用粘度指数VI 来表示，VI 值越大表
18、示粘温特性越平缓，即油液的粘度受温度变化影响小,因而性能好。一般液压油要求VI 值在90以上。2)润滑性能好。即油液润滑时产生的油膜强度高，以免产生干摩擦。3)质地纯净，杂质少。不应含有杂质，以免刮伤表面。4)对金属和密封件有良好的相容性。不应含有腐蚀性物质，以免侵蚀机件和密封元件。5)对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性。防止油液氧化后变酸性腐蚀金属表面。6)抗泡沫好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。7)体积膨胀系数小，比热容大。8)流动点和凝固点低，闪点(明火能使油面上油蒸气闪燃，但油本身不燃烧时的温度)和燃点高。9)对人体无害，成本低。对轧钢机、压铸机、挤压机和飞机等液压系统则须突出耐
19、高温、热稳定、不腐蚀、无毒、不挥发、防火等项要求。二、对液压传动工作介质的要求不同的工作机械、不同的使用情况对液压传动工作介质的要求有很大的不同；为了很好地传递运动和动力，液压传动工作介质应具备如下性能：1)合适的粘度，较好的粘温特性。粘度随温度变化越小越好。1.分类液压系统工作介质的品种以其代号和后面的数字组成，代号为L是石油产品的总分类号，H表示液压系统用的工作介质，数字表示该工作介质的粘度等级。（表1.1所示）2工作介质的选用原则选择液压系统的工作介质一般需考虑以下几点：三、工作介质的分类和选择液压系统温度 液压系统温度540 C 540 C 液压系统温度 液压系统温度4080 C 40
20、80 C 30 70 30 70 65165 65165 3050 3050 4075 4075 5070 5070 5590 5590 3080 3080 65240 65240 4075 4075 70150 70150（1）液压系统的工作条件（2）液压系统的工作环境（3）综合经济分析o o o o工作介质粘度 工作介质粘度v v40 40/（mms mms）2 2.-1-1P7.0MPa P7.0MPaP7.0MPa P7.0MPa齿轮泵 齿轮泵叶片泵 叶片泵径向柱塞泵 径向柱塞泵轴向柱塞泵 轴向柱塞泵液压泵类型 液压泵类型按液压泵类型推荐用工作介质的粘度 按液压泵类型推荐用工作介质的粘
21、度 名称 名称代号 代号 组成和特性 组成和特性 应用 应用精制矿物油 精制矿物油LHH LHH无抗氧性 无抗氧性 循环润滑油，低压液压系统 循环润滑油，低压液压系统普通液压油 普通液压油LHL LHL HH HH油，并改善 油，并改善其防锈和抗氧性 其防锈和抗氧性一般液压系统 一般液压系统抗磨液压油 抗磨液压油LHM LHM HL HL油，并改善 油，并改善其抗磨性 其抗磨性低 低 中 中 高液压系统，特别适用有防磨 高液压系统，特别适用有防磨要求带叶片泵的液压系统 要求带叶片泵的液压系统低温液压油 低温液压油LHV LHV HL HL油，并改善 油，并改善其粘温特性 其粘温特性能在 能在-
22、20-40 C-20-40 C的低温环境中工作用与户 的低温环境中工作用与户外工作的工程机械和船用设备液压系统 外工作的工程机械和船用设备液压系统高粘度指数 高粘度指数液压油 液压油LHR LHR HL HL油，并改善 油，并改善其粘温特性 其粘温特性粘温特性优于 粘温特性优于LHV LHV油，用于数控机床 油，用于数控机床液压系统和伺服系统 液压系统和伺服系统液压导轨油 液压导轨油LHG LHG HM HM油，并具有 油，并具有粘 粘 滑特性 滑特性适用于导轨和液压系统共用一种油品的 适用于导轨和液压系统共用一种油品的机床，对导轨有良好的润滑性和防爬性 机床，对导轨有良好的润滑性和防爬性其它
23、液压油 其它液压油 加入多种添加剂 加入多种添加剂 用于高品质的专用液压系统 用于高品质的专用液压系统o o水包油乳化液 水包油乳化液LHFAE LHFAE油包水乳化液 油包水乳化液LHFB LHFB水 水 乙二醇液 乙二醇液LHFC LHFC 磷酸酯液 磷酸酯液 LHFDR LHFDR需要难燃料的场合 需要难燃料的场合表 表1-1 1-1液压系统工作介质分类（液压系统工作介质分类（GB1111889 GB1111889）四、液压系统的污染控制工作介质的污染是液压系统发生故障的主要原因。它严重影响液压系统的可靠性及液压元件的寿命，因此工作介质的正确使用、管理以及污染控制，是提高液压系统的可靠性
24、及延长液压元件使用寿命的重要手段。1污染的根源进入工作介质的固体污染物有四个根源：已被污染的新油、残留污染、侵入污染和内部生成污染。2污染的的危害液压系统的故障75以上是由工作介质污染物造成的。3污染的测定污染度测定方法有测重法和颗粒计数法两种。4污染度的等级我国制定的国家标准GBT14039-93液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号和目前仍被采用的美国NASl638油液污染度等级。5工作介质的污染控制工作介质污染的原因很复杂，工作介质自身又在不断产生污染物，因此要彻底解决工作介质的污染问题是很困难的。为了延长液压元件的寿命，保证液压系统可靠地工作，将工作介质的污染度控制在某一限度内是较为切实
25、可行的办法.为了减少工作介质的污染，应采取如下一些措施：(1)对元件和系统进行清洗，才能正式运转。(2)防止污染物从外界侵入。(3)在液压系统合适部位设置合适的过滤器。(4)控制工作介质的温度，工作介质温度过高会加速其氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。(5)定期检查和更换工作介质，定期对液压系统的工作介质进行抽样检查，分析其污染度，如已不合要求，必须立即更换。更换新的工作介质前，必须对整个液压系统彻底清洗一遍。任务2.2 液体静力学和动力学基础【任务目标】1掌握流体静力学和动力学的基本规律；2掌握液体流动时的压力损失和流经小孔、缝隙的流量；3了解液压冲击和空穴现象及控制措施。2.2.
26、1 液体静力学所谓静止状态是指液体内部各质点间没有相对运动，液体整体可以如同刚体一样做各种运动。因此，液体在相对平衡状态下不呈现粘性，不存在切应力，只有法向的压应力，即静压力。1.液体静压力及其特性作用在液体上的力有两种类型：一种是质量力，另一种是表面力。静压力具有下述两个重要特征：（1）液体静压力沿着内法线方向作用于其承压面，即静止液体只承受法向压力，不承受剪切力和拉力。（2）静止液体内任一点所受到的静压力在各个方向都相等。2.液体静力学基本方程上式称为液体静力学基本方程。它表明（1）静止液体中任一点处的静压力都由两部分组成，即作用在液面上的压力 和液体重力所产生的压力。当液面与大气接触时，
27、为大气压力，故（2）静止液体中任一点的静压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布。（3）离液面深度相同各点的压力相等，压力相等的点组成的面称为等压面。因此在重力作用下的等压面为一个水平面。3.压力的表示方法液压系统中的压力就是指压强，液体压力有绝对压力、相对压力（表压力）与真空度。压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力。另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。由于大多数压力测量仪表所测得的压力都是相对压力，因此相对压力也称为表压力。压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa=1N/m2。由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用它的倍数单位兆帕
28、，符号MPa。1MPa=106Pa。我国过去在工程上常采用工程大气压，也采用水柱高或汞柱高。1at（工程大气压）=1kgf/cm2=9.8104N/m21mH2O（米水柱）=9.8103N/m21mmHg（豪米汞柱）=1.33102N/m2在液压技术中还采用的压力单位有巴，符号为bar。即1bar=105N/m2=10N/cm2 1.02kgf/cm24.帕斯卡原理由静压力基本方程可知，静止液体中任意一点的压力都包含了液面压力，这就是说，在密闭容器中由外力作用在液面上的压力能等值地传递到液体内部的各点，这就是帕斯卡原理，或称为静压力传递原理。5.液体作用在固体壁面上的力在液压传动中，忽略去液体
29、自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力不平行但大小相等。因此要计算曲面上的总作用力，必须明确要计算哪个方向上的力。液体动力学 基本概念 液体流动基本方程理想液体 既无粘性又不可压缩的假想液体称为理想液体定常流动 如果液体中任一点的压力、速度和密度都不随时间变化，称这种流动为定常流动（也称为稳定流动或恒定流动）。反之，则为非定常流动。一维流动 当液体整个作线形流动时称为一维流动，此时要求液流截面上各点的速度矢量完全相 当液体整个作线形流动时称为一维流动，此时要求液流截面上各点的速度
30、矢量完全相同。同。通流截面 在流束中与所有流线正交的截面称为通流截面。流量单位时间内流过某一通流截面的液体的体积称为流量。流量的单位是m3/s或L/min。平均流速平均流速是通过整个通流截面的流量q与通流截面积A的比值。平均流速在工程中有实际应用价值。1-3.1 基本概念英国物理学家雷诺通过大量实验，发现了液体在管路中流动时存在的两种流动状态-层流和紊流。雷诺实验表明，层流时液体质点互不干扰，液体沿管路轴线作线性或层状流动；紊流时液体质点相互干扰，运动杂乱无章，除了沿管路轴线运动以外还有剧烈的横向运动。实验分析表明，层流发生在液体流速较低的场合，粘性力起主导作用，压力损失主要是液体的粘性摩擦损
31、失；紊流发生在液体流速较高的场合，惯性力起主导作用，压力损失主要是液体的动能损失。实验表明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速有关，还和管径、液体的运动粘度有关，但是真正决定液流流动状态的是用这三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即液体流动时的雷诺数若相同，则它的流动状态也相同。另一方面液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流的雷诺数是不同的，前者称为上临界雷诺数，后者为下临界雷诺数，后者数值小，所以一般都用后者作为判别液流状态的依据，简称临界雷诺数Rec，当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流，常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。
32、管道的形状 临界雷诺数 管道的形状 临界雷诺数 光滑的金属圆管 2300 带沉割槽的同心环状缝隙 700橡胶软管 16002000 带沉割槽的偏心环状缝隙 400光滑的同心环状缝隙 1100 圆柱形滑阀阀口 260光滑的偏心环状缝隙 1000 锥阀阀口 20100对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算2 连续性方程常数常数3.伯努利方程 伯努利方程就是能量守恒定律在流动液体中的表现形式。要说明流动液体的能量问题，必须先讲述液流的受力平衡方程，亦即它的运动微分方程。伯努利方程的物理意义：在密闭管道中理想液体作稳定流动时，液体具有压力能、势能和动能三种形式的能量，三种能量可以互相转化，但能量的总
33、和保持不变。3实际液体总流的伯努利方程1）液体在流动过程中的能量损失；2）用通流截面的平均流速v取代微元体的流速u。实际液体是有粘性的，因此流动中粘性摩擦力会消耗一部分能量。同时，管道形状的变化会使液体产生扰动，也要消耗能量。这些能量最终变成热量损失掉了。考虑到这部分能量损失，应该在伯努利方程中加入修正项hw。把理想液体的伯努利方程修正成实际液体的伯努利方程，修正过程考虑了两点：（1）和是指截面的同一点上的两个参数，至于1、2上的点倒不一定都要取在同一条流线上，但一般对管流而言，计算点都取在轴心线上。把这两个点都取在两截面的轴心处，不过是为了方便。（2）液流是恒定流。如不是恒定流，要加入惯性项
34、。（3）两个计算通流截面应取在平行流动或缓变流动处，但两截面之间的流动不受此限制。至于两截面间是什么流，是没有关系的，这最多影响能量损失的大小。应用伯努利方程时，应注意的几点（4）液流仅受重力作用，亦即盛液的容器没有牵连加速度的情况。（5）液体不可压缩，密度在运动中保持不变。（6）流量沿程不变，即没有分流。（7）适当地选取基准面，一般取液平面，这时一般等于a，。（8）截面上的压力应取同一种表示法，都取相对压力，或都取绝对压力。压力小于大气压时，则表压力为负值，但用真空度表示时要写正值。如绝对压力为0.03MPa，则表压力为-0.07MPa，真空度为0.07MPa。（9）不要忘记动能修正系数，=
35、2层流时，1紊流时。因为在推导伯努利方程过程中逐次加入了限制条件。因此4.动量方程 液体作用在固体壁面上的力，用动量定理来求解比较方便。动量定理指出：作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即对于做稳定流动的不可压缩液体，将质量 带入上式，则2.2.3 液体流动时的压力损失 1沿程压力损失液体在等径直管中流动时因内外摩擦而产生的压力损失称为沿程压力损失。式中为沿程阻力系数，理论值为64/Re，液压油在金属管中作层流流动时，常取75/Re，在橡胶管中取80/Re。2局部压力损失液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，油液的流速方向和大小会发生剧烈变化，形
36、成旋涡并发生强烈的扰动现象，使液体质点相互撞击，由此而造成的能量损失称为局部压力损失。液体流过各种阀类的局部压力损失常用下列经验公式3管路系统的总压力损失 管路系统中总的压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即液压传动中，绝大部分压力损失转变为热能造成油温升高，泄漏增多，使液压传动效率降低，甚至影响系统的工作性能，所以应采取以下措施尽量减少压力损失：（1）布置管路时尽量缩短管道长度，减少管路弯曲和截面的突然变化。（2）管内壁力求光滑。（3）油液的粘度应适当。（4）选用合理管径，采用较低流速，以提高系统效率。2.2.4 小孔和缝隙流量1液体流经小孔流量小孔的类型有薄壁孔、细长孔和短
37、孔三种。（1）薄壁孔流量（2）短孔流量（3）细长孔流量（4）通用流量公式2.液体流经缝隙的流量在液压元件中一些相对运动的零件之间存在一定的缝隙（如配合间隙），液压系统的泄漏主要是由于压力差与缝隙造成的。（1）液体流经平行平板缝隙流量（2）环形缝隙的流量2.2.5 液压冲击与空穴现象在液压传动中，液压冲击和空穴现象会影响液压系统的正常工作，使系统产生振动和噪音，甚至使其破坏，因此需要了解这些现象产生的原因，并采取相应的措施以减小其危害。1液压冲击在液压系统中，由于某种原因而引起油液的压力在一瞬间急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击的压力峰值往往会比正常工作压力高好几倍，且
38、常伴随有巨大的振动和噪声，并使液压系统温度升高。2空穴现象在液压系统中，由于流速突然变大，供油不足等因素，压力会迅速下降至低于空气分离压时，溶于油液中的空气游离出来形成气泡，这些气泡夹杂在油液中形成气穴，这种现象称为空穴现象。如果液体中的压力进一步降低到饱和蒸气压（在某一温度下使液体气化的压力）时，液体将迅速气化，产生大量的蒸气泡，这时的空穴现象将会更加严重。项目三：液压泵任务3.1 液压泵的工作原理及特点【任务目标】1.掌握容积式液压泵工作原理与结构；2.掌握液压泵的分类及特点；3.掌握液压泵主要性能参数。3.1.1液压泵的工作原理3.1.2 液压泵的分类及特点液压泵按其在单位时间内所输出油
39、液体积能否调节分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类；根据工作腔的密封容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特点，因而这种泵又称为容积式液压泵。构成容积式液压泵必须具备以下基本条件：1.具有若干个密封且又可以周期性变化的空间；2.油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力；3.具有相应的配流机构将吸油腔与压油腔分开。3.1.3 液压泵的主要性能参数1.压力（1）工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。（2）额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液
40、压泵的额定压力。（3）最高允许压力在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值称为液压泵的最高允许压力。2.流量和排量（1）排量液压泵每转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积称为液压泵的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵；排量不可调节的液压泵则称为定量泵。（2）理论流量理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下，在单位时间内所排出的液体体积的平均值。（3）实际流量液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积称为实际流量，（4）额定流量 液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。3.功率和效率（1）液压
41、泵的功率损失 液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分。1）容积损失 容积损失是指液压泵流量上的损失，液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量，其主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示，因此液压泵的实际输出流量为2）机械损失机械损失是指液压泵在转矩上的损失。（2）液压泵的功率2）输出功率1）输入功率3）液压泵的总效率任务3.2 齿轮泵【任务目标】1.掌握齿轮泵的工作原理及主要性能参数；2.掌握齿轮泵的结构特点、分类依据及选用规则；3.具备基本的齿轮泵拆装
42、和维修技能。齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，其主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。它一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而以外啮合齿轮泵应用最广。下面以外啮合齿轮泵为例来分析齿轮泵。3.2.1 外啮合齿轮泵的工作原理3.2.2 齿轮泵的流量计算3.2.3 齿轮泵的结构特点1.齿轮泵的困油问题 2.径向不平衡力问题齿轮泵工作时，在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途径泄漏到吸油腔去；一是通过齿轮啮合线处的间隙（齿侧间隙）
43、；二是通过泵体定子环内孔和齿顶间的径向间隙（齿顶间隙）；三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙（端面间隙）。3.齿轮泵的泄漏3.2.4 高压齿轮泵的特点上述齿轮泵由于泄漏大（主要是端面泄漏，约占总泄漏量的），且存在径向不平衡力，故压力不易提高。高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措施，如尽量减小径向不平衡力和提高轴与轴承的刚度；对泄漏量最大处的端面间隙，采用了自动补偿装置等。1.浮动轴套式 2.浮动侧板式3.挠性侧板式3.2.5 内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵的工作原理也是利用齿间密封容积的变化来实现吸压油的。任务3.3 叶片泵【任务目标】1.掌握叶片泵的工作原理及主要性能参数；2.掌握叶片泵的结构特点
44、、分类依据及选用规则；3.具备基本的拆装和维修叶片泵技能。叶片泵的结构较齿轮泵复杂，但其工作压力较高，且流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长，所以它被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低液压系统中，但其结构复杂，吸油性能不太好，对油液的污染也比较敏感。根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、压油液次数的不同，叶片泵分为两类，即完成一次吸、压油液的单作用叶片泵和完成两次吸、压油液的双作用叶片泵。单作用叶片泵多为变量泵，工作压力最大为，双作用叶片泵均为定量泵，一般最大工作压力亦为，结构经改进的高压叶片泵最大的工作压力可达3.3.1 单作用叶片泵1.单作用叶片泵的工作原理 2.单作用叶片泵的
45、排量和流量计算3.单作用叶片泵的结构特点（1）改变定子和转子之间的偏心距便可改变流量，偏心反向时，吸油压油方向也相反；（2）处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用，该作用要把叶片推入转子槽内，为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通，吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通，这里的叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上；（3）由于转子受到不平衡的径向液压作用力，所以这种泵一般不宜用于高压；（4）为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为24。3.3.2 双作用叶片 泵1.双作用叶片 泵的工作原理 2.双作
46、用叶片泵的排量和流量计算（1）配油盘3.双作用叶片泵的结构特点（2）定子曲线（3）叶片的倾角4.提高双作用叶片泵压力的措施（1）减小作用在叶片底部的油液压力。（2）减小叶片底部承受压力油作用的面积。（3）使叶片顶端和底部的液压作用力平衡。3.3.3 双级叶片泵和双联叶片泵1.双级叶片泵 2.双联叶片泵 3.3.4 限压式变量叶片泵任务3.4 柱塞泵【任务目标】1.掌握柱塞泵的工作原理及主要性能参数；2.掌握柱塞泵的结构特点、分类依据及选用规则；3.具备基本的拆装和维修柱塞泵技能。柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点。
47、首先，构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压下工作仍有较高的容积效率；其次，只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量；第三，柱塞泵中的主要零件均受压应力作用，材料强度性能可得到充分利用。由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。3.4.1 径向柱塞泵1.径向柱塞泵的工作原理 2.径向柱塞泵的排量和流量计算3.4.2 轴向柱塞泵2.
48、轴向柱塞泵的排量和流量计算3.轴向柱塞泵的结构特点 项目四：液压执行元件任务4.1 液压马达【任务目标】1.掌握液压马达的分类及特点；2.掌握液压马达的工作原理、结构特点及性能参数；3.掌握液压马达的选用方法。4.1.1 液压马达的特点及分类液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置。从原理上讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用。但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结构上也有某些差异。液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类，额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。常用液压马
49、达按结构分齿轮式、叶片式、柱塞式和螺杆式等。1液压马达的工作原理及其特点液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，液压马达也是依靠密封工作容积的变化实现能量转换的，也具有配油机构。液压马达在输入的高压液体作用下，进油腔由小变大，并对转动部件产生扭矩，以克服负载阻力矩，实现转动；同时马达的回油腔由大变小，向油箱（开式系统）或泵的吸油口（闭式系统）回油，压力降低。2.液压泵与液压马达的可逆性从理论上来说，除了阀式配油的液压泵外（具有单向性），液压泵和液压马达具有可逆性，可以互换使用。在实际中，由于液压泵和液压马达的功能不同，工作状态不同，因此同一种形式的泵和马达，密封的要求不同，在结构上仍然有差
50、别，一般液压马达不能可逆工作，只有少数的液压泵能当液压马达使用。3.液压马达的主要性能参数(1）排量和流量液压马达每旋转一周，按其密封容积几何尺寸计算所进入的液体容积，称为马达的排量，有时称之为几何排量、理论排量，即不考虑泄漏损失时的排量。输入给马达的流量称为马达的实际流量，用表示。(2）容积效率和转速因为液压马达存在泄漏，输入马达的实际流量必然大于理论流量，即液压马达的容积效率为(3）机械效率和转矩由于液压马达内部不可避免地存在各种摩擦，产生机械损失，它的机械效率为马达的理论功率（当忽略能量损失时）表达式为所以(4）总效率4.1.2 齿轮马达4.1.3 叶片马 达 叶片马达的结构通常是双作用