液压传动基础ppt课件.ppt
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1、第一章 液压传动基础第一节 液压传动的结构与工作原理第二节 液压传动基础知识第三节 液压元件第四节 液压基本回路1概念利用具有压力能的液体为工作介质,传递能量和动力的装置称为液压传动。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。液压传动广泛运用于航空航天、运输机械、工程机械、建筑机械以及塑料机械等等工业设备。2应用广泛95%的工程机械90%的数控加工中心95%的自动线3组成与分类l动力元件-液压泵l执行元件-液压马达、液压缸l控制元件-阀l辅助元件-其他1-油箱;2-滤油器;3-油泵;4-换向阀;5-换向阀;6-节流阀;7-换向阀;8-油缸;9-工作件4设备需求设备需求5液
2、压缸液压缸6手动液压泵手动液压泵7液压泵,电动机驱动液压泵,电动机驱动8液压泵与油箱液压泵与油箱9液压泵与油箱液压泵与油箱10液压泵与油箱液压泵与油箱11液压泵与油箱液压泵与油箱12液压泵与油箱液压泵与油箱13液压泵与油箱液压泵与油箱14液压泵与油箱液压泵与油箱15液压泵与油箱液压泵与油箱16溢流阀溢流阀17溢流阀溢流阀18溢流阀溢流阀19溢流阀溢流阀20溢流阀溢流阀21溢流阀溢流阀22溢流阀溢流阀23溢流阀溢流阀24换向阀换向阀25换向阀换向阀26换向阀换向阀27换向阀换向阀28换向阀换向阀29换向阀换向阀30换向阀换向阀31换向阀换向阀32流量控制阀流量控制阀33过滤器过滤器34液压传动工
3、作原理液压泵液压缸油箱截止阀单向阀单向阀负荷35车载液压系统车载液压系统36车载液压系统车载液压系统37车载液压系统车载液压系统38车载液压系统车载液压系统39车载液压系统车载液压系统40车载液压系统车载液压系统41车载液压系统车载液压系统42车载液压系统车载液压系统43车载液压系统车载液压系统44车载液压系统车载液压系统45车载液压系统车载液压系统46车载液压系统车载液压系统47车载液压系统车载液压系统48车载液压系统车载液压系统49车载液压系统车载液压系统50车载液压系统车载液压系统51车载液压系统车载液压系统52液压系统原理图液压系统原理图53液压系统原理图液压系统原理图54液压系统原理
4、图液压系统原理图55液压系统原理图液压系统原理图56液压系统原理图液压系统原理图57液压系统原理图液压系统原理图58液压系统原理图液压系统原理图59液压系统原理图液压系统原理图M60液压系统原理图液压系统原理图M61液压传动特点柴油机柴油机电动机电动机62液压传动特点较之机械传动、电器传动,液压传动的优点体现在:较之机械传动、电器传动,液压传动的优点体现在:结构紧凑,体积小,质量轻,容量大,承载能力强;可大范围实现无级调速;惯性小,动作灵敏,运动平稳,便于平稳和频繁换向;液压元件自动润滑,改善了零件的摩擦状态,延长了使用寿命;能自动防止过载,保证安全,避免发生事故。63缺点1 1接管不良造成油
5、外泄,除了会接管不良造成油外泄,除了会污染工作场所污染工作场所外,还有外,还有引起火灾引起火灾的危险的危险。2 2油温上升时,粘度降低,油温下降时,粘度升高,油温上升时,粘度降低,油温下降时,粘度升高,油的粘度发油的粘度发生变化时,流量也会跟着改变,造成速度不稳定。生变化时,流量也会跟着改变,造成速度不稳定。3 3 系统将马达的机械能转换成液体压力能,再把液体压力能转系统将马达的机械能转换成液体压力能,再把液体压力能转换成机械能来做功,换成机械能来做功,能量经两次转换损失较大,能源使用效率能量经两次转换损失较大,能源使用效率比传统机械低。比传统机械低。4.4. 液压系统中油液渗入空气时,容易引
6、发振动,液压系统中油液渗入空气时,容易引发振动,影响工作质量。影响工作质量。5 5元件的加工精度和质量要求较高元件的加工精度和质量要求较高。 系统发生故障时,排查比系统发生故障时,排查比较困难。较困难。64 发展趋势 高压、高速、大功率、高集成化高压、高速、大功率、高集成化 高效率、低噪声、高可靠性高效率、低噪声、高可靠性 电比例控制、液压比例控制电比例控制、液压比例控制 伺服控制、数字控制、计算机控制伺服控制、数字控制、计算机控制 65 以油为介质,存在的问题:以油为介质,存在的问题: 废油排放和环境保护问题废油排放和环境保护问题 泄漏问题泄漏问题 易燃与安全问题易燃与安全问题 资源枯竭和成
7、本问题资源枯竭和成本问题 以水为介质的水压传动液压传动的发展方向以水为介质的水压传动液压传动的发展方向 密封、锈蚀、温度敏感性等问题密封、锈蚀、温度敏感性等问题66第二节 液压传动基础知识一、液压油的主要物理性质(一)油液的黏性三种不同的黏度表示:动力黏度: ,单位:Pas运动黏度: ,单位:m2/s相对黏度:E,v=7.31 E-6.31/ Ehuddv67油液的黏性在50以下时,油液黏度随温度升高而下降明显。一般而言,液压系统希望黏度随温度变化越小越好。黏度指数(VI)。黏度指数越高,黏度随温度变化小,黏温性能好。油液的黏度指数要求在90以上。68(二)油液的压缩性与膨胀性PVVPVV00
8、p1P01EbP 压缩系数,Pa-1;V液体受压缩前后的体积变化值,m3;V0 液体受压缩前的体积, m3;P压力变化值,Pa。体积压缩系数的倒数为体积弹性系数。690t1VVtbt 体积膨胀系数,-1;t 温度变化值, ;V温度变化前后的体积变化值,m3; V0温度变化前的体积,m3。70二、液压油的选择适当的粘度,较好的粘温特性;适当的粘度,较好的粘温特性;1568mm2/s润滑性能好,在工作压力和温度发生变化时应具有较高的油膜强度;润滑性能好,在工作压力和温度发生变化时应具有较高的油膜强度;成分纯,杂质少;成分纯,杂质少;对金属和密封件有良好的相容性;对金属和密封件有良好的相容性;具有良
9、好的化学稳定性和热稳定性,油液不易氧化、不易变质;具有良好的化学稳定性和热稳定性,油液不易氧化、不易变质;抗泡沫性好,抗乳化性好,腐蚀性小,防锈性好;抗泡沫性好,抗乳化性好,腐蚀性小,防锈性好;流动点和凝固点低,闪点流动点和凝固点低,闪点(明火能使油面上油蒸气闪燃,但油本身不明火能使油面上油蒸气闪燃,但油本身不燃烧时的温度燃烧时的温度)和燃点高;和燃点高;对人体无害,成本低;对人体无害,成本低;与产品和环境相容。与产品和环境相容。71液压油牌号中国液压油的牌号,以10-6m2/s为单位标号,是在温度50时运动黏度的平均值。例如:10号液压油就是指这种油在50时运动黏度的平均值是1010-6m2
10、/s冬季一般选10号夏季一般选30号中低压一般选20-40号高压一般选60号72三、液体的静压特性(一)液体静压力 液体在静止状态下,单位面积上所承受的垂直作用力。物理上称压强,工程上称压力。 静止液体中任意点的静压力为:P=PP=P0 0+h+h (其中为液体的重度,N/m3)(二)静压传递原理-帕斯卡定理: F2=(A2/A1).F1 在静止液体中,施加于静止液体等面上的压力将以等值同时地传递到液体的内部各点。液压千斤顶就是利用这个原理工作的。(三)液体压力作用在平面和曲面上的力42dppAFp73四、流体动力学(一)理想液体和稳定流动 理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体;在管内流动的
11、液体的任一点压力、速度等运动参数都不随时间变化称为稳定流动,反之则为不稳定流动。(二)稳定流动的连续性方程:A1v1 = A2v2(三)欧拉运动方程:(四)伯努利方程:lyglplvvdddd1ddgzpgv,22常数74五、液体流动的压力损失vVRRe4(一)流态和雷诺数黏性液体在管中流动有两种流动状态:黏性液体在管中流动有两种流动状态:层流层流:流线与管路的中心线平行,液体内部质点互不干扰紊流紊流:液体质点的运动杂乱无章,常存在涡流。层流与紊流的划分由雷诺准数大小来划分:V:平均速度;:平均速度;v v:液体的运动黏度;:液体的运动黏度;R:水力半径(:水力半径(R=A/L)Re为无因次数
12、,表示液体流动时的惯性力与黏性阻力之比。临界雷诺准数:层流与紊流的分界临界雷诺准数:层流与紊流的分界75(二)黏性液体在圆管内的流动2CP42212CP22143212832)(4,32)(dlvdlQpldppdQvldppdQ流量流量Q:p为圆直管内的层流压力损失为圆直管内的层流压力损失76(三)流体压力损失1.沿程压力损失 液体沿不变截面的直管流动时,由于黏性摩擦及流态不同等原因而造成的能力损失。2.局部压力损失 当管子截面形状突然变化或流动方向改变时,不仅有黏性摩擦损失,还有液体质点重新分布或涡流造成的损失。77六、液压冲击和气蚀(一)液压冲击(二)空穴和气蚀现象78(一)液压冲击79
13、8081 828384(二)空穴和气蚀现象(二)空穴和气蚀现象 空穴现象空穴现象:当油液中混入空气时,或者溶解的空气在低压下分离出来产生气泡。 液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时,气泡在较高压力作用下将迅速破裂,从而引起局部液压冲击,造成噪音和振动;另一方面,由于气泡破坏了液流的连续性,降低了油管的通油能力,造成流量和压力的波动,使液压元件承受冲击载荷,影响其使用寿命。85汽蚀汽蚀汽蚀:汽蚀:因发生空穴现象而造成的腐蚀叫汽蚀。 高压时气泡凝缩,由于油液作用造成局部高温高压,从而破裂造成液压振动和噪声。高温高压会导致接触气穴的金属表面加速氧化,形成麻点甚至表面脱落。 汽蚀现象是液压系统产
14、生各种故障的原因之一,特别在高速、高压的液压设备中更应注意。86如何防止与减少空穴与汽蚀现象?如何防止与减少空穴与汽蚀现象?减少油液中的空气含量避免液压系统产生低压和负压避免液压泵系统产生的空穴现象减少节流产生的空穴现象87第三节 液压元件油泵:电机驱动,将机械能转换为液压能,为动力元件动力元件油马达:压力油驱动,将液压能转换为机械能,为执行元件执行元件常见的油泵有:叶片泵、齿轮泵和柱塞泵三常见的油泵有:叶片泵、齿轮泵和柱塞泵三大类型大类型88 转矩 T 角速度 流量 Q 压力 p泵TpQ89 流量 Q 压力 p 转矩 T 角速度 马达pQT90(一)叶片泵和油马达(一)叶片泵和油马达 运行平
15、稳,流量均匀,排量大,噪音小,结构紧凑,体积小。但结构复杂,零件精度要求高,吸油条件和油液清洁度要求比较严格。橡塑机械用得较多。橡塑机械用得较多。911.双作用叶片泵双作用叶片泵的工作原理图 定子内表面近似椭圆定子内表面近似椭圆,转子和定子同心安装,有两个吸油区和两个压油区对称布置。转子每转一周,完成两次吸油和压油。双作用叶片泵大多是定量泵。922,双级叶片泵 双联叶片泵两泵串联n两泵并联压力相加流量可相加933.叶片油马达结构与油泵类似由于两叶片受压面积不同,由于两叶片受压面积不同,产生扭矩,从而使转子转动,产生扭矩,从而使转子转动,输出机械能。输出机械能。转速转速输入流量输入流量扭矩扭矩油
16、液压力油液压力方向方向旋转方向旋转方向94(二)齿轮泵和油马达结构简单,体积小,质量轻,转速范围大,不容易咬死加工制造容易,成本低廉容积率低,流量脉动和噪声大容积率低,流量脉动和噪声大压力提高受轴承限制压力提高受轴承限制外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵95外啮合齿轮泵工作原理工作原理由于齿轮封闭空间大小的变化造成油液压力急剧升高和降低的现象称为困油现象困油现象解决办法解决办法:在两侧的端盖上铣有卸荷槽在两侧的端盖上铣有卸荷槽96外啮合齿轮泵的结构及工作原理泵主要由主、从动齿轮,泵主要由主、从动齿轮,驱动轴,泵体及侧板等驱动轴,泵体及侧板等主要零件构成主要零件构成泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及
17、泵体一起构成密封工作容积,齿轮的啮合点将左、右两腔隔开,形成了吸、压油腔。 1泵体;2 主动齿轮;3 从动齿轮97 当齿轮按图示方向旋转时,右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合,密封腔容积不断增大,构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。98 左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合,使密封腔容积减小,油液受到挤压被排往系统,这就是齿轮泵的吸油和压油过程。99内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种,其结构示意图见图。内啮合齿轮泵1 吸油腔,2 压油腔,3 隔板100吸油窗口从动内齿轮月牙板压油窗口主动小齿轮 在渐开线齿形内啮合齿轮泵中,小齿轮和内齿轮之间要装一块月牙隔板,以便把吸油腔和压油腔隔开。内啮
18、合齿轮泵中的小齿轮是主动轮,大齿轮为从动轮,在工作时大齿轮随小齿轮同向旋转。101吸 油 窗口压 油 窗口主 动 小 齿轮从 动 内 齿轮摆线齿形啮合齿轮泵又称摆线转子泵。 在这种泵中,小齿轮和内齿轮只相差一齿,因而不需设置隔板。102内啮合齿轮泵的结构紧凑,尺寸小,重量轻,运转平稳,噪声低; 但在低速、高压下工作时,压力脉动大,容积效率低; 一般用于中、低压系统,或作为补油泵。 内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂,加工困难,价格较贵,且不适合高压工况。 103齿轮泵的困油现象及消除措施AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最大齿轮泵存在的问题1、困油现象: 齿轮啮合时的重叠
19、系数必大于1,故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内,这个密封容积的大小随齿轮转动而变化,形成困油。104困油现象: 轮齿间密封容积周期性的增大减小。 受困油液受到挤压而产生瞬间高压,密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通,油液将从缝隙中被挤出,导致油液发热,轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用; 若密封容积增大时,无油液的补充,又会造成局部真空,使溶于油液中的气体分离出来,产生气穴。AB间的死容积逐步减小AB间的死容积逐步增大AB间的死容积达到最大105困油的现象困油的现象容积减小时与压油侧相通容积增大时与吸油侧相通卸荷槽106齿轮油马达齿轮油马达)()(bhpBahpB和扭矩作
20、用力:扭矩作用力:107(三)柱塞泵和油马达1.径向柱塞泵和油马达工作原理工作原理1082.轴向柱塞泵和油马达工作原理工作原理109油泵与油马达的区别油泵与油马达的区别从原理上讲,油泵与油马达可以互换,但结构有差异从原理上讲,油泵与油马达可以互换,但结构有差异1 1、泵的进油口比出油口大,马达的进、出油口相同、泵的进油口比出油口大,马达的进、出油口相同2 2、结构上要求泵有自吸能力、结构上要求泵有自吸能力3 3、马达要正反转,结构具有对称性;泵单方向转,不要对称、马达要正反转,结构具有对称性;泵单方向转,不要对称4 4、要求马达的结构及润滑,能保证在宽速度范围内正常工作、要求马达的结构及润滑,
21、能保证在宽速度范围内正常工作5 5、油马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动、油马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动110 上述油泵和油马达均是利用密封容积的变化完成吸油和压油任务,这种工作方式称为容积氏油泵和油马达,它们的特性包括:理论输油率只和密封容积变化的大小及变化频率有关,与压力无关。压力仅通过泄漏影响实际的输油率;油泵和油马达在运转中,实际工作压力完全取决于负载,其额定工作压力的大小主要取决于泵本身的结构和密封性好坏。111二、动力油缸(执行元件)(一)动力油缸的分类按其运动形式可分为:移动油缸、摆动油缸移动油缸柱塞式油缸双作用活塞式油缸快速油缸增压油缸112柱塞式油缸1-缸体;2-柱塞;
22、3-导向套;4-密封圈;5-端盖单作用油缸:油压作用下柱塞向上动作,而柱塞的退回运动则靠自重或外力来实现,油缸内的油液从原先的进油管道排回油箱113双作用活塞式油缸1-端盖;2-缸体;3-活塞;4-活塞杆;5-导向套;6-密封圈特点:工作行程时推力大而速度慢;回程时速度快而推力小114上述两种分别为单作用和双作用油缸115快速油缸、增压油缸快速油缸结构简图增压油缸结构简图原理:略特点特点:工作活塞具有两种前进速度、两种前进推力工作活塞具有两种前进速度、两种前进推力A:增压油腔B:工作缸油腔C:油腔116(二)动力油缸结构1171)缸筒主要是由钢材制成,缸筒内要经过精细加工,表面粗糙度Ra0.0
23、8m,以减少密封件的摩擦。2)盖板:通常由钢材制成,有前端盖和后端盖,安装在缸筒的前后两端,盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。3)活塞的材料通常用钢或铸铁,也可采用铝合金。活塞和缸筒内壁间需要密封,采用的密封件有O形环、V形油封、U形油封、X形油封和活塞环等。而活塞应有一定的导向长度,一般取活塞长度为缸筒内径的(0.61.0)倍。1184)活塞杆:是由钢材做成实心杆或空心杆,表面经淬火再镀铬处理并抛光。5)缓冲装置:为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞,引起噪音,影响工件精度或使液压缸损坏,常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置,以使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来终至
24、停止。前后端盖上的缓冲阀附近有单向阀的结构。当活塞接近端盖时,缓冲环插入端盖板油出入口,强迫压油经缓冲阀的孔口流出,促使活塞的速度缓慢下来。相反,当活塞从行程的尽头将离去时,如压油只作用在缓冲环上,活塞要移动的那一瞬间将非常不稳定甚至无足够力量推动活塞,故必须使压油经缓冲阀内的止回阀作用在活塞上,如此才能使活塞平稳的前进。1196)放气装置:。一般双作用式液压缸不设专门的放气孔,而是将液压油出入口布置在前后盖板的最高处。大型双作用式液压缸则必须在前后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸液压油出入口一般设在缸筒底部,在最高处设放气栓塞。7)密封装置:液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏,液压缸的密
25、封主要是指活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封。常采用O形密封圈和Y形密封圈。120三、液压控制阀(控制元件)根据所起作用,分为以下三类:压力控制阀:控制液压系统中液体压力,通过它控制执行机械的作用力、防止系统超载以及使用油泵卸荷。包括溢流阀、减压阀、顺序阀、安全阀、背压阀等。流量控制阀:控制液压系统中液体的流量,通过它控制执行机构的运动速度,包括节流阀、调整阀等。方向控制阀:控制液压系统中液体的流动方向或液流的通与不通。通过它控制执行机构的起动、停止和运动方向等。包括单向阀和各种换向阀。121(一)压力控制阀利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作
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