液压与气动技术

绪    论

一、液压与气压传动的研究对象

液压与气压传动是以有压流体(压力油或压缩空气)为工作介质，来实现各种机械的传动和自动控制的传动形式。

液压传动传递动力大，运动平稳，但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不宜作远距离传动和控制；而气压传动由于空气的可压缩性大，且工作压力低(通常在1.0MPa以下)，所以传递动力不大，运动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、速度快、反应灵敏，因而气压传动能用于远距离的传动和控制。

二、液压与气压传动的工作原理

1.力比例关系

式中 A1、A2分别为小活塞和大活塞的作用面积；

F1为杠杆手柄作用在小活塞上的力。

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

式中 h1、h2分别为小活塞和大活塞的位移。

从式(O-2)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：

从式(0-3)可以看出，活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比。

如果已知进入缸体的流量q，则活塞的运动速度为：

从式(O-5)可得到另一个重要的基本概念，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(O-1)和式(0-3)可得：

由式(O-7)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是流体传动中最基本、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。

三、液压与气压传动系统的组成

(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，一般指作直线运动的液(气)压缸、作回转运动的液(气)压马达等。

(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。例如溢流阀、节流阀、换向阀等。这些元件的不同组合成了能完成不同功能的液(气)压系统。

(4)辅助装置

指除以上三种以外的其它装置，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。

四、液压与气压传动的优缺点

1.拖动能力

(1)功率－质量比大

(2)力－质量比

2.控制方式性能

气压传动与液压传动相比，有如下优点：

(1)空气可以从大气中取之不竭，无介质费用和供应上的困难，将用越的气体排入大气，处理方便。泄漏不会严重影响工作，不会污染环境。

(2)空气的粘性很小，在管路中的阻力损失远远小于液压传动系统，宜于远程传输及控制。

(3)工作压力低，元件的材料和制造精度低。

(4)维护简单，使用安全，无油的气动控制系统特别适用于无线电元器件的生产过程，也适用于食品及医药的生产过程。

(5)气动元件可以根据不同场合，采用相应材料，使元件能够在恶劣的环境(强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等)下进行正常工作。

气压传动与电气、液压传动相比有以下缺点：

(1)气压传动装置的信号传递速度限制在声速(约340m／s)范围内，所以它的工作频率和响应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大的失真和延滞，也不便于构成较复杂的回路，但这个缺点对工业生产过程不会造成困难。

(2)空气的压缩性远大于液压油的压缩性，因此在动作的响应能力、工作速度的平稳性方面不如液压传动。

(3)气压传动系统出力较小，且传动效率低。

五、液压与气压传动的应用及发展

表0-1  液压与气压传动在各类机械中的应用

第一章液压传动基础知识

一、液压传动工作介质的性质

1.密度

单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V，质量为m的液体的密度ρ为：

表1—1 常用工作介质的密度  (kg／m2)

3.其它性质

二、对液压传动工作介质的要求

1)合适的粘度，  =(15～68)×10-6m2／s，较好的粘温特性。

2)润滑性能好。

3)质地纯净，杂质少。

4)对金属和密封件有良好的相容性。

5)对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性。

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。

三、工作介质的分类和选用

1.分类

2.工作介质的选用原则

(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

四、液压系统的污染控制

1.污染的根源

2.污染引起的危害

3.污染的测定

4.污染度的等级

5.工作介质的污染控制

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；

(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；

(5)定期检查和更换工作介质。

液体静力学主要是讨论液体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。

一、液体静压力及其特性

1)液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。

2)静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。

五、液体静压力对固体壁面的作用力

静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。

曲面上液压作用力在某一方向上的分力等于液体静压力和曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。

第二章液压动力元件

在密闭的管道内作定常流动的液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个通流截面上三种能量之和为定值。

实际液体流动有能量损失存在，设单位体积液体在两截面间流动的能量损失为。

根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同，叶片泵分为两类，即完成一次吸、排油液的单作用叶。片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵。

一、液压泵的工作原理及特点

1.液压泵的工作原理

2.液压泵的特点

(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。

液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。

一、外啮合齿轮泵

(一)外啮合齿轮泵的工作原理

一、单作用叶片泵

1.单作用叶片泵的工作原理

二、双作用叶片泵

(一)双作用叶片泵的工作原理

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。

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。

一、径向柱塞泵

二、轴向柱塞泵

(一)轴向柱塞泵的工作原理

(二)轴向柱塞泵的结构特点

1.典型结构

2.变量机构

(1)手动变量机构

(2)伺服变量机构

二、液压马达的工作原理

1.叶片式液压马达

2.径向柱塞式液压马达

一、液压缸的分类

液压缸按其结构形式，可以分为：

（一）活塞缸

1.双杆式活塞缸（如图3－3）

2.单杆式活塞缸

如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通压力油，如图3-5所示，即所谓的差动连接，作差动连接的单出杆液压缸称为差动液压缸。

（二）柱塞缸

（三）摆动缸

(四)其它液压缸

二、液压缸的典型结构和组成(一)液压缸的典型结构举例

(二)液压缸的组成

1.缸筒与缸盖

2.活塞和活塞杆

5.排气装置