《《液壓與氣壓傳動》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《液壓與氣壓傳動》PPT課件.ppt（87頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、液壓與氣壓傳動,緒論：工作原理,力的傳遞 F1=P1*A1=P2*A2 運動的傳遞 S1*A1=S2*A2,液壓系統(tǒng)的組成,,系統(tǒng)組成,能源裝置 執(zhí)行元件 控制元件 輔助元件 工作介質,第一篇：液壓傳動,液壓油液,,,,液壓油的選用,系統(tǒng)壓力 環(huán)境溫度 運動速度 液壓泵,第二節(jié) 液體靜力學,液體靜力學研究靜止液體的力學規(guī)律和這些規(guī)律的實際應用。靜力液體是指液體處于內部質點間無相對運動的狀態(tài)，因此液體不顯示粘性，液體內部無剪切應力，只有法向應力即壓力。 一、液體靜壓力及特性 1、靜壓力 靜壓力是指液體處于靜止狀態(tài)時，其單位面積上所收的法向作用力。靜壓力在液壓傳動中簡稱為壓力，而在物理學中則稱
2、為壓強。 可表示為： P=F/A,壓力單位為牛頓/米2(N/m2),液體靜壓力有兩個重要特性： （1）液體靜壓力的方向總是沿著作用面的法線方向。液體不能承受拉力和剪切力。所以只能承受法向壓力。 （2)靜止液體中任何一點所受到各個方向壓力都相等。,二、靜壓力基本方程,1、靜壓力基本方程,液面壓力P0，求離液面h深處A點壓力。 在A點的小液柱其底部面積為?A，高為h。小液柱處于平衡狀態(tài)。則在垂直方向上的力平衡方程為 P=p0+ρgh=p0+γh 其中ρ為液體的密度， γ=ρg為液體的重度。,液面壓力為p0。選擇一基準水平面(0 x)，根據靜壓力基本方程式可確定距
3、液面深度為h處A點的壓力p，即 p=p0+γh=p0+γ(z0-z) 整理后得 P/γ+z=p0/γ+z0=常數 式中z實質上表示了A點單位重量 液體得位能。單位重量液體的位 能為mgz/mg=z,z又稱為位置水頭。,2、靜壓力基本方程式的物理意義,靜壓力基本方程式說明：靜止液體中單位重量液體的壓力能和位能可以相互轉換，但各點的總能量保持不變，即能量守恒。,3、絕對壓力、相對壓力和真空度,壓力的分類 絕對壓力：相對于絕對真空的壓力。 相對壓力（表壓力/真空度） 絕對壓力＝相對壓力＋大氣壓 壓力的單位：Pa（N/m2),由靜壓力基本方程式 p=p0+γh 可知，液體中任何一點的壓
4、力都包含有液面壓力p0，或者說液體表面的壓力p0等值的傳遞到液體內所有的地方。這稱為帕斯卡原理或靜壓傳遞原理。,4、帕斯卡原理,液壓系統(tǒng)的壓力管路和壓力容器中，由外力所產生的壓力p0要比液體自重所產生的壓力γh大許多倍。即對于液壓傳動來說，一般不考慮液體位置高度對于壓力的影響，可以認為靜止液體內各處的壓力都是相等的。,帕斯卡原理應用實例,垂直、水平液壓缸截面積為A1、A2；活塞上負載為F1、F2。兩缸互相連通，構成一個密閉容器，則按帕斯卡原理，缸內壓力到處相等，p1=p2，于是F2＝F1 . A2/A1，如果垂直液缸活塞上沒負載，則在略去活塞重量及其它阻力時，不論怎樣推動水平液壓缸活塞，不能在
5、液體中形成壓力。,三、壓力對固體壁面的總作用力,1、壓力作用在平面上的總作用力 當承受壓力作用的面是平面時，作用在該面上的壓力的方向是互相平行的。故總作用力F等于油液壓力p與承壓面積A的乘積。 F=p.A 。 對于圖中所示的液壓缸，油液壓力作用在活塞上的總作用力為： F=p.A=p.?D2/4 式中 p－油液的壓力； D－活塞的直徑。,2、油液壓力作用在曲面上的作用力,當承受壓力作用的表面是曲面時，將曲面分成若干微小面積dA，將作用力dF分解為x、y兩個方向上的分力， 即 Fx＝p.dAsin?=p.Ax FY= p.dAcos?=p.Ay 式中，Ax、Ay分別是曲面在x 和
6、y方向上的投影面積。 所以總作用力 F=(Fx2+Fy2)1/2,第三節(jié) 液體動力學,液體動力學研究液體在外力作用下運動規(guī)律，即研究作用在液體上的力與液體運動之間的關系。由于液體具有粘性，流動時要產生摩擦力，因此研究液體流動問題時必須考慮粘性的影響。,1、穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動,一、基本概念,液體流動時，若液體中任何一點的壓力，流速和密度都不隨時間變化，這種流動稱為穩(wěn)定流動。反之，壓力，流速隨時間而變化的流動稱為非穩(wěn)定流動。 水箱中放水，如果水箱上方有一補充水源，使水位H保持不變，則水箱下部出水口流出的液體中各點的壓力和速度均不隨時間變化，故為穩(wěn)定流動。反之則為非穩(wěn)定流動。,,概念： 為了便
7、于導出基本方程，常假定液體既無粘性油不可壓縮，這樣的液體稱為理想液體。 實際液體則既有粘性又可壓縮。,2、理想液體與實際液體,3、通流截面、流量和平均流量,垂直于液體流動方向的截面稱為通流截面 ，也叫過流斷面。 單位時間t內流過某通流截面的液體體積V稱為流量Q，即： Q=V/t=vA (A-通流截面面積，v－平均流速） 可看出，平均流量為流量與通流面積之比。實際上由于液體具有粘性，液體在管道內流動時，通流截面上各點的流速是不相等的。管道中心處流速最大；越靠近管壁流速越小；管壁處的流速為零。為方便起見，以后所指流速均為平均流速。,當液體在管道內作穩(wěn)定流動時，根據質量守恒定律，管內液體的質量不
8、會增多也不會減少，所以在單位時間內流過每一截面的液體質量必然相等。如圖所示，管道的兩個通流面積分別為A1、A2，液體流速分別為v1、v2，液體的密度為ρ， 則 ρv1A1=ρv2A2=常量 即: v1A1=v2A2=Q＝常量 或 v1/v2=A2/A,二、連續(xù)性方程,理想液體沒有粘性，它在管內作穩(wěn)定流動時沒有能量損失。根據能量守恒定律，同一管道每一截面上的總能量都是相等的。在圖中任意取兩個截面A1和A2，它們距離基準水平面的坐標位置分別為Z1和Z2，流速分別為v1、v2， 壓力分別為p1和p2，根據能量守恒定律有： P1/ γ +z1+v12/2g=P2/ γ +z2+v22/2g 可改寫成：
9、 P/ γ +z+v2/2g=常量,三、伯努利方程,1、理想液體的伯努力方程,量綱都是長度單位，分別稱為水頭、位置水頭和速度水頭。 伯努利方程的物理意義為：在管內作穩(wěn)定流動的理想液體具有壓力能、位能和動能三種形式的能量。在任意截面上這三種能量都可以相互轉換，但其總和保持不變。而靜壓力基本方程則是伯努利方程（在速度為零時）的特例。,實際液體的伯努利方程為： P1/ γ +Z1+V12/2g=P2/ γ +Z2+V22/2g+hw ( 注：hw—以水頭高度表示的能量損失。) 當管道水平放置時，由于z1=z2，方程可簡化為： P1/ γ +V12/2g=P2/ γ +V22/2g+hw
10、 當管道為等徑直管且水平放置時，方程可簡化為： P1/ γ = P2/r+hw,2、實際液體的泊努利方程,3.伯努利方程應用舉例,計算泵吸油腔的真空度或泵允許的最大吸油高度,如圖所示，設泵的吸油口比油箱液高h，取油箱液面I－I和泵進口處截面II-II列伯努利方程，并取截面I－I為基準水平面。泵吸油口真空度為： P1/γ+v12/2g=P2/γ+h+v22/2g+hw P1為油箱液面壓力，P2為泵吸油口的絕對壓力,一般油箱液面與大氣相通，故p1為大氣壓力，即p1=pa；v2為泵吸油口的流速，一般可取吸油管流速；v1為油箱液面流速，由于v1<
11、壓力，hw為能量損失。據此，上式可簡化成 Pa/γ=P2/γ+h+v22/2g+hw 泵吸油口真空度為 Pa-P2=γh+ρv2/2+ΔP,由上式可知，在泵的進油口處有一定真空度，所謂吸油，實質上是在油箱液面的大氣壓力作用下把油壓入泵內的過程。由上式還可看出，泵吸油口的真空度由三部分組成： （1）產生一定流速所需的壓力； （2）把油液提升到高度h所需的壓力； （3）吸油管內壓力損失。 泵吸油口的真空度不能太大，即泵吸油口處的絕對壓力不能太低。當壓力低于大氣壓一定數值時，溶解于油中的空氣便分離出來形成氣泡,這種現象稱為氣穴。這時的絕對壓力稱為空氣分離壓pa。氣泡被帶進泵內，在泵
12、的壓油區(qū)遇到負載壓力，氣泡便破裂，在其破裂處，壓力和溫度急劇升高，引起強烈的沖擊和噪聲。而且氣泡破裂時所產生的高壓高溫還會腐蝕機件，縮短泵的壽命，這一現象稱為氣蝕。為避免產生氣蝕，必須限制真空度，其方法除了加大油管直徑等外，一般要限制泵的吸油高度h,允許的最大吸油高度計算式為: h?（Pa-Pg)/γ-v22/2g-?p/γ,四、液體穩(wěn)定流動時的動量方程,1.動量方程,在管流中，任意取出被通流截面1、2，截面上的流速為v1、v2。該段液體在t時刻的動量為（mv)，于是有： ?F＝?（mv)/t＝ρQ(v2－ v1） 上式即為液體穩(wěn)定流動時的動量方程。等式左邊為作用于控制體積上的全部外力
13、之和，等式右邊為液體的動量變化率。上式表明：作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時間內流出與流入控制表面的液體動量之差。,?,(1)求液流作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動力,兩圖中分別為液流流經滑閥閥腔的兩種流動情況,先列出圖(a)的控制體積在閥芯軸線方向上的動量方程求得閥芯作用于液體的力為： F’=ρQv2cos90。－ρQv1cos?=-ρQv1cos?,A圖,油液作用在閥芯上的力稱作穩(wěn)態(tài)液動力，其大小為： F=- F’=ρQv1cos?， F的方向與v1cos?一致。閥 芯上的穩(wěn)態(tài)液動力力圖使滑 閥閥口關閉。,實際液體具有粘性，在液體流動時就有力，為了克服阻力，就必然要消耗能量，這樣就有
14、能量損失。能量損失主要表現為壓力損失，這就是實際液體伯努利方程中最后一項的意義。 壓力損失過大，將使功率消耗增加，油液發(fā)熱，泄漏增加，效率降低，液壓系統(tǒng)性能變壞。因此在液壓技術中正確估算壓力損失的大小，從而找到減少壓力損失的途徑。, 2-3 管路壓力損失計算,液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類：,一是油液流經直管時的壓力損失，稱為沿程壓力損失。這類壓力損失是由液體流動時的內摩擦力引起的。,二是油液流經局部障礙時，由于液流的方向和速度突然變換，在局部區(qū)域形成漩渦，引起液體質點相互撞擊和劇烈摩擦因而產生的壓力損失，這種損失稱為局部壓力損失。,層流：液體中質點沿管道作直線運動而沒有橫向運動，既液體作分層流
15、動，各層間的流體互不混雜。如圖所示。,一、液體的流態(tài),紊流: 液體中質點除沿管道軸線運動外，還有橫向運動，呈現紊亂混雜狀態(tài)。,雷諾系數 RC=V.D/?,層流紊流演示實驗—在線播放—優(yōu)酷網，視頻高清在線觀看,油液在直管中流動的沿程壓力損失可用達西公式表示： ΔPλ=λ(l/d)(ρv2/2) 式中 λ－沿程阻力系數；l－直管長度；d –管道直徑； v－油液的平均流速； ρ－油液密度。 公式說明了壓力損失ΔP與管道長度及流速v的平方成正比，而與管子的內徑成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流動狀態(tài)等都包含在λ內。,二、沿程壓力損失,1、層流時沿程阻力系數?的確定,設液體
16、在一直徑為d的圓管中作層流運動，在液流中取微小圓柱體，直徑為2r，長為l。作用在這小圓柱體上的兩端壓力（p1,p2)和圓柱兩側的剪切應力(粘性力?) 可求得管中流速分布的表達式為 U=[(p1-p2)/4?l](d2/4-r2) 在管中心處，流速最大，其值為 Umax=[(p1-p2)/16?l].d2,液流在直管中流動時的速度分布規(guī)律,沿程阻力系數?,層流時沿程阻力系數?的理論值為： ?=64/Re 水的實際阻力系數和理論值很接近。 液壓油在金屬管中流動時，常?。??=75/Re 在橡皮管中流動時，取 ?=80/Re,在這里應注意，層流的壓力損失?p與流速v的一次方程成正比，因為在?的分母中
17、包含有v的因子。,2.紊流時沿程阻力系數?,紊流流動時的能量損失比層流時要大，截面上速度分布也與層流時不同，除靠近管壁處速度較低外，其余地方速度接近于最大值。 其阻力系數?由試驗求得。 當2.3x103
18、式可改寫為： Q=Cq.a(2/ρ– p)1/2 由伯努利方程可知，，故Cq要比Cd略大一些，一般在計算時取Cq=0.62~0.63，Cq稱為流量系數。,2、流經細長小孔的流量,細長小孔，是指長徑比l/d>4的小孔。在液壓技術中常作為阻尼孔。如圖所示。 油液流經細長小孔時的流動狀態(tài)一般為層流，因此可用液流流經圓管的流量公式， 即： Q=(πd4/128μl)Δp 從上式可看出，油液流經細長小孔的流量和小孔前后壓差成正比，而和動力粘度μ成反比，因此流量受油溫影響較大，這是和薄壁小孔不同的。,液壓元件各零件間如有相對運動，就必須有一定的配合間隙。液壓油就會從壓力較高的配合間隙流
19、到大氣中或壓力較低的地方，這就是泄漏。泄漏分為內泄漏和外泄漏。泄漏主要是有壓力差與間隙造成的。,二、液流流經細縫的流量,在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間會突然升高，產生很高的壓力峰值，這種現象稱為液壓沖擊。,第七節(jié) 液壓沖擊,液壓沖擊的類型有： 1、液流通道迅速關閉或液流迅速換向使液流速度的大小或方向突然變化時，由于液流的慣力引起的液壓沖擊。,2、運動著的工作部件突然制動或換向時，因工作部件的慣性引起的液壓沖擊。 3、某些液壓元件動作失靈或不靈敏，使系統(tǒng)壓力升高而引起的液壓沖擊。,一、液流通道迅速關閉時的液壓沖擊 (水錘現象）,液體自一具有固定液面的壓力容器沿長度
20、為l，直徑為d的管道經出口處的閥門以速度v0流出。諾將閥門突然關閉，此時緊靠閥門口B處的一層液體停止流動，壓力升高?p。其后液體也依次停止流動，動能形成壓力波, 并以速度c向A傳播。此后B處壓力降低?p，形成壓力降波，并向A傳播。而后當A處先恢復初始壓力，壓力波又傳向B。則如此循環(huán)使液流振蕩。振蕩終因摩擦損失而停止。,（1）使完全沖擊改變?yōu)椴煌耆珱_擊 （2）限制管中油液的流速 （3）用橡膠軟管或在沖擊源處設置蓄能器，以吸收液壓沖擊的能量。 （4)在容易出現液壓沖擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥。,可采取下列措施來減少液壓沖擊：,二、運動部件制動時產生的液壓沖擊,如圖所示，活塞以速度v0向左運
21、動，活塞和負載總質量為M。當換向閥突然關閉進出油口通道，油液被封閉在兩腔之中，由于運動部件的慣性，活塞將繼續(xù)運動一段距 離后才停止，使液壓缸 左腔油液受到壓縮，從 而引起液體壓力急劇增 加。此時運動部件的動 能為回油腔中油液所形 成的液體彈簧所吸收。,第二章 液壓泵,液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，其作用是把原動機輸入的機械能轉換為液壓能，向系統(tǒng)提供一定壓力和流量的液流,●容積式泵: 泵是靠密封容積的變化來實現吸油和壓油的，其排油量的大小取決于密封腔的容積變化值 ●基本特點: 具
22、有一個或若干個周期性變化的密封容積 具有配流裝置油箱內液體的絕 對壓力必須恒等于或大于大氣 壓力,一、工作原理,二、 主要性能參數,壓力: 工作壓力p 額定壓力pn 排量和流量: 排量 V:液壓泵軸轉一周，由其密封容腔幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積,單位(m3/r)或 (mL/r) 理論流量qt:單位時間內理論上可排出的液體體積. 等于排量和轉速的乘積 V:液壓泵的排量（m3/r）；n:主軸轉速（r/s）；qt:液壓泵理論排量（m3/s） 實際流量q 額定流量qn,,泵和馬達的能量轉換關系、功率與效率,能量損失 容積損失：由于泵和馬達本身的泄漏所引起的能量損失 機械損失：由于泵和馬達
23、機械副之間的磨擦所引起的能量損失,三、液壓泵特性曲線,容積效率?v: q=qt-Δq =qt-Kip 機械效率?m: 泵的輸出功率:,,,,,,,,,四、液壓泵與液壓馬達的類型,液壓泵類型: 結構形式:齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等 泵的輸出流量能否調節(jié):定量泵和變量泵 泵的額定壓力的高低:低壓泵、中壓泵和高壓泵,一、 軸向柱塞泵,斜盤式軸向柱塞泵的工作原理 改變斜盤傾角γ的大小，就能改變柱塞的行程長度，也就改變了泵的排量。,斜軸式軸向柱塞泵的工作原理,軸向柱塞泵的排量和流量 流量脈動,當柱塞數較多并為奇數時脈動較小，故柱塞泵的柱塞數一般為奇數，常取 7或9,斜盤式軸向柱塞泵的工作原理,斜
24、軸式軸向柱塞泵的工作原理,二、 變量軸向柱塞泵,變量軸向柱塞泵:主體+變量機構 主體機構特點： 滑履結構 中心彈簧機構 缸體端面間隙的自動補償 配流盤 變量機構：改變斜盤傾角γ的大小以調節(jié)泵的排量,SCY14-1型斜盤式軸向柱塞泵的結構,三、 徑向柱塞泵,移動定子以改變偏心距的大小，便可改變柱塞的行程，從而改變排量,第三節(jié) 葉片泵,單作用式(變量泵) 雙作用式(定量泵) 中低壓 工作原理 雙作用葉片泵的結構和特點 限壓式變量葉片泵,一、單作用式葉片泵(非平衡式) 工作原理,單作用式葉片泵(非平衡式) 工作原理,改變定子和轉子間的偏心量e，就可改變泵的排量(變量泵) 轉子受有不平衡的徑向液壓
25、力,且徑向不平衡力隨泵的工作壓力提高而提高，因此這種泵的工作壓力不能太高 排量和流量: 流量脈動.理論分析表明，葉片數為奇數時脈動率較小，故一般葉片數為13或15,,,二、雙作用式葉片泵(平衡式) 工作原理,排量和流量: 無流量脈動.理論分析可知，流量脈動率在葉片數為4的整數倍、且大于8時最小。故雙作用葉片泵的葉片數通常取為12,,,雙作用葉片泵的結構和特點,定子內曲線:等加速等減速曲線 配流盤:三角槽 葉片的傾角:前傾角 端面間隙:間隙自動補償措施 高壓葉片泵的結構:為了提高壓力，必須在結構上采取措施，使吸油區(qū)葉片壓向定子的作用力減小。 可以采取的措施有多種，一般采用復合葉片結構如雙
26、葉片結構和子母葉片結構等,YB1型葉片泵的結構,配流盤,三、限壓式變量葉片泵,限壓式變量葉片泵的流量改變是利用壓力的反饋作用實現的(外反饋和內反饋) 外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理 限壓式變量葉片泵的特性曲線 限壓式變量葉片泵的結構,外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理,pBA=PB) p? e? q ? 當pc=K(e0+x0)/A, e=0 q=0,限壓式變量葉片泵的特性曲線,限定壓力pB:泵在保持最大輸出流量不變時，可達到的最高壓力 極限壓力pc:外載進一步加大時泵的工作壓力不再升高，這時定子和轉子間的偏心量為零，泵的實際輸出流量為零 調整: 調整螺釘1可改變原始偏心量e0，即調節(jié)泵的最
27、大輸出流量， 亦即改變A點的位置，使 AB線段上下平移 調整螺釘4可改變彈簧預壓縮量，即調節(jié)限定壓力pB大小， 亦即改變B點的位置，使BC線段左右平移 改變彈簧剛度k，則可改變BC線段的斜率， 彈簧越“軟”（k值越?。?，BC線段越陡，pc值越??； 反之，彈簧越“硬”（k值越大），BC線段越平坦，pc值越大,第四節(jié) 齒輪泵,定量泵(外嚙合齒輪泵和內嚙合齒輪泵) 齒輪泵沒有單獨的配流 裝置，齒輪的嚙合線起 配流作用,一、齒輪泵的工作原理,排量和流量計算 式中：D——分度圓直徑，mm； m——模數(m=D／z，z為齒數)，mm； B——齒寬，mm； n——轉速，r／min； ， K—
28、—修正系數，一般為1．05～1．15。 瞬時流量脈動,齒數愈少，脈動愈大,齒輪泵的結構,泵工作壓力為2.5MPa，屬于低壓齒輪泵,二、 齒輪泵的特點,困油:封閉容積減小會使被困油液受擠而產生高壓，并從縫隙中流出，導致油液發(fā)熱，軸承等機件也受到附加的不平衡負載作用。封閉容積增大又會造成局部真空，使溶于油中的氣體分離出來，產生氣穴，引起噪聲、振動和氣蝕. 消除困油的方法:通常是在兩側端蓋上開卸荷槽，且偏向吸油腔,齒輪泵的困油現象及其消除方法,三、 齒輪泵的特點,泄漏: 1.通過齒輪嚙合處的間隙； 2.通過泵體內孔和齒頂圓間的徑向間隙； 3.通過齒輪兩端面和端蓋間的端面間隙 結論: 齒輪泵由于泄漏大和存在徑向不平衡力，因而限制了壓力的提高。為使齒輪泵能在高壓下工作，常采取的措施為： 減小徑向不平衡力， 提高軸與軸承的剛度， 同時對泄漏量最大的端面間隙采用自動補償裝置,
《液壓與氣壓傳動》PPT課件.ppt
