2液压传动基础知识分析
（最新）液压传动基础知识
第二章液压传动基础液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起着润滑、冷却和防锈作用。
液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。
因此，了解工作介质的种类、基本性质和主要力学特性，对于正确理解液压传动原理及其规律，从而正确使用液压系统都是非常必要的。
这些内容也是液压系统设计和计算的理论基础。
第一节液压传动的工作介质一、工作介质的物理特性（一）密度Vm （kg/m 3或kg/cm 3）（2-1）式中，m ──液体的质量（kg ）；V ──流体的容积（m 3或cm 3）。
流体的密度随温度和压力而变化，对于液压系统的矿物油，在一般使用温度与压力范围内，其密度变化很小，可近似认为不变。
其密度900kg/m 3。
空气的密度随温度和压力变化的规律符合气体状态方程。
在标准状态下空气的密度为12.93 kg/m 3。
（二）流体的粘性1.粘性的含义液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。
由于液体具有粘性，当流体发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了流体抵抗剪切变形的能力。
处于相对静止状态的流体中不存在剪切变形，因而也不存在变形的抵抗，只有当运动流体流层间发生相对运动时，流体对剪切变形的抵抗，也就是粘性才表现出来。
粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动，在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。
2.牛顿内摩擦定律粘性的大小可用粘度来衡量，粘度是选择液压用流体的主要指标，是影响流动流体的重要物理性质。
图2-1 液体的粘性示意图当液体流动时，由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的粘性使流体内各处的速度大小不等，以流体沿如图2-1所示的平行平板间的流动情况为例，设上平板以速度0u 向右运动，下平板固定不动。
第二章 液压传动基础知识
F p A
式中 F——法向作用力（N）； A——承压面积（m2）。 在这里压力与压强的概念相同，物理学中称为压强，工程实际中称为 压力。
。 静止液体压力具备两个重要特性：
1)压力的方向总是垂直指向承压表面； 2)流体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。
第2章
2.液体静压力 液体处于静止状态下的压力称为液体静压力。
与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h = 1m，设液 体的密度为ρ= 1000㎏/m3，试求容器内的真空度。
解：以液面为等压面，由液体静压力基本方程得
p +ρgh = pa 所以真空度为
pa－p = ρgh =1000×9.8×1 =9800（Pa）
如图所示，密闭容器中充满了密度为ρ的液体，柱塞直径为d， 重量为FG，在力F作用下处于平衡状态，柱塞浸入液体深度为h。
§2.1 液压油
一、 液压油的主要性质
1.密度
单位体积液体的质量称为液体的密度。液体的密度为
m ρ V
式中
m：液体的质量(kg)； V：液体的体积（m3）； 液压油的密度ρ=900 kg/ m3
液压油的密度随压力的升高而增大，随着温度的升高而减小。但 在通常的使用压力和温度范围内对密度的影响都极小，一般情况下可视 液压油的密度为常数，其密度值为900 kg/m3。
• 作用在大活塞上的负载F1形成
液体压力 p= F1/A1
• 为防止大活塞下降，在小活 塞上应施加的力
•
F2= pA2= F1A2/A1
由此可得
• 液压传动可使力放大，可使力
缩小，也可以改变力的方向。
• 液体内的压力是由负载决定 的。
如图：已知活塞1的面积A1=1.13X10-4m2，液压缸活塞2的面积
液压传动基本知识
第一讲液压传动基础知识一、什么是液压传动？定义：利用密闭系统中的压力液体实现能量传递和转换的传动叫液压传动。
液压传动以液体为工作介质，在液压泵中将机械能转换为液压能，在液压缸（立柱、千斤顶）或液压马达中将液压能又转换为机械能。
二、液压传动系统由哪几部分组成？液压传动系统由液压动力源、液压执行元件、液压控制元件、液压辅助元件和工作液体组成。
三、液压传动最基本的技术参数：1、压力：也叫压强，沿用物理学静压力的定义。
静压力：静止液体中单位承压面积上所受作用力的大小。
单位：工程单位kgf/cm 2法定单位：1MPa （兆帕）=106Pa （帕）1MPa （兆帕）~10kgf/ce2、流量：单位时间内流过管道某一截面的液体的体积。
单位：工程单位：L/min （升/分钟）法定单位：m 3/s四、职能符号：定义：在液压系统中，采用一定的图形符号来简便、清楚地表达各种元件和管道，这种图形符号称为职能符号。
作用：表达元件的作用、原理，用职能符号绘制的液压系统图简便直观；但不能反映元件的结构。
如图：过滤器 /VNX五、常用密封件：1.O 形圈：常用标记方法：公称外径（mm ）截面直径（mm ）2•挡圈（0形圈用）：3. 常用标记方法：挡圈ADXdXa千斤顶双向锁 截止阀安全阀A 型（切口式）；D 外径（mm ）；d 内径（mm ）；a 厚度（mm ）第二讲控制阀；液控单向阀；单向锁一、控制阀：1. 定义：在液压传动系统中，对传动液体的压力、流量或方向进行调节和控制的液压元件统称为控制阀。
2. 分类：根据阀在液压系统中的作用不同分为三类：压力控制阀：如安全阀、溢流阀流量控制阀：如节流阀方向控制阀：如操纵阀液控单向阀双向锁3. 对阀的基本要求：（1）工作压力和流量应与系统相适应；（2）动作准确，灵敏可靠，工作平稳，无冲击和振动现象；（3）密封性能好，泄漏量小；（4）结构简单，制作方便，通用性大。
二、液控单向阀结构与原理：1. 定义：在支架液压系统中用以闭锁液压缸中的液体，使之承载的控制元件为液控单向阀。
第二章 液压传动基础知识1
1、液压油 2、液体静力学 3、液体动力学
目的任务：
了解油液性质、静压特性、方程、传递规律
掌握静力学基本方程、压力表达式和结论
重点难点：
液压油的粘性和粘度 粘温特性 静压特性 压力形成 静力学基本方程
第一节 液压传动的工作介质—液压油
油液的物理性质
常用液压油及其选用
三、液压油的合理使用
（一）防止污染
（1）加强油液库存及现场管理，建立严格 的油料管理制度和化验制度。 （2）保持液压元件的清洁，特别是油箱周 围的清洁 （3）经常清洗滤网，滤芯，换油。 （4）油液要定期检查更换。
（二）防止油温过高
（1）油液黏度降低，泄漏量增加。
（2）油液的氧化加快，油液变质 （3）元件受热膨胀，配合间隙减小 （4）密封胶圈迅速老化变质 （三）防止空气混入液压油 （1）在油箱中，防止空气被油液带入系统中
结论： 液体在管道中流动时，流过各个断面的流量 是相等的，因而流速和过流断面成反比。
三、伯努利方程及其应用
能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流 动时，根据能量守恒定律， 同一管道内任一截面上的总 能量应该相等。 或：外力对物体所做的功应该等 于该物体机械能的变化量。
理想液体伯努利方程的推导
理想液体伯努利方程
Pa
测压两基准
绝对压力—以绝对零压为基准所测 相对压力—以大气压力为基准所测
三种压力之间的相互关系
四、静压传递原理
（一）液压系统压力的形成
p = F/S F=0 p=0 F↑ p↑ F↓ p↓ 结论：液压系统的工作压力取决 于负载，并且 随着负载的变化而变 化。
F
（二）静压传递原理（帕斯卡原理）
0E
液压传动基础知识
液体的可压缩性一般用体积弹性模量K来表示 K
温度增加时，K值减小，在正常工作范围内，有5%~25%的变化；
整理课件
压力增大时，K值增大，当p≥3MPa时，K基本上不再增大；
当工作介质中混有气泡时，K值将大大减小。
《液压与气压传动》
一、液压传动工作介质的性质
3、粘性
粘度与温度、压力的关系：
温度升高，粘度下降。变化率的大小直接影响液压传动 工作介质的使用。粘度对温度的变化十分敏感。 压力增大，粘度增大，在整一理课般件 液压系统使用的压力范围 内，增大的数值很小，可忽略不计。
《液压与气压传动》
一、液压传动工作介质的性质
4、其它性质 液压传动介质还有其它一些性质，如：
可认为是常值
压力提高，密度稍有增加。
我国采用20℃时的密度作为油液的标准密度，以ρ20表示。
《液压与气压传动》
一、液压传动工作介质的性质
2、可压缩性 压力为p0、体积为V0的液体，如压力增大△p时，体积减小 △V，则体积的可压缩性可用体积压缩系数来表示
1 V
p V0
即单位压力变化下的体积相对变化量
稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性
等）
抗泡沫性 抗乳化性 防锈性 润滑性 相容性（对所接触的金属整、理密课件封材料、涂料等的作用程度）
《液压与气压传动》
二、对液压传动工作介质的要求
不同的工作机械、不同的使用情况对工作介质的要求有很大不同。 液压传动工作介质应具备如下性能： ➢合适的粘度，ν40=（15-68）×10-6m2/s，较好的粘温特性 ➢润滑性能好 ➢质地纯净，杂质少 ➢对金属和密封件有良好的相容性 ➢对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性 ➢抗泡沫好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好 ➢体积膨胀系数小，比热容大 整理课件 ➢流动点和凝固点低，闪点和燃点高 ➢对人体无害，成本低
液压传动基础知识
顺序阀的作用
1) 2) 3) 4)
用以实现多缸的顺序动作 和单向阀组合成单向顺序阀 ，保持垂直液压缸不因自重而下落， 起平衡阀作用‘ 液控顺序阀利用外界压力油控制，实现液压缸动作的转换。 43 将液控顺序阀的出口接油箱，实现双泵系统的大泵卸荷。
3.1 外控式顺序阀（直动式） 功能及原理
这种外控式顺序阀， 阀芯接两个不同的切换 状态，“开”和“关”。外 部 控制油被引到阀芯的检测 面上，所产生的作用力与 弹簧力相比较，当作用力 大于弹簧力，阀芯打开， 反之，阀芯关闭。
52
30
31
32
压力控制阀
1.1压力阀的功能原理及符号
33
一. 溢流阀 1.1 直动式溢流阀 功能及原理
溢流阀最重要的功能,就是限制系统 压力,从而对各个元件以及管路进行 保护,防止超载和爆裂的危险,因此 该阀 也叫安全阀 . 当系统压力达到其调定值,溢流阀开 始起限压作用,原来关闭的阀 这时 开启,多余的流量经阀口流回油箱. 采用这种方式,溢流阀是装在旁路的. 注意:溢流阀溢流损耗的功率 P=PXQ
42
3 顺序阀
功能与原理
顺序筏是用来控制液压系统中各执行元件的动作先后顺序。依 控制压力的不同，顺序阀可分为内控式和外控式两种。内控式 用阀进口处的压力控制阀星的开启，外控式用外来的控制压力 油控制阀芯的开启。（所以又叫液控顺序阀） 顺序阀亦有直动式、先导式两种，前者用于低压，后者用于高 压。 顺序阀与溢流阀结构基本相似，不同的只是顺序阀出油口通向 系统的另一油路，而溢流阀出口通油箱。此外，顺序阀进出口 都有压力油，所以它的泄油口L必须单独外接油箱。
换向阀利用阀芯相对于阀体的相对运动使油路接通、断 开或变换油流方向，从而使液压执行元件启动、停车或 变换运动方向。 换向阀的名称型号是按其有效油口的数量（不计控制油 口）和开关位置数量而定。
液压传动基础知识
第一章概论液压传动是以液体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式，液压传动相对于电力拖动和机械传动而言，其输出力大、重量轻、惯性小、调速方便以及易于控制等优点而广泛应用于工程机械、建筑机械和机床等设备上。
近几十年来，随着微电子技术的迅速发展及液压传动许多突出的优点，其应用领域遍及各个工业部门。
第一节液压传动的工作原理及系统组成一、液压传动系统的工作原理（一）液压千斤顶图1-1是液压千斤顶的工作原理图。
大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。
杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。
如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱12中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。
再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，图1-1液压千斤顶工作原理图使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举4、7—单向阀5—吸油管6、10—管道升缸下腔，使重物逐渐地升起。
如果打开截止8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。
这就是液压千斤顶的工作原理。
通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。
（1）液压传动以液体（一般为矿物油）作为传递运动和动力的工作介质，而且传动中必须经过两次能量转换。
首先压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。
（2）油液必须在密闭容器（或密闭系统）内传送，而且必须有密闭容积的变化。
如果容器不密封，就不能形成必要的压力；如果密闭容积不变化，就不能实现吸油和压油，也就不可能利用受压液体传递运动和动力。
第2章 液压传动基础知识
2．强调：上式常用分析小孔的流量压力特性之用
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
2.缝隙流量
1）平板缝隙：
式中，第一项为压差流动，第二项为剪切流动； 当平板移动方向和压差方向相同时取“+”，相反时取 “- ”
b 3 u0 q p b 12l 2
d du0 q p 12l 2 (1)同心圆环缝隙： d 3p du0 2 (2)偏心圆环缝隙： q 12l (1 1.5 ) 2
－般液压油的密度为900㎏/m3。
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
3.液体的可压缩性
可压缩性： 液体在压力作用下体积减小的性质 常温下，液压油不可压缩
混入气体或挥发性物质，抗压能力会下降
对液压系统工作性能产生不利影响
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
4.液体的粘性
（1）粘性的本质
液体在外力作用下流动（或有流动趋势） 时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而 产生的一种内摩擦力，它使液体各层间的运 动速度不等，这种现象叫做液体的粘性 静止液体不呈现粘性。
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
3）减小液压冲击的措施 ①延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采 用换向时间可调的换向阀； ②限制管路流速及运动部件的速度，一般在液压系 统中将管路流速控制在44.5m/s以内； ③适当增大管径，不仅降低流速，而且减少压力冲 击波传播速度； ④尽量缩短管道长度，可减少压力波的传播时间； ⑤用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲 击的能量；也可以在容易出现液压冲击的地方，安 装限制压力升高的安全阀
1.液压油的功用
1）传递动力；
2）润滑运动零件；
3）密封表面粗糙零件间的间隙；
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dy
Ft
A
du dy
如以τ表示剪应力，即单位面积上的内摩擦
力，则有：
Ft A
du dy
此式就是牛顿的液体内摩擦定律。
式中，μ为比例常数。称为粘性系数或粘 度,du/dy为速度梯度。
动力粘度μ
运动粘度ν 相对粘度0E
（A）动力粘度μ ：又称绝对粘度，
可导出：
dy du
的。
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的液体的密度为
（2.1）
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。 石油基液压油的密度ρ20＝850~900kg/m3
密闭容积一端的活塞可以移动。如活塞上的外负
载力不变，油温从－20℃上升到25 ℃，试求活塞
移动的距离。若活塞不能移动，液压缸又是刚性
的，试问由于温度的变化，油液的膨胀使液压缸
中的液压油的压力上升多少？
ΔF
A
Δl
l
解：ΔLA＝V1－V0＝Δtβt V0＝（Δtβt ）AL ΔL＝（Δtβt）L＝（45×6.5×10－4）×400＝11.
粘性使流动液体内部各处的 速度不相等，以图为例，若 两平行平板间充满液体，下 平板不动，而上平板以速度 u0向右平动，由于液体的粘 性作用，紧靠下平板和上平 板的液体层速度分别为零和 u0。而中间各液层的速度则 视其距下平板的距离按线性 规律变化。
通过实验测定得出，液体流动时相邻液层间的
内摩擦力Ft，与液层接触面积Ａ、液层间的速
石油基液压油的体积弹性模量与温度和压力 有关：温度升高时，K值减小，在正常工作 温度范围内，K值会有5％～25％的变化；
压力增加时，K值增大，但这种变化不呈线 性关系，当p≥3MPa时，K值基本上不再增 大。
由于空气的可压缩性很大，因此当工作介质中 有游离气泡时，K值将大大减小，且对压力的 影响明显增大。但是在液体内游离气泡是不可 避免的，因此一般建议石油基液压油K的取值 为＝（0.7～1.4）×103 MPa，且应采取措施 尽量减少液压系统工作介质中的游离空气含量。
κ的单位为“m2/N”,K的单位为：“N/m2” 、 或 “ MPa ”
石油基液压油的体积弹性模量K＝（1.4～
2.0）×103 MPa，钢铁的体积弹性模量K＝
（2.1）×105MPa，可见油液的可压缩性 是钢的100 ～170倍。
石油基液压油的可压缩性对液距离操纵的液压机构时，则必须予以 考虑。
3、闪火点
油温升高时，部分油会蒸发而与空气 混合成油气，此油气所能点火的最低 温度称为闪火点，如继续加热，则会 连续燃烧，此温度称为燃烧点。
（1）粘性的定义 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时，
分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生 的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。 液体只有在流动(或有流动趋势)时才会呈现 出粘性，静止液体是不呈现粘性的。 液压油粘性对机械效率、磨耗、压力损失、 容积效率、 漏油及泵的吸入性影响很大。
掌握液压介质主要性质、液压油牌号的意义、 液压介质的分类及其选用、液压系统的污染 控制、帕斯卡原理。了解对液压传动工作介 质的要求、帕斯卡原理的应用。理解连续性 方程、理解伯努利方程及动量方程的物理意 义，并会应用其解决液压传动系统的理论问 题；学会应用沿程压力损失、局部压力损失 公式计算液压系统的压力损失；了解孔口和 缝隙流动的概念。理解液压冲击和空穴现象。
封闭在容器内的液体在外力作用下的情况就象
一个弹簧：外力增大，体积减小；外力减小体
积增大。这种弹簧的刚度κh，在液体承压面积
A不变时，可以通过压力变化Δp＝ΔF/A、体 积变化ΔV＝AΔl （Δl 为液柱长度变化量）和 求得。
h
F l
A2K V
有密闭于液压缸中的一段直径d＝150mm、长L＝
400mm的液压油，它的体积膨胀系数βt＝6.5×10 －41/ ℃ ，体积收缩系数为κ＝5×10－10m2 /N,此
不抗拉：由于油液分子与分子间的内聚力极
小，几乎不能抵抗任何拉力而只能承受较大 的压应力，不能抵抗剪切变形而只能对变形 速度呈现阻力。
易流性：不管作用的剪力怎样微小，油液总
会发生连续的变形，这就是油液的易流性， 它使得油液本身不能保持一定的形状，只能 呈现所处容器的形状。
均质性：其密度是均匀的，物理特性是相同
7mm
当活塞不能移动时：温度升高将使液压油体积增大为:
V
d 2s
4
4
0.152
0.017
206.76 106 m3
根据液压油的可压缩性公式： 则可得压力增大值为:
1
p
V V
0
p
V V0
206.76 106
5 1010
4
0.152
0.4
58.5MPa
由上式计算可见，完全密闭的液压油， 由于油温的增大而会产生的很高的压力， 很有可能使液压缸爆裂。在使用环境气 温会发生很大变动的野外装置的液压系 统时，应该特别注意。
单位为Pa·s(帕·秒)，以前沿用的单位为 P(泊，dyne·s／cm2 )和cP(厘泊)
2、可压缩性 压力为ｐ0、体积为Ｖ0的液体，如压力增大
时，体积减小，则此液体的可压缩性可用体
积压缩系数 κ，即单位压力变化下的体积相
对变化量来表示
（2.2）
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Ｋ，简
称体积模量。即Ｋ=１／κ （2.3）
液压油的粘度概念及其对液压传动系统 性能的影响、液压油牌号的意义、液压 介质的选用；
液压系统污染控制的意义； 帕斯卡原理、连续性方程、伯努利方程； 液压系统的压力损失。
液压油的粘度概念。 伯努利方程和动量方程的计算。 小孔和缝隙的流量计算。 压力损失。
液压传动最常用的工作介质是液压油，此外，还 有乳化型传动液和合成型传动液等， 液压传动工作介质的特点： 连续性假设：流体是一种连续介质，这样就可以 把油液的运动参数看作是时间和空间的连续函数， 并有可能利用解析数学来描述它的运动规律。