液压与气压传动绪论及第一章液压传动基础

材料力学——工程流体力学——液压传动
后续课：专业课程。
四 柱 液 压 机
全 自 动 粉 末 成 型 液 压 机
马 桶 盖 液 压 机
汽 车 纵 横 梁 液 压 机
液 压 破 碎 机
液 压 铲 车
4、课程的学习要求
通过本课程的学习
1）掌握液压传动的基本理论，基本原理；
(Hele Shaw)及汉斯· 托马(Hans Thoma)于1910年及 1922年研制成功，又于1930年研制出斜轴式轴向柱
塞泵。
* 哈里威克斯(Harry Vickers)于1936年提出了包括
先导式溢流阀在内的液压控制元件。
* 第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反
映快、动作准、功率大的液压传动装置及伺服机构，
图，如图1—2c)所示。
对于图1—2a)所示的液压系统，若用国标GB786.1
—93规定的液压图形符号绘制，为图1—2c)所示。
注意：图中的符号只表示元件的功能，不表示：
1）元件的具体结构和参数； 2）工作状态的转化过程； 3）元件在机器中的位置； 使用这些图形符号，可使液压系统图简单明了， 便于绘制。
2、液压传动图形符号以及液压传动的优缺点；
3、液压系统的压力的形成和计算。
本 章 难 点
1、液压传动图形符号；
2、液压系统压力的形成； 3、液压系统压力的计算。
§1 液压传动发展概况
液压传动是基于以密封容器中流体的静压力传递 力和功率这一原理来实现的。
*1650年被帕斯卡(Pascal)发现该原理。 * 1795年英国的约瑟夫· 布拉默用这个原理建造了世
二、液压传动的缺点：
1、漏 由于作为传动介质的液体是在一定的压力下， 有时是在较高的压力下工作的，因此在有相对运 动的表面间不可避免地要产生泄漏 。同时，由于 油液并不是绝对不可压缩的，油管等也可产生弹 性变形，所以液压传动不宜用在传动比要求较严 格的场合，即液压传动中的泄漏和液体的可压缩 性使传动无法保证严格的传动比。 2、振 液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产 生 很大的振动和噪声。近年来，各国都在研制低噪 声的液压泵等以降低液压系统的噪声。
应 用 场 所 举 例 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 机床工业 磨床、车床、龙门刨床、牛头刨床及铣床等 金属切削机床，压力机、剪床、折弯机、滚 板机等各种锻压机床等
2）能运用液压技术的基本理论解决工程实际中的问题； 3）熟悉液压元件的性能及结构，正确选择液压元件； 4）能读懂液压系统设计图； 5）能进行简单的液压系统设计；
5、液压传动课程的特点
液压 元件

动力元件 执行元件 控制元件 辅助元件
液压基 速度控制回路 本回路

压力控制回路
方向控制回路 顺序动作回路
在图1—2 b)所示的状态，压力油经换向阀进入液压 缸的右腔，推动活塞连同工作台向左移动。液压缸左 腔的油经换向阀和回油管排回油箱。
工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。节
流阀开口较大，进入液压缸的流量较大，工作台的移 动速度也较快；反之，节流阀开口较小时，工作台 的移动速度也较慢。 工作台移动时必须克服阻力，例如克服切削力和相 对运动表面的摩擦力等。为适应克服不同大小阻力的 需要，液压泵输出油液的压力的大小由溢流阀4 来实 现，调节溢流阀弹簧的预压力就能调整泵出口的油液 压力，并让多余的油在相应压力下打开溢流阀，经回
目前，液压技术正在继续向以下几个方向发展：
1、节能 近年来，由于能源紧缺，各国都把液压传 动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。 2、液压与微电子、计算机技术结合 随着微电子、计 算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并 出现了把单片机直接安装在液压元件上的具有位置 或力反馈的闭环控制液压元件及装置，有些装置只 用一条通讯线就能控制16个执行元件。计算机辅助 设计、辅助绘图、辅助工艺及辅助制造等技术，在 国内液压工业中也开始进入实用阶段。
3、控制元件 控制元件包括各种控制阀类，如上例中的溢流阀、 节流阀、换向阀等。 这类元件的作用是用以控制液压系统中油液的压力、 流量和流动方向，以保证执行元件完成预期的工作。 4、辅助元件 辅助元件包括油箱、油管、过滤器以及各种指示 器和控制仪表等。 它们的作用是提供必要的条件使系统得以正常工 作和便于监测控制。
在图1—2a)中，液压泵3 由电动机(图中未标出)
带动旋转，从油箱1 中吸油。油液经过滤器2 过滤后 流往液压泵，经泵向系统输送。来自液压泵的压力 油流经节流阀5 和换向阀6 进入液压缸7 的左腔，推 动活塞连同工作台8 向右移动。这时，液压缸右腔
的油通过换向阀经回油管排回油箱。 如果将换向阀手柄扳到左边位置，使换向阀处于
§2 液压传动的工作原理
重物 杠杆 大活塞 液压缸 放油阀 油箱 钢球
小活塞 液压缸
钢球
图1 – 1 液压千斤顶的工作原理
图1 - 1为液压千斤顶的原理示意图，用它可说明液
压传动的工作原理。图中大小两个液压缸6和3的分别 装有活塞7和2，活塞和缸体之间保持一种良好的配合 关系，不仅活塞能在缸内滑动，而且配合面之间又能 实现可靠的密封。当用手向上提起杠杆1时，小活塞2
油管流回油箱。
液压传动系统由以下五个部分组成：
1、动力元件
动力元件即液压泵，它将原动机输入的机械能转 换为流体介质的压力能，其作用是为液压系统提供 压力油，是系统的动力源。
2、执行元件
执行元件是指液压缸或液压马达，它是将液压 能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推 动下输出力和速度(或力矩和转速)，以驱动工作 部件。
《液压传动》课件
Hydraulic Transmission
授课对象： 本科生 教材 《液压与气压传动》
许福玲编 机械工业出版社 (高等教育“十一五”国家级规划教材)
《液压传动》课程的学习安排
1、学时安排
本课程共32学时，
讲课24学时，实验6学时，(3次实验)；
2、课程的相关联系 先修课：高等数学——物理——理论力学——
5、工作介质 工作介质即传动液体，通常称液压油，液压系统 就是通过工作介质实现运动和动力传递的。
液压动 力源
液压控 制元件
液压辅 助元件
液压执 行元件
力 行程 速度
在图1—2a)中，组成液压系统的各个元件是用半 结构式图形画出来的，这种图形直观性强，较易理 解，但难于绘制，在工作实际中，除某些特殊情况 外，一般都用简单的图形符号来绘制液压系统原理
在航空、航天、化工和国防工业中，有飞船、火箭、
导弹的各类液压(气压)控制装置，有原料运输、有
害液体灌装、炸药包装、石油钻采等气压动力控制 装置与设备，有陆、海、空三军武器装备中的液压 自动控制、调节和自动瞄准定位系统。
我国的液压技术经历了一个起始、成熟与发展的
过程，但从整体上说还落后与世界的先进水平，国产
液体在密封容积变化中的压力能实现运动和动力传
递的。 液压传动装置本质上是一种能量转换装置，它先 将机械能转换为便于输送的液压能，后又将液压能
转换为机械能做功。
§3 液压传动系统的组成及图形符号
8—工作台 7—液压缸 6—换向阀
5—节流阀
4—溢流阀 3—液压泵 2—过滤器 1—油箱
图1-2 机床工作台液压传动系统
3、液压传动易实现快速启动、制动及频繁换向，每 分钟换向次数可达500(左右摆动)、1000(往复 移动)，工作平稳，换向冲击小。 4、便于实现过载保护(即只要用一安全阀便可实现 过载保护)，而且工作油液能使传动零件实现自 润滑，故使用寿命较长。
5、操作简单，便于实现自动化(即借助各种阀实现 自动控制)，若用电、液联合控制，还可实现遥 控。 6、液压元件易实现标准化、系列化和通用化，便 于设计、制造和扩大应用。
3、提高液压传动的可靠性 由于有限元法在液压元 件设计中的应用，可靠性试验、研究工作的广泛 开展以及新材料、新工艺的发展等，使液压元件 的寿命逐年得到提高，同时使液压系统的可靠性 得到提高。
4、高度集成化 叠加阀、集成块、插装阀以及把各 种控制阀集成于液压泵及液压执行器上的组合 元件的出现，还有些把单片机集成在其控制机构 上，达到了集机、电、液于一体的高度集成化。
以装备各种飞机、坦克、大炮和军舰，使各种高压 元件获得了近一步发展，同时出现了伺服阀。
美国麻萨理工学院的布莱克本(Blackburn)，李诗颖 等人于1958年造出了喷嘴档板型电液伺服阀，由于 伺服阀的造价高、抗污染能力差，后来又发展比例 阀和比例泵。
我国的液压工业始于20世纪50年代，其产品最初应 用于机床和锻压设备，后来才用到其他机械设备上。 自1964年从国外引进一些液压元件生产技术后，就进 行自行设计和研制，初步形成从低压到高压的液压元 件系列，并在各种机械设备上得到广泛的应用。
界上第一台水压机，使液压技术进入工程领域。
* 19世纪末，德国及美国分别把液压技应用于龙门刨
及六角车床、磨床等。
* 1905年詹尼(Janney)设计了一台带轴向柱塞机械、以
油为工作介质的液压传动装置，并于1906年用于弗吉尼 亚号战舰塔仰俯装置上，从此液压技术得到发展。
* 以油作为工作介质的径向柱塞泵先后由海勒· 肖
球5挤入大缸6的下腔，推动大活塞将重物8(重力为
G)向上顶起一段距离。如此反复地提压杠杆1，就
可以使重物不断升起，达到起重的目的。 若将放油阀9旋转90º ，则在物体8的自重作用下， 缸中的油液流回油箱，活塞下降到原位。
由此可见，液压千斤顶是简单的液压传动装置。 分析液压千斤顶的工作过程，可知液压传动是依靠