液压与气动的仿真

第一单元液压传动基础1 薄壁小孔流.exe 液体流经薄壁小孔的情况如动画所示。

液流在小孔上游大约d/2处开始加速并从四周流向小孔。

由于流线不能突然转折到与管轴线平行，在液体惯性的作用下，外层流线逐渐向管轴方向收缩，逐渐过渡到与管轴线方向平行，从而形成收缩截面A。

对于圆孔，约在小孔下游d/2处完成收缩。

通常把最小收缩面积cAc与孔口截面积之比值称为收缩系数Cc，即Cc＝Ac/A。

其中A为小孔的通流截面积。

液流收缩的程度取决于Re、孔口及边缘形状、孔口离管道内壁的距离等因素。

对于圆形小孔，当管道直径D与小孔直径d之比D/d≥7时，流速的收缩作用不受管壁的影响，称为完全收缩。

反之，管壁对收缩程度有影响时，则称为不完全收缩。

2 非恒定流动.exe 当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，例如压力p、流速v及密度g表示为空间坐标和时间的函数，例如：压力p=p（x，y，z，t)速度v=v（x，y，z，t)密度=（x，y，z，t）在流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，液体的运动就是非定常流动或非恒定流动。

3 恒定流动.exe 当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，例如压力p、流速v及密度g表示为空间坐标和时间的函数，例如：压力p=p（x，y，z，t)速度v=v（x，y，z，t)密度=（x，y，z，t）如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。

4 蕾诺实验.exe 1883年奥斯本•雷诺(Osborne Reynolds)所作的有名的实验。

对流体的流动模式有了更完整的说明。

雷诺实验装置，主要为一水平玻璃管，安置于一大水槽中，玻璃管一端成喇叭状，另一端设一排水阀(A)，打开阀(A)可控制水在玻璃管中的流速。

水槽上方有一瓶染色墨汁，将阀(B)打开，墨汁可流至玻璃管入口处，以利观察玻璃管中流体的流动情形。

当流速小时，染料自始至终均成一直线，而不向周围扩散，称为层流(laminar flow)。

而当流速甚大时，管内染料则将整支管子染色，此乃因其向周围扩散之故，称为扰流(turbulent flow)。

5理想流体.exe 不可压缩、没有粘滞性的液体叫做理想流体。

一般情况下，密度不发生明显变化的气体、粘滞性小的流体均可看成理想流体。

6流量连续性.exe 流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表现形式。

如图所示的液体在任意形状的管道中作定常流动，任取1、2两个不同的通流截面。

根据质量守恒定律，单位时间内流过这两个截面的液体质量是相等的，即若忽略液体的可压缩性，即ρ1=ρ2，则这就是不可压缩液体作定常流动时的流量连续性方程，它说明流过各截面的体积流量是相等的。

7液压传动演示图1.exe 根据液压千斤顶的工作原理即可了解液压传动的工作原理。

从动画中可以看出，当向上提手柄使小缸活塞上移时，小液压缸因容积增大而产生真空，油液从油箱通过阀被吸入至小液压缸中，当按压手柄使小缸活塞下移时，则油液通过阀输入到大液压缸的下油腔，当油液压力升高到能够克服重物Ｗ时，即可举起重物。

8液压传动演示图2.exe 液压传动是以流体为工作介质，进行能量的转换、传递和控制的传动。

动画中，通过电磁换向阀来控制液压缸的运动方向，通过液压泵来提供液压缸出力大小。

9液压传动演示图3.exe 以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。

动画中，通过双活塞杆液压缸来带动工作台完成运动。

10 液压卡紧示意图（上压力高）.exe液压卡紧现象，卡紧原因：脏物进入缝隙；温度升高，阀芯膨胀；但主要原因是滑阀副几何形状和同心度变化引起的径向不平衡力的作用，其主要包括： a 阀芯和阀体间无几何形状误差，轴心线平行但不重合b 阀芯因加工误差而带有倒锥，轴心线平行但不重合c 阀芯表面有局部突起减小径向不平衡力措施：1） 提高制造和装配精度2） 阀芯上开环形均压槽11 液压卡紧示意图（下压力高）.exe液压卡紧现象，卡紧原因：脏物进入缝隙；温度升高，阀芯膨胀；但主要原因是滑阀副几何形状和同心度变化引起的径向不平衡力的作用，其主要包括： a 阀芯和阀体间无几何形状误差，轴心线平行但不重合b 阀芯因加工误差而带有倒锥，轴心线平行但不重合c 阀芯表面有局部突起减小径向不平衡力措施：1） 提高制造和装配精度2） 阀芯上开环形均压槽第二单元液压动力与执行元件1 3径向柱塞泵.exe柱塞径向排列装在缸体中，缸体由原动机带动连同柱塞一起旋转，所以缸体一般称为转子，柱塞在离心力的（或在低压油）作用下抵紧定子的内壁，当转子按图示方向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，因此便经过衬套（衬套是压紧在转子内，并和转子一起回转）上的油孔从配油孔和吸油口吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口压油，当转子回转一周时，每个柱塞底部的密封容积完成一次吸压油，转子连续运转，即完成压吸油工作。

配油轴固定不动，油液从配油轴上半部的两个孔流入，从下半部两个油孔压出，为了进行配油，配油轴在和衬套接触的一段加工出上下两个缺口，形成吸油口和压油口，留下的部分形成封油区。

封油区的宽度应能封住衬套上的吸压油孔，以防吸油口和压油口相连通，但尺寸也不能大得太多，以免产生困油现象。

14困油现象.exe 困油现象1 5 配流轴式径向柱塞泵.exe径向柱塞泵的柱塞径向布置在缸体上，在转子2上径向均匀分布着数个柱塞孔，孔中装有柱塞；转子的中心与定子的中心之间有一个偏心量e。

在固定不动的配流轴上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。

当转子旋转时，柱塞在离心力及机械回程力作用下，它的头部与定子的内表面紧紧接触，由于转子与定子存在偏心，所以柱塞在随转子转动时，又在柱塞孔内作径向往复滑动，当转子按图示方向旋转时，下半周的柱塞皆往外滑动，柱塞孔的密封容积增大，通过轴向孔吸油；上半周的柱塞皆往里滑动，柱塞孔内的密封工作容积缩小，通过配流盘向外排油。

当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；当移动定子使偏心量从正值变为负值时，泵的吸、排油口就互相调换，因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵，为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。

12 齿轮泵的工作原理.exe 外啮合齿轮泵由一对齿轮互相啮合,同时,齿轮的齿顶和壳体内孔表面之间的间隙很小,齿轮端面和轴套（盖板）的间隙也很小,从而把吸油腔和压油腔隔离开。

当齿轮按图示方向旋转时,啮合点一侧啮合着的齿轮逐渐退出啮合,使空间不断增大,形成局部真空,油箱中的油液在大气压的作用下被压入吸油腔；啮合点另一侧的齿逐渐进入啮合,使空间不断缩小,油液被强迫从压油室挤出。

当齿轮不断地转动时,吸油腔就不停地吸油,然后通过齿槽空间将油送到压油腔,压油腔就不停地压油，使液压油源源不断地进入系统，这就是外啮合齿轮泵的工作原理。

1 6 容积泵.exe 外啮合齿轮泵主要由一对齿数和模数均相同的齿轮、传动轴、轴承、端盖和泵体等组成。

两齿轮与泵体及端盖之间形成密封工作容积。

两齿轮的啮合线将密封工作容积分为吸油腔和压油腔，当齿轮按图示方向旋转时，下部吸油腔由于相互啮合的齿轮逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管进入吸油腔，将齿间槽充满，并随着齿轮旋转，把油液带到上部的压油腔内。

在压油区的一侧，由于齿轮在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液便被挤出去，从压油腔输送到压油管路中去。

1 7 双作用单杆液压缸.exe 当向左搬动手动换向阀的手柄时，换向阀阀芯向右运动，进油路与液压缸的大腔相通，推动活塞向右运动伸出，液压缸小腔的油从换向阀右下口排出。

当向右搬动手动换向阀的手柄时，换向阀阀芯向左运动，进油路与液压缸的小腔相通，推动活塞向左运动缩回，液压缸大腔的油从换向阀左下口排出。

1 8 双作用叶片泵.exe 工作原理：双作用叶片泵主要由转子、定子、叶片、配流盘和端盖等组成。

转子与定子同心，定子内表面近似椭圆状。

当转子转动时，叶片受离心力和根部槽中压力油的作用，在转子槽内做径向运动而压向定子内表面。

由相邻叶片、定子内表面、转子外表面和两侧的配油盘形成若干密封空间。

当转子按动画所示逆时针旋转时，第一象限中叶片由短半径方向向长半径方向移动，相邻叶片间的密封容腔逐渐增大而吸油。

第二象限中，叶片由长半径方向向短半径方向移动，相邻叶片间的密封容腔逐渐缩小而排油。

转子每旋转一周，每个工作容腔完成两次吸排油循环，因此称为双作用叶片泵。

因转子与定子同心，故只能做定量泵。

1 9 限压式变量泵.exe 工作原理：限压式叶片泵是利用其工作压力的反馈作用自动改变偏心距e的大小来改变输出流量的。

定子在限压弹簧的作用下移向右端，紧靠在控制活塞的端面上并由控制活塞定位，产生偏心距。

当转子逆时针旋转时，转子的下部分为吸油区，上半部分为压油区。

泵输出的压力油经泵体的内部通道作用在控制活塞的右端，对转子产生一个向左的推力，此推力随着压力P的升高而增大，当大于限压弹簧的预紧力时，定子向左偏移，偏心距减小，输出流量亦随之减小。

2 0 斜盘式轴向柱塞泵.exe 工作原理：斜盘式轴向柱塞泵由斜盘、柱塞、缸体、配油盘等主要零件组成，斜盘和配油盘是不动的，传动轴带动缸体和柱塞一起转动，柱塞靠机械装置或在低压油作用压紧在斜盘上。

当传动轴按图示方向旋转时，柱塞在其沿斜盘自上而下回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘上的吸油窗口吸入；柱塞在其自下而上回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘压油窗口向外排出。

缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸、压油动作。

改变斜盘的倾角，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。

第三单元液压控制元件多路换向阀.exe21 单向阀.exe 工作原理：对于a结构单向阀来说，当液压油从A口进入单向阀，压力油推动阀芯向上运动，压缩弹簧，油液从B口流出。

反之，当液压油从B口进入单向阀，则与弹簧一起将阀芯推着向下运动，堵塞A口，没有油液流出。

对于b结构单向阀来说其工作原理与a相反。

A口进油，B口没有油液流出。

B口进油，A口出油。

22 电磁阀.exe 当两位三通电磁阀失电时，阀芯的弹簧腔与油箱接通。

从A口进油，推动活塞向上运动并压缩弹簧，使A和B口接通，油从B口流出。

从B口进油，同样推动活塞向上运动并压缩弹簧，使B口和A口接通，油从A口流出。