第十二章 液压传动(汽车机械基础教案)

五、油箱
油箱除了用来储油以外，还起到散热、分离油中杂质和空气的 作用。汽车液压系统一般采用单独油箱，汽车在修理设备中一般可 利用设备底座作为油箱，这样可使结构紧凑。
第五节 液压基本回路
液压基本回路指的是由有关液压元件组成的用来完成特定功能的典 型油路结构。用基本回路组成系统，完成复杂的动作。 按油路的功能不同，基本回路可分为压力控制回路、速度控制室回 路和方向控制回路。
一、压力控制回路
压力控制回路是用压力阀在油路中调节系统的压力，以满足执行机 构对压力的要求。按照使用的目的不同，压力控制回路又可分为调压、 减压、增压、卸荷等回路。 1．调压回路 调压回路是指控制系统的工作压力，使其不超过某预 先调好的数值，或者使工作机构运动过程的各个阶段中具有不同的压力 （两级或多级调压）。
液压缸是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，它是液 压系统中的执行元件。按结构不同，液压缸可分为活塞式、柱塞式、 伸缩套筒式和摆动式液压缸。
（1）活塞式液压缸 塞式液压缸。 活塞式液压缸分为双杆活塞式和单杆活
双杆活塞式液压缸（图12-17）主要由缸体、活塞和两直径相同 的活塞杆组成。
单杆活塞式液压缸（图12-18）主要是由缸体、活塞和活塞杆组 成，由于活塞一端有杆，而另一端无杆，所以活塞两端的有效作用 面积不等。
（3）流量阀 流量阀应用于控制液压系统中液体的流量，实现 对液压系统的速度控制。常用的流量阀有节流阀和调速阀。 1）节流阀。普通节流阀常用的节流口形状如图所示，有针阀式、 偏心式、轴向三角槽式等。 如12-29图所示为普通节流阀， 采用轴向三角槽式节流口，工作时 阀芯受力均匀、流量稳定性好、不 易堵塞。
（2）柱塞式液压缸 柱塞式液压缸（图12-19）只能在压力油 的作用下产生单向运动，另一方向的运动往往靠其自重（垂直放置） 或弹簧等其他外力来实现。为了实现双向运动，柱塞式液压缸通常应 成对使用（图12-20）。
（3）伸缩套筒式液压缸 由多个柱塞缸套装而成，各节伸出 时行程大，缩回时结构体积小，见图12-21。有单作用和双作用两种。 此缸伸缩顺序为：伸出由大节到小节逐次进行(大缸有效作用面积大， 同等压力下推力大)；空载缩回时，由小节到大节（小节柱塞面积小， 摩擦阻力小，易复位）。常用于起重机悬臂和自卸汽车翻斗液压缸。
二、液力变矩器
液力变矩器（图12-7）主要由可旋转的泵轮和涡轮以及固定不动的导 轮三个元件组成
变矩器之所以能起变矩的作用，是由于结构上比耦合器多了导 轮机构，在循环流动的过程中，固定不动的导轮通过油液给涡轮一 个反作用力矩。而这一反作用力矩则随着从涡轮流出液体的方向的 改变而改变大小，从而使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩液 力变矩器的主要零件见图12-8。
4．卸荷回路 当液压系统中的执行元件停止运动后，使液压泵 输出的油液在低压下流回油箱，称为液压泵的卸荷。这样可以节省动 力消耗，减少系统发热，能够使液压泵卸荷的回路，称为卸荷回路。 如图12-34所示。
二、速度控制回路
速度控制回路是控制和调节液压执行元件运动速度的单元回路。 调速回路是控制和调节执行元件运动速度。按照调速方式不同，液压 传动系统速度调节方法归纳为节流调速和容积调速两大类。 1．节流调速回路 根据节流阀在回路中装设的位置不同，节流调速回路分为进油节流、 回油节流和旁路节流三种类型的回路，如图12-35所示。
5）操纵方便、省力，特别是与电气组合应用时。 6）液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，有利于生产与设 计。
三、液压传动的两个基本参数
1．压力 压强是作用在液体单位面积上的力，一般用p表示，而作用在活塞 有效面积上的力，用F表示。当活塞的有效作用面积为A时，有下列关 系式 F=pA 式中，F是力；A是面积；p是压力。
四、液压油的选择
液压油可分为两大类：一类为可燃性液压油；另一类为抗燃性 液压油。
一般油液在温度升高时，粘度会降低，这样会使液压系统的泄 漏增加，执行元件的工作性能也变坏。所以选择液压油时应考虑以 下几方面的情况：
（1）工作压力 工作压力较高的液压系统应选用粘度较大 的液压油；反之，选用粘度较小的液压油。 （2）环境温度 环境温度较高时，应选用粘度较大的液压 油；反之，选用粘度较小的液压油。
2）调速阀。调 速阀由定差减压阀 和节流阀串联而成， 定差减压阀能自动 保持节流阀前后压 力差不变，使节流 阀前后压力差不受 负载影响，从而通 过节流阀的流量也 基本为定值。 在12-30图中， 减压阀1和节流阀2 串联在液压泵与液 压缸之间。
第四节 液压辅助元件
一、过滤器
过滤器的作用是净化工作油液，清除油液中的杂物（灰尘、磨屑、 油液氧化变质析出物等），防止油路堵塞和元件磨损，确保系统正常 工作。
四、油管和管接头
油管和管接头是各元件组成系统时必需的连接和输油元件。 液压传动中常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管（用耐油橡胶 制成，有高压和低压之分）、尼龙管和塑料管等。 固定元件间的油管常用钢管和铜管，有相对运动的元件之间一 般采用软管联接。在回油路中，可用尼龙管或塑料管。 油管与管接头的连接方式分为：焊接式、卡套式、管端扩口式、 扣压式等。
如图12-9所 示，将循环圆上 的中间流线展开 成一直线，各循 环圆中间流线均 在同一平面上展 开。在展开的图 上，泵轮B、涡 轮w和导轮D便成 三个环形平面， 且工作轮的叶片 角度也清楚地显 示出来。
图12-10所示是变矩器的三种工作状况，图12-10a所反映的是当变 矩器刚开始工作时的情况。图12-10b所反映的是变矩器工作过程中情况。 图12-10c所反映的是变矩器工作过程中的另一情况。
（3）运动速度 当运动部件的速度较高时，应选用粘度较 小的液压油；反之，选用粘度较大的液压油。
第二节 液力传动基本知识
液力传动是利用液体的动能进行能量传递，实现运动与动力的传递。
一、液力耦合器
图12-4为液力耦合器的结构示意图，其主要零件形状见图12-5。
由于泵轮和涡轮 的半径是相等的，故 当泵轮的转速大于涡 轮的转速时，泵轮叶 片外缘的液压大于涡 轮叶片外缘的液压。 于是，工作液不仅随 着工作轮绕轴1和5 （图12-4）的轴线作 圆周运动，并且在上 述压力作用下，沿循 环圆依箭头所示方向 作循环流动。液体的 质点的流线形成一个 首尾相连的环形螺旋 线（图12-6）。
二、液压控制阀
液压控制阀是用来控制液压系统中油液的压力、流量和流动方 向，使执行机构的推力、速度和运动方向符合要求。按照功用，液 压控制阀分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。 1．方向控制阀 方向阀是用来控制油液流动方向的阀，按类型分为单向阀和换 向阀。 （1）单向阀（止回阀） 单向阀是控制油液单方向流动的 方向阀，不允许倒流，按阀芯结构分为球阀式、锥阀式，如图1224所示。 图12-24b所示为锥阀式单向阀，阀的原始状态是阀芯2在弹簧3 的作用下轻压在阀座上。
图12-1为液压千斤顶 的工作原理图。图12-2是 液压千斤顶的工作原理简 图。
2．液压传动系统的组成
从上述实例可以看出，整个液压系统由以下几个部分组成： （1）动力元件
（2）执行元件
（3）控制元件 （4）辅助元件
二、液压传动的特点
液压传动与其他传动形式相比较，有以下特点： 1）功率密度（即单位体积所具有的功率）大，结构紧凑，重量轻。 2）能无级调速，调速范围大。 3）由于液压元件质量小，惯性矩小，故变速性好。 4）运动平稳可靠，能自行润滑，使用寿命较长。
如图12-31所示，其图12-31a是单级调压回路。其图12-31b是多 级调压回路。
2．减压回路 用单泵供油的液压系统中，主系统需要压力较高， 而其他支系统需要压力较低时，可用减压阀组成减压回路，如12-32图 所示。 3．增压回路 增压回路是用来使系统局部工作压力大于液压泵的 供油压力。其优点是可以避免另置价格较贵的高压液压泵，使系统简单 经济。图12-33所示的增压回路是利用增Fra bibliotek缸来实现增压的。
齿轮泵是一对相互啮合的齿轮将在泵体内，见图
（2）叶片泵 叶片泵按其工作方式不同分为单作用式叶片泵和 双作用式叶片泵两种。
双作用式叶片泵（图12-13）主要由定子1、转子2、叶片3和前后两 侧装有端盖的泵体4等组成。
单作用式叶片泵（图12-14），定子表面是一圆形，转子与定子间 有一偏心距e，端盖上只开有一条吸油槽和一条压油槽。
（2）换向阀 换向阀是用来改变油液流动路线以改变工作机 构的运动方向。它是利用阀芯相对阀体移动，接通或关闭相应的油路， 从而改变液压系统的工作状态的。当阀芯与阀体处于图12-25所示的 相对位置时，液压缸两腔不通压力油，处于停机状态。
2．压力阀 压力阀用来控制液压系统的压力，或利用系统中压力的变化来控 制某些液压元件的动作。按照用途不同，压力阀分为溢流阀、减压阀、 顺序阀和压力继电器等。 （1）溢流阀 溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回 路的压力维持恒定， 实现稳压、调压或 限压的作用。按其 结构原理可分为直 动式和先导式两 种，其符号如图 12-26所示。
汽车机械中常用的过滤器有网式、线隙式、烧结式和纸芯式等多 种类型。
二、蓄能器
蓄能器是一种储存压力油的容器。它在系统中的作用是：在短时 间内供应大量压力油，以实现执行机构的快速运动；补偿泄漏以保持 系统压力；消除压力脉动；缓和液压冲击。
三、压力计与压力开关
压力计用于观察系统的压力。
压力开关用于切断或接通压力计和油路的通道。
图12-27所示为锥阀型（还有球阀型和滑阀型）直动式溢流阀。
（2）减压阀 减压阀可以用来减压、稳压，将较高的进口油 压降为较低而稳定的出口油压。 减压阀的工作原理是依靠压力油通过缝隙（液阻）降压，使出 口压力低于进口压力，并保持出口压力为一定值，缝隙越小，压力 损失越大，减压作用就越强。 图12-28所示为先导式减压阀的结构原理及符号。
齿条摆动缸又称为无杆活塞式液压缸（图12-23）。装于缸体内的两 个活塞由齿条杆2连成一个整体，齿条杆又与装在缸体中部一侧的小齿轮 1相啮合。当缸体一端 进入压力油而另一端 回油时，活塞杆齿条 就带动小齿轮向一个 方向摆动；反之，油 路换向后，小齿轮则 反方向摆动。这种液 压缸输出的往复摆动 角度能在较大范围内 变化，可小于360°， 也可大于360°，甚 至多达数圈。