第十二章 液压传动(汽车机械基础教案)

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。
（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。
第十二章 液压传动
学习目的：
通过本章的学习具备汽车机械所涉及的液压传动 的基本知识。 和液力传动
学习要求：
掌握液压传动与液力传动的主要元件、基本回路与基本知识。 能识读液压传动的基本回路和系统。
了解液压传动与液力传动在汽车中的应用。
第一节 液压传动基本知识
一、液压传动的工作原理和组成
1．液压传动的a工作原理
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。
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。
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。
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。
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）。
（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。
2．流量 单位时间内进出液压缸或通过管道某一截面的液体的体积称为流量， 符号为q（m3/s）。若在时间t内流过的液体体积为V，则流量为
q=V/t
3．压力损失与流量的关系 沿程损失是液体沿相同截面的直管流动一段距离，由于液体对管壁 之间以及液体分子之间的摩擦而造成的。管道越长，流速越快，损失就 越大；相反，管道越短，损失应越小。局部损失是液体通过管道截面和 形状，突然改变或管道弯曲等局部地方所造成的。
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压缸来实现增压的。
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。
第三节
液压元件
一、液压泵、液压马达和液压缸
在液压系统中，液压泵、液压马达和液压缸都是能量转换装置。
1．液压泵 在液压传动中常用 的液压泵有齿轮泵、叶 片泵和柱塞泵三种。 图12-11所示为单 柱塞泵的结构示意图， 柱塞2安装在泵体3内， 柱塞在弹簧4的作用下 和偏心轮1接触。
（1）齿轮泵 12-12。
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。
（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）。
（3）柱塞泵 柱塞泵按照柱塞的排列方向的不同，分为轴向 柱塞泵和径向柱塞泵。
轴向柱塞泵（图12-15）由配流盘1、缸体（转子）2、柱塞3和斜 盘4等零件组成。
2．液压马达
液压马达通常有三种类型：齿轮式、叶片式和柱塞式液压马达。这 里仅介绍叶片式液压马达。
叶片式液压马达（图12-16），
3．液压缸
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。
（4）摆动式液压缸 常用的摆动式液压缸有叶片式摆动缸和齿 条摆动缸两种。 叶片摆动缸常称为摆动液压马达（图12-22）。轴3上装有叶片4， 叶片4和封油 隔板2将缸体1内 的空间分成两 腔。当液压缸的 一个油口接通压 力油，而另一油 接通回油时，叶 片在油压的作用 下产生转动，带 动轴3摆动一定 的角度（小于 360°）。
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。
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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。
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。
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。
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。
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。