第一章液压传动概述教案

第一章液压传动概述本章难点:压力取决于负载它所介绍的内容，是机械工程技术人员必须掌握，不可缺少的基础技术知识。

研究以有压流体（压力油和压缩空气）为传动介质来实现各种机械传动和自动控制的学科。

一部完整的机器由原动机部分、传动机构及控制部分、工作机部分（含辅助装置）组成。

原动机包括电动机、内燃机等。

工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分，如剪床的剪刀、车床的刀架等。

由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作机的工作力和工作速度变化范围变化较宽，以及性能的要求，在原动机和工作机之间设置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。

一切机械都有其相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。

传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。

流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。

它包括液压传动、液力传动和气压传动。

液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。

液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。

气压传动，其做工的介质是空气体；液压传动，其做工的介质是机油（或其它的液体）。

气压传动的结构简单，该介质（空气）不需要成本；液压传动结构复杂点，且需要其它的材料作为介质，成本会高点。

但液压传动的密封性能好，所以传动的力矩会大点，做工性能会好些。

1．1 液压技术的发展本章是学习液压与气压传动的启蒙章节，主要阐述了本课的一些重要概念、并通过液压千斤顶简化模型的分析深入理解液压传动的工作原理和液压系统的基本组成，最后介绍液压传动的优缺点和应用领域。

首先介绍什么是传动？传动的类型有哪些?引导学生举生活中常见的实例说明以下五种传动，使学生对传动及其类型有所认识和掌握。

机械传动———自行车，缝纫机；电传动————电动门，声控灯，音乐喷泉；气压传动———公交车的车门；液压传动———千斤顶，液压挖掘机；液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的一种传动形式，它通过能量转换装置（如液压泵），将原动机（如电动机）的机械能转变为液体的压力能，然后通过封闭的管道、控制元件等，由另一能量转换装置（如液压缸或马达）将液体的压力能转变为机械能，以驱动负载和实现执行机构所需的直线或旋转运动。

因此，以液体作为工作介质，并以其压力能进行能量传递的方式，即为液压传动。

注意几点：①工作条件：密封系统②工作介质：受压的流体③传动方式：传递运动和动力1．1．1 液压技术发展的历史液压传动开始应用于十八世纪末，自从一七九五年英国制成第一台水压机算起已有二百多年历史，然而在工业上被广泛采用和有较大幅度发展却是近五、六十年的事情。

由于液压传动与其它传动相比有其独特的优点，因而在各个领域获得了越来越普遍的应用，特别是近一、二十年来发展很快，随着生产力的提高，20世纪30年代前后已有一些国家生产了液压元件，并开始在机床上应用。

在第二次世界大战期间，由于迫切需要反应迅速、动作准确、输出功率大的液压传动装置及控制装置来装备各种飞机、坦克、大炮和军舰，因此液压技术开始在兵器制造领域中得到了广泛的应用，并出现了电液伺服系统。

此外，在与战争紧密相关的行业里，液压技术也得到了广泛的应用。

从二战后，液压技术很快转入民用工业，广泛应用于机床、工程机械、农业机械、汽车、船舶等行业，并得到了较大幅度的发展。

20世纪60年代以后，随着原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等的发展，再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，其应用向更广泛的领域扩展。

第一阶段：液压传动从17世纪中叶帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生算起，液压传动技术已有200多年的历史，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下，发展缓慢，几乎停滞。

气压传动早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。

从18 世纪产业革命开始，逐渐应用于各类行业中。

第二阶段：20世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。

第三阶段：20世纪50、60、70年代，工艺水平有了很大提高，液压与气动技术也迅速发展，渗透到国民经济的各个领域。

第四阶段：20世纪80年代初期引进美国、日本、德国的先进技术和设备，使我国的液压技术水平有了很大的提高。

1．1．2 液压技术主要的发展方向当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。

同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。

1．2 液压传动的工作原理用两个例子说明液压传动系统的工作原理：（1）手动液压千斤顶半结构图——最简单的例子，用于换轮胎等举升工作，生活中常见。

（2）磨床工作台的液压传动系统半结构图——涵盖的液压元件种类比较全，用于讲解液压传动系统的组成及液压系统的图形符号很适合。

通过讲解磨床工作台向左运动、向右运动、过载溢流、油缸停止、油泵卸荷等工况下各元件的工作状态，让学生了解液压系统的工作原理、组成及各液压元件的作用。

压力取决于负载简化模型中，只有大活塞上有了重物G（负载），小活塞上才能施加上作用力F，而有了负载和作用力，才产生液体压力P。

有了负载，液体才会有压力，并且压力大小决定于负载，而与流入的流体多少无关。

这是一个很重要的概念。

今后，在分析液压系统中元件和系统的工作原理时经常要用到它。

实际上，液压传动中液体的压力相当于机械传动中机械构件的应力。

●速度取决于流量另一个重要的基本概念，调节进入缸体的流量Q，即可调节活塞的运动速度V，这就是液压传动能实现无级调速的基本原理。

即活塞的运动速度（马达的转速）取决于进入液压缸（马达）的流量，而与流体压力大小无关。

以上两个重要概念将在本门课程的学习和应用中贯穿始终，必须掌握。

液压系统的图形符号：（增加内容）1．3液压传动的组成液压传动系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和传动介质五部分组成。

●动力元件：液压泵或气源装置，其功能是将原动机输入的机械能转换成流体的压力能，为系统提供（压力油）动力。

●执行元件：液压缸或气缸、液压马达或气马达，功能是将流体的压力能转换成机械能，输出力和速度或转矩和转速，以带动（克服）负载进行直线运动或旋转运动。

●控制元件：压力、流量和方向控制阀，作用是控制和调节系统中流体的压力、流量和流动方向，以保证执行元件达到所要求的输出力（或力矩）、运动速度和运动方向。

●辅助元件：保证系统正常工作所需要的辅助装置，包括管道、管接头、油箱或储气罐、过滤器和压力计。

●传动介质：液体。

传递运动和动力，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却和防锈作用。

1．4 液压传动的特点、应用1．4．1液压传动的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：(1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。

例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。

由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

(1) 可在大范围内实现无级调速。

借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

(2) 在同等功率情况下，液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。

例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。

液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦)，发电机和电动机则约为0.03N/W。

(3) 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。

正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。

(4) 液压传动装置的控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力、易于实现自动化与电气控制配合使用能实现复杂的顺序动作和远程控制。

(5) 液压传动装置易于实现过载保护，系统超负载，油液经溢流阀回油箱。

由于采用油液作工作介质，能自行润滑，所以寿命长。

(6) 液压传动易于实现系列化、标准化、通用化，易于设计，制造和推广使用。

(7) 液压传动易于实现回转、直线运动，且由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构。

(8) 液压传动中，由于功率损失所产生的热量可由流动着的油带走，所以可避免在系统某些局部位置产生过度温升。

1．4．2 液压传动的主要缺点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。

(2)液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。

(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。

(4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。

(5)液压系统发生故障不易检查和排除。

1．4．3 液压技术应用领域机床中采用主要是可实现无级变速，易于实现自动化，能实现换向频繁的往复运动的优点。

为此，液压传动常用在机床的如下一些装置中：进给运动传动装置、往复主体运动传动装置、回转主体运动传动装置、仿形装置、辅助装置、步进传动装置、静压支承。