液压传动

第一章1.液压传动的概念原理
1.1.1概念
液压传动是以密闭管道中受压液体为工作介质，进行能量转换，传递，分配，称之为液压技术，有称之为液压传动。

1.1.2工作原理
1）帕斯卡原理
即“施加于密封容器内平衡液体中的某一点的压力等值地传递到全部液体”因此有
F1/A1=P1=P=P2=F2/A2
2）连续性原理
如果不考虑液体的可压缩性，泄露和构件的变形，则挤压出的液体的体积等于推动上移的体积。

3）能量守恒定律
略
1.1.3液压系统的组成部分及作用
若干液压元件和管路组成以完成一定动作的整体称液压系统。

（1）动力元件又称液压泵
（2）执行元件见液压能转换成机械能的装置。

它是与液压泵作用相反的能量转换装置，是液压缸和液压马达的总称。

（3）控制元件液压系统中控制液体压力，流量和流动方向的元件总称为控制元件。

（4）辅助元件包括油箱管道管接头滤油器蓄能器加热器冷却器等。

（5）工作介质为液体通常是液压油。

1.2液压传动的主要特点及其应用
1.2.1液压传动的主要优点
（1）可实现大范围地无极调速，调速功能不受功率大小的限制
（2）液压传动具有质量轻体积小惯性小响应快等特点。

（3）液压传动均匀平稳，负载变化时速度稳定。

（4）可实现过载自动保护。

（5）可根据设备要求与环境灵活安装，适应性强。

（6）以液压油为工作介质，具有良好的润滑条件。

（7）液压元件易于标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和推广应用。

1.2.2液压传动的主要缺点
（1）效率较低
（2）泄露问题
（3）对污染敏感
（4）检修困难
（5）对温度敏感
（6）对元件加工的精确度要求高
第二章工作介质
2.1液压油的主要物理特性
2.1.1密度和重度
定义：密度（重度）的定义为单位体积液体的质量（重量）。

2.1.1黏性和黏度
1）牛顿黏性定律——黏度表达式
t=f/a=udu/da
a——相对运动层面积
f——相对运动层内内摩擦力
t——液体内部切应力（单位面积上的内摩擦力）
du/dy——速度梯度
u——比例系数称动力黏度
2）黏度的表示方法和单位
（1）动力黏度
上式中的u为油液种类和温度决定的比例系数，他表示液体黏性的内摩擦程度，称动力黏度或绝对黏度。

可表示为
t
U=————
du/dy
（2）运动黏度
运动黏度为动力黏度和密度的比值。

用v表示。

V=u/p
(3)相对黏度
相对黏度有很多种我国采用的是恩氏黏度英国采用的是雷氏黏度
恩氏黏度采用的是恩氏黏度计测定的
3）黏温特性
黏度随温度升高（降低）而减小（增大）的特性称为黏温特性。

Vl-VV
VI=————*100%
Vl-VH
式中vv——试样在40℃时的运动黏度
Vl——黏度指数vi=0的标准油样在40℃是的运动黏度，与试样在100℃时的运动黏度相同。

Vh——黏度指数VI=100的标准油样在40℃时的运动黏度，与试样在100℃时的运动黏度相同。

4）黏压特性
黏度随压力的升高（降低）而增大（减小）的特性称之为黏压特性。

2.1.3可压缩性
液体（气体）受压后体积变小的特性称为其可压缩性。

2.1.4热力学特性
1）体积膨胀特性
2)比热容
单位质量的液体上升单位温度所需要的热量。

3）导热系数
导热系数为沿热传导方向单位温度梯度下、单位时间内通过单位法向面积的热量。

2.1.5其他物理特性
1)剪切安定性
2)含水量和含灰量
3）凝点
4）抗泡沫性
2.2液压油的化学特性及对液压油的一般要求
2.2.1液压油的有关化学特性
1）防修饰性
2)氧化稳定性和热稳定性
3)抗磨性
4）密封适应性计材料的相容性
5）难燃性
6）抗乳化性和水稳定性
7）操作特性
2．2.2对液压油的一般要求
1）适当的黏度和良好的黏温特性
2)良好的相容性
3）良好的抗磨性
4）良好的抗氧化稳定性和热稳定性
5）良好的流动性和抗燃性
6）良好的抗乳化性和抗泡沫性
7）清洁性好
8）良好的使用特性
2.3液压传动工作介质的类型
2.3.1矿物油基液压油
1）HH液压油
2）HL液压油
3）HM液压油
4）HR液压油
5）HG液压油
6）HV和HS液压油
7）专用液压油
2.3.2难燃液压液
难燃液压液分为高水基液压液、合成液压液和纯水。

2.4工作介质选择使用和维护
2.4.1工作介质的选择
1)根据工作环境
2）根据系统的性能和使用条件
3）经济性的综合条件
2.4.2工作介质的使用和维护
1）使用前的管理和维护
2）使用中的管理和维护
3）污染和控制
第三章液压泵
3.1概述
3.1.1液压泵的工作原理
（1）高低压腔要隔开
（2）必须构成可变化的密封容积并且具有匹配的配流方式
（3）油液吸入压力不小于大气压，这是液压泵完成吸油液的外部条件
3.1.2液压泵的性能参数
1)压力
(1)工作压力极为PB
(2)额定压力
（3）吸入压力
2）流量和排量
（1）排量
泵轴每转一周，由其密封容腔几何尺寸变化计算而得到得排出液体的体积，记为qB
(2)理论流量
在单位时间内，有泵密封容腔几何尺寸变化计算而得到的泵排出液体的体积称为理论流量，记为Qt.
Qt=qBnB
(3)实际流量
指泵工作时的输出流量记为QB
（4）额定流量
指在额定转速和额定压力下输出的流量，即泵最小输出量记为QR
QR<=QB<=Qt
（5）瞬态流量
指泵在每一瞬时的流量
3）功率
液压泵输入能量为机械能，即为转矩T和角速度w，液压泵输出的能量为液压能，即为压
力p和流量Q.
(1)理论功率
他用泵的理论流量与泵进出口压差的乘积来表示，即
Pt=△pBQt≈pBQt
(2)输入功率
指实际驱动泵轴所需要的机械功率即
Pi=wBTi=2*3.14*nBTi
（3）输出功率
它用泵实际输出量QB与泵进出口压差△pB的乘积来表示即
PB=△Pbqb≈Pbqb
当忽略能量转换及输出过程中的损失时，液压泵的输出功率等于输入功率，即泵的理论功率为
Pt=△pBQt=△pBqBnB=wBTt=2*3.14*nBTt
4）效率
液压泵在工作中有能量损失，因泄露而产生的损失是容积损失（液压功率损失），因摩擦而产生的损失是机械损失（机械功率损失）
（1）容积效率
它是液压泵实际流量与理论流量之比，记为ηBV即
Q Qt-△QB △QB △QB
η=——=————=1-——=1-————
Qt Qt Qt qBnB
△QB=k1pB
式中k1——泵的泄漏系数
故又有k1pB
η=1-————
qBnB
（2）机械效率
液体在泵体内流动时，流体的黏性会引起转矩损失，此外泵内零件相对运动时，机械摩擦也会引起转矩的损失。

（3）总效率；
泵的总效率是泵输出功率与输入功率之比。

3.2齿轮泵
通过密闭在壳体内的两个或两个以上的齿轮啮合而工作的液压泵称齿轮液压泵；啮合齿轮均为外齿轮时称为外齿轮泵；由一个内齿轮与一个或一个以上的外齿轮构成的齿轮泵称为内齿轮泵。

主要缺点：流量和压力脉动大。

噪声大，排量不可调节。

3.2.1齿轮泵的结构和工作原理
工作原理图略
3.2.2齿轮泵的几何排量和流量
1几何排量
齿轮泵的几何排量等于一个齿轮的齿轮体积和齿谷之和
2瞬态流量及流量动脉系数和流量脉动频率
1）瞬态流量
根据公式有下式
Q(t)=Bw(Ra2-R’2-Rb2φ2)
2)流量脉动系数和脉动频率
脉动系数
脉动频率
Fq=Zn /60
n——齿轮泵的转速
3.2.3齿轮泵的结构特点
1）泄漏
1）径向泄漏
径向泄漏即压力油液沿齿顶圆与壳体之间的径向间隙从高压腔到低压腔的泄漏。

（2）轴向泄漏
轴向泄漏时压力油液沿齿轮端面与侧板端面之间的轴向间隙从高压腔到低压腔的泄露。

也称端面泄漏。

约占总泄漏量的70%~75%
齿面啮合处间隙泄漏
（3）齿面啮合处间隙泄漏
由于齿形误差造成沿齿宽方向接触不良而产生间隙，使压油腔与吸油腔之间造成间隙，这部分泄漏最少。

2）径向液压力（不平衡力）
在齿轮泵中，由于高压腔和低压腔存在着压力差，泵体表面与齿轮表面之间存在着径向间隙通长认为
（1）液压力作用在齿顶圆上Ra上
（2）不计齿轮轴等因外力而引起的几何变形（刚性假定），径向间隙均匀。

通以上分析可以得出减小径向液压力的措施
（1）合理选择结构参数。

（2）增大吸液口尺寸和减小径向液压力的重要措施。

（3）改变沿齿顶圆周的压力分布规律——开径向液压力平衡
3)困油现象
在封闭的情况下继续改变油液所占的容积而产生压力急剧变化的现象二称为困油现象。

消除困油的方法是：
在量端盖上开一对与高压腔矩形卸载槽。

开矩形卸载槽的原则是：当封闭容积减小时，是卸载槽相通以便将封闭容积的油液拍到压油腔；的当封闭容积增大时，是卸载槽与吸油腔相通，使吸油腔的油补入避免产生真空，这使困油现象得以消除。

3.2.4提高外啮合齿轮泵压力的措施
提高外啮合齿轮泵测压力的措施是：用齿轮端面间隙自动补偿装置，即采用浮动轴或弹性侧板自动补偿端面间隙装置。

3.2.5齿轮泵设计要点
1)选择齿数Z
2）选择模数m和齿宽B
3）圆周速度校核
4）卸载槽尺寸设计
5）齿轮参数设计
6）常用材料和技术要求
（1）齿轮轴
（2）轴承
（3）齿轮
（4）壳体
（5）侧板
3.2.6内啮合齿轮泵
内啮合齿轮泵有内啮合渐开线齿轮泵和内啮合摆线齿轮泵两种类型。

3.2.7螺杆泵
螺杆泵实质上是一种外啮合摆线齿轮泵，按其螺杆数分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、四螺杆泵和五螺杆泵等；按螺杆的横截面积有摆线齿轮、摆线——渐开齿轮和圆形齿轮3种不同的螺旋泵。

3.3叶片泵
叶片泵按其结构来分有单作用式叶片泵和双作用式叶片泵两大类。

单作用式叶片泵主要做变量泵；双作用式叶片泵主要做定量泵。

双作用式叶片泵的径向力平衡、流量均匀、寿命长，有其独特的优点。

3.3.1双作用式叶片泵
1.双作用式叶片泵的工作原理
叶片泵的叶子每转一周，两相连的叶片之间密封容积吸、排液各两次，因此这种泵称为双作用式叶片泵。

2.双作用式叶片泵的排排量和流量
1）排量
理论排量
qB=2Z（V1-V2）=2πB(R2-r2)
式中B——叶片的宽度
R——定子的大半径
r——定子的小半径
实际流量
R-r
qB”=2B(π（R2-r2）-————δZ)
cosθ
2)流量
双作用式叶片泵的流量QB
QB=qB”nBηBV
式中nB——叶片泵的转速
ηBV——叶片泵的容积效率
3.双作用式叶片泵的结构特点
1）定子工作表面曲线
2）配流盘
3）叶片倾角
4.提高双作用式叶片泵的压力需要采取以下措施；
(1)端面间隙自动补偿
（2）减少叶片对定子的作用力
①减少作用在叶片底部的液压力
②减少叶片底部面积
③采取双片叶结构
④采用复合叶片结构
3.3.2单作用式叶片泵
1.单作用式叶片泵的工作原理
单作用式叶片泵转一周过程中，每个密封容积完成吸油和排油各一次，所以成为单作用式叶片泵
2.单作用式叶片泵的转子和配流盘
单作用式叶片泵的主要矛盾是叶片在低压吸油区伸出困难，而双作用式叶片泵的主要矛盾是叶片在高压排油区退回困难，故两种叶片泵的也叶片的相对旋转方向的倾角相反。

3.单作用式叶片泵的排量和流量
略
3.3.3限压式变量叶片泵
1.限压式变量叶片泵的种类
1）外反馈限压式变量叶片泵
2）内反馈限压式变量叶片泵
2.限压式变量叶片泵的应用
3.4轴向柱塞泵
由一个或一个以上的柱塞在缸体内作往复运动而工作的液压泵称为柱塞泵根据柱塞在缸体内排列方式的不同，可以分为两大类，即径向柱塞泵和轴向柱塞泵
柱塞轴线与缸体轴线垂直的柱塞泵称径向柱塞泵。

柱塞轴线与缸体轴线平行或略有倾斜的柱塞泵称为轴向柱塞泵，可分为两种，即直轴泵和斜轴迸
轴向柱塞泵有如下特点：由于密封容积是由缸孔和柱塞构成的，配合表面质量和尺寸精度易达到设计要求，密封性好，泄漏量小，效率高，工作压力高，转速高，体积小和质量轻等特点。

3.4.1直轴式轴向柱塞泵工作原理、排量和流量分析
1.工作原理
主轴或缸体转一周时，每一柱塞均完成一次往复运动和吸排液过程。

当调节盘倾角γ时，可调节斜盘郭晋安泵的几何流量。

2.几何排量、平均流量和瞬态流量
几何排量
qB=π/4*d2ZDtanγ
d——柱塞直径
Z——柱塞数
D——柱塞分度圆直径
γ——斜盘倾角
3.4.2直轴式柱塞泵经典结构
1.CY14-1型周兴柱塞泵主题结构
2.变量结构
1）手动变量结构
2)手动伺服变量机构
3）恒功率变量机构
3.通轴式轴向柱塞泵
4.典型零件的力学分析
1）柱塞和滑靴
2）配流盘
3斜盘
4）缸体
5.斜轴式轴向柱塞泵
1）工作原理
驱动轴线与缸体轴线成一定倾角的轴向柱塞泵称斜轴式柱塞泵。

按缸体驱动形式可分为中心铰泵和无铰泵两类。

2)斜轴式轴向柱塞泵的典型结构
3.5径向柱塞泵
柱塞轴线与缸体轴线垂直的柱塞泵称为径向柱塞泵。

根据配流方式可分为轴配流式径向柱塞泵和阀配流式径向柱塞泵。

3.5.1工作原理
由于径向柱塞泵的径向尺寸大，柱塞布置不紧凑，结构复杂，自吸能力差，配流轴上径向液压力不平衡，配流直径必须做的比较粗，以免变形过大；同时在配流轴与村套之间磨损后的间隙很难自动补偿，泄漏较大，这些原因限制了径向柱塞泵的转速和额定压力的进一步的提高。

3.5.2排量和流量
泵的实际流量为
QB=π/4*d2*2eZnBηBV
式中d——柱塞直径
e——转子中心与定子中心偏心距
Z——柱塞数
ηBV——泵的容积效率
3.6各类液压泵性能比较级应用
第四章执行元件
4.1概述
将液压泵提供的液压能量重新转换成机械能的装置称为执行元件。

执行元件可分为两类三种:液压马达液压缸和摆动液压马达后者也称为摆动液压缸。

4.2液压马达参数计算机分类
4.2.1参数计算
液压马达的参数计算主要根据给定的条件或已知参数计算马达的输出速度、转矩和功率
1.液压马达的输出转速
2.工作压力
3.液压马达的输出功率
4.液压马达的输出转矩
4.2.2液压马达的分类
液压马达的常见的分类方式是根据结构形式分类的，这样便可分为齿轮式液压马达、叶片式液压马达、柱塞式液压马达。

同样可根据几何排量可否调节分为变量液压马达和定量液压马达
4.2.3高速液压小转矩马达
高速小转矩液压马达的常见形式有单作用叶片式液压马达、齿轮式液压马达和轴向液压式液压马达
4.3.1单作用叶片液压马达工作原理
根据单作用液压马达工作原理实例，给出液压马达工作条件如下：
（1）要形成密封和可变的工作容积
（2）要产生驱动负载转矩
（3）要有适当的流配方式，即密封容积的大小；高压液可以进入，密封容积变小，低压油液可以排除。

4.4低速大转矩液压马达
4.4.1单作用曲轴连杆式径向柱塞马达
多个柱塞轴线与缸体轴线的柱塞式液压马达称径向柱塞式液压马达。

液压力作用在径向往复运动的柱塞上，通过连杆驱动而作用的径向柱塞式马达称之。

4.6.2液压钢的基本计算
第五章辅助元件
5.1油管及接头
5.1.1油管
1）油管的材质和类型
油管的种类有无缝钢管、有缝钢管、耐油橡胶软管、紫铜管、尼龙管和塑料管。

5.2油箱
5.2.1油箱的功用和要求
油箱的主要用途有存储油液，此外还起到散热、逸出混在油中空气、沉淀油液中污物等作用，有时还应兼做液压元件安装台，所以油箱的容量和结构应满足以下要求：
（1）具有足够的容量，以满足液压系统对能量的要求
（2）能分离出油液中的空气和杂质，并能散发出液压系统对工作过程中产生的热量，使油液温度不超过容许值。

（3）油箱以上部分。