液压与气动技术第1章 液压与气压传动基础

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1.3 液压与气压传动的优、缺点

④空气的黏度很小.在管路中流动时的压力损失小.管道不易 堵塞.空气也没有变质问题.所以节能、高效。它适用于集中 供气和远距离输送。

⑤与液压传动相比.气压传动反应快.动作迅速一般只需0. 02~0. 03 s就可建立起需要的压力和速度因此.它特另al适 用于实现系统的自动控制
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1.4 液压与气动技术的应用与发展 概况

液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。在工 程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航 空和机床行业中.液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、 空间技术、电子技术等方面的发展.液压技术向更广阔的领域
渗透.发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动
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1.1 液压与气压传动的工作原理

液压缸1下腔容积减小.油液受挤压.压力升高.关闭单向阀3, 液压缸1腔的压力油顶开单向阀2.油液经排油管进入液压缸6 的下腔.推动大活塞上移顶起重物。如此不断上下扳动杠杆就 可以使重物不断升起.达到起降的目的。


1. 1. 3 气压传动的工作原理
严重影响液压系统的工作性能。
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1.5 液压与气动技术的基木理论

③黏性:液体在外力作用下流动时.分子间的内聚力阻碍分子 之间的相对运动而产生一种内摩擦力的这种特性.叫做液体的 钻性。液体只有在流动时才呈现出黏性.静止液体是不呈现黏 性的。

黏性使流动液体内部各处的速度不相等。如图1-5所示.若两
平行平板间充满液体.下平板不动.而上平板速度u0向右平动。 实验测定指出:液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ft与液层接

触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比.即
（1.2）
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1.5 液压与气动技术的基木理论

式中 μ为比例常数· 称为钻性因数或黏度。如以τ表示切应力. 即单位面积上的摩擦力.则 （1.3）
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1.2 液压与气压传动的组成

液压泵的最大工作压力由溢流阀11调定.其调定值为液压缸 的最大工作压力及系统中油液经阀和管道的压力损失的总和。 因此.系统的工作压力不会超过溢流阀的调定值.溢流阀对系 统还起着过载保护作用。工作台的运动速度取决于流量大小. 由流量控制阀4调节。


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1.2 液压与气压传动的组成


1. 2. 1 液压传动的组成
图1-3所示为一简化的组合机床液压传动系统.其工作原理如 下。 定量液压泵3由电动机驱动旋转.从油箱1经过滤油器2吸油。 当换向阀5的阀芯处于图示位置时.压力油经流量控制阀4、 换向阀5和管道9进入液压缸7的左腔.推动活塞向右运动。液 压缸右腔的油液经管道6、换向阀5和管道10流回油箱。改 变换向阀5的阀芯的位置.使之处于左端时.液压缸活塞将反向 运动。改变流量控制阀4的开口.可以改变进入液压缸的流量. 从而控制液压缸活塞的运动速度。液压泵排出的多余油液经 溢流阀11和管道12流回油箱。液压缸的工作压力决定于负 载。


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1.5 液压与气动技术的基木理论

2.液压油的选用 (1)液压传动对工作介质的性能要求 不同的工作机械和不同的使用情况对液压传动工作介质的要 求有很大的不同。为了很好地传递运动和动力.液压传动工作
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1.5 液压与气动技术的基木理论


1. 5. 1 液压油的性质及选用
1.液压油的用途 ①传递运动与动力:将泵的机械能转换成液体的压力能并传至 各处.由于油本身具有黏度.在传递过程中会产生一定的动力 损失。 ②润滑:液压元件内各移动部位.都可受到液压油充分润滑.从 而减低元件磨耗。



③密封:油本身的钻性对细小的间隙有密封的作用。
④冷却:系统损失的能量会变成热.被油带出。
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1.5 液压与气动技术的基木理论

2.液压油的主要性质 ①密度:单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V.质量 为m的液体.密度ρ为 （1.1）

②可压缩性:液体受压力作用而发生体积减小的性质称为可压 缩性。若液压油中混入空气时.其可压缩性将显著增加，并将
化技术现今.采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业化 发展水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程
机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动生产线都采
用了液压传动。
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1.4 液压与气动技术的应用与发展 概况

பைடு நூலகம்
随着液压机械自动化程度的不断提高.液压元件应用数量急剧 增加.元件小型化、系统集成化是发展的必然趋势。特别是近 十年来.液压技术与传感技术、微电子技术密切结合.出现了 许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机(液)
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1.3 液压与气压传动的优、缺点

2.缺点 ①液压传动不能保证严格的传动比。 ②液压传动在工作过程中常有较多的能量损失。 ③液压传动对油温的变化比较敏感.它的工作稳定性容易受到 温度变化的影响.因此不宜在温度变化很大的环境中工作。 ④为了减少泄漏.液压元件在制造精度上的要求比较高.因此 其造价较高.且对油液的污染比较敏感。 ⑤液压传动出现故障的原因较复杂.而且查找困难。
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1.5 液压与气动技术的基木理论

②运动黏度ν。动力黏度μ与液体密度ρ之比叫做运动黏度ν. 即 （1.5） ③相对黏度(又称条件黏度)。常用的有恩氏黏度:200 mL 直径2. 8 mm.同一温度下与蒸馏水的时间比较. ④其他性质。液压油还有其他一些性质.如稳定性(热稳定性、 氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等)、抗泡沫性、抗乳 化性、防锈性、润滑性及相容性(对所接触的金属、密封材料、 涂料等作用程度)等.都对它的选择和使用有重要影响。这些 性质需要在精炼的矿物中加入各种添加剂来获得。

由式(1.2)可知.在静止液体中.速度梯度为零.内摩擦力为零. 故液体在静止状态下是不呈现黏性的。 黏度是衡量液体钻性的指标。常用的黏度有动力黏度、运动 黏度和相对黏度.下面仅介绍前两者。 ①动力黏度μ。动力黏度可由式(1.3)导出，即 （1.4）

动力黏度的单位为帕秒(Pa· S)或N· s/m2

⑥调节控制方便.既可组成全气动控制回路.也可一与电气、 液压结合实现混合控制。
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1.3 液压与气压传动的优、缺点

2.缺点

①由于空气的可压缩性大.所以气动系统的稳定性差.负载变 化时对工作速度的影响较大.速度调节较难。
②由于工作压力低.且结构尺寸不易过大.所以气动系统不易 获得较大的输出力和力矩。因此.气压传动不适用于重载系统。 ③空气无润滑性能.故在系统中需要润滑处应设润滑给油装置。 总体来说.液压与气压传动的优点是主要的.其缺点将随着科 学技术的发展会不断得到克服。例如.将液压传动、气压传动、 电力传动、机械传动合理地联合使用.构成气液、电液(气)、 机液(气)等联合传动.以进一步发挥各自的优点.相互补充.弥 补某些不足之处。
近年来气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工 业等重工业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行 各业。和液压技术一样.当今气动技术亦发展成包含传动、控 制与检测在内的自动化技术.成为柔性制造系统(FMS)在包 装设备、自动生产线和机器人等方面不可缺少的重要手段。 由于工业自动化以及FMS的发展.要求气动技术以提高系统 可靠性、降低总成本与电子工业相适应为目标.进行系统控制 技术和机电液气综合技术的研究和开发。显然.气动元件的微 型化、节能化、无油化是当前的发展特点.与电子技术相结合 产生的自适应元件.如各类比例阀和电气伺服阀.使气动系统 从开关控制进入到反馈控制。计算机的广泛普及与应用为气 动技术的发展提供了更加广阔的前景。
气压传动的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其他原动 机输出的机械能转变为空气的压力能.然后在控制元件的控制 和辅助元件的配合下.通过执行元件把空气的压力能转变为机 械能.从而完成直线或回转运动并对外做功。
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1.1 液压与气压传动的工作原理

图1-2所示为钻床工作台的工作原理。将工件从手中放到夹 具中.接着按下启动按钮.使夹具气缸冲出.当气缸将工件夹紧 后.钻床对工件钻眼.钻完后钻臂返回，与此同时.喷嘴将碎屑 吹掉.然后夹具气缸松开。
从上述例子可以看出一个完整的液压系统由以下4部分组成
①能源装置 ②执行装置
③控制装置
④辅助装置
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1.2 液压与气压传动的组成


1.2.2 气压传动的组成
气压传动的工作原理如图1-4所示。 气压传动的组成部分及各部分的作用如下。 ①气压发生装置:获得压缩空气的能源装置.其主体部分是空 气压缩机。 ②执行机构:将压缩空气的压力能转化为机械能的装置.如气 缸、气马达。 ③控制元件:控制压缩空气的流量、压力、方向以及执行元件 工作程序的元件.如压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀、 逻辑元件等。 ①辅助元件:使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接等 所需的装置.如过滤器、油雾器等


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1.3 液压与气压传动的优、缺点


1.3.2 气压传动的优、缺点
1.优点 ①采用空气作为传动介质.来源方便.取之不尽.用后直接排入 大气而不污染环境.且不需回气管路。 ②气动系统结构较简单.安装自由度大.使用、维护方便.使用 成本低。 ③空气对环境的适应性强.特别是在高温、易燃、易爆、高尘 埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中.比液压、电气及电子控 制都优越。



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1.3 液压与气压传动的优、缺点


1. 3. 1 液压传动的优、缺点
1.优点 ①体积小.重量轻.结构紧凑。 ②运动比较平稳.能在低速下稳定运动.易于实现快速启动、 制动和频繁换向。 ③可在大范围内实现无级调速。 ④容易实现自动化.操纵方便。 ⑤易于实现过载保护且液压件能自行润滑.因此使用寿命较长。 ⑥由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化.所以液压 系统的设计、制造、使用都比较方便。
电一体化元器件.使液压技术在高压、高速、大功率、节能高
效、低噪声、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大进 展。无疑.液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、 计算机辅助试验(CAT)和计算机实时控制也是当前液压技术 的发展方向。
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1.4 液压与气动技术的应用与发展 概况


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1.1 液压与气压传动的工作原理


1. 1. 2 液压传动的工作原理
液压传动是指用液体作为工作介质.借助于液体的压力能进行 能量传递和控制的一种传动形式。利用各种元件组成不同功 能的基本控制回路.再由基本控制回路根据系统要求组成具有 一定控制机能的液压传动系统。 液压千斤顶是机械行业常用的工具.常用这个小型工具顶起较 重的物体。下面以它为例简述液压传动的工作原理。图1-1 所示为液压千斤顶的工作原理。千斤顶有两个液压缸1和6. 内部分别装有活塞.活塞和缸体之间保持良好的配合关系.不 仅活塞能在缸内滑动.而且配合面之间又能实现可靠的密封。 当向上抬起杠杆时.液压缸1的活塞向上运动.液压缸1的下腔 容积增大形成局部真空.单向阀2关闭.油箱4的油液在大气压 作用下经吸油管顶开单向阀3进入液压缸1下腔.完成一次吸 油动作当向下压杠杆时.液压缸1活塞下移.
第1章 液压与气压传动基础

1.1 液压与气压传动的工作原理 1.2 液压与气压传动的组成
1.3 液压与气压传动的优、缺点
1.4 液压与气动技术的应用与发展概况

1.5 液压与气动技术的基木理论
1.1 液压与气压传动的工作原理


1. 1. 1 概述
液压与气压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一 特别是近年来.随着机电一体化技术的发展.与微电子、计算 机技术相结合.液压与气压传动进入了一个新的发展阶段.其 广泛地应用在机械制造业、起重设备、矿山机械、工程机械、 农业机械、化工机械及军事行业中。特别是在机床行业中应 用液压与气压传动技术实现机床往复、机床回转、机床进给、 机床仿行及各种辅助运动。 液压与气压传动技术是以流体—液压油液(或压缩空气)为工 作介质进行能量传递和控制的一种传动形式.它们的工作原理 基本相同。