机械基础 第八章 液压传动

定量泵 定量马达
变量泵 变量马达
双向定量泵
双向变量泵
双向定量马达 双向变量马达
1、齿轮泵
齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵， 它的抗污染能力强，价格最便宜。但一般齿轮 泵容积效率较低，轴承上不平衡力大，工作压 力不高。齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动 大，运行时噪声水平较高，在高压下运行时尤 为突出。齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制 不严的场合。一般机械的润滑泵以及非自吸式 泵的辅助泵都采用齿轮泵。 从结构上看齿轮泵可分为外啮合和内啮合 两类，其中以外啮合齿轮泵应用更广泛。
§8.2 液压泵和液压马达
液压泵和液压马达的工作原理 齿轮泵和齿轮马达 叶片泵和叶片式马达 柱塞泵和柱塞式液压马达
http://202.121.241.117/Fluid_Steam _Web/DH/DH.htm
液压泵和液压马达都是液压传 动系统中的能量转换元件。液压泵由 原动机驱动，把输入的机械能转换成 为油液的压力能，再以压力、流量的 形式输入到系统中去，它是液压系统 的动力源；液压马达则将输入的压力 能转换成机械能，以扭矩和转速的形 式输送到执行机构做功，是液压传动 系统的执行元件。
二、液体静力学
• 研究内容：研究液体处于静止状态的 力学规律和这些规律的实际应用。 • 静止液体：指液体内部质点之间没有 相对运动，至于液体整体完全可以象 刚体一样做各种运动。
1、液体的静压力及特性 （1）液体的静压力定义：液体单位面积上所 受的法向力，物理学中称压强，液压传动中 习惯称压力。
（2）液体静压力特性： 垂直并指向于承压表面 ∵ 液体在静止状态下不呈现粘性 ∴ 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 各向压力相等 ∵ 有一向压力不等，液体就会流动 ∴ 各向压力必须相等
2、液体静力学基本方程
（1）计算静止液体内任意点A处的压力 p = p0+ρgh （2）重力作用下静止液体压力分布特征 ①静止液体中任一点处的压力由两部分 液面压力p0 组成 液体自重所形成的压力ρgh ② 静止液体内压力沿液深呈线性规律分布 ③ 离液面深度相同处各点的压力均相等， 压力相等的点组成的面叫等压面.
2、径向力不平衡
解决措施： 1、开平衡；
2、缩小压油口。
3、困油现象
解决措施： 开卸荷槽
2、齿轮马达
外啮合齿轮 泵工作原理
由泵体2、一对啮合齿轮1和5、前后两端 盖和传动轴6和7等组成。泵体、端盖和 齿轮的各齿间形成两个互不相通的密封 容积3和4。当齿轮按图示方向旋转时，K 点右侧两轮齿脱开啮合，使密封容积逐 渐增大，形成局部真空，油箱中油液在 大气压作用下经油管被吸入油腔3，充满 齿间。随着齿轮旋转，油液被带到油腔4。 由于油腔4的轮齿逐渐进入啮合，故密封 容积不断减小，从而使齿槽间的油液被 逐渐挤出，通过压油腔4被送入系统中。 故3为吸油腔，4为压油腔。
2、液压图形符号
下图为机床工作台液压系统的图形符号图
机床工作台液压系统的图形符号图
－油箱 －滤油器 －液压泵 －溢 流阀 －开停阀 －换向阀 －活塞 液压缸 －工作台
(4)辅助元件
如油箱、油管、滤油器等。 其作用是输送液体、储存液体、过滤液体、密 封等，以保证液压系统正常工作所必需的部分。
(5)传动介质
3、伯努利方程—能量守恒定律
（1）能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动 时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面 上的总能量应该相等。 （2）伯努利方程（理想液体）： p1 +ρg Z1 +ρv12 / 2 = p2+ρg Z2+ρv22/2 或 p/ρg +Z+ v2 /2g= C（c为常数） （3）方程的物理意义：在密闭管道内作恒定
泵的分类：
定量泵 齿轮泵
泵
变量泵 叶片泵
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叶片泵
径向柱塞泵 轴向柱塞泵
轴向柱塞泵
马达的分类：
定量马达 齿轮马达
马达
变量马达 轴向柱塞马达
径向柱塞马达 轴向柱塞马达 低速液压马达
一、液压泵的基本工作原理
图中为单柱塞泵的工作原 理。凸轮由电动机带动旋转。 当凸轮推动柱塞向上运动时， 柱塞和缸体形成的密封体积 减小，油液从密封体积中挤 出，经单向阀排到需要的地 方去。 当凸轮旋转至曲线的下降 部位时，弹簧迫使柱塞向 下，形成一定真空度，油 箱中的油液在大气压力的 作用下进入密封容积。凸 轮使柱塞不断地升降，密 封容积周期性地减小和增 大，泵就不断吸油和排油。
若将放油阀8旋转90°，油腔中的油液在 重物G的作用下，流回油箱，活塞11就下降 并恢复到原位。 通过对液压千斤顶工作过程的分析可知， 液压传动的工作原理是以油液作为工作介质， 依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液 内部的压力来传递动力。液压传动装置实质 上是一种能量转换装置，即实现机械能→液 压能→机械能的能量转换。
(3)液体的粘性 液体在外力作用下流动时，由于液体分子间 的内聚力和液体分子与壁面间的附着力，导致 液体分子间相对运动而产生的内摩擦力，这种 特性称为粘性。 粘性的大小用粘度来表示。粘度大，液层间 内摩擦力就大，油液就稠，流动时阻力就大， 功率损失也大；反之油液就稀，易泄漏。粘度 随温度升高而下降。静止液体不呈现粘性。
第八章 液压传动
§8.1液压传动的基本知识 §8.2液压元件
§8.3液压基本回路及液压系统
液压传动是以液体作为工作介质， 并利用液体的压力实现机械设备的运动 或能量传递和控制功能，随着现代科技 的发展，液压传动在机床、工程机械、 交通运输机械、农业机械、化工机械、 船舶及航空航天等领域都得到了广泛的 应用。
即液体。
3、液压系统的组成 (1)动力元件：即液压泵。它可将机械能转化成
液压能，是一个能量转化装置。
(2)执行元件：即液压缸或液压马达。其作用是
将液压能重新转化成机械能，克服负载，带动 机器完成所需的运动。
(3)控制元件：即各种控制阀。其作用是控制液
体压力、流量和方向。如各种压力阀、流量阀和换 向阀。
2、液压油的选用 目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。 要根据系统中采用的元件结构形式（主要是 液压泵）运动速度、使用温度和压力等因素 来选用油液的品种和品牌。
对液压油的要求：
(1)良好的化学稳定性。 (2)良好的润滑性能，以减小元件之间 的磨 损。 (3)质地纯净，不含或含有极少量的杂质、 水份和水溶性酸碱等。 (4)适当的粘度和良好的粘温特性。
流动的理想液体具有三种形式的能量，即 压力能、位能和动能。在流动过程中，三 种能量之间可以互相转化，但各个过流断 面上三种能量之和恒为定值。
四、液体传动的工作原理
1. 液 压 千 斤 顶
液压千斤顶由手动柱塞泵和液压缸以及管路、
管接头等构成一个密封的连通器，其间充满着油液。 关闭放油阀8，向上提起杠杆手柄1，活塞3随之 上升，油腔4密封容积增大，产生局部真空，油箱6 中的油液在大气压作用下，推开单向阀5中的钢球并 通过吸油管道进入油腔4，实现吸油（图b）；当杠 杆手柄1下压时，活塞3随之下移，油腔4密封容积减 小，油液受到外力挤压产生压力，单向阀5关闭，单 向阀7的钢球被顶开，油液压入油腔10，实现压油 （图c）。然后推动活塞11和重物上移。反复提压杠 杆手柄1，能不断地实现吸油和压油，压力油将不断 被压入油腔10，使活塞和重物不断上移，达到起重 的目的。
在啮合过程中啮合点沿啮合线移动，把这两 区分开，起配流作用。当齿轮不断旋转时， 齿轮泵连续不断地重复吸油和压油的过程， 不断向系统供油。
图为外啮合齿轮泵实物结构
外啮合齿轮泵的几个问题
1、泄漏
2、径向力 3、困油
1、齿轮泵的泄漏
泄漏途径：
1) 齿顶圆与壳体内孔之间的径向间隙； 2) 齿轮端面与侧盖之间的轴向间隙； 3) 齿宽方向上的不完全啮合造成的齿面 间隙。 其中，途径 2）是最主要的泄漏途径，约 占总泄漏的75％～80％。
2、连续性方程—质量守恒定律 连续性原理：理想液体在管道中恒定流动时， 根据质量守恒定律，液体在管道内既不能 增多，也不能减少，因此单位时间内流入 液体的质量应恒等于流出液体的质量。连 续性方程 ： v1A1 = v 2A2 或 q = vA = 常数 结论：液体在管道中流动时，流过各个断面 的流量是相等的，因而流速和过流断面成 反比。
§8.1液压传动的基本知识
一、 液压传动工作介质 • 统计表明，液压系统发生的故障有90%是由于使用管 理不善所致。液压油过滤与处理是液压系统使用管 理中的重点项目之一，不仅是减少系统故障的重要 途径，也是提高使用管理水平的一个标志。 • 在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作 介质。同时，它还起着润滑、冷却和防锈的作用。 液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取 决于系统中所用的液压油液。
p1 p2
结论：液压系统的工作压力取决于负载，并且 随
着负载的变化而变化。
5、液体对固体壁面的作用力 作用在平面上的总作用力：P = p· A
如：液压缸，若设活塞直径为D,则 P = p· = p· 2/4 A πD
三、液体动力学
1、基本概念
（1）理想液体、定常流 理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。 定常流动：流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时 间而变化流动。 （2）流量和平均流速 流量—单位时间内流过某通流截面液体体积q。 平均流速—通流截面上各点均匀分布假想流速。
3、压力的表示方法及单位
（1）测压两基准
• 绝对压力—以绝对零压为基准所测。 • 相对压力*—以大气压力为基 准所测。
（2）关系
• 绝对压力 = 大气压力 + 相对压力 • 或 相对压力（表压）= 绝对压力 – 大气压力 • 注： 液压传动系统中所测压力均为相对压力 即表压力
4、帕斯卡原理
帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭的容器内，施 加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。 根据帕斯卡原理： p = F/A
容积式液压泵
容积式液压泵的共同工作原理如下：
液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压 油的，故可称为容积泵。其工作过程就是吸 油和压油过程。 要保证液压泵正常工作，必须满足以下 条件： 1．应具备密封工作容积，并且密封容 积应能不断重复地由小变大，再由大变小。 2．要有配油装置，在吸油过程中必须 使油箱与大气相通，容积减小时向系统压油。
容积式液压泵的共同工作原理如下：
（1）容积式泵必定有一个或若干个周期变化的密
封容积。密封容积变小使油液被挤出，密封容积 变大时形成一定真空度，油液通过吸油管被吸入。 密封容积的变换量以及变化频率决定泵的流量。 （2）合适的配流装置。不同形式泵的配流装置虽 然结构形式不同，但所起作用相同，并且在容积 式泵中是必不可少的。 容积式泵排油的压力决定于排油管道中油液 所受到的负载。
5、凝固点和流动温度较低，以保证油液能在 较低温度下使用。 6、自燃点和闪点要高。 7、有较快地排除油中游离空气和较好地与油 中水份分离的能力。 8、没有腐蚀性，防锈性能好，有良好的相容 性。
3、使用注意事项
(1) 油箱中的油面应保持一定高度，正常工作 时油箱的温升不应超过液压油所允许的范围， 一般不得超过65℃。 (2)为防止系统中进入空气，要做到：所有回 油管都在油箱液面以下，管口切成斜断面；油 泵吸油管应严格密封；油泵吸油高度应尽可能 小些，以减少油泵吸油阻力；可能情况下，应 在系统最高点设置放气阀；定期检查油液质量 和油面高度，以便及时更换和添加。
1、液压油的性质
（1）液体的密度 密度—单位体积液体的质量。ρ=m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不 大，通常忽略。 (2) 可压缩性和膨胀性 随压力的增高液压油体积缩小的性质称为可压缩 性。随温度的升高液压油体积增大的性质称为膨胀 性。在一般液压传动中，液压油的可压缩性和膨胀 性值很小，可以忽略不计。
在液压传动系统中，液压泵和液压马达都 是容积式的，依靠容积变化进行工作。 从能量转换的观点来看，液压泵与液压马 达是可逆工作的液压元件，向任何一种 液压泵输入工作液体，都可使其变成液 压马达工况;反之，当液压马达的主轴 由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵 工况。但在实际中由于性能及结构对称 性等要求不同，一般情况下，液压泵和 液压马达不能互换。