液压与气压传动课件(精华版)

普通高等教育“十一五”国家级重点教材 普通高等工科教育机电类规划教材
液压与气压传动(第4版)
左健民 主编
主讲 陈 水 胜 湖北工业大学机械电子工程系
2011年2月
液压传动与气压传动
(杨曙东 何存兴主编)
(第三版)
课件编制：
湖北工业大学 陈水胜 李奕
前言
一、课程的性质和任务 二、课程的基本要求 三、课程内容（理论教学+实验教学=56学时） 四、教学大纲执行说明 五、学时分配 六、教材及参考书
右图所示 为一可完成某 程序动作的气 压系统的组成 原理图，其中 的控制装置是 由若干气动元 件组成的气动 逻辑回路。它 可以根据气缸 活塞杆的始末 位置，由行程开关等传递信号，再作出下一步的动作，从而实 现规定的自动工作循环。
由上面的例子可以看出，液压与气压传动系统主要由以下几个部分
组成： （1）能源装置 把机械能转换成流体的压力能的装置，一般最常见的是 液压泵或空气压缩机。 （2）执行装置 把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指液（气） 压缸或液（气）压马达。 （3）控制调节装置 对液（气）压系统中流体的压力、流量和流动方向 进行控制和调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀等。
二.液压与气压传动的工作原理
液压与气压传动的基本工 作原理是相似的，现以图 0－1 所示的液压千斤顶来简述液压 传动的工作原理。由图 0－1 a 可知，大缸体 9和大活塞 8组 成举升液压缸 。杠杆手柄 1 、 小缸体 2 、小活塞 3 、单向阀 4 和 7 组成手动液压泵。如提 起手柄使小活塞向上移动，小 活塞下端油腔容积增大，形成 局部真空，这时单向阀 4 打开 通过吸油管 5从油箱 12中吸油； 用力压下手柄 ，小活塞下移 ， 小活塞下腔压力升高，单向阀4 关闭，单向阀7打开，下腔的油 液经管道6输入大缸体9的下腔， 迫使大活塞 8向上移动，顶起重 物。再次提起手柄吸油时，举升缸下腔的压力油将力图倒流入手动泵内，但此时单向阀 7 自动关闭，使油液不 能倒流，从而 保证了重物不会自行下落 。不断地往复扳动手柄 ，就能不断地把 油液压入举升缸下腔，使重物 逐渐地升起。如果打开截止阀 11，举升缸下腔的油液通过管道 10 、阀 11流回油箱，大活塞在重物和自重作用 下向下移动，回到原始位置。
（4）辅助装置 指除以上三种以外的装置，如油箱、过滤器、分水滤气 器、油雾器、蓄能器等，它们对保证液（ 气 ）压系统可靠和稳定地工作 有重大作用。 （5）传动介质 传递能量的流体，即液压油或压缩空气。
四.液压与气压传动的优缺点
液压与气压传动的优点
液压与气压传动元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接， 布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。 在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压 装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度 在这里指工作压力。
五.液压与气压传动的应用及发展
一般工业用液压系统 塑料加工机械（注塑机）、压力机械（锻压机）、重型 机械（废钢压块机）、机床（全自动转塔车床、平面磨 床）等。
工程机械（挖掘机）、起重机械（汽车吊）、建筑机械 （打桩机）、农业机械（联合收割机）、汽车（转向器、 减振器）等。 冶金机械（轧钢机）、提升装置（电极升降机）、轧辊 调整装置等。
液压传动的工作原理
图0－1b为液压千斤顶的简化模型，据此可分析两活塞之间的力比例关系、 运动关系和功率关系。
1.力比例关系
当大活塞上有重物负载 W 时， 大活塞下腔的油液就将产生一定的 压力 p ，p = W/A2 。根据帕斯卡原 理“在密闭容腔内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液压各点”。 因而要顶起大活塞及其重物负载W，在小活塞下腔就必须要产生一个等值的 压力p，也就是说小活塞上必须施加力F1,F1=pA1,因而有 p ＝F1/A1=W/A2 或 W/F1=A2/A1 （0－1）
以看出，被小活塞压出的油液的体积必然等于大活塞向上升起后大缸扩大的 体积。即 A1h1=A2h2 或 h2/h1=A1/A2 （0－2）
从式（0－2）可知，两活塞的位移和两活塞的面积成反比， 将A1h1 ＝A2h2 两端同除以活塞移动的时间t得 A1h1/t=A2h2/t 即 v2/v1=A1/A2 （0－3）
总目录



绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
流体力学基础 液压动力元件 液压执行元件 液压控制元件 液压辅助元件 液压基本回路 典型液压传动系统 液压伺服和电液比例控制技术 液压系统的设计与计算
绪 论
一.液压与气压传动的研究对象 二.液压与气压传动的工作原理 三.液压与气压传动系统的组成 四.液压与气压传动的优缺点 五.液压与气压传动的应用及发展
式中v1 、 v2分别为小活塞和大活塞的运动速度。
从式（0－3）可以看出，活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比。 Ah/t的物理意义是单位时间内液体流过截面积为A的某一截面的体积，称 为流量q，即 q = Av 因此， A1v1=A2v2 （0－4） 如果已知进入缸体的流量q，则活塞的运动速度为 v=q/A （0－5） 调节进入缸体的流量 q，即可调节活塞的运动速度v，这就是液压与 气压传动能实现无级调速的基本原理。从式（ 0－5 ）可得到另一个重要 的基本概念。即活塞的运动速度取决于进入液压（气压）缸（马达）的 流量，而与流体压力大小无关。
气压传动有较好的自保持能力。即使气源停止工作，或气 阀关闭，气压传动系统仍可维持一个稳定压力。 气压传动在一定的超负载工况下运行也能保证系统安全工 作，并不易发生过热现象。无油的气动控制系统特别适用 于无线电元器件的生产过程，也适用于食品及医药的生产 过程。
液压与气压传动的缺点
在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率偏低。
3.功率关系
由式（0－1）和式（0－3）可得 F1v1= Wv2
（0－6）
式（0－6）左端为输入功率，右端为输出功率，这说明在不计损失的情况 下输入功率等于输出功率，由式（0－6）还可得出 P=pA1v1=pA2v2=pq （0－7） 由式（0－7）可以看出，液压与气压传动中的功率P可以用压力p和流量q 的乘积来表示，压力p和流量q式流体传动中最基本、最重要的两个参数， 它们相当于机械传动中的力和速度，它们的乘积即为功率。 从以上分析可知，液压传动和气压传动是以流体的压力能来传递动 力的。
由于传动介质的可压缩性和泄露等因素的影响，不 能严格保证定比传动。 液压与气动元件制造精度高，系统工作过程中发生 故障不易诊断。
液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作， 采用石油基液压油作传动介质时，还需注意防火问 题。
气压传动的缺点
气压传动系统的工作压力低，因此气压传动装置的推力一 般不宜大于10～40kN，仅适用于小功率场合，在相同输出 力的情况下，气压传动装置比液压传动装置尺寸大。 由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差， 位置和速度控制精度不高。 气压传动系统的噪声大。 气压传动工作介质本身没有润滑性。 气压传动装置的信号传递速度限制在声速（约340m/s）范 围内，所以它的工作频率和响应速度不如电子装置，并且 信号要产生较大的失真和延滞，也不便于构成较复杂的回 路，但这个缺点对工业生产过程不会造成困难。
由 式（0－1）可知，当负载 W 增大时，流体工作压力p也要随之增大， 亦即 F1 要随之增大；反之，若负载W很小，流体压力就很低，F1 也就很小。 由此建立了一个很重要的基本概念，即在液压和气压传动中工作压力取决于 负载，而与流入的流体多少无关。
2.运动关系
如果不考虑液体的可压缩性、漏损和缸体、油管的变形，从图0－1b可
液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，可以达到2000：1，对 速度的调节还可以在工作过程中进行。
液压传动和液气联动传递运动均匀平稳，换向冲击小，易于实现快速启动、制动 和频繁换向。 液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。 液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调 节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂 的运动和操作。 液压与启动元件属于机械工业基础件，系列化、标准化和通用化程度较高，有利 于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。
一.液压与气压传动的研究对象
液压与气压传动是研究以有压流体（ 压力油或压缩空气 ）为能源介 质，来实现各种机械的传动和自动控制的学科。液压与气压传动实现传动 和控制的方法是基本相同的，它们都是利用各种元件组成所需要的各种控 制回路，再由若干回路有机组合成能完成一定控制功能的传动系统来进行 能量的传递、转换与控制。 液压传动所用的工作介质为液压油或其它合成液体，气压传动所用的 工作介质为空气，由于这两种流体的性质不同，所以液压传动和气压传动 又各有其特点。液压传动传递动力大，运动平稳，但由于液体粘性大，在 流动过程中阻力损失大，因而不宜作远距离传动和控制；而气压传动由于 空气的可压缩性大，且工作压力低（ 通常在 1.0MPa以下 ），所以传递动 力不大，运动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、 速度快、反应灵敏，因而气压传动能用于远距离的传动和控制。
气压传动的优点
气压传动系统的介质是空气，它取之不尽用之不竭，成本 较低，用后的空气可以排到大气中去，不会污染环境。
气压传动的工作介质粘度很小，所以流动阻力很小，压力 损失小，便于集中供气和远距离输送，便于使用。 气压传动工作环境适应性好。可以根据不同场合，采用相 应材料，使元件能够在恶劣的环境（强振动、强冲击、强 腐蚀和强辐射等）下进行正常工作。
源自文库
例图
自 动 水
果 分 类
机
自动激光唱片拾放装置
汽 车 组 装 线
自动糖果包装机
自 动 汽 车 清 洗 机
自动空气喷射织布机
压 烫 机
液压与气压传动发展
如果从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、18世纪英国制成世界第一 台水压机算起，液压传动 已有二百多年的历史。但 是由于当时没有成熟的液 压传动技术和液压元件， 因此它没有得到普遍的应 用。随着科学技术的不断 发展，各行各业对传动技 术有了进一步的需求。特 别是在第二次世界大战期 间，由于军事上迫切地需 要反应快、重量轻、功率 大的各种武器装备，而液压传动技术正好具有这方面的优势，所以获得 了较快的发展。在战后的50年中，液压传动技术迅速地扩展到其他各个 部门，并得到了广泛的应用。
例图
例图
行走机械用液压系统
钢铁工业用液压系统
土木工程用液压系统
发电厂用液压系统 特殊技术用液压系统 船舶用液压系统 军事工业用液压系统
防洪闸门及堤坝装置（浪潮防护挡板）、河床升降装置、 桥梁操纵机构和矿山机械（凿岩机）等。
涡轮机（调速装置）、核发电厂等。 巨型天线控制装置、测量浮标、飞行器仿真台、升降旋 转舞台等。 甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器 等。 火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞机起落架的收放装置 及方向舵控制装置等。
三.液压与气压传动系统的组成
左图（ 动画 ）所示为机床工作台液压 系统的工作原理图 （ 慢速左移 ）。 活塞的移动速度 由节流阀 来调节。节 流阀口开大 ，进入液压缸的油液增多，活 塞的移动速度增大 ；节流阀口关小时，进 入液压缸的油液减小 ，活塞的移动速度减小 。 液压泵输出的多余油液需经溢流阀和 回油管排回油箱 ，这只有在压力支管中的 油液压力对 溢流阀钢球的作用力等于或略 大于溢流阀中弹簧的预紧力时 ，油液才能 顶开溢流阀中的钢球流回油箱。 为克服活塞所受到的各种阻力 ，液压 缸必须产生一个足够大的推力 ，这个推力 是由液压缸中的油液压力产生的 。要克服 的阻力越大 ，液压缸中的油液压力越高； 反之压力就越低。
例图
例图 例图
注 塑 机 械
机 床 （全 自 动 六 角 车 床）
桥 梁 检
修 机 械
防 洪 闸
门 及 堤
坝 装 置
巨 型 天
线
甲 板 起
重 机 械
气压传动的应用
气压传动的应用也相当普遍，许多机器设备中都装 有气压传动系统，在工业各领域，如机械、电子、 钢铁、运行车辆及制造、橡胶、纺织、化工、食品、 包装、印刷和烟草机械等，气压传动技术不但在各 工业领域应用广泛，而且，在尖端技术领域如核工 业和宇航中，气压传动技术也占据着重要的地位。