液压传动教案综述.docx
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液压传动教案综述
液压与气动教案
朱光力
2004年9月
液压与气动教案
教材：
《液压与气压传动技术》朱梅朱光力西安电子科技大学出版社2004年8月
总课时：
54授课班级：
01CAD2
教学内容及课时分配
章节
内容
课时
第一篇液压传动
30
第一章
液压传动基础知识
流体力学基础；流体流动中的压力和流量的损失；
液压冲击和空穴现象。
4
第二章
液压泵和液压缸
液压泵；液压缸
6
第三章
液压控制阀及系统辅助装置
方向控制阀；压力控制阀；流量控制阀；液压系统辅助装置简介。
6
第四章
液压基本回路
方向控制回路；压力控制回路；速度控制回路；顺序控制回路；同步控制回路。
6
第五章
典型液压系统分析
动力头滑台进给液压系统；液压机液压系统；磨床液压系统。
4
实训
液压元件装拆
4
合计
30
教学内容及课时分配
章节
内容
课时
第二篇气压传动
24
第一章
空气的物理性质；气体状态方程；气体流动规律
1
第二章
气源装置；气源净化器；管路系统
1
第三章
气动执行元件气缸
2
第四章
气动控制元件：
方向控制阀；压力控制阀；流量控制
阀；气动逻辑元件以及这些元件的实践。
8
第五章
方向控制回路；压力控制回路；速度控制回路；顺序控制回路；同步控制回路。
并组装这些回路。
4
实例
冲床、剪板机、气控窗、客车门等气动控制回路实践
动手组装以上各种回路。
8
第二篇总计
24
教学目的：
通过学习本课程，达到以下要求：
１、掌握液压与气压传动的基本原理，基本的计算方法。
２、了解各种泵、阀、缸的结构及应用。
３、能分析一般设备的液压系统回路和气压系统回路，能设计简单的液压传动系统及气压传动系统。
参考教材：
《液压与气压传动》左建民主编机械工业出版社1995、10
《气压传动》FESTO公司
绪论
容积式液压传动是将机械能转换为液体的压力能，并依靠压力能来实现能量的传递。
一、液压传动原理及其系统组成
图0--1液压系统原理图
液压传动原理的基本要点：
1、采用液体（液压油）作为工作介质；
2、必须在封闭的系统内进行；
3、依靠液体的压力能来传递动力，依靠油缸的容积的变化来传递运动。
液压油的性能指标：
粘度----指液体受到外力作用而流动时，液体内部各层之间所呈现出的内摩擦阻力。
国产液压油：
20号30号40号
中压以下（25--80105Pa）油液近似看成是不可压缩。
液压系统一般包括四个组成部分：
1、动力部分：
液压泵
2、控制部分：
各类控制阀方向、速度、压力
3、执行部分：
液压缸
4、辅助部分：
油箱、管路、管接头、蓄能器、滤油器等
二、液压传动特点
1、易获得大的力；
2、高速机动和快速换向；
3、实现无级调速；
4、传动平稳
5、泄漏传动比不很准确；
6、元件要求制造精度高。
第一章液压传动基础知识
教学目的：
掌握流体力学基本理论；流体压力、流量的传递方式。
1--1流体力学基础
一、系统中的压力的建立和传递
1、压力p
p=F/Apa（N/m2）
1Kgf/cm2=105pa
统和液压元件的压力分级见表1--1
2、帕斯卡原理：
一压力加于密闭容器中的一部分，则压力以完全一样的大小向容器中所有各点传递。
又称静压基本原理。
例图1--1图1--2
F2=（F1/A1）A2面积越大，输出的压力越大。
3、液压系统中的压力形成：
图1--3
系统中的压力是由外界负载引起的，外界负载越大，系统压力也就越高。
当系统中并联有几个负载时，则系统的压力取决于克服负载的各个压力值中的最小值。
二、液流的连续性
1、流量Q：
单位时间内流过管路某一截面的液体体积。
Q=V*A
m3/sm/sm21m3/s=6*104升/分
当流量不变是，通过管内不同截面的液流速度与其截面的大小成反比。
即管子细的地方流速大，管子粗的地方流速小。
液压元件是按公称流量的标准系列设计制造的。
液压元件铭牌上标出的流量为公称流量，又称额定流量。
2、液流的连续性：
Q=V1*A1=V2*A2=常数
例1--1，例1--2，例1--3
1--2液体流动中的压力和流量的损失
一、压力损失
沿程损失：
当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。
局部损失：
由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其它形式的液流阻力而引起的压力损失。
压力损失=沿程损失+局部损失
所以泵的额定压力=（1.3…1.5）系统工作时所需的最大压力
二、流量损失
泄漏：
1、高压油经间隙流向低压区；2、液压元件密封不完善造成油液向外部泄漏。
所以泵的额定流量=（1.1…1.3）系统工作所需的最大流量。
1--3液压冲击和空穴现象
一、液压冲击
液压系统中，当油路突然关闭，会产生急剧的压力升高，这种现象称为液压冲击。
主要原因：
液压速度急剧变化、工作部件的惯性力及一些液压元件反应不够灵敏。
产生液压冲积时压力瞬间增加好几倍，极易引起系统振动、噪音甚至元件损坏。
二、空穴现象
液流中当某点的压力低于液体的饱和蒸汽压时，液体就汽化形成气泡；同时原来溶于液体中的气体也会分离出来产生气泡，从而使液流呈不连续状态，这就叫空穴现象。
危害：
1、引起局部液压冲积，造成噪音和振动；2、造成流量和压力波动；3、影响元件使用寿命；4、造成汽蚀（在油泵、管路、节流装置的地方）。
措施：
使液压系统内所有各点的压力均高于液压油的空气分解压力。
例：
吸油高度不能太高，吸油管径不能太小；油泵转速不要太高；管路应密封良好；回油管出口应没入油面以下等。
本章重点小结
1、系统压力p=F/A
2、帕斯卡原理
3、系统中的压力是由外界负载决定
4、液流的连续性：
Q=V1*A1=V2*A2=常数
5、压力损失=沿程损失+局部损失
作业：
1-3、1-6、1-7、1-8、1-10、1-12、1-14、1-15、1-16。
第二章液压泵和液压缸
教学目的：
1、掌握泵的工作原理、分类、选用；2、了解液压缸的作用，
掌握其基本的计算。
2--1液压泵
一、泵的工作原理、作用和分类
图2--1液压泵工作原理图
依靠泵的密封工作腔的容积变化而实现吸油（容积由小变大）和压油（容积由大变小）的，因而称为容积式泵。
流量大小取决于密封工作腔的容积变化的大小和次数。
与压力无关。
分类：
低压泵齿轮泵定量泵
压力中压泵结构叶片泵流量变量泵
高压泵柱塞泵
二、常用液压泵
1、齿轮泵图2--2
吸油：
密封工作腔容积逐渐增大，形成真空，外部油在大气压力作用下被吸入。
压油：
密封容积逐渐缩小从而将齿间槽中的油液挤出。
齿轮泵工作时吸油腔与压油腔压差较大，径向压力不平衡，通常采用缩小压油口的办法，相应减小径向力。
所以，进、出口不能互换，旋转方向也不能改变。
齿轮泵在中、低压系统中应用普遍，尤其压力为25*105Pa的齿轮泵
齿轮泵为定量泵，流量不能调节。
定量泵的职能符号：
2、叶片泵：
（1）、单作用叶片泵：
定子与转子偏心，转子每旋转一周，每个工作空间就完成一次吸油和排油，调节偏心距可达到调节泵的排油量。
单作用叶片泵大多为变量泵。
符号：
（2）、双作用叶片泵：
定子内表面近似椭圆形，有两个吸油区和两个压油区对称布置。
转子每转一周，每个工作空间完成两次吸、压油。
双作用叶片泵大多为定量泵。
叶片泵运转批平稳、压力脉动小、噪音小、制造容易，应用广泛。
3、柱塞泵：
定子与转子偏心，转子回转一周，每个油缸各吸、压油一次。
柱塞泵具有功率范围大、效率高、输出压力高，便于调节的优点，多用于高压传动。
有定量泵和变量泵。
三、电动机功率
液压泵由电机驱动，液压泵的选择：
先选泵型，再根据应保证的压力和流量来确定具体规格。
泵的最大工作压力：
P泵K压*P缸
Pa1.3…1.5缸的最大工作压力Pa
泵的流量：
Q泵K漏*Q缸
m3/s1.1…1.3所有液压缸所需最大流量之和
选泵时应使实际选用泵的额定压力大于P泵，通常放大25%；泵的额定流量只需略大于或等于Q泵即可
电动机功率：
N电=（P泵*Q泵）/（1000*）（KW）
各种泵的总效率大致为：
齿轮泵：
0.6…0.7；叶片泵：
0.6…0.75；柱塞泵：
0.8…0.85。
例2--1，例2--2。
2--2液压缸
输出执行元件双作用式双活塞杆式
往复式油缸单作用式结构形式单活塞杆式
运动方式回转式油缸复活式
一、双杆活塞缸及其基本计算
图2--7其有效作用面积A=（D2-d2）/4
往复运动速度相同：
V=Q/（（D2-d2）/4）
左右产生的牵引力相同：
F=p（D2-d2）/4（N）
例2--3活塞的运动速度只取决于流量大小而与压力无关。
二、单杆活塞缸及其基本计算
图2--9当向缸的左腔输入油液时：
v1=Q/A=Q/D2/4（m/s）F1=pA=pD2/4（N）
当向右腔（即有杆腔）输入油液时：
v2=Q/（A-A2）=Q/（（D2-d2）/4）F2=p（A-A2）=p（D2-d2）/4
例2--4差动联接时活塞向右的速度：
v=4Q/d2
差动联接时活塞向右产生的牵引力:
F=pd2/4
例2--5例2--6
三、油缸的密封、缓冲和排气
1、密封
主要指活塞、活塞杆和端盖的密封。
常用密封圈图2--12
“O”形密封环结构简单，但磨损后不能自动补偿，多用于固定密封
“Y”形密封环可利用油的压力使其紧贴在缸壁和活塞上，是一种具有自密
封性能的密封装置，适用于往复运动的密封，广泛用于活塞和活塞杆密封。
金属活塞环密封，泄漏较大，已较少采用。
2、缓冲
防止活塞与端盖发生撞击，方法有：
（1）、应用环状间隙实现缓冲。
图2--13
（2）、用节流阀和单向阀缓冲。
图2--14
（3）、用多油空实现缓冲。
图2--25
3、排气：
排出混入油缸的空气，排气口设在油缸安装位置确定后的端部最高处。
图2--16
本章重点小结
1、液压泵为容积式泵，是依靠密封工作腔的容积变化而实现吸油和压油的。
流量大小取决于密封容积变化的大小和次数，与压力无关。
2、齿轮泵为中低压定量泵；叶片泵为中压泵，单作用式大多为变量泵，双作用式大多为定量泵。
柱塞泵为高压泵。
3、液压泵选择：
先根据对泵的性能要求选泵的形式，在根据工作压力和流量来确定具体规格。
4、电机功率：
N电=p泵Q泵/1000
5、双杆活塞缸计算v=4Q/（D2-d2）F=p（D2-d2）/4
单杆活塞缸计算：
无杆腔输入v1=4Q/D2F=pD2/4
有杆腔输入v2=4Q/（D2-d2）F2=p（D2-d2））/4
差动联接v=4Q/d2F=pd2/4
作业：
2-1、2-2、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-11。
第三章、液压控制阀及系统辅助装置
教学目的：
了解液压控制阀的结构；掌握各种阀的工作原理，各种阀的职能符号、用途；了解液压系统辅助装置的应用。
液压阀----对液体的流动方向、压力、流量进行调节或控制的液压元件
方向控制阀高压阀管式连接
作用分压力控制阀工作压力分中压阀阀与管路连接板式连接
流量控制阀低压阀图3--1法兰连接
3---1方向控制阀
控制液体流动方向。
一、单向阀
用于控制液体向某一方向流动。
图3--2普通单向阀：
只允许单方向流动
图3--3液控单向阀：
必要时，K口通入压力油，
油液也可反向通过。
二、换向阀
用于改变液流流动方向或接通、关闭油路。
1、电磁换向阀：
电磁铁通断来控制阀心移动从而改变阀体液流通道而实现改变液流方向。
职能符号：
小方框表示工作位置，方框中的箭头线表示此时的液流通道，符号“T”表示油口封死。
电磁换向阀二位二通
操作方式液动换向阀工作位置三位通油口数目三通
机或手动换向阀多位四通、五通
图3--4，图3--5，图3--6。
滑阀在中间位置时的连通方式称为滑阀的中位机能。
图3--7滑阀部分中位机能：
（a）、（f）、（d）---油泵卸荷
（b）、（g）---系统保压；（c）---油缸差动连接。
2、液动换向阀：
依靠控制油口通入压力油来推动阀芯移动。
图3--8所示
液控换向阀多用于要求冲击小而流量大的液压系统中。
3--2压力控制阀
用于控制油泵的供油压力或控制系统中某一局部油路压力值。
一、溢流阀
图3--9先导式溢流阀：
右边部分是先导阀，左边部分是主阀。
利用其阀芯两端压力差来移动阀芯。
远程调压口K可接另一远程调压阀而实现远程调压，先导阀的调整压力应远远大于远程调压阀可能调节的最高压力。
也可起卸荷作用图3--10
溢流阀应并接在系统中，起溢流作用，以保证系统压力恒定（调定值）。
另可作安全阀，工作时溢流阀关闭，当系统达到所调压力，它才溢流。
还可作背压阀，串接油路上。
二、减压阀
图3--12先导式减压阀减压阀进、出油口都有压力，卸油口接油箱，
用于减低系统中某一部分压力，并能保持出口压力稳定，串接在油路中。
三、顺序阀
用于控制执行机构的动作顺序。
图3--13利用进油本身的压力来控制阀的开启。
顺序阀也可和单向阀并联组合构成单向顺序阀图3--13C
四、压力继电器
作用是当系统压力达到一定数值后发出电信号，操纵其它元件接通下一个动作。
图3--24
断开电路时的油压比接通电路时的油压小些，两者之间的压力差叫压力继电器的返回区间。
这是压力继电器正常工作所必须的。
太小的返回区间易产生误动作。
3--3流量控制阀
通过改变阀的通流面积来调节通过阀口的流量，从而使执行元件或的所需速度。
一、节流阀
图3--15a普通节流阀图3--15c单向节流阀：
单向节流，反向不起节流作用；图3--16单向行程节流阀，机床液压系统常用。
二、调速阀
由一个简单节流阀和一个压力补偿装置组成，能保证节流口前后的压差基本恒定，使得通过节流阀的流量只与通流面积有关而与载荷变化无关。
图3--17
3--4液压系统辅助装置简介
油箱用于储油、散热和分离油中杂质。
油管连接液压泵、液压缸及各类液压控制阀的通道。
有钢管、紫铜管、耐油橡胶管、耐油塑料管及尼龙管等。
管接头油管间、油管和液压元件间的可拆连接件。
空气滤清器、滤油器、压力表、蓄能器图3--18
本章重点小结
1、液压控制阀按其作用分：
方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。
2、换向阀的职能符号：
小方框代表工作位；方框中的箭头线表示液流通道，通油口数叫通，“T”表示油口封死。
3、溢流阀起系统调定压力作用时，阀进口为恒定的压力（调定值），阀正常工作状态为常溢流；作为安全阀用时，阀正常工作状态为常闭状态，系统过载时，阀才溢流。
4、减压阀用于减低系统中某部分压力，其出口为恒定的低于进口的压力。
5、节流阀调节流量大小受载荷变化影响，调速阀调节流量大小与载荷变化基本无关。
作业：
3-1、3-4、3-6、3-8、3-9、3-12、3-15、3-17、3-19、3-20、3-22、3-24、3-25、3-27。
第四章液压基本回路
教学目的：
掌握基本回路的组成；能分析各基本回路中各液压元件的作用，各基本回路的作用、动作、目的。
基本回路-----由有关液压元件组成用来完成某种特定功能的典型回路。
4--1方向控制回路
一、换向回路
用换向阀来接通、断开油路或改变油流方向，从而实现起动、停止或
变向的。
图4--1（a）
1DT
2DT
活塞杆前进
活塞杆后退
图4--1（b）1DT通电差动回路接入活塞杆快速左进1DT断电活塞退回
二、锁紧回路
用于使油缸在任意位置上停止并防止其停止后发生串动图4--2
4--2压力控制回路
利用压力控制阀来达到系统减压、增压、卸荷、平衡、顺序动作等要求。
一、调压回路
利用溢流阀调压来控制系统的工作压力不超过一预定值。
图4--3一级压力调定回路
图4--4三级压力调定回路
图4--5二级压力调定回路
二、减压回路
用于某分支油路所需的工作压力低于系统由溢流阀所调定的压力时，在此分支油路上采用由减压阀组成的减压回路。
图4--6
三、增压回路
用于提高系统中某一支路的压力的。
用增压器使得用压力较低的油泵获得较高的压力。
图4--7单作用增压器回路，图4-8双作用增压器回路。
四、卸载回路
当执行机构停止动作或不需要很大流量时，使泵排出的油液在近似零压下流回油箱，减少功率损失。
图4-9、图4-10、图4-11。
五、平衡回路
防止活塞或运动部件因子重而下落或因载荷突然减小而造成的突进，在运动部件相应的回油路上设置背压阀所成回路。
图4-12采用液控单向阀作为背压阀；图4-13采用顺序阀作为背压阀。
4--3速度控制回路
节流调速，通过控制进入运动部件的流量来控制运动部件的速度。
图4-14（a）进油节流调速
图4-14（b）回油节流调速有背压，可承受一个与活塞运动相同的负载。
图4-14（c）旁路节流调速能比较有效地利用能量。
一、增速回路
指在不增加泵流量的情况下提高运动部件的速度回路。
图4--15采用蓄能器的增速回路；图4-16采用差动连接的增速回路。
二、减速回路
使油液通过节流阀或调速阀来实现节流调速的。
图4--17
三、速度换接回路
图4--18
1DT
2DT
3DT
快进
+
+
+
工进
-
+
-
快退
+
-
+
图4--19
1DT
2DT
3DT
4DT
快进
+
-
-
-
一工进
+
-
+
-
二工进
+
-
+
+
快退
-
+
-
-
图4--20
1DT
2DT
3DT
快进
+
-
-
一工进
+
+
-
二工进
+
+
+
快退
-
-
-
4--4顺序动作回路
用于实现多个执行机构依次动作。
一、用压力控制实现顺序动作的回路。
图4--21利用负载压力自动控制液压缸顺序动作：
G2>G1所以缸1先动到位后，系统压力进一步升高至缸2动。
图4--22用顺序阀控制顺序动作
图4--23用压力继电器控制实现顺序动作：
1PD接3DT，2PD接2DT
启动按钮接通1DT，返回按钮接通4DT并断开1DT、3DT。
二、用行程控制实现顺序动作的回路
图4--24用行程开关控制顺序动作：
1XK接通2DT、2XK断开1DT
3XK断开2DT。
图4--25用行程阀控制顺序动作
三、用时间控制的顺序动作回路
图4--26用延时阀来控制顺序动作
4--5同步控制回路
同步运动有速度同步和位置同步两种。
一、机械联结同步回路
图4--27
二、用节流阀的同步回路
图4--28两缸上行时，难以同步；两缸下行时，用节流阀使之同步。
图4--29可实现双向节流同步。
三、串联同步回路
图4--30两缸的活塞有效面积相等，由于泄漏情况不一，同步精度有一定误差。
本章重点小结
1、基本回路是由有关液压元件组成以完成某种特定功能的典型回
路。
2、液压基本回路其作用分方向控制回路、压力控制回路、速度控制
回路及顺序动作回路。
3、方向控制回路用于实现液压系统执行元件的启动、停止或改变方
向。
主要控制元件是换向阀。
4、压力控制回路用于系统减压、增压、卸荷、平衡、顺序动作的要
求，主要控制元件为溢流阀、减压阀、增压缸等元件。
5、速度控制回路用于控制运动部件的速度，主要控制元件为：
节流阀、调速阀及差动回路。
6、顺序动作回路用于实现多个执行机构依次动作。
主要液压元件有：
顺序阀、压力继电器、行程开关、形成阀等。
作业：
4-5、4-6、4-8、4-9、4-10、4-12、4-13、4-14、
4-18、4-19、4-20、4-21。
第五章典型液压系统分析
教学目的：
掌握分析液压系统的方法；培养阅读液压系统图的能力；具有分析较复杂的液压系统的能力；能看懂较复杂的液压系统图工作骤。
5--1动力滑台进给液压系统
图5--1YT4543型滑台液压系统图
1DT
2DT
3DT
机动触头备注
快进
+
-
-
-差动回路
一工进
+
-
-
+接入调速阀6
二工进
+
-
+
+接入调速阀6、7
挡铁停留
+
-
+
+压力继电器准备动作
快退
-
+
+
+
原位停止
-
-
-
-
整个系统由以下基本路组成：
泵、电液换向阀2、3及液压缸等主要元件组成换向回路。
泵、机动阀10、调速阀6、二位二通电磁阀8及液压缸组成速度换接回路，包括实现差动连接的增速回路。
调速阀6、7及电磁阀8为主组成的调速阀串联二次进给回路（速度换接回路）。
由溢流阀体现的背压回路。
重点掌握：
在各种工况下，进油路线，回油路线分析。
作业：
5--1、5--2、5--3、5--4。
第六章液压系统调试和常见故障分析
教学目的：
了解液压系统调试的步骤，掌握液压系统常见的故障分析方法。
6--1液压系统的调试
内容：
对液压系统在自动工作循环中各个工作部件的力、速度、行程的终点和始点、各动作的顺序、动作时间和整个循环的总时间进行测试和调整。
步骤：
1、进行外观检查
2、空载试车：
检查系统各回路、各液压元件和辅助装置的工作是否正常、可靠；工作循环或各种动作的自动转换是否符合要求。
大致内容：
泵在卸荷装态下运转，是否有噪音，油面是否出现泡沫。
泵在工作状态下运转，使缸最大行程往复运动以排除液压系统中的空气；用刚性挡块顶住工作部件使其停止来观察相应管路中的压力表，
是否在规定的压力。
观察内、外泄漏是否在允许范围等。
3、负载试车先在低于最大负
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