液压与气压传动教案.doc

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1、液压与气压传动教案第一章 绪论一、液压与气压传动的研究对象要研究液压与压传动及其控制技术; 要了解传动介质的基本物理性能及其静力学、运动学和动力学特性; 要了解组成系统的各类液压元件的结构、工作原理、工作性能以及有这些元件所组成的各种回路的性能和特点,并在此基础上进行液压与气压传动系统的设计. 二、液压与气压传动的工作原理液压传动的工作原理,可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明.图0-1a液压千斤顶工作原理图1杠杆手柄2小油缸3小活塞4,7单向阀5吸油管6,10管道8大活塞9大油缸11截止阀12油箱图0-1a是液压千斤顶的工作原理图.大油缸9和大活塞8组成举升液压缸.杠杆手柄1、小油缸2、小活

2、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输入举升油缸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,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、截止阀11流回油箱,重物就向下移动.这就是液压千斤顶的工作原理.通过对上面液压千斤顶工作过程的分析,可以

3、初步了解到液压传动的基本工作原理.液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质.压下杠杆时,小油缸2输出压力油,是将机械能转换成油液的压力能,压力油经过管道6及单向阀7,推动大活塞8举起重物,是将油液的压力能又转换成机械能.大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少.由此可见,液压传动是一个不同能量的转换过程.图0-1b液压千斤顶的简化模型由图0-1b可分析两活塞之间的力比例关系、运动比例关系统和功率关系.1) 力比例关系液压传动区别于其它传动方式的基本特征一: 力(或力矩)的传递是靠液体压力来实现的,或者说,力(或力矩)的传递是按帕斯卡原理(即静压传递原理)进行的. 因

4、此,有人把液压传动称为静压传动 . 帕斯卡原理(即静压传递原理): 在密闭容器内,施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点.结论: 在液压传动中工作压力取决于负载,而与流入的液体多少无关.注意:负载包括:有效负载、无效负载(如摩擦力)以及液体的流动阻力.2) 运动关系液压传动区别于其它传动方式的基本特征二: 运动速度(或转速)的传递是按照容积变化相等的原则进行的.基于此,有人把液压传动成为容积式液体传动. 在流体力学中,把单位时间内流过某一通流截面A的流体体积称为流量,则流量q = vA结论: 活塞移动速度正比于流入液压缸中油液流量q,与负载无关.也就是说,活塞的运动速度可以通过改变流量

5、的方式进行调节.基于这一点,液压传动可以实现无级调速. 活塞的运动速度反比于活塞面积,可以通过对活塞面积的控制来控制速度. 3) 功率关系由前述可得P=Fv=Wv=pq上式说明,在不计各种功率损失的条件下,液压传动系统的输出功率Wv等于输入功率Fv,并且液压传动中的功率可以用压力p和流量q的乘积来表示. 总结上述: 在液压传动中压力p和流量q是最基本、最重要的两个参数. 三、液压与气压传动系统的组成液压千斤顶是一种简单的液压传动装置.下面分析一种驱动工作台的液压传动系统.如图1-2所示,它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、图0-2机床工作台液压系统工作原理图1工作台2液压缸3活塞

6、4换向手柄5换向阀6,8,16回油管7节流阀9开停手柄10开停阀11压力管12压力支管13溢流阀14钢球15弹簧17液压泵18滤油器19油箱换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成.其工作原理如下:液压泵由电动机驱动后,从油箱中吸油.油液经滤油器进入液压泵,油液在泵腔中从入口低压到泵出口高压,在图1-2(a)所示状态下,通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔,推动活塞使工作台向右移动.这时,液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱.如果将换向阀手柄转换成图1-2(b)所示状态,则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔、推动活塞使工作台向左移动,并使液压缸左腔的油经换向阀

7、和回油管6排回油箱.工作台的移动速度是通过节流阀来调节的.当节流阀开大时,进入液压缸的油量增多,工作台的移动速度增大;当节流阀关小时,进入液压缸的油量减小,工作台的移动速度减小.为了克服移动工作台时所受到的各种阻力,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所产生的.要克服的阻力越大,缸中的油液压力越高;反之压力就越低.这种现象正说明了液压传动的一个基本原理压力决定于负载.从机床工作台液压系统的工作过程可以看出,一个完整的、能够正常工作的液压系统,应该由以下五个主要部分来组成:1.能源装置 它是供给液压系统压力油,把机械能转换成液压能的装置.最常见的形式是液压泵.2.执行装

8、置 它是把液压能转换成机械能的装置.其形式有作直线运动的液压缸,有作回转运动的液压马达,它们又称为液压系统的执行元件.3.控制调节装置 它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置.如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等.4.辅助装置 上述三部分之外的其他装置,例如油箱,滤油器,油管等.它们对保证系统正常工作是必不可少的.5.工作介质 传递能量的流体,即液压油等.四 液压与气压传动的优缺点1、液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它具有以下的主要优点:(1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这是比机械传动优越的地方.例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传

9、动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺点.由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方.(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小.例如,相同功率液压马达的体积为电动机的12%13%.液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分之一,液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W.(3)可在大范围内实现无级调速.借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调速范围可达12000,并可在液压装置运行的过程中进行调速.(4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定.正

10、因为此特点,金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动.(5)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因此使用寿命长.(6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控.(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用.液压传动的缺点是:(1)液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使得液压传动不能保证严格的传动比.(2)液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体粘性变化,引起运动特性的变化,使得工作的稳定性受到影响,所以它不宜在温度变化很大的

11、环境条件下工作.(3)为了减少泄漏,以及为了满足某些性能上的要求,液压元件的配合件制造精度要求较高,加工工艺较复杂.(4)液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便.(5)液压系统发生故障不易检查和排除.总之,液压传动的优点是主要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺点正在逐步加以克服.液压传动有着广泛的发展前景.2、气压传动的优点(1)空气随处可取,取之不尽,节省了购买、贮存、运输介质的费用和麻烦;用后的空气直接排入大气,对环境无污染,处理方便.不必设置回收管路,因而也不存在介质变质、补充相更换等问题. (2)因空气粘度小(约为液压油的万分之一),在管内流动阻力小.压力损失小,便于

12、集中供气和远距离输送.即使有泄漏,也不会像液压油一样污染环境.(3)与液压相比,气动反应快,动作迅速,维护简单,管路不易堵塞. (4)气动元件结构简单、制造容易,适于标准化、系列化、通用化. (5)气动系统对工作环境适应性好,特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时,安全可靠性优于液压、电子和电气系统. (6)空气具有可压缩性,使气动系统能够实现过载自动保护,也便于贮气罐贮存能量,以备急需.(7)排气时气体因膨胀而温度降低,因而气动设备可以自动降温,长期运行也不会发生过热现象.五 液压与气压传动在机械中的应用驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式.根据所用的

13、部件和零件,可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置.经常还将不同的形式组合起来运用四位一体.由于液压传动具有很多优点,使这种新技术发展得很快.液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史.航空工业在1930年以后才开始采用.特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛.在机床上,液压传动常应用在以下的一些装置中:1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动;车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架;铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动.这些部件有的要求快速移动,有的要求慢速移动.有的则既要求快速移动,也要求慢速移动.这些运动多半要

14、求有较大的调速范围,要求在工作中无级调速;有的要求持续进给,有的要求间歇进给;有的要求在负载变化下速度恒定,有的要求有良好的换向性能等等.所有这些要求都是可以用液压传动来实现的.2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕,由于要求作高速往复直线运动,并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低,因此都可以采用液压传动.3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成. 其精度可达0.010.02mm.此外,磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统.4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装

15、卸装置、工件输送装置等,采用液压传动后,有利于简化机床结构,提高机床自动化程度.5.静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后,可以提高工作平稳性和运动精度.液压传动在其他机械工业部门的应用情况见表0-1所示.表0-1 液压传动在各类机械行业中的应用实例行业名称 应用场所举例工程机械 挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机械 汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等矿山机械 凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等建筑机械 打桩机、液压千斤顶、平地机等农业机械 联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等冶金机械 电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等轻工机械 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等汽车工业 自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等智能机械 折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶舱、机器人等