第一章液压传动的基础知识.ppt
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1、第一章液第一章液压传动的基的基础知知识第一章 液压传动基础知识一、液压传动概述:1.传动 定义:在工程机械上,传动是指能量(动力)由发动机向工作装置的传递。例:发动机曲轴的旋转运动变为车轮的转动、发动机曲轴的旋转运动变为转向轮的转向、2.传动的形式 根据工作介质的不同,传动形式可分为:机械传动、液体传动、气体传动、电力传动等。3.液体传动 定义:以液体为工作介质传递能量的叫液体传动。分类:液体传动包括液压传动和液力传动。区别:液压传动是利用液体的压力能实现能量传递。(如液压泵、油缸)液力传动是利用液体的动能实现能量传递。(水轮机)这里仅讨论液压传动。第一节 液压传动的基本原则一、液压传动的基本
2、原理 1.1 论述:液压传动的基本原理是以液压油为工作介质,通过动力元件(油泵),将发动机的机械能转换为油液的压力能,通过管道、控制元件,借助执行元件,将油液的压力能转换成机械能,驱动负载,实现直线或回转运动。机械能 压力能 机械能1.2 液压传动的工作原理(千斤顶)油压千斤顶原理1 油箱 2、4 单向阀 3小油缸 5大油缸 6开关1.3 液压传动的工作特性1.3.1、液压传动中压力取决于负载 小活塞底面单位面积上的压力:(1-1)大活塞底面上的压力为:(1-2)根据流体力学中的帕斯卡原理,平衡液体内某一点的压力等值地传递到液体各点,因此有:(1-3)由上式可得:(1-4)由于 ,所以 ,故千
3、斤顶有力的放大作用。1.3.2、负载的运动速度取决于流量 液压传动中传递运动时,速度传递按照容积变化相等的原则进行。故有:(1-5)由于速度:(1-6)将式(1-6)代入式(1-5),有:(1-7)令 为流量,负载的运动速度 取决于进入大液压缸的流量 ,而与负载的大小()无关。二 液压传动系统的组成图图 自卸车车厢举倾机构工作原理图自卸车车厢举倾机构工作原理图1 1油箱油箱 2 2滤油器滤油器 3 3限压阀限压阀 4 4换向阀芯换向阀芯 5 5换向阀换向阀6 6液压缸液压缸 7 7单向阀单向阀 8 8液压泵液压泵 a a,b b油道油道1、动力元件(序号8)泵(机械能压力能)把原动机的机械能转
4、换成液体压力能的转换元件2、执行元件(序号6)缸、马达(压力能机械能)把液体的压力能转换成机械能的转换元件3、控制元件(序号3、5、7)阀(控制方向、压力及流量)对液压系统中油液的压力、流量或流动方向进行控制或调节的元件4、辅助元件油箱、油管、滤油器、压力表 在系统中起储存油液、连接、滤油、测量等作用(1)动力元件:液压泵能量转换,提供压力油(2)执行元件:-能量转换带动机构做功(3)控制调节元件:各种控制压力、方向、流量 (4)辅助元件各种液压辅件三 液压传动系统图的图形符号图图 自卸车车厢举倾机构工作原理图自卸车车厢举倾机构工作原理图1 1油箱油箱 2 2滤油器滤油器 3 3限压阀限压阀
5、4 4换向阀芯换向阀芯 5 5换向阀换向阀 6 6液压缸液压缸 7 7单向阀单向阀 8 8液压泵液压泵 a a,b b油道油道1 1油箱油箱 2 2液压泵液压泵 3 3单向阀单向阀 4 4换向阀换向阀 5 5限压阀限压阀 6 6滤油器滤油器 7 7液压缸液压缸机床工作台液压系统工作原理图机床工作台液压系统工作原理图1 1工作台工作台2 2液压缸液压缸3 3活塞活塞4 4换向手柄换向手柄5 5换向阀换向阀 6 6,8 8,1616回油管回油管7 7节流阀节流阀9 9开停手柄开停手柄1010开停阀开停阀1111压力管压力管1212压力支管压力支管1313溢流阀溢流阀1414钢球钢球1515弹簧弹簧
6、1717液压泵液压泵1818滤油器滤油器1919油箱油箱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1 1工作台工作台2 2液压缸液压缸3 3油塞油塞4 4换向阀换向阀5 5节流阀节流阀6 6开停阀开停阀7 7溢流阀溢流阀8 8液压泵液压泵 9 9滤油滤油 1010油箱油箱液压系统图图形符号(GB/T786.1-1993)四 液压传动的优缺点4.1 液压传动的优点1.液压装置工作比较平稳。2.液压装置能在大范围内实现无级调速(调速范围可达1:2000),且调速性能好。3.液压装置的体积小,重量轻,功率大。且容易获得很大的力和力矩。4.液压装置控制调节简单,容易实现自动化。5.液
7、压装置易于实现过载保护,且液压元件能自行润滑,寿命较长。6.液压元件已实现标准化、系列化和通用化,所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。4.2 液压传动的缺点1.液压传动不能保证严格的传动比。这是由于液压油的可压缩性和泄漏等因素造成的。2.液压传动中,能量经过二次变换及传动过程中压力损失,能量损失较多,系统效率较低。3.液压传动对油温的变化比较敏感(主要是粘性),系统的性能随温度的变化而改变。4.液压元件要求有较高的加工精度,以减少泄漏,从而成本较高。5.液压传动出现故障时不易找出。第二节 液压油石油型机械油汽轮机油液压油难燃型水-乙二醇液磷酸酯液水包油油包水乳化液合成型 油液种类液压油合
8、成液压液石油型液压油水基液压液价格高、密封性好润滑性、稳定性好95%的水、抗燃小绝大多数液压系统使用石油型液压油绝大多数液压系统使用石油型液压油191.1 密度 均质液体中,密度即为单位体积所具有的质量:(kg/m3)(1-8)其中:m-液体的质量,单位:kg V-液体的体积,单位:m3 液体的密度随温度和压力的变化而变化,但影响很小,可以忽略。液压油计算时取=900kg/m=900kg/m3 3 一、液压油的性质1.2 重度 均质液体中,重度即为单位体积所具有的重量:由于 ,所以密度和重度的关系是:重度的单位为N/m3 液体的重度随温度和压力的变化而变化,但影响很小,可以忽略。液压油计算时取
9、=910=9103 3 N/mN/m3 31.3 液体的压缩性 1.3.1 定义:液体的压缩性是指液体受压后其体积变小的性能,压缩性的大小用体积压缩系数表示。(1)体积压缩系数 :即单位压力变化下的体积相对变化量,由于压力增大时体积减小,反之则增大,所以 为负值,故式中加一个符号。体积变化初始体积压力变化 油的可压缩性很小,可以忽略,认为液体是不可压缩的。二 液体的黏度2.1 定义 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩檫力,这种现象叫做液体的黏性。它使液体各层间的运动速度不等。液体黏性的大小用黏度来表示,黏度大,内摩擦力大,油液就“稠”;黏度
10、小,内摩擦力就小,油液就“稀”。常用的黏度有三种表示方法:绝对黏度(流动黏度)、运动黏度和相对黏度。粘性示意图下板固定上板以u0运动A点:u=0 B点:u=u0两板之间液流速度逐渐减小A AB B动画演示动画演示2.2 黏度的表现实验证明,相邻液层间的内摩擦力Ff与两液层间的速度差 成正比,与两液层间的距离 成反比,即 式中:Ff 液体流动时,相邻液体层间的内摩擦力 粘性系数,与液体的种类和温度有关 A 液层接触面积 u/y速度梯度,即液层速度沿着平板间隔方向的变化率。静止液体 du0 不呈现粘性单位面积上的内摩擦力,即液层间的切应力 牛顿内摩擦定律uy两液层的速度差两液层间的距离2.3 绝对
11、黏度(动力黏度)动力黏度是表征流体内摩擦力大小的黏性系数。其值等于液体在单位速度梯度流动时,单位面积上的内摩擦力,即:单位:Pas(帕秒)或用N s/m2(牛秒/米2)。如果绝对黏度只与液体种类有关而与速度梯度无关,这种液体称牛顿液体,否则为非牛顿液体,石油基液压油一般为牛顿液体。2.4 运动黏度 动力黏度是液体动力黏度与其密度之比称为该液体的运动黏度。即 单位:现在为:米2/秒(m2/s)过去用斯(St)或里斯(cSt)表示。1m2 2/s=104St=106cSt(=106 mm2/s)习惯上用运动黏度来表示液体的黏度。例如:机械油的牌号表示这种油在50时以mm2/s为单位的运动粘度的平均
12、值。例如YAN32中YA是普通液压油,N32表示50时油的平均运动粘度为32 mm2/s。2.5 相对黏度(条件黏度)相对黏度是根据特定测量条件制定的,故又称条件黏度。我国采用的为恩式黏度,即采用恩氏黏度计测定。式中:t1 油流出的时间 t220OC蒸馏水流出时间 恩氏粘度与运动粘度的换算关系 通常以20、50、100OC作为标准测定温度,记为:200ml=2.8mm恩氏粘度计2.6.1 粘度与压力的关系 压力较低时,压力对粘度的影响不大,可不考虑。当压力大于50MPa时,其影响才趋于显著。2.6.2 粘度与温度的关系 影响:T降低 增大,阻力大,能耗增加 T增加 减小,油变稀,泄漏增加 故需
13、限制油温:T过高,加 冷却器 T过低,加 加热器压力增大时,黏度也相应增大(p)2.6 黏度与压力和温度的关系 温度升高时,黏度相应降低(T )三 液压油的基本要求1.合适的粘度,粘温性好2.润滑性能好3.杂质少4.相容性好5.稳定性好6.抗泡性好、防锈性好7.凝点低,闪点、燃点高8.无公害、成本低四 液压油液的选择和使用1 1.液压油液的选择(1)优先考虑粘性 =11.5 41.3 cSt 即 20、30、40号机械油(2)按工作压力 p 高,选大;p 低,选小(3)按环境温度 T 高,选大;T 低,选小(4)按运动速度 v 高,选小;v 低,选大(5)其他 环境(污染、抗燃)经济(价格、使
14、用寿命)特殊要求(精密机床、野外工作的工程机械)第三节 液压传动的基本参数液压传动的基本参数是压力、流量和功率一 液体的压力 液体在单位面积上所承受的法向作用力,称为压力,即物理学中称为的压强。液体的压力为:单位:N/m2(牛顿/米2)、帕(Pa)。工程中常用KPa(千帕)或MPa(兆帕)。1MPa=1000KPa=106Pa=106N/M2二 液体的流量2.1 流量 单位时间内流过管道的液体的体积称为液体的流量。液体的流量为:单位:L/min(升/分),1L=10-3m3=1cm32.2 流速 液体单位时间内流过的距离称为液体的流速。液体的流速为:单位:m/s(米/秒)。如Q单位为L/min
15、,A单位为cm2,则:三 功和功率 3.1 功 物体在力F 的作用下,沿力F 的方向移动了距离S,则力F对于这个物体做的功W 为:3.2 功率 单位时间内做的功叫做功率P.式中:S/t=v,为物体移动的速度。单位:W(瓦),以油缸为例,根据活塞的受力平衡有:压力油对活塞做的功为:由于 (体积),所以:液压油做工的功率P为 若压力单位为MPa,流量单位为L/min,则功率P为:可见:液压功由压力和流量共同传递。作业1.20时。水的动力粘度1.008103 Pa.s,密度1000 kg/m3,求在该温度下水的运动粘度。2.已知图中小活塞的面积A110cm 2,大活塞的面积A2=100cm2,管道的
16、截面积A32cm2。试计算;(1)若使W10104N的重物抬起,应在小活塞上施加的力F?(2)当小活塞以v11m/min的速度向下移动时,求大活塞上升的速度v2,管道中液体的流速v3。作业第四节 流体的静力学按作用方式,平衡流体上的作用力有:质量力:质量力:质量力:质量力:与流体质量大小有关并且集中在液体质点上的与流体质量大小有关并且集中在液体质点上的力称为质量力。力称为质量力。表面力:表面力:表面力:表面力:与表面面积有关而且分布作用在流体表面上的与表面面积有关而且分布作用在流体表面上的力称为表面力。力称为表面力。概述 表面力是由与分析体相接触的其它物体的作用产生表面力是由与分析体相接触的其
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