液压与气压传动-第2版-教学ppt-高职课件.ppt
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2、回路,利用各种液压与气动元件组成不同功能的基本回路,再由若干个基本回路有机地组合成能完成一定控制功能再由若干个基本回路有机地组合成能完成一定控制功能的的动系统,以满足机电设备对各种运动和动力的要求动系统,以满足机电设备对各种运动和动力的要求。液压与气压控制自动生产线液压与气压控制自动生产线 一、液压与气压传动的工作原理一、液压与气压传动的工作原理(1)液压千斤顶)液压千斤顶 工作原理:工作原理:1、液压传动的工作原理、液压传动的工作原理 由液压千斤顶的工作过程可知,小液压缸与单向阀4和7一起完成吸油与压油,将杠杠的机械能转换为油液的压力能输出,称为(手动)液压泵。大液压缸将油液的压力能转换为机
3、械能输出,顶起重物,称为执行元件。大、小液压缸组成了最简单的液压系统,实现了运动和动力的传递。由油箱1、过滤器2、液压泵3、溢流阀4、换向阀5、节流阀6、换向阀7、液压缸8以及连接这些元件的油管、接头等组成。(2)机床工作台液压系统结构原理机床工作台液压系统结构原理 工作原理:工作原理:电动机驱动液压泵旋转,从油箱经过滤器吸油,泵输出的压力油换向阀5节流阀6换向阀7液压缸8左腔,推动活塞使工作台9向右运动。液压缸8右腔油液换向阀7回油管油箱。将换向阀手柄转换成图所示状态,压力油换向阀7液 液压缸右腔;液压缸左腔换向阀7回油管油箱。推动活塞使工作台向左运动。工作台速度由节流阀工作台速度由节流阀6
4、来调节。改变节流阀开口大小,可以来调节。改变节流阀开口大小,可以改变进入液压缸的流量,从而控制液压缸活塞的运动速度。改变进入液压缸的流量,从而控制液压缸活塞的运动速度。工作台受到的各种阻力越大,缸中的油液压力就越高;阻工作台受到的各种阻力越大,缸中的油液压力就越高;阻力小,压力就低。这就说明了液压传动的一个基本原理,即压力小,压力就低。这就说明了液压传动的一个基本原理,即压力取决于负载。力取决于负载。溢流阀的作用是调节和稳定系统的最大工作压力,并溢出溢流阀的作用是调节和稳定系统的最大工作压力,并溢出定量泵多余的油液。定量泵多余的油液。将换向阀5手柄转换成图所示状态,泵输出的压力油换向阀5回油管
5、油箱。工作台停止运动,系统处于卸荷状态。目前各国均用元件的图形符号来绘制液压和气压系统图。这些符号只表示元件的这些符号只表示元件的职能及连接通路,而不表职能及连接通路,而不表示其结构和性能参数。示其结构和性能参数。液压系统的图形符号图液压系统的图形符号图 2.气压传动的工作原理气压传动的工作原理 气动剪切机的工作原理气动剪切机的工作原理 空压机1输出的压缩空气冷却器2油水分离器3(降温及初步净化)贮气罐4分水滤气器5(再次净化)减压阀6油雾器7换向阀9气缸10。此时换向阀腔压缩空气将阀心推到上位,使气缸上腔充压,活塞处于下位,剪口张开,处于预备工作状态。当送料机构将工料11送入剪切机到达规定位
6、置时,工料将阀8的阀心向右推动,阀腔经阀8与大气相通,换向阀阀心在弹簧的用下移到下位,气缸上腔与大气连通,下腔与压缩空气连通。此时活塞带动剪刀快速向上运动将工料切下。工料被切下后,即与行程阀脱开,行程阀阀心在弹簧作用下复位,将排气口封死,换向阀腔压力上升,阀心上移,气路换向。气缸上腔进压缩空气,下腔排气,活塞带动剪刀向下运动,系统又恢复到图示预备状态,待第二次进料剪切。想想 一一想想 想一想你在日常生活中见到过哪些是用液压或气压传动的想一想你在日常生活中见到过哪些是用液压或气压传动的机械设备?试举出几个实例说明。机械设备?试举出几个实例说明。从上面例子可以看到:从上面例子可以看到:液压泵(空气
7、压缩机)将电动机液压泵(空气压缩机)将电动机的机械能转换为流体的压力能,然后通过液压缸或液压马达的机械能转换为流体的压力能,然后通过液压缸或液压马达(气缸或气马达)将流体的压力能再转换为机械能以推动负(气缸或气马达)将流体的压力能再转换为机械能以推动负载运动。载运动。液压与气压传动的过程:液压与气压传动的过程:机械能机械能(电动机)(电动机)液体压力能液体压力能(液压泵,空压机)(液压泵,空压机)机械能机械能(液压(气)缸(液压(气)缸,液(气)马达),液(气)马达)二、液压与气压传动系统的组成二、液压与气压传动系统的组成 (1)能源装置:)能源装置:把机械能转换成流体的压力能装置。一般常见的
8、是液压泵或空气压缩机。(2)执行元件:)执行元件:把流体的压力能转换成机械能的装置。可以是作直线运动的液压缸或气缸,也可与是作回转运动的液压马达或气压马达。(3)控制调节元件:)控制调节元件:对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。例如溢流阀、流量阀、换向阀等。(4)辅助元件:)辅助元件:保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器、分水滤气器、油雾器、消声器、蓄能器、管件等。(5)传动介质:)传动介质:传递能量的流体,即液压油或压缩空气。三、液压与气压传动的优缺点三、液压与气压传动的优缺点 与机械传动和电力拖动系统相比液压与气压传动具有以下优缺点:1.液压与气压传动
9、的优点液压与气压传动的优点:2.液压与气压传动的缺点液压与气压传动的缺点:总的来说,液压与气压传动的优点是主要的,其缺点将随着科学技术的发展不断得到克服。例如,将液压传动、气压传动、电力传动、机械传动合理例如,将液压传动、气压传动、电力传动、机械传动合理地联合使用,构成气地联合使用,构成气液,电液,电液(气),机液(气),机液(气)等联液(气)等联合传动,合传动,以进一步发挥各自的优点,弥补某些不足,因此,在以进一步发挥各自的优点,弥补某些不足,因此,在工程实际中得到了广泛应用。工程实际中得到了广泛应用。3.液压与气压传动的各自特点:液压与气压传动的各自特点:液压传动在机床、工程机械、矿山机械
10、、压力机械和航空工业等领域得到广泛应用。液压技术正向高压、高速、大功率、节能高效、低噪声、长液压技术正向高压、高速、大功率、节能高效、低噪声、长寿命、高集成化等方面发展。同时,液压元件和液压系统的计算寿命、高集成化等方面发展。同时,液压元件和液压系统的计算机辅助设计(机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试()、计算机辅助测试(CAT)、计算机实时)、计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。控制也是当前液压技术的发展方向。气压传动在电子工业、包装机械、印染机械、食品机械等领域应用广泛。气动控制技术以提高系统的可靠性、降低总成本为目标,研气动控制技术以提高系统的可靠性、降低总成本为目标,研究和开发
11、系统控制技术和机、电、液、气综合技术。显然,气动究和开发系统控制技术和机、电、液、气综合技术。显然,气动元件的微型化、节能化、无油化、位置控制高精度化以及与电子元件的微型化、节能化、无油化、位置控制高精度化以及与电子相结合的应用元件是当前的发展特点和研究方向。相结合的应用元件是当前的发展特点和研究方向。四、了解液压与气动技术的应用和发展四、了解液压与气动技术的应用和发展 第一章第一章 液压液压与气压传动基本知识液压液压与气压传动基本知识 学习目标学习目标 1.液压油的物理性质;液压油的物理性质;2.液压传动的基本原理,即连续性方程和伯努力方程,液压传动的基本原理,即连续性方程和伯努力方程,液体
12、流经管路的压力损失等液体流经管路的压力损失等;3.液压油的选用液压油的选用;4.空气的基本性质及气压传动对高职介质的要求。空气的基本性质及气压传动对高职介质的要求。液液压传动压传动的工作介的工作介质质是液体。是液体。最常用的是液最常用的是液压压油。此外油。此外还还有乳化型有乳化型传动传动液和合成型液和合成型传动传动液等。液等。气气压传动压传动的工作介的工作介质质是是压缩压缩空气。空气。主主 要要 内内 容容 流体静力学基础流体静力学基础 流体的主要物理性质流体的主要物理性质流体的主要物理性质流体的主要物理性质 流体动力学基础流体动力学基础 流体流动时的压力损失流体流动时的压力损失 流体流经孔口
13、和缝隙的流量流体流经孔口和缝隙的流量 液压冲击和空穴现象液压冲击和空穴现象 一、密度密度 式中 液体的质量(kg);液体的体积(m)。液体的密度:液体的密度:单位体积液体的质量,即单位体积液体的质量,即(11)第一第一 节节 液体的主要物理性质液体的主要物理性质 矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小,随压力的提高而稍有增加,但变动值很小,可忽略不计。常用液压油的密度为 。1.粘性的意义粘性的意义 二、粘二、粘 性性 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,分子间的内聚力分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生一种要阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力,这种现象叫液体的粘内摩擦力,这种现象叫液
14、体的粘性。液体只有在流动(或有流动性。液体只有在流动(或有流动趋势)时才会呈现出粘性趋势)时才会呈现出粘性,粘性使流动液体内部各处的速度不相等,静止液体不呈现粘性。静止液体不呈现粘性。两平行平板间充满流体,下平板不动,上平板以速度向右平动。由于流体的粘性,使紧靠下平板和上平板的流体层速度分别为零和 ,而中间各流层的速度则从上到下按递减规律,呈线性分布。实验测定表明,流体流动时相邻流层间的内摩擦力F与流层接触面积A、流层间相对运动的速度梯度du/dy成正比(12)式中,是比例常数,称为动力粘度。若以表示内摩擦切应力,即单位面积上的内摩擦力,则(13)这就是牛顿流体内摩擦定律。这就是牛顿流体内摩擦
15、定律。2.液体的粘度液体的粘度 流体粘性的大小用粘度来表示。流体粘性的大小用粘度来表示。(1)动力粘度:)动力粘度:动力粘度又称绝对粘度,它是表征流体流动层间单位面积上产生的 内摩擦力,单位为 N.m/m或Pas(帕秒)。(2)运动粘度)运动粘度 是动力粘度与其密度的比值,即 ,单 位为 。(3)相对粘度)相对粘度 (又称条件粘度)(又称条件粘度)美国采用赛氏粘度(SSU);英国采用雷氏粘度(R);我国和一些欧洲国家采用恩氏粘度E。恩氏粘度E用恩氏粘度计测定。恩氏粘度与运动粘度(恩氏粘度与运动粘度(m/s)的换算关系为)的换算关系为 (14)当当1.35E3.2时时当当E3.2时时(15)(1
16、6)(4)调合油的粘度)调合油的粘度 将同一型号两种粘度不同的油按适当的比例混合起来使用,将同一型号两种粘度不同的油按适当的比例混合起来使用,称为调合油。称为调合油。式中式中 E1、E2混合前两种油液的恩氏粘度,取 E1E2;E混合后的调合油的恩氏粘度;a1、a2两种油液各占的百分数(a1+a2=100%);c实验系数,见表2-1。(17)3.粘度与温度的关系粘度与温度的关系 液压油粘度对温度的液压油粘度对温度的变化十分敏感。变化十分敏感。图示:温度升高,粘度下降。油液粘度随温度变化的质油液粘度随温度变化的质称为粘温特性。称为粘温特性。不同种类的液压油有不同的粘温特性。由图可见,温度对液压油粘
17、度影响较大,必须引起重视。由图可见,温度对液压油粘度影响较大,必须引起重视。液体受压力作用而使其体积发生变化的性质,称为液体液体受压力作用而使其体积发生变化的性质,称为液体的可压缩性。的可压缩性。对于一般液压系统压力不高时,液体的可压缩性很小,因此可认为液体是不可压缩的,在压力变化很大的高压系统中,以及当液体混入空气时,其可压缩将显著增加,就必须考虑液体可压缩性的影响。三、液体的可压缩性三、液体的可压缩性 空气由78%的氮气、21%氧气、15%其他气体以及一些水蒸气组成。含水蒸气的空气称湿空气;不含水蒸气空气称干空气。空气干湿程度对系统的稳定和寿命有直接影响。空气体积受温度压力的影响较大,有可
18、压缩性。温度和压力越高,压缩性越大。只有在气流速度较低,温度变化不大,可将气体看作不可压缩。体积小、阻力大的流通部件为气阻。如节流阀。传动系统中储存或放出气体的空间称为气容。如管道、气缸、气罐等。为提高气压信号传输速度应限制气容;为延时、缓冲应设置气容 气压设备在工作时,常出现气体的高速流动,而产生噪声。噪声的强弱与排气量、排气速度、排气通道的形状有关。四、空气的基本性质四、空气的基本性质 想一想想一想 (2)液压油的粘度是否受温度的影响?如何影响?)液压油的粘度是否受温度的影响?如何影响?举例说明。举例说明。(1)把分别盛有水和某种油液的两个容器放在桌面上,)把分别盛有水和某种油液的两个容器
19、放在桌面上,试问这两种液体哪种粘度大?为什么?试问这两种液体哪种粘度大?为什么?想一想想一想 1 234 空气的湿度对气压传动系统有何影响?如何防止它的负面影响?液压传动与气压传动系统相比较,哪个传动更为平稳?为什么?家庭中常用的燃气罩、罐及相关的部件,哪些是气阻,哪些是气容,各有什么作用?高速气流在经过排气通道排出时会发出刺耳的声音,你有什么办法可以降低噪声?方法越多越好。1)适当的粘度,较好的粘温特性。2)润滑性能好。在工作压力和温度发生变化时,应具有较高的油膜强度。3)成分纯,杂质少。4)对金属和密封件有良好的相容性。5)具有良好的化学稳定性和热安定性,油液不易氧化、不易变质。6)抗泡沫
20、性好,抗乳化性好,腐蚀性小,防锈性好。7)流动点和凝固点低,闪点(明火能使油面上油蒸气燃,但油本身不燃烧时的温度)和燃点高。8)对人体无害,成本低。1.对液压油的要求对液压油的要求 五、液压油的种类和选用五、液压油的种类和选用2.液压油的种类和选用液压油的种类和选用(1)液压油的种类)液压油的种类主要有石油型、合成型和乳化型三类。主要有石油型、合成型和乳化型三类。(2)液压油的选用)液压油的选用 1)液压油的类型 应根据其工作性质和工作环境要求来选择。2)液压油的牌号 主要是根据工作条件选用适宜的粘度。选择时应考虑液压系统在以下几方面的情况:a)工作压力 工作压力较高的系统宜选用粘度较大的液压
21、油,以减少泄漏。b)运动速度 当液压系统的工作部件运动速度较高时,宜选用粘度较小的液压油,以减轻液流的摩擦损失。c)环境温度 环境温度较高时宜选用粘度较大的液压油。因为环境温度高会使油的粘度下降。另外,也可根据液压泵的类型及工作情况选择液压油的粘度。第二节第二节 流体静力学基础流体静力学基础 一、液体静压力及其特性一、液体静压力及其特性 (1)液体静压力)液体静压力 当液体相对静止时,液体单位面积上所当液体相对静止时,液体单位面积上所受的法向力称为压力,相当于物理学中的压强,受的法向力称为压力,相当于物理学中的压强,即即 式中 液体静压力,单位为N/m2或Pa(帕斯卡)。(18)工程中也常采用
22、工程中也常采用 (千帕)或(千帕)或 (兆帕)。(兆帕)。换算关系为:换算关系为:。当液体受到外力的作用时,就形成液体的压力,如图所示。(2)液体静压力的特性)液体静压力的特性1)液体静压力的方向总是沿液体静压力的方向总是沿 作用面的内法线方向。作用面的内法线方向。2)静止液体内任一点处的静静止液体内任一点处的静 压力在各个方向上都相等。压力在各个方向上都相等。二、液体静力学基本方程二、液体静力学基本方程 如图所示,计算距液面深度为h处某点的压力 ,假想在液体内取出一个底面包含点,底面积为A的一微小液柱来研究,液柱处于平衡状态时有 (19)(110)由上式可知:由上式可知:1)静止液体内任一点
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