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第1章液压与气压传动基础液压与气压传动的工作原理一液压与气压传动的组成二液压与气压传动的应用三液压与气动技术的基本理论四液压与气压传动的工作原理液压与气压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段，其广泛地应用在机械制造业、起重设备、矿山机械、工程机械、农业机械、化工机械及军事行业中。特别是在机床行业中应用液压与气压传动技术实现机床往复、机床回转、机床进给、机床仿行及各种辅助运动。液压与气压传动技术是以流体—液压油液(或压缩空气)为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式，它们的工作原理基本相同。液压千斤顶由液压泵和液压缸两部分构成。液压泵(手动柱塞泵)由杠杆1、泵体2、小活塞3及单向阀5和7组成。液压缸由缸体10和大活塞9组成，为确保液压千斤顶正常工作，活塞与缸体、活塞与泵体接触面之间的配合既要使活塞在缸体和泵体中移动，又要形成可靠的密封。液压传动的工作原理结论：液压传动是依靠密封的变化来传递运动、依靠油液内部的压力来传递动力的。液压传动装置实质上就是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能，以驱动工作机构完成各种要求动作。液压传动的工作原理气压传动工作原理气压传动工作原理和液压传动基本相同，也是能量转换的过程。只是工作介质是空气，不是液压油。下面以气动剪切机为例说明。液压与气压传动的组成液压传动系统除工作介质外，主要由动力元件、执行元件、控制调节元件和辅助元件4部分组成液压与气压传动的组成各部分的名称和所包含的主要液压元件及作用序号组成作用1动力元件液压泵将原动机输入的机械能转换为液压能，为液压系统提供压力油，是液压系统的动力源2执行元件液压缸、液压马达将液体的压力能转换为机械能，在压力油的推动下输出力和速度，以驱动工作部件3控制调节元件各种阀类元件，如溢流阀、节流阀、换向阀等控制液压系统中液压油的压力、流量和流动方向，以保证执行元件完成预期的工作运动4辅助元件油箱、油管、管接头、滤油器、压力计、流量计等散热、贮油、输油、连接、过滤、测量压力和流量，以保证系统正常工作气压传动的组成气压传动系统主要组成有四部分。(1)气源装置是获得压缩空气的设备与装置。包括空气压缩机、贮气罐、空气净化装置等。其主体部分是空气压缩机，它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。应用气动设备较多的厂矿，集中建立压缩空气站，再由压缩站统一向各用气点分配输送压缩空气。(2)执行元件是将气体的压力能转换为机械能的能量装置，包括气缸(直线运动)和气马达(回转运动)。(3)控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量、方向，以便使执行元件完成预定运动的元件，主要包括压力阀、流量阀、方向阀、逻辑元件和行程阀等。(4)辅助元件是将压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接等所需的不可缺少的元件装置，包括过滤器、油雾器、消声器以及管件等。气压传动系统组成液压与气压传动的优、缺点及应用液压传动的优点（1）在传递同等功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑。据统计，液压马达的重量只有同功率电动机重量的10%～20%，而且液压元件可在很高的压力下工作，因此液压传动能够传递较大的力或力矩。（2）液压装置由于重量轻、惯性小、工作平稳、换向冲击小，易实现快速启动，制动和换向频率高。对于回转运动每分钟可达500次，直线往复运动每分钟可达400～1000次。这是其他传动控制方式无法比拟的。（3）液压传动装置易实现过载保护，安全性好，不会有过负载的危险。（4）液压传动装置能在运动过程中实现无级调速，调速范围大（可达范围1∶2000）速度调整容易，而且调速性能好。（5）液压传动装置调节简单、操纵方便，易于自动化，如与电气控制相配合，可方便的实现复杂的程序动作和远程控制。（6）工作介质采用油液，元件能自行润滑，故使用寿命较长。（7）元件已标准化，系列化和通用化。便于设计、制造、维修、推广使用。（8）液压装置比机械装置更容易实现直线运动。液压传动的缺点（1）由于接管不良等原因造成液压油外泄，它除了会污染工作场所外，还有引起火灾的危险。（2）液压系统大量使用各式控制阀、接头及管子，为了防止泄漏损耗，元件的加工精度要求较高。（3）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造成的。（4）油温上升时，粘度降低；油温下降时，粘度升高。油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。（5）系统将机械能转换成液体压力能，再把液体压力能转换成机械能做功，能量经两次转换损失较大，能源使用效率比传统机械低。（6）液压传动由于在两次能量转换过程中存在机械摩擦损失、液体压力损失和泄漏损失等，故不宜远距离传输。（7）液压传动装置出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。气压传动的优点（1）采用空气作为传动介质，来源方便，取之不尽，用后直接排人大气而不污染环境，且不需回气管路。（2）气动系统结构较简单，安装自由度大，使用、维护方便，使用成本低。（3）空气对环境的适应性强，特别是在高温、易燃、易爆、高尘埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中，比液压、电气及电子控制都优越。（4）空气的黏度很小，在管路中流动时的压力损失小，管道不易堵塞，空气也没有变质问题，所以节能、高效。它适用于集中供气和远距离输送。（5）与液压传动相比，气压传动反应快，动作迅速，一般只需0．02～o．03s就可建立起需要的压力和速度。因此，它特别适用于实现系统的自动控制。（6）调节控制方便，既可组成全气动控制回路，也可与电气、液压结合实现混合控制。气压传动的缺点（1）由于空气的可压缩性大，所以气动系统的稳定性差，负载变化时对工作速度的影响较大，速度调节较难。（2）由于工作压力低，且结构尺寸不宜过大，所以气动系统不易获得较大的输出力和力矩。因此，气压传动不适用于重载系统。（3）空气无润滑性能，故在系统中需要润滑处应设润滑给油装置。液压与气动技术的应用与发展概况液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业化发展水平的重要标志之一。如发达国家生产的95％的工程机械、90％的数控加工中心、95％以上的自动生产线都采用了液压传动。液压与气动技术的应用与发展概况近年来气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工业等重工业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行各业。和液压技术一样，当今气动技术亦发展成包含传动、控制与检测在内的自动化技术，成为柔性制造系统(FMS)在包装设备、自动生产线和机器人等方面不可缺少的重要手段。由于工业自动化以及FMS的发展，要求气动技术以提高系统可靠性、降低总成本与电子工业相适应为目标，进行系统控制技术和机电液气综合技术的研究和开发。显然，气动元件的微型化、节能化、无油化是当前的发展特点，与电子技术相结合产生的自适应元件，如各类比例阀和电气伺服阀，使气动系统从开关控制进入到反馈控制。计算机的广泛普及与应用为气动技术的发展提供了更加广阔的前景。液压与气动技术的基本理论液压油是液压传动的工作介质，了解液压油的工作性质，掌握其正确的选用方法，才能保证系统可靠有效地工作。在液压传动中液体是不断地流动的，研究流体流动的规律为本任务的主要内容。液压油的有关物理性质1．密度2．可压缩性3．黏性和黏度4．黏度与温度、压力的关系温度对油液的黏度影响较大，随着温度升高，油液的黏度将下降。当液体所受的压力增加时，其分子间的距离减小，内聚力增大，黏度也随之增大。对一般液压系统，当压力在20MPa以下时，压力对黏度的影响不大，通常忽略不计。液压油的选用液压油在液压传动中不仅起传递能量的作用，而且还对液压传动中液压元件起润滑、冷却和防锈的作用。液压油的选择主要是根据工作条件选用适宜的黏度。(1)环境温度环境温度较高时，宜选用黏度较大的液压油。(2)液压系统的工作压力系统工作压力较高时，宜选用黏度较大的液压油，以减少泄漏。(3)运动速度执行元件运动速度较高时，宜选用黏度较小的液压油，以减少由于液体摩擦而造成的损失。(4)液压泵的类型在液压系统的所有元件中，以液压泵对液压油的性能最为敏感。因此常根据液压泵的类型及要求来选择液压油的黏度。液压油的选用液压油的产品牌号由类别、品种和数字三部分组成。类别代号中的L表示润滑油、H表示液压系统的工作介质，数字表示工作介质黏度等级，用温度为40℃时的运动黏度平均值(mm2／s)表示。例如L—HL46号液压油，是指这种油在40℃时的运动黏度平均值为46mm2／s。代号L-HL7L-HL1OL-HL15HL-22L-HL32L-HL46L-HL68L-HL1OOL-HL150运动黏度(mm2／s)4．14～5．066．12～7．4813．5～16．519．8～24．228．8～35．241．4～50．661．2～74．890．O～110135～165主要用途本产品为精制矿油，常用于低压液压系统，也适用于要求换油期较长的轻负荷机械的非循环润滑系统液体静力学1.静压力液体静压力具有下列两个特性。（1）液体静压力垂直于其受压平面，且方向与该面的内法线方向一致。（2）静止液体内任意点处所受到的静压力在各个方向上都相等。液体静力学2.压力的表示方法压力的表示方法有两种，即绝对压力和相对压力。绝对压力是以零压力为基准的压力，相对压力是以大气压力为基准的压力。绝大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，所以相对压力也称为表压力。相对压力与绝对压力的关系为相对压力=绝对压力—大气压力压力的表示方法当绝对压力低于大气压力时，比大气压力小的那部分数值称为真空度。即真空度=大气压力—绝对压力绝对压力、相对压力和真空度的相对关系如图1-5所示压力的传递——帕斯卡原理0ppgh0p由静力学基本方程式可知，静止液体内任一点处的压力都包含有液面上的压力，这说明在密闭容器中，由外力作用所产生的压力可以等值地传递到液体内部的所有各点。这就是帕斯卡原理，或称为静压传递原理。液体作用在固体壁面的力静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压力作用力总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。在液压传动计算中质量力(pgh)可以忽略，静压力处处相等，所以可认为作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。液体动力学液体动力学是研究作用在液体上的力与液体运动之间的关系1．基本概念（1）理想液体既无黏性又不可压缩的假想液体称为理想液体；既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。（2）稳定流动液体流动时，若液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动称为稳定流动(亦称定常流动、恒定流动)。反之，只要压力、速度和密度中有一个随时间而变化的流动，就称为非稳定流动(非定常流动、非恒定流动)。液体动力学（3）过流断面、流量和平均流速过流断面：液体流动时，垂直于液体流动方向的截面称为过流断面(或称通流截面)，常用A表示。流量：单位时间内流过某过流断面液体的体积称为流量平均流速：单位时间t内流过过流断面的流量液体动力学2.连续性方程当液体在管道内作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内液体的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间内流过每一截面的液体质量必然相等。如图所示，管道的两个通流面积分别为A1、A2，液体流速分别为v1、v2，液体的密度为ρ，则ρv1A1=ρv2A2=常量即:v1A1=v2A2=Q＝常量或v1/v2=A2/A伯努力方程（1）理想液体的伯努力方程理想液体没有粘性，它在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道每一截面上的总能量都是相等的。在图中任意取两个截面A