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华中科技大学绪论液压油液华中科技大学液压与气压传动教学大纲课程的性质：该课程是机械工程及自动化专业的必修的专业基础课。课程的要求：1.要求掌握各种液压与气动元件的结构原理和特点。2.要求掌握各种液压与气动基本回路的功用和组成。3.要求掌握分析系统工作原理的方法。学时安排：总学时数56，课内讲授52学时，实验4学时；课后作业每两周交一次；期末考试。华中科技大学学时分配绪论、液压油液2学时液压流体力学4学时液压泵6学时液压马达与液压缸4学时液压控制阀12学时液压辅件2学时液压基本回路8学时典型液压系统4学时气压传动基础知识1学时气源装置及气动元件3学时气动基本回路与常用回路4学时非时序逻辑系统设计1学时气压传动系统举例1学时华中科技大学液压与气压传动的工作原理和特征力的传递遵循帕斯卡原理p2=F2/A2F1=p1A1=p2A1=pA1液压与气动系统的工作压力取决于外负载。运动的传递遵照容积变化相等的原则s1A1=s2A2q1=v1A1=v2A2=q2执行元件的运动速度取决于流量。压力和流量是液压与气压传动中的两个最基本的参数。液压与气压传动是以流体（液压油液或压縮空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。以液压千斤顶为例来简述液压传动的工作原理华中科技大学典型液压系统原理图形符号图在机床工作台液压系统中，电机带动液压泵旋转，为系统提供压力油，液压缸驱动工作台作往复运动，换向阀使工作台换向，节流阀与溢流阀共同作用，调节工作台的运动速度，再加上油箱、管道、过滤器等保证了系统正常工作。华中科技大学液压与气压传动系统的组成能源装置——将机械能转换为流体压力能的装置。液压泵或空气压縮机。执行元件——将流体的压力能转换为机械能的元件。液压缸或气缸、液压马达或气马达。控制元件——控制系统压力、流量、方向的元件以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。如溢流阀、节流阀、方向阀等。辅助元件——保证系统正常工作除上述三种元件外的装置。如油箱、过滤器、蓄能器、油雾器、消声器、管件等。华中科技大学液压与气压传动的优缺点布置方便灵活。无级调速，调速范围可达2000：1。传动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向。操作控制方便，易于实现自动控制、中远距离控制和过载保护。标准化、系列化、通用化程度高，有利于縮短设计周期、制造周期和降低成本。传动效率不高；维护要求较高。华中科技大学液压与气压传动的应用和发展概况液压与气动技术应用在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶、航天航空等国民经济各行各业，是自动化技术不可缺少的手段。元件小型化、系统集成化、机电液（气）一体化是液压与气动技术的必然发展趋势；元件与系统的CAD/CAT与计算机实时控制是当前的发展方向。华中科技大学液压油液的性质密度一般认为液压油的密度为900kg/m3可压缩性对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的。粘性液体流动时分子之间产生的一种内摩擦力，用动力粘度，运动粘度，相对粘度来度量。动力粘度表征液体粘性的内摩擦系数μ=(F/A)/(du/dy)运动粘度ν=μ/ρ,没有明确的物理意义,但是工程实际中常用的物理量。相对粘度又称条件粘度，我国采用恩氏粘度（°E）。粘度随着温度升高而显著下降（粘温特性）。粘度随压力升高而变大（粘压特性）。华中科技大学对液压油液的要求和分类对液压油液的要求粘温特性好；有良好的润滑性；成分要纯净；有良好的化学稳定性；抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；无毒，价格便宜液压油液分类矿物性液压油：按照ISO规定，采用40℃时油液的运动粘度（mm2/s)作为油液粘度牌号，共分为10、15、22、32、46、68、100、150等8个等级。难燃液压液：乳化液高水基液压液海水或淡水华中科技大学液压油液的选用选用液压油液首先考虑的是粘度选择时要注意：液压系统的工作压力压力高，要选择粘度较大的液压油液。环境温度温度高，选用粘度较大的液压油液。运动速度速度高，选用粘度较低的液压油液。液压泵的类型各类泵适用的粘度范围见书中表1－4。华中科技大学液压泵概述华中科技大学液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。液压泵的基本工作原理液压泵的主要性能参数液压泵的分类和选用液压泵的图形符号华中科技大学液压泵基本工作原理以单柱塞泵为例组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直径为d，偏心轮偏心距为e。偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动排油。泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。V=Sπd2/4=eπd2/2华中科技大学液压泵正常工作的三个必备条件必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大——吸油，由大变小——压油；密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。华中科技大学液压泵的主要性能参数液压泵的压力工作压力p：泵工作时的出口压力，大小取决于负载。额定压力ps：正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力。吸入压力：泵的进口处的压力。液压泵的排量、流量和容积效率排量V：液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。常用单位为cm3/r。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。华中科技大学平均理论流量qt：泵在单位时间内理论上排出的油液体积，qt=nv，单位为m3/s或L/min。实际流量q：泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力≠0时，因存在泄漏流量Δq，因此q=qt-Δq。瞬时理论流量qsh：任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即qsh≠qt。额定流量qs：泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。容积效率ηv：ηv=q/qt=（qt-Δq）/qt=1-Δq/qt=1-kp/nV式中k为泄漏系数。华中科技大学泵的功率和效率输入功率Pr：驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率，Pr=Tω输出功率P：泵输出液压功率，P=pq总效率ηp：ηp=P/Pr=pq/Tω=ηvηm式中ηm为机械效率。泵的转速：额定转速ns：额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。最高转速nmax：额定压力下允许短时间运行的最高转速。最低转速nmin：正常运转允许的最低转速。转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。华中科技大学液压泵的分类和选用按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，螺杆泵。齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸轮转子泵柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵按排量能否变量分定量泵和变量泵。单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵选用原则：是否要求变量要求变量选用变量泵。工作压力柱塞泵的额定压力最高。工作环境齿轮泵的抗污能力最好。噪声指标双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。效率轴向柱塞泵的总效率最高。华中科技大学液压泵的图形符号华中科技大学齿轮泵华中科技大学齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的表面，螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，因此将螺杆泵放在齿轮泵一起介绍。华中科技大学外啮合齿轮泵结构组成一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽为B，齿数为z泵体前后盖板长短轴工作原理（动画）两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。华中科技大学外啮合齿轮泵的排量公式V=2πzm2Bz—齿数，m—齿轮模数，B—齿宽齿轮节圆直径一定时，为增大泵的排量，应增大模数，减小齿数。齿轮泵的齿轮多为修正齿轮。齿轮泵的瞬时理论流量是脉动的，这是齿轮泵产生噪声的主要根源。为减少脉动，可同轴安装两套齿轮，每套齿轮之间错开半个齿距，组成共压油口和吸油口的两个分离的齿轮泵。华中科技大学外啮合齿轮泵的结构特点泄漏与间隙补偿措施齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处泄漏。端面泄漏占80％—85％。端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。华中科技大学液压径向力及平衡措施齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的合力F=KpBDeK为系数，对主动齿轮K=0.75；对从动齿轮K=0.85。液压径向力的平衡措施之一：通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。华中科技大学困油现象与卸荷措施困油现象产生的原因齿轮重迭系数ε＞1，在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。困油现象描述华中科技大学困油现象的危害闭死容积由大变小时油液受挤压，导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。卸荷措施在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽的原则两槽间距a为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。华中科技大学内啮合齿轮泵工作原理一对相互啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，为压油腔。特点无困油现象流量脉动小，噪声低采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达30MPa。华中科技大学螺杆泵工作原理相互啮合的螺杆与壳体之间形成多个密闭容积，每个密闭容积为一级。当传动轴带动主螺杆顺时针旋转时，左端密闭容积逐渐形成，容积增大为吸油腔；右端密闭容积逐渐消失，容积减小为压油腔。特点流量均匀，噪声低；自吸性能好。华中科技大学选择液压泵的原则是否要求变量径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。工作压力柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力6.3MPa，高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达21MPa。工作环境齿轮泵的抗污染能力最好。噪声指标低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。效率轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。华中科技大学叶片泵华中科技大学叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵只能作定量泵用，单作用叶片泵可作变量泵用。双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和压油而得名。单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。华中科技大学双作用叶片泵结构组成定子其内环由两段大半径R圆弧、两段小半径r圆弧和四段过渡曲线组成转子铣有Z个叶片槽，且与定子同心，宽度为B叶片在叶片槽内能自由滑动左、右配流盘开有对称布置的吸、压油窗口传动轴华中科技大学双作用叶片泵工作原理工作原理由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成，故有两部分密闭容积将减小，受挤压的油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗口从油箱吸油。排量公式V=2πB（R2–r2）-2zBS（R-