液压传动教案

《液压传动》教案余锋武汉工程职业技术学院机电工程系二○一○年春教研室：机电工程教研室授课教师：余锋课程名称《液压传动》课次主要教学内容学时分配第一讲液压传动概述液压传动的工作原理液压与气动系统的组成液压传动的特点、应用4学时教学目的掌握液压传动等基本概念,了解液压技术发展的历史和发展动向。教学重点液压传动的工作原理、组成和特点。教学难点无教学方法多媒体教学拟留作业见本讲教案授课总结§1-1液压传动的工作原理为什么液压千斤顶能顶起汽车？•力的传递分析p2=F2/A2F1=p1A1=p2A1=pA1液压传动中液体的工作压力决定于负载。•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。§1-2液压与气动系统的组成•动力元件将机械能转换为液压能。如液压泵。•执行元件将液压能转换为机械能。如液压缸或、液压马达。•控制元件控制系统压力、流量和方向。如压力阀、流量阀、方向阀等。•辅助元件保证系统正常工作辅助元件。如油箱、过滤器、管件等。§1-3液压传动的特点及应用1.3.1主要优点•传递功率大。•无级调速。•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。1.3.2主要缺点•效率较低、可能泄漏污染。•工作性能易受温度变化的限制。•造价较高。•液压故障诊断技术要求高，液体介质污染控制较复杂。•不能得到严格的传动比。1.3.3应用举例工程机械富浪牌4RZ-1型联合收割机-液压式割台升降塑料机械——注塑机HT2101A微机电液伺服万能材料试验机”思考题：•1-1液压传动由哪五部分组成？各部分作用是什么？•1-2液压传动的优点是什么?教研室：机电工程教研室授课教师：余锋课程名称《液压传动》课次主要教学内容学时分配第二讲液压流体力学概述液压油液体静力学液体动力学液体流动时的压力损失小孔流量气穴现象和液压冲击4学时教学目的了解压力损失、流量损失、液压冲击、空穴现象产生的原因及防止措施。掌握液压传动的工作介质液体的种类、性质。教学重点液体的静力学基础知识。流动液体的三个基本方程并进行计算。教学难点无教学方法多媒体教学拟留作业见本讲教案授课总结§2-1液压油液压油的功能：传递能量和信号；润滑；散热；防锈；密封摩擦副中的间隙；传输、分离和沉淀非可溶性污染物等。2.1.1液压油物理性质•密度单位体积液体的质量。ρ=m/V（kg/m3）•可压缩性液压油体积弹性模量Κ＝（1.2～2）109Pa。一般情况下认为液体是不可压缩的。•粘性液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这种特性称为液体的粘性。牛顿的液体内摩擦定律：F=μAdu/dyτ=μdu/dy其中：μ为比例常数，即动力粘度液体的粘性用动力粘度、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。单位：1m2/s=106cSt(厘斯)ISO规定统一采用运动粘度来表示油液的粘度级。我国的液压油以40℃时运动粘度中心值（以mm2/s计）为粘度等级标号，即牌号。例如，牌号为L—HL22的普通液压油在40℃时运动粘度的中心值为22mm2/s相对粘度又称条件粘度，我国采用恩氏粘（°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）。2.1.2液压油的选用和分类•对液压油液的选用和要求合适的粘度和良好的粘温特性。良好的化学稳定性。良好的润滑性能。质地纯净。对金属和密封件有良好的相容性。抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，抗锈性好。流动点和凝固点低，闪点和燃点高，经济性好。•液压油液的分类我国液压油种类多，主要分矿油型、含水型、合成型。§2-2液体静力学液体静力学研究液体静止时的平衡规律。2.2.1阿基米德定律浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。浮力F＝ρgV。2.2.2液体压力•液体静压力及其特性液体的静压力：静止液体内某点单位面积上所受到的法向力称为静压力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为:p=F/A液体静压力的特性：（1）、液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。（2）、液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。•压力的表示方法及单位绝对压力以绝对真空为基准进行度量。相对压力或表压力以大气压为基准进行度量。真空度绝对压力不足于大气压力的那部分压力值。压力单位帕Pa(N/m2)1MPa＝106Pa2.2.3液体静力学基本方程静压力基本方程式：p=p0+ρgh）•压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力ρgh。•液体内的压力与液体深度成正比。•离液面深度相同处各点的压力相等，组成等压面，为水平面。2.2.4帕斯卡原理在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点。液体内的压力是由负载决定的。§2-3液体动力学2.3.1液体运动的基本概念液体动力学研究流动液体的运动规律、能量转化和作用力。•理想液体既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。•恒定流动液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动。•过流截面液体在管道流动时，垂直于流动方向的截面称为过断流面。也称通流截面。•流量单位时间内通过某通流截面的液体的称为体积流量或流量。q=vA(m3/s或L/min）。•平均流速单位通流截面通过的流量。设管道液体在时间t内流过的距离为l，过流断面面积A，则q＝V/t＝Al/t=Av•层流液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状的流动状态。•紊流液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。•雷诺数雷诺实验表明，真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即Re＝vd/υ（2.12）液流紊流转变为层流时的雷诺数称临界雷诺数，记为Rec。2.3.2连续性方程连续性方程是质量守恒定律在流动液体中的表现形式。根据质量守恒定律，在dt时间内流入截面A1的质量应等于流出截面A2的质量。ρv1A1dt＝ρv2dA2dtv1A1＝v2A2＝q2.3.3伯努利方程液体在管内作恒定流动，任取截面1、2，有：p1+ρgZ1+1/2ρv12=p2+ρgZ2+1/2ρv22（2.16）v1A1＝v2A2＝q（2.15）实际流体的伯努利方程p1+ρgZ1+α1/2ρv12=p2+ρgZ2+α2/2ρv22+ρghw（2.17）2.3.4动量方程动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。∑F=d（mu）/dt=ρq（v2-v1）作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小。F=ρq（v2cosθ2v1cosθ1）液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。F=-F=ρqv1cosθ§2-4液体流动时的压力损失2.4.1沿程压力损失液体沿等直径直管流动时因摩擦所产生的能量损失称沿程压力损失。这是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。•圆管中的流速分布u＝Δp（R2-r2）/4μl•圆管中的流量•沿程压力损失2.4.2局部压力损失液体流经弯管、接头、截面突变、阀口及滤网等局部障碍时，引起油液质点间、以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损称局部压力损失。§2-5小孔流量液压系统常利用小孔和缝隙来控制液体的压力、流量和方向。pld1284pldq128422vdlpf22vpr通过小孔的流量q＝CqA/2p（2.30）可统一为通用公式q＝CA△pm则通用液阻公式为（R＝dp/dq）§2-6气穴现象和液压冲击2.6.1气穴现象在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压，原溶解在液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为气穴现象。2.6.2液压冲击在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。思考题：•2-1油液的粘性指什么？常用的粘度表示方法有哪几种?说明粘度的单位。•2-2某种液压油在温度为50℃时的运动粘度为32mm2/s，密度为900kg／m3。试求其动力粘度。•2-3某油液的动力粘度为4.9×109Ns/m2，密度为850kG/m3，求该油液的运动粘度为多少?•2-4图2—50中，立式数控加工中心主轴箱自重及配重W为8×l04N，两个液压缸活塞直径D=30mm，问液压缸输入压力p应为多少MPa才能平衡？教研室：机电工程教研室授课教师：余锋课程名称《液压传动》课次主要教学内容学时分配第三讲液压泵液压泵概述齿轮泵叶片泵柱塞泵6学时教学目的掌握液压泵的主要参数、性能；掌握液压泵的组成和基本工作原理。教学重点液压泵选用和图形符号教学难点无教学方法多媒体教学拟留作业见本讲讲义授课总结§3-1液压泵概述液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为液压能。3.1.1液压泵基本工作原理•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。•液压泵正常工作的三个必备条件有可以周期性变化的密闭容积。容积由小变大——吸油，由大变小——压油；具有相应的配流机构；油箱内压力必须恒等于或大于大气压力。3.1.2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。V=Sπd2/4=eπd2/2常用单位为cm3/r。排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。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。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。•泵的功率输入功率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•泵的效率容积效率ηv=q/qt=（qt-Δq）/qt机械效率ηm=T/Tr总效率η=P/Pr=pq/Tω=ηvηm•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。3.1.3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。•工作压力柱塞泵的额定压力最高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。液压泵的图形符号§3-2齿轮泵3.2.1齿轮泵结构和工作原理•结构组成•齿轮泵工作原理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