液压与气压笔记.doc

第一章 绪论
一什么是液压传动
原动机、传动部分、控制部分和工作机构。
传动部分是中间环节，它的作用是把原动机的输出功率传输给工作机构。
传动机构有多种形式：机械传动：齿轮、链条、皮带等
电 传 动：电子和电气
液体传动：液体和气体
动能主要用在液力传动中，而液压主要应用液体的动力势能
在一个密闭的系统里，把原动力机的机械能（90-95%）主要转化成液体的压力势能传递出去，在执行元件上，再把压力势能转化成机械能输出，推动工作部件运动的传动方式称为液压传动
二液压系统
1. 系统的主要组成：
油箱、液压泵、压力阀、操纵阀、流量阀、液压缸和外载
液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。发动机带动油泵输出压力油--推动油缸--推动工作台
液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的
P（压强）=F（推力）/A知，推动外负载的能力决定于油压的高低和A的大小
Q（流量）=VA知，V只与流量Q有关，与负载的大小无关
2液压系统的组成
（1）.液压泵：它供给液压系统压力油，将电动机或发动机输出的机械能转变为油液的压力能，用压力油推动整个液压系统工作
（2）.控制调节装置：如方向操纵阀、压力阀、节流阀等，通过他们来调节液流的压力、方向和流量，以满足作业的各种要求和维持系统正常工作
（3）.液压执行器：液压执行器又叫液压机，包括液压缸和液压马达，通过它又使液体的压力能转换成执行机构的机械能
（4）.辅助装置：油箱、滤油器、压力表、加热器、冷却器、油管、密封元件及其接头等
三液压传动的优点：
1. 在尺寸小、重量轻的前提下可输出大的功率
2.动作快，可以快速启动和快速换向
3.能在较大的范围内实现无级调速
4机器运动平稳，在低速下也能稳定运转。而电机在低转速时则不稳定
5.简化机器结构，易于完成各种复杂动作
6.体积小重量轻
7.操作简单，便于实现自动化
8.易于实现过载保护，因油液为工作介质，运动表面间能自行润滑
四液压传动的缺点：
1.液体易泄漏，而且管道阻力损耗大，降低了运动速度和效率
2.可靠性差，对油液的污染较敏感，工作时受温度的影响较大，使运动不稳定
3.安全性差且成本高。着火和加工精度高、密封要求好 。
4.实现定比传动较为困难。速度对油温较敏感，一般变低。因油变稀易泄露
5.液压传动要求有单独的能源
6.液压传动出现故障时不易找到原因。 液压传动常与其他传动联合使用

五气压传动
气压传动的优缺点
1.空气随处可取，节省储存运输
2.因空气黏度小，在管道内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送
3.与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单
4.气动对工作环境适应性好，安全可靠性优于液和电
5. 具有可压缩性，能实现过载自动保护，但当载荷变化时动作稳定性差
7.工作压力低，因结构尺寸不宜过大，因而输出的功率小
8.排气的噪声大，需加消声器
第二章 水力学基础
一液压冲击
在液压系统中，当其流速因某种原因变化而引起油液压力也发生改变，这种现象称为液压冲击。惯性引起的，有时比正常压力大好几倍，引起系统的振动、冲击和管路破坏
减少液压冲击的措施：
1.增大关阀时间
2.减小T，就近增加储能器
3.该用橡胶管
4.减小流速
5.使用溢流阀
了解直接冲击和间接冲击
二气蚀（空穴现象）
在流动的液体中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，从而导致液体中出现大量的气泡，这种现象称为气蚀
危害：1.震动、噪声
2.零件的损坏，氧化作用
3.流量波动
防止办法：防止局部的压力过低和降低油液中的空气含量。例如油泵的吸油高度H，吸油速度V和管路压力损失过大均会引起油泵吸油腔的压力过低，限制吸油高度H。
第三章 液压泵和液压马达
一概述
泵是将原动机的机械能传递给液体，从而使液体的压力、速度、位置得以提高的元件。按其工作原理可分为涡轮式和容积式。
涡轮式泵：机械能转化为动能，低压大流量作业，输送液体，例如水泵
容积式泵：原动机的机械能主要转化成液体的静压能，使用于高压小流量作业，因此常用于各种控制目的，即使系统的负载有变化，输出流量不变。
马达：将输入油液的能量转化成为马达轴旋转运动的机械能而输出的元件。属液压执行元件，从原理上讲，泵和马达可换，但工作要求不同，结构有差异。
二齿轮泵和齿轮马达
齿轮泵的结构简单，造价低廉，工作可靠，体积小，重量轻，对油液污染不太敏感。缺点流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。故应用广泛在低压系统中，但也在不断的改善。
1齿轮泵的工作原理和组成
（1）组成：三片式结构 端盖、泵体和啮合齿轮
（2）齿轮泵的工作原理
主动齿轮逆时针旋转，带动从动齿轮顺时针旋转。在吸油腔一侧，由于齿轮逐渐退出啮合，吸油腔容积增大，形成部分真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管而进入吸油腔并填满齿间。随着油泵的旋转，每个齿间的油液被送到压油腔。在压油腔齿轮逐渐进入啮合，容积减小，压力增大，油液被压入系统去工作。
（3）齿轮泵的排量
Q=6.66m2 BZ=6.66(do/Z)B do=m z
m为齿轮模数，z为齿数，B为齿宽
可见，节圆直径一定时，齿数越少排量越大，这对于减少齿轮的尺寸重量是有利的。当然，减少齿数要受到根切的限制，同时还要考虑实际情况时，系统对油泵流量波动的要求。一般Z为9、11、13。
（4）齿轮泵的瞬时流量
Q=2{（r22-x2）+（r22-y2）}ω/B
式中: r2 —齿顶圆半径
x—啮合点至主动齿轮圆心的距离
y—啮合点至被动齿轮圆心的距离
由上式可见由于啮合点沿啮合线变化，所以x、y值随啮合点的变化也在变化，这样瞬间流量当然也随啮合点的变化而变化。同时可知，当一对齿退出啮合而另一对齿进入啮合后，瞬时流量将重复变化一次。
为讨论方便，将x、y两个变量有啮合点至节点的距离f置换，将齿顶圆半径用节 圆半径和齿顶高置换，则可得外啮合齿轮泵瞬间流量公式为:

由此可知，在结构参数B、R、h及转速一定时，啮合点与节点重 。即f=0时瞬时流量最大，而当开始啮合和退出啮合时，此时瞬时流量最小。
衡量流量波动性亦即流量品质的指标:
流量波动系数:

对常用的外啮合齿轮泵:

流量波动频率:

由以上讨论可知，齿轮泵的流量品质主要决定于齿数，齿数越多则系数越小而频率越大，也即是流量品质越好。为轻型化 ，齿数少，波动大。
三齿轮泵结构上的问题
1困油现象及消除措施
（1）产生的原因及现象
一对齿没有脱开啮合时，后一对齿已进入啮合，便形成一个与吸排油腔均不相通的封闭容积，切随齿轮转动而移动。把这个封闭容积称为困油区。
（2）危害 困油区由大到小：产生很大的压力，这个力在齿轮转一转时重复出现的次数等于齿数，产生冲击
困油区由小到大：困油区真空度增加，容易产生气蚀并增加噪音。
（3）.解决办法 开卸荷槽
注意：两卸荷槽的配置必须保证在任何时候都不能使压油腔与吸油腔通过困油区而相互沟通，同时要有效地卸荷。
2齿轮泵的泄露和端面补偿
（1）轴向间隙泄露:指齿轮端面与轴承底圈或盖板之间的间隙泄露
（2）径向间隙泄露:指齿顶与壳体内圆柱表面之间的间隙泄露
（3）通过啮合点上的泄漏:由于啮合点在全部齿宽上不能全部接触，所以也可产生泄露
减小泄露办法：轴向自动补偿，浮动轴套和侧板变形（有的加弹簧）
3径向力不平衡现象
（1）产生的原因：径向不平衡由三方面造成：
①液体压力产生的径向力
②齿轮传递力矩时产生的径向力FM
③困油现象消除不良产生作用在轴上的径向力
（2）造成的危害：这些液体压力综合作用的合力，相当于给齿轮一个径向的作用力（即不平衡力），使齿轮和轴承受载。工作压力越大，径向不平衡力也约大。当径向不平衡力很大时，能使轴弯曲，齿顶与壳体内表面产生接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。
（3）解决的办法：
①减小压油口的直径，使压力油仅作用在1-2个齿之间
②增大泵体内表面与齿顶圆间隙
③开压力平衡槽
四、液压马达
1工作原理：液压作用在齿面上推动齿轮旋转，由于啮合点的半径小于齿顶圆半径形成扭矩，合并输出。从性能上分为高速马达和低速马达，三片式补偿不能用，因引入高压油的方向不同，不能轻易将油泵变成马达。
结构与马达基本相同，但因工作过程一般要求低速大扭矩，直接用高速泵时需变速箱减速。为了简化机构，直接驱动工作部件，另行设计。
2 基本参数的计算及特性
（1）排量、流量和容积效率
排量q:是指在没有泄露和吸油充分的理想情况下，泵轴每转所排出的液压体积。它仅取决与液压泵每转一转所有密封工作腔的容积变化量，与液压泵的结构及几何参数有关。
理论流量:是指在不考虑泄漏的情况下，单位时间内液压泵所输出的液压体积，则：

实际流量:是指在一定的出口压力下，液压泵在单位时间内实际输出到系统去的液压体积
则
因泄漏而产生的损失称容积损失。定义液压泵的容积效率为：
（2）工作压力、扭矩和机械效率
①工作压力 是指液压泵工作时出口的实际压力，它取决与执行组件上所承受负载的大小和系统回路上的压力损失。
②.吸入压力 泵进口处的压力
③.额定压力 正常工作连续运转的最高压力
④.最高允许压力 按实验标准规定超过额定压力值允许短暂运行的最高压力.
液压泵的工作特性
1.转速特性 ：流量和转速并不是成正比关系，随着转速进一步提高，输出流量反而呈下降趋势。这主要是由于密封容积变化速度太快，吸入的油液来不及填满变化的容积，即出现所谓“空吸现象”造成的。“空吸现象”的出现抵消了转速增加对流量的积极影响，同时还会伴有噪音及震动现象，使油泵不能正常工作。
液压泵的额定工作转速定义为：在额定工作压力下，不产生吸空现象且能连续运转并保证基本工作性能的最高转速。
2.压力特性：由△Q=CP知缝隙泄露和压强一次方成正比；随着液压泵工作压力的提高，输出流量Q、容积效率将线性下降。随着压力的增加，总效率先是增加，达到最高值后开始下降。
额定压力就是指泵在连续工作情况下所允许使用的最高压力，在此压力下能保证泵所必须满足的容积效率、总效率及规定的使用寿命。
柱塞式液压泵
1柱塞式液压泵按柱塞在转子内排列方式不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵，轴向柱塞泵又可分为斜盘和斜轴两大类柱塞泵由于间隙泄露小、构件受力合理，所以可在高、超高压力下满意地工作，广泛用于高压、大功率的液压传动系统中。
2柱塞泵的优点： 1.参数高：额定压力高，转速高，泵的驱动功率大；
2.效率高，容积效率为95％左右，总效率为90％左右；3.寿命长；4.变量方便，形式多；
5.单位功率的重量轻；6.柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可得以充分利用；
3柱塞泵的缺点： 1.结构较复杂，零件数较多； 2.自吸性差；
3.制造工艺要求较高，成本较贵；4.油液对的污染较敏感，要求较高的过滤精度，对使用和维护要求较高。
4运用范围：柱塞泵被广泛用于高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械等得到广泛的应用。
5斜盘式轴向柱塞泵
（1）斜盘式轴向柱塞泵的排量为：
式中— 为斜盘倾斜角
实际上，泵的输出流量是脉动的，当柱塞数为单数时，脉动较小，因此一般常用的柱塞数根据流量的大小，取7、9或11。
（2） 优点：径向力平衡；柱塞和柱塞孔加工容易，配合精度高，密封性好；传动轴只受扭不受弯。
缺点：点接触式轴向柱塞泵柱塞头部与斜盘之间为点接触，故挤压力很大，限制了柱塞的直径的工作压力；流量不大，底部不加弹簧，柱塞不能外伸；加弹簧，弹簧易破坏影响寿命。柱塞头部的反作用力有垂直于柱塞轴线的分力，容易引起柱塞与柱塞孔的偏磨。
（3）斜盘式轴向柱塞泵的典型主体结构
①滑靴 ②柱塞和缸体 ③ 配油盘
6斜轴式轴向柱塞泵
1斜盘式轴向柱塞泵的柱塞在工作中要承受很大的弯矩，这就容易引起柱塞与柱塞孔的偏磨，影响油泵在高压下长期工作的性能。采用斜轴式轴向柱塞泵可有效地克服上述缺点。这种泵适用于要求排量大的场合，但结构较复杂。
7轴向柱塞泵泵的变量机构
轴向柱塞泵的变量方式：（1）.手动变量 （2）手动随动（伺服）变量泵
（3）压力补偿式变量机构

叶片泵和叶片马达
叶片泵有单作用式和双作用式两大类，在工作机械的中高压系统中得到了广泛的应用。叶片泵输出流量均匀，脉冲小，噪音小，但结构较复杂，吸油特征不好，对油液的污染也比较敏感。
1 单作用式叶片泵
（1）结构 该泵由泵体、转子、定子、叶片、端盖、配油盘等组成。定子内工作面和转子体外表面均为圆柱面，且两者按一定偏心配置，叶片装于转子体槽内，可沿径向滑动。
（2）工作原理 ：当转子回转时，由于离心力的作用使叶片紧靠在定子内表面上，这样在定子、转子、叶片及两端盖之间就形成若干个封闭容积。当转子旋转时，一边的叶片逐渐伸出，封闭容积逐渐增大，形成了吸油；同时另一边叶片逐渐被定子内表面压进定子槽中，封闭容积逐渐减小，形成压油。在吸油腔和压油腔之间有上下两段封油区将吸油腔和压油腔隔开。
（3）流量计算

（4）流量波动
单作用式叶片泵的流量也有波动现象，但波动系数比齿轮泵要小得多。奇数叶片比偶数叶片的波动要小，叶片数越多，波动越小。所以单作用式叶片泵的叶片数总是采用奇数，一般为13或15片。
2双作用式叶片泵
结构特点：（1）定子工作表面曲线；（2）避免困油现象，减小液压冲击和噪声；
（3）保证叶片与定子内表面的良好接触；（4）.配油盘；（5）叶片的倾角。
单作用叶片泵适用于中、低压系统工作。双作用叶片泵在中压和中高压系统中应用较多。
3变量叶片泵（均为单作用式）
（1）类型：采用变量泵有单向调节和双向调节两大类。单向调节只改变流量的大小，双向调节除改变流量大小外，还能改变供油方向。变量叶片泵根据调节偏心量的方式又可分为手动调节式、限压式和稳流式等几种。限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种方式，其工作原理都是将油泵出口压力与一个设定比较，当出口压力小于设定压力时，便可自动减小输出力量直到为零，保证压力在一个不大的范围内变化。
（2）限压式变量叶片泵
①工作原理：利用泵工作时油压对定子产生径向不平衡力的反馈作用来自动调节偏心距，达到改变流量的目的。