高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础课件.ppt

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1、液压传动,材料系,1,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,常用网址： 中国液压气动密封工业网 中华液压网 液压气动网 参考书： 机床液压传动章宏甲 黄谊 机工出版社 专业期刊： 机床与液压、液压与气动 考核方法： 期末考试 7060% 平时（考勤、作业、提问、实验）3040%,2,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,液压传动的定义 液压传动的工作原理 液压传动的组成 液压传动的优缺点 液压传动的应用和发展,第一节 概况,3,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,1. 液压传动的定义,机器组成： 原动机：电动机、内燃机等 传动机构 工作机（直接工作部分）：车床的刀架、车刀、卡盘等

2、 传动机构分为： 机械传动：如齿轮传动 电气传动：（电气控制技术） 流体传动,4,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,流体传动：以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。 液体传动 气体传动 液体传动：液体为工作介质 液力传动： 利用液体动能 液压传动： 利用液体压力能 工作特性（两个） 压力取决于负载（与流入的流体多少无关） 速度取决于流量（与流体压力大小无关）,5,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,原理图及简化模型,2. 液压传动的工作原理,6,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,力比例关系： p = F1/A1= W/A2 或 W/F1=A2/A1 压力取决于负

3、载 运动关系： v2/v1=A1/A2 Ah/t 流量 A1v1=A2v2 v=q/A 活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量 功率关系： P=pA1v1=pA2v2=pq,7,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,液压传动装置的组成： 动力元件 ： 将机械能转变成压力能 液压泵 执行元件： 将压力能转变成机械能 液压缸、液压马达 控制调节元件：各种液压阀 辅助元件： 除以上三种以外的其他装置 油箱、滤油器、蓄能器等 传动介质： 液压油,3. 液压传动的组成,8,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,4. 液压传动的优缺点,主要优点: 能方便地进行无级调速，且调速范围大。 功率质量比大。

4、 调节、控制简单，方便，省力，易实现自动化控制和过载保护。 因传动介质为油液，故液压元件有自我润滑作用，使用寿命长。 液压元件实现了标准化、系列化，便于设计、制造和推广使用。,9,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,主要缺点： 漏：有压力，泄漏。不宜用在传动比要求较严格的场合。 振：液压冲击和空穴。 热：机械摩擦、压力损失、泄漏损失，油液发热、总效率降低。不宜用于远距离传动。 液压传动的性能对温度较敏感，不宜在高温、低温下工作。液压传动装置对油液的污染较敏感，要求有良好的过滤设施。 液压系统出现故障时不易查找原因，不易迅速排除故障。,10,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,5.

5、液压传动的应用和发展,应用： 工程机械：挖掘机、推土机、装载机 机床工业：组合机床、锻压机床 农业机械：拖拉机、收割机 汽车工业：汽车、摩托车 冶金机械：轧钢机、高炉 塑料机械：注塑机 灌装机械：食品包装机、化肥包装机 其他,11,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,12,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,13,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,14,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,机械手,15,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,发展概况： 17世纪中叶静压原理 18世纪末英国第一台水压机 19世纪末德国液压龙门刨床 20世纪30年代通用机床液压传动 2

6、0世纪60年代以来液压技术得到很大的发展,16,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,发展趋势： 减少能耗、泄漏控制、污染控制、主动维护 液压CAD技术 新材料新工艺的应用 机电一体化,17,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,我国的发展现状： 机械工业振兴发展的重点行业之一 门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系（液压行业总产值是世界第六，气动行业世界第十） 全国行业企业约1300多个，预计2006年需求总量突破150亿元（农业机械需求量将有很大增长；机床、塑料机械等的需求量有较大增长） 液压行业人均产值：美国（8万人、10.6万美元）日本（12.4万人、19.7万美

7、元）中国（7.5万人、0.45万美元）,18,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,第二节 液压传动基础知识,一、液压传动工作介质 二、液体静力学 三、液体动力学 四、定常管流的压力损失计算 五、孔口和缝隙流动 六、空穴现象 七、液压冲击,19,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,一、液压传动工作介质,1. 工作介质的性质 密度 () ：单位体积液体的质量 =m/V 标准密度20：我国采用20C时的密度 可压缩性 ： 体积压缩系数 k ：单位压力变化下的体积相对变化量 体积弹性模量K：K=1/k 粘性 a、 粘性的定义： 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时，分子间的内聚力要阻止分

8、子相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。,20,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,b、液体的粘性示意图： Ft=Adu/dy 牛顿内摩擦定律： =Ft/A =du/dy,21,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,c、液体粘性的表示方法： 动力粘度（绝对粘度）（ ）： =(F/A)/(du/dy) 单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力 单位：(SI制) Pas，(CGS制) P、(dyne.s/cm2) cP 1Pa.s=10P=103cP 运动粘度（ ）： = / 无明显的物理意义 ，为方便而引入 单位：（ SI制 ) m 2/s (CGS制) St(cm

9、 2/s) cSt 1 m 2/s=104 St =106 cSt =106m m2/s 液压油的牌号:以这种液压油在40C时运动粘度的平均厘斯数值来命名的. 如：N32 相对粘度（ t ） t=t1/t2 无量纲,22,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,d、粘性与压力的关系： 一般而言，压力增大，粘度增大；压力减小，粘度减小，高压时影响显著。 e、粘性与温度的关系: 温度升高，粘度减小；温度降低，粘度增大。 此变化率的大小直接影响工作介质的使用，其重要性不亚于粘度本身 粘温特性: 温度变化时粘度变化的幅度小，则说明有良好的粘温特性,23,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,粘性

10、与温度的关系:,24,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,2. 对液压传动工作介质的要求： 合适的粘度，较好的粘温特性 良好的润滑性能；质地纯净，杂质少 无腐蚀性 对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性 抗乳化性好 3. 工作介质的分类和选用 分类：石油基液压油、乳化液、合成型 选用：根据液压泵来确定工作介质的粘度,25,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,粘度选择的总原则： 高压、高温、低速情况下，应选用粘度较大的液压油，主要考虑泄漏的影响； 低压、低温、高速情况下，应选用较低粘度的液压油，主要考虑内摩擦阻力的影响。,26,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,27,高分子材料

11、成型加工设备第一章液压传动基础,4. 液压系统的污染控制 污染的根源:被污染的新油；残留污染；侵入污染；生成污染 污染引起的危害：影响系统性能和寿命；元件失效 污染的测定：称重法；颗粒计数法 污染度的等级：我国GB/T14039-93；美国NAS1638 工作介质的污染控制：清洗；密封；过滤；控制温度；定期检查、更换,28,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,二、液体静力学,1. 液体静力学及其特性 作用于液体上的力分类：质量力、表面力 应力分为：法向和切向 静压力：静止液体内某点处单位面积上所受到的法向力。 p=F/A 静压力特性： 液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。 静止液体内

12、任一点的液体静压力在各个方向上都相等。,单位面积上的表面力,29,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,2. 液体静压力基本方程 静压力基本方程 p=po +gh,30,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,基本方程的物理意义：,能量守恒,31,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,3. 压力的表示方法及单位 绝对压力：以绝对真空作为基准 相对压力：以大气压力作为基准。又称表压力绝对压力=相对压力+大气压力 真空度=大气压力-绝对压力,32,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,压力单位： 法定单位：帕斯卡（帕Pa）工程大气压，液柱高 4. 帕斯卡原理 内容（等值传递） 实质:

13、在密闭的容器内的静止液体中，若某点的压力发生了变化，则该变化值将等值同时地传到液体内所有各点。 应用：体现在液压元件的工作原理上。 力的放大,33,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,5. 液体静压力对固体壁面的作用力 壁面为平面 : F=pA=pD2/4 壁面为曲面：一般将总力分解成水平和垂直方向的两个分力来研究,34,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,三、液体动力学,1. 基本概念 理想液体:无粘性且不可压缩的液体 定常流动：液体中任一点的压力、速度和密度不随时间而变化 迹线、流线、流束和通流截面,35,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,流量和平均流速 流量(q)：单

14、位时间内通过某通流截面的液体的体积。 平均流速(v)：液流质点在单位时间内流过的距离。v=q/A 质量流量(qm):流过其截面的液体质量 流动液体的压力 压力在各个方向上的数值可以看作是相等的,36,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,2. 连续性方程（质量守恒定律） q 1=q2 v 1A 1=v 2A 2 通过流管任一截面的流量相等。当流量一定时，流速和通流截面面积成反比。,37,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,3. 伯努利方程（能量守恒定律） 理想液体的运动微分方程：,38,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,理想液体的伯努利方程： 将上式积分得：理想液体微小流束伯

15、努利方程 p/+gz+u2/2=常数 或 p1/g+z1+u12/2g=p2/g+z2+u22/2g 任意截面处液体的总能量由压力能、位能和动能组成 实际液体流束的伯努利方程： p1/+z1g+u12/2=p2/+z2g+u22/2+hwg hw为因粘性而消耗的能量,39,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,实际液体总流的伯努利方程：,40,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,伯努利方程应用举例：,41,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,4. 动量方程： 动量定理：作用在物体上的力的大小等于物体在力的方向上的动量的变化率，即F=d(mV)/dt 流动液体的动量方程：,42,

16、高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,F=(s2-s1)dq/dt+q2V2-q1V1 定常流动时，dq/dt=0 F= q2V2-q1V1 当液流流速较大且紊流时，动量修正系数=1 例题：,43,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,四、定常管流的压力损失计算,1. 流态、雷诺数 层流：液体质点互不干扰，分层流动（粘性力） 紊流：液体质点的运动杂乱无章（惯性力） 雷诺数ReRe=vd/ 2. 液体在直管中流动时的压力损失计算 沿程压力损失：液体流动时的内、外摩擦力引起。 层流时的压力损失 液流在通流截面上的速度分布规律 液体作层流时，通流截面上的速度分布规律呈旋转抛物体状。,44,高

17、分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,45,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,圆管中的流量 液体在圆管中作层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍。 沿程压力损失 3. 局部压力损失 是液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等处所引起的压力损失。（旋涡，撞击，能量损耗） 4. 管路系统中的总压力损失和压力效率 总压力损失： 压力效率：=p1/pp=(pp-p)/pp=1-p/pp,46,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,五、孔口和缝隙流动,1. 孔口液流特性 液体流经孔口时要产生局部压力损失，系统发热，油液粘度下降，系统的泄漏增加 流经薄壁小孔的流量 薄壁小孔：l/

18、d 0.5 流经细长小孔的流量 细长孔:l/d4 q=KApm,47,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,2. 缝隙液流特性泄漏的分类：内泄漏、外泄漏泄漏的原因：压力差、间隙 （一）平行平板的间隙流动pdy+(+d)dx=(p+dp)dy+dx,48,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,1、固定平行平板间隙流动 2、两平行平板有相对运动时的间隙流动 有相对运动但无压差u=vy/h 既有相对运动又有压差,49,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,（二）圆柱环形间隙流动 1、同心环形间隙在压差作用下的流动,50,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,2、偏心环形间隙在压差作用

19、下的流动 3、内外圆柱表面有相对运动且又存在压差的流动,51,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,（三）流经平行圆盘间隙径向流动的流量,52,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,（四）圆锥状环形间隙流动,53,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,六、空穴现象,空穴现象：压力低于空气分离压而产生气泡的现象 危害：产生振动、噪音，腐蚀金属表面 油液的空气分离压和饱和蒸气压： 空气分离压：空气从油液中分离出来形成气泡 饱和蒸气压：油液本身汽化 节流口处的空穴现象 气泡的破灭产生冲击、噪音、振动，局部高温、高压使金属剥落，表面粗糙或海绵状的小洞穴 减小空穴现象的措施 减小压力差、正确的结构参数、提高零件的抗气蚀能力,54,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,七、液压冲击,现象：液体压力在一瞬间突然升高产生很高的压力峰值 危害：振动、噪音，温度升高，元件损坏，产生误动作 冲击产生的原因 液体突然停止运动 工作部件突然制动或换向 元件的动作不够灵敏,55,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,液体突然停止运动时产生的冲击 完全冲击：t tc 管道中的最大压力：pmax=p+p 运动部件制动产生的冲击 根据动量定理得： 减小液压冲击的措施 间接冲击；限制流速；吸收冲击能量；安全阀,56,高分子材料成型加工设备第一章液压传动基础,