《液壓與氣壓技術(shù)》講義(完整版)

1、液壓與氣壓技術(shù)講義于今液壓與氣壓技術(shù)課程簡介液壓與氣壓技術(shù)是利用有壓流體（壓力油或壓縮空氣）為能源介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各 種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用； 在機(jī)械類 高等教育的課程中，它已成為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程主要教授液壓與氣 壓系統(tǒng)的基本元件的結(jié)構(gòu)、工作原理、 工作性能及其應(yīng)用，還介紹了液壓與氣動(dòng) 的基本回路及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。-6 -第一章緒 論1.1 液壓與氣壓傳動(dòng)的研究對(duì)象液壓與氣壓傳動(dòng)是研究利用有壓流體（壓力油或壓縮空氣）作為傳動(dòng)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的 學(xué)科。液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的方法基本相同，它們都是利用各種元件組成需要的

2、控制回路，再由若干回路組成能夠完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng) 來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制。液壓傳動(dòng)所采用的工作介質(zhì)為液壓油或其它合成液體，氣壓傳動(dòng)所采用的工作介質(zhì)為壓縮空氣。1.2 液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理根據(jù)液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砑纯闪私庖簤簜鲃?dòng)的工作原理。從圖0-1可以看出，當(dāng)向上提手柄1使小缸活塞3上移時(shí)，小液壓缸2因容積增大而產(chǎn)生真空， 油液從油箱12通過閥4被吸入至小液壓缸2中，當(dāng)按壓手柄1使小缸活塞3下 移時(shí)，則油液通過閥7輸入到大液壓缸9的下油腔，當(dāng)油液壓力升高到能夠克服重物W時(shí)，即可舉起重物。彩圖液壓搬運(yùn)車的工作原理即如前面所述。圖0 1液壓千斤頂原理圖液壓搬運(yùn)車將上面液壓千斤頂工

3、作原理圖（圖 01）簡化成如下圖形（圖0 2）,并對(duì)其 進(jìn)行公式推導(dǎo):圖0 - 2液壓千斤頂簡化模型圖（1）力的傳遞關(guān)系根據(jù)帕斯卡原理：”在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí) 傳到液體各點(diǎn)"，并根據(jù)圖0-2的受力情況可推導(dǎo)出耳配 t. W AP =或式中Al和4分別為圖2中小活塞和大活塞的作用面積；Fl為杠桿手柄作用在小活 塞上的力；W為被舉起的負(fù)載。由此建立了一個(gè)很重要的基本概念，即在液壓和 氣壓傳動(dòng)中，系統(tǒng)的工作壓力取決于負(fù)載，而與流人的流體多少無關(guān)。(2)運(yùn)動(dòng)的傳遞關(guān)系由圖2可以看出，當(dāng)不考慮液體得可壓縮性、泄漏的等因素時(shí)，依據(jù)液體體 積不變，可得出Aihi=A2h

4、2或式中，hi和h2分別為小活塞和大活塞的位移，將其兩端分別除以活塞移動(dòng)的時(shí)間 t ,則得由此可見，活塞的運(yùn)動(dòng)速度與活塞的面積成反比。進(jìn)一步推導(dǎo)可得q=Av 及 q=AiVi=A2v2據(jù)此可得，活塞的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入液壓(氣)缸(馬達(dá))的流量，而與流體壓力大小無關(guān)。(3)功率關(guān)系當(dāng)不計(jì)功率損失的情況下，假設(shè)輸入功率等于輸出功率，由圖 0-2可得Fm=Wv 2還可以推導(dǎo)出P=pAiV產(chǎn)pA2v2=pq由以上分析可得，液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)是以流體的壓力能來傳遞動(dòng)力的。1.3 液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成（1）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成下圖（圖0 3）為一驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理 為：在圖

5、示位置，液壓泵3由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱1中吸油，油液經(jīng)濾油 器2進(jìn)入液壓泵3的吸油腔，并經(jīng)液壓泵3、節(jié)流閥4、換向閥5進(jìn)入液壓缸7 左腔，液壓缸7右腔的油液經(jīng)換向閥5流回油箱，液壓缸活塞在壓力油的作用下 驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)右移。反之，通過換向閥 5換向（閥心左移），壓力油進(jìn)入液壓缸的 右腔，液壓缸7左腔的油液經(jīng)換向閥5流回油箱，液壓缸活塞在壓力油的作用下 驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)左移。（目）（C）圖03機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理圖1-油箱2-過濾器3-液壓泵4-節(jié)流閥5-換向閥7-液壓缸8-工作臺(tái)（2）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成下圖為一氣動(dòng)系統(tǒng)的組成原理圖，由空氣壓縮機(jī)經(jīng)貯氣罐，再經(jīng)氣動(dòng)三聯(lián)件 進(jìn)入氣動(dòng)控制回路，控制氣

6、缸活塞桿左移和右移。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1T壓發(fā)生裝置鵬力控制閥一輯元件 f 向控制閥上流量控制閥 仁汽缸L書程開美J肯吉器抽露毀10與海器圖0-4氣動(dòng)系統(tǒng)的組成原理圖（3）液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成由上面的例子可以看出，液壓與氣壓傳動(dòng)：系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：1）能源裝置：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能的裝置 ，一般最常見的是液壓泵或空 氣壓縮機(jī)。2）執(zhí)行裝置：把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置， 一般指作直線運(yùn)動(dòng)的液（氣） 壓缸、作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液（氣）壓馬達(dá)等。3）控制調(diào)節(jié)裝置：對(duì)液（氣）壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制和調(diào) 節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。這些元件的不同組合組成

7、了能完成 不同功能的液（氣）壓系統(tǒng)。4）輔助裝置：指除以上三種以外的其它裝置，如油箱、過濾器、分水濾氣器、油 霧器、能器等，它們對(duì)保證液（氣）壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地工作有重大作用。5）傳動(dòng)介質(zhì)：系統(tǒng)中傳遞能量的流體，即液壓油或壓縮空氣。液壓與氣壓技術(shù)講義于今（4）液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的圖形符號(hào)上面的圖為液壓系統(tǒng)原理圖，也可以將其用液壓圖形符號(hào)表示，如圖0-3所 示，詳細(xì)的液壓與氣動(dòng)元件圖形符號(hào)在后面的課程中有詳細(xì)介紹。1.4 液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體

8、積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn) 快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá) 2000）,它還可以在運(yùn) 行的過程中進(jìn)行調(diào)速。4）液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，它對(duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來使用時(shí)， 整個(gè)傳動(dòng)裝置 能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，也能方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作 而不會(huì)過熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無法辦到的。6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通

9、用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和 使用都比較方便。7）用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡單。（2）液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1）液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失等），長距離 傳動(dòng)時(shí)更是如此。2）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感， 它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。3）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)較貴，而且對(duì)-7 -液壓與氣壓技術(shù)講義于今工作介質(zhì)的污染比較敏感。4）液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。（3）氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1）空氣可以從大氣中取得，同時(shí)，用過的空氣可直接排放到大氣中

10、去，處理方便， 萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不致產(chǎn)生不利于工作的嚴(yán)重影響， 也不會(huì)污染環(huán)境。2）空氣的粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應(yīng)（空壓立）和遠(yuǎn)距離輸送。3）因壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.3 0.8MPa）,因此，對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度上的要求較低。4）氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充、更換等問題。5）使用安全，沒有防爆的問題，并且便于實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。（4）氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)氣壓傳動(dòng)與電氣、液壓傳動(dòng)相比有以下缺點(diǎn)：1）氣壓傳動(dòng)裝置。的信號(hào)傳遞速度限制在聲速（約340m/s）范圍內(nèi)，所以它的工作頻率和響應(yīng)速度遠(yuǎn)不如電子裝置

11、，并且信號(hào)要產(chǎn)生較大的失真和延滯，也不便于 構(gòu)成較復(fù)雜的回路，但這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程不會(huì)造成困難。2）空氣的壓縮性遠(yuǎn)大于液壓油的壓縮性 ，因此在動(dòng)作的響應(yīng)能力、 工作速度的平穩(wěn) 性方面不如液壓傳動(dòng)。3）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)出力較小，且傳動(dòng)效率低 。1.5 液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用及發(fā)展（1）液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門都應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)。例如，工程機(jī)械（挖掘 機(jī)）、礦山機(jī)械、壓力機(jī)械（壓力機(jī)）和航空工業(yè)中采用液壓傳動(dòng)，機(jī)床上的傳動(dòng)系統(tǒng)也采用液壓傳動(dòng)；而在在電子工業(yè)、包裝機(jī)械、印染機(jī)械、食品機(jī)械等方 面應(yīng)用較多的氣壓傳動(dòng)等。(2)液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高

12、效、低噪聲、高性能、高度集成化、 模塊化、智能化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、計(jì)算機(jī)直接控制(DDC)、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、 機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù) 等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向；氣壓傳動(dòng)技術(shù)在科技飛 速發(fā)展的當(dāng)今世界發(fā)展將更加迅速。 隨著工業(yè)的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已從 汽車、采礦、鋼鐵、機(jī)械工業(yè)等行業(yè)迅速擴(kuò)展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等 各行各業(yè)。氣動(dòng)技術(shù)已發(fā)展成包含傳動(dòng)、 控制與檢測(cè)在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)。由于工 業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)控制技術(shù)以提高系統(tǒng)可

13、靠性，降低總成本為目標(biāo)。研究和開發(fā)系統(tǒng)控制技術(shù)和機(jī)、電、液、氣綜合技術(shù)。顯然，氣動(dòng)元件當(dāng)前發(fā)展的 特點(diǎn)和研究方向主要是節(jié)能化、小型化、輕量化、位置控制的高精度化，以及與 電子學(xué)相結(jié)合的綜合控制技術(shù)。-51 -第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)流體傳動(dòng)包括液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)，本章僅介紹液體傳動(dòng)的基本知識(shí)。為了 分析液體的靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，需了解液體的以下特性：連續(xù)性假設(shè)：流體是一種連續(xù)介質(zhì)，這樣就可以把油液的運(yùn)動(dòng)參數(shù)看作是時(shí)間和 空間的連續(xù)函數(shù)，并有可能利用解析數(shù)學(xué)來描述它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。不抗拉：由于油液分子與分子間的內(nèi)聚力極小， 幾乎不能抵抗任何拉力而只能承 受較大的壓應(yīng)力，不能抵抗剪切變形而只能對(duì)變形

14、速度呈現(xiàn)阻力。易流性：不管作用的剪力怎樣微小，油液總會(huì)發(fā)生連續(xù)的變形，這就是油液的易 流性，它使得油液本身不能保持一定的形狀，只能呈現(xiàn)所處容器的形狀。均質(zhì)性：其密度是均勻的，物理特性是相同的。液壓傳動(dòng)最常用的工作介質(zhì)是液壓油，止匕外，還有乳化型傳動(dòng)液和合成型傳 動(dòng)液等，此處僅介紹幾個(gè)常用的液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì)。2.1.1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì)(1)密度單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。 體積為V ,質(zhì)量為m的液體的密度為m p = V礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增加，但變動(dòng)值很小，可以認(rèn)為是常值。我國采用攝氏20度時(shí)的密度作為油液的標(biāo)準(zhǔn)密度。(2)可壓縮性壓

15、力為p °、體積為v 0的液體，如壓力增大時(shí),體積減小，則此液體 的可壓縮性可用體積壓縮系數(shù) K ,即單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量來表示1 A廠 K -由于壓力增大時(shí)液體的體積減小，因此上式右邊須加一負(fù)號(hào)，以使 K成為 正值。液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為體積彈性模量K,簡稱體積模量。即K = 1 /K 。（3）粘性1）粘性的定義液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì) 運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。液體只有在流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。m 12液體的帖性示圖粘性使流動(dòng)液體內(nèi)部各處的速度不相等，以圖 1

16、-2為例，若兩平行平板間充 滿液體，下平板不動(dòng)，而上平板以速度 '。向右平動(dòng)。由于液體的粘性作用，緊 靠下平板和上平板的液體層速度分別為零和 祝0。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定得出，液體流動(dòng) 時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ft,與液層接觸面積a、液層間的速度梯度 如；dy 成正比，即du匕="4一式中：為比例常數(shù)，稱為粘性系數(shù)或粘度。如以T表示切應(yīng)力，即單位面積上 的內(nèi)摩擦力，則Fdut = 一 = u 一Ady這就是牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。2）粘性的度量 （a）動(dòng)力粘度：又稱絕對(duì)粘度，單位為Pas（帕秒），以前沿用的單位為P（泊, dyne - s/C件廠）,1Pa- s=10P=lO,cP（厘泊）

17、。（b）運(yùn)動(dòng)粘度：液體的動(dòng)力粘度與其密度的比值，稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度即單位為冽2/S。以前沿用的單位為St（斯），1 加，s =104 st JO” cst（厘斯）。液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的粘度等級(jí)是以 40"。時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度（以用切/S計(jì)）的中o c心值來劃分的，如某一種牌號(hào)L-HL22普通液壓油在40 C 時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變。對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)來說，壓力增大 時(shí)，粘度增大。在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內(nèi)，增大的數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)。但液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的粘度對(duì)溫度的變化十分敏感，溫度升高，粘度下降。這個(gè)變化率的大小直接影響液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的使用，具重要性不亞于

18、粘度本 身。（4）其它性質(zhì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)還有其它些性質(zhì)，如穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性等）、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性以及相容性（對(duì) 所接觸的金屬、密封材料、涂料等作用程度）等，它們對(duì)工作介質(zhì)的選擇和使用 有重要影響。這些性質(zhì)需要在精煉的礦物油中加入各種添加劑來獲得，其含義較為明顯，不多作解釋，可參閱有關(guān)資料。2.1.2對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求不同的工作機(jī)械、不同的使用情況對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求有很大的不同；為了很好地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)應(yīng)具備如下性能：1）合適的粘度，較好的粘溫特性。2）潤滑性能好。3）質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少。4）對(duì)金屬和密封件有良好

19、的相容性。5）對(duì)熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩(wěn)定性。6）抗泡沫好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。7）體積膨脹系數(shù)小，比熱容大。8）流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)（明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒時(shí)的 溫度）和燃點(diǎn)高。9）對(duì)人體無害，成本低。對(duì)軋鋼機(jī)、壓鑄機(jī)、擠壓機(jī)和飛機(jī)等液壓系統(tǒng)則須突出耐高溫、熱穩(wěn)定、不腐蝕、無毒、 不揮發(fā)、防火等項(xiàng)要求。2.1.3 工作介質(zhì)的分類和選擇（1）分類液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的品種以其代號(hào)和后面的數(shù)字組成，代號(hào)為L是石油產(chǎn)品 的總分類號(hào)，H表示液壓系統(tǒng)用的工作介質(zhì)，數(shù)字表示該工作介質(zhì)的粘度等級(jí)。（2）工作介質(zhì)的選用原則選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)一般需考慮以下幾點(diǎn): 1)液

20、壓系統(tǒng)的工作條件2)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境3)綜合經(jīng)濟(jì)分析2.1.4 液壓系統(tǒng)的污染控制工作介質(zhì)的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的可 靠性及液壓元件的壽命，因此工作介質(zhì)的正確使用、管理以及污染控制，是提高液壓系統(tǒng)的可靠性及延長液壓元件使用壽命的重要手段。(1)污染的根源進(jìn)入工作介質(zhì)的固體污染物有四個(gè)根源：已被污染的新油、殘留污染、侵入污染和內(nèi)部生成污染。(2)污染的的危害液壓系統(tǒng)的故障75%以上是由工作介質(zhì)污染物造成的。(3)污染的測(cè)定污染度測(cè)定方法有測(cè)重法和顆粒計(jì)數(shù)法兩種。(4)污染度的等級(jí)我國制定的國家標(biāo)準(zhǔn) GBT14039-93液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)固體顆粒污染等級(jí) 代號(hào)和目

21、前仍被采用的美國 NAS1638油液污染度等級(jí)。(5)工作介質(zhì)的污染控制工作介質(zhì)污染的原因很復(fù)雜，工作介質(zhì)自身又在不斷產(chǎn)生污染物，因此要徹 底解決工作介質(zhì)的污染問題是很困難的。為了延長液壓元件的壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，將工作介質(zhì)的污染度控制在某一限度內(nèi)是較為切實(shí)可行的辦法.為了減少工作介質(zhì)的污染，應(yīng)采取如下一些措施： 1)對(duì)元件和系統(tǒng)進(jìn)行清洗，才能正式運(yùn)轉(zhuǎn)。2)防止污染物從外界侵入。3）在液壓系統(tǒng)合適部位設(shè)置合適的過濾器。4）控制工作介質(zhì)的溫度，工作介質(zhì)溫度過高會(huì)加速其氧化變質(zhì)，產(chǎn)生各種生成物， 縮短它的使用期限。5）定期檢查和更換工作介質(zhì)，定期對(duì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查， 分析其

22、 污染度，如已不合要求，必須立即更換。更換新的工作介質(zhì)前，必須對(duì)整個(gè)液壓 系統(tǒng)徹底清洗一遍。液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時(shí)的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。"液體靜止”指的是液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不呈現(xiàn)粘性而言，至于盛裝液體的 容器，不論它是靜止的或是勻速、勻加速運(yùn)動(dòng)都沒有關(guān)系。2.2.1 液體靜壓力及其特性作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力 稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上就等于加速度。表面力是由與流體相接觸的其它物體 （如容器或其它液體）作用在液體上的力，這是外力；"液體靜止”指的是液體內(nèi)部 質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不呈現(xiàn)粘性而言， 至于盛裝液體的

23、容器，不論它是靜止的 或是勻速、勻加速運(yùn)動(dòng)都沒有關(guān)系。也可以是一部分液體作用在另一部分液體上 的力，這是內(nèi)力。單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力 之分。當(dāng)液體靜止時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。液體內(nèi)某點(diǎn)處單位面積41上所受到的法向力A斤之比, 叫做壓力尹（靜壓力），即如果法向力F,均勻地作用于面積A上，則壓力可表示為液體的靜壓力具有兩個(gè)重要特性：1）液體靜壓力的方向總是作用面的內(nèi)法線方向。2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的液體靜壓力在各個(gè)方向上都相等。2.2.2 液體靜壓力基本方程（1）靜壓力基本方程式在重力作用下的靜止液體，其受力情況如圖1

24、-4a所示PAb)圖1-4重力作用下的靜止液體則A點(diǎn)所受的壓力為p = p. + pgh 式中，g為重力加速度，此表達(dá)式即為液體靜壓力的基本方程，由此式可知：1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力Po,另一部分是咫與該點(diǎn)離液面深度h的乘積。2）同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度 h的增加而線性地增加。3）連通器內(nèi)同一液體中深度 力相同的各點(diǎn)壓力都相等。由壓力相等的點(diǎn)組成的面 稱為等壓面。 重力作用下靜止液體中的等壓面是一個(gè)水平面。（2）靜壓力基本方程式的物理意義圖1-5林樂力基本方程式的物理意義圖1-5為盛有液體的密閉容器，液面壓力為 P。,選則一基本水平面ox,根

25、 據(jù)靜壓力基本方程式可以確定距液面深度h處A點(diǎn)的壓力p ,即p- + zg = + zQg = comtP P “這是液體靜壓力基本方程式的另一種形式。其中 弒表示 A點(diǎn)的單位質(zhì)量液 P體的位能；P表示A點(diǎn)的單位質(zhì)量液體的壓力能。上述表達(dá)式說明了靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能和位能可以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量卻保持不變，即能量守恒，這就是靜壓力基本方程式中包含的物 理意義。2.2.3壓力的表示方法及單位（1）壓力的表示方法壓力的表示方法有兩種：一種是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力， 稱為絕 對(duì)壓力；另一種是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。 由于大多 數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力都是相對(duì)

26、壓力，故相對(duì)壓力也稱表壓力。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為：絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，負(fù)相對(duì)壓力數(shù)值部分叫做真空度。即真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力=-（絕對(duì)壓力-大氣壓）由此可知，當(dāng)以大氣壓為基準(zhǔn)計(jì)算壓力時(shí)，基準(zhǔn)以上的正值是表壓力，基準(zhǔn)-R田安郛以下的負(fù)值就是真空度。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相互關(guān)系如圖1-6所示。大氣壓8相對(duì)壓力g真空度F絕對(duì)報(bào)力_ _ _:生對(duì)支空?qǐng)D1-6 絕對(duì)壓力相對(duì)壓力和真空度（2 ）壓力的單位：法定壓力（iso）單位稱為帕斯卡（帕），符號(hào)為產(chǎn)4，工程上常用兆帕這個(gè)單位 來表示壓力,用* 10*%在工程上采用工程大氣壓，也采用水柱高或汞柱高度等，在液

27、壓技術(shù)中，目 前還采用的壓力單位有巴，符號(hào)為 "，1 人1：1 口次，W壓力的單位及其它非法定計(jì)量單位的換算關(guān)系為：1at（工程大氣壓）=強(qiáng)門d=9*1O3V/ -1ML。（米水柱）=9.8xlO“M；病加哂（毫米汞柱）=1.33x10/7'”2.2.4 帕斯卡原理在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到各點(diǎn)。這就是靜 壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。液壓系統(tǒng)中的壓力是由外界負(fù)載決定的。2.2.5 液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力靜止液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在某一方向上所受靜壓作用力 的總和，便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。在液壓傳動(dòng)計(jì)算中質(zhì)量力 可以

28、忽略，靜壓力處處相等，所以可認(rèn)為作用于固體壁面上的壓力是均勻分布的。當(dāng)固體壁面是曲面時(shí)，作用在曲面各點(diǎn)的液體靜壓力是不平行的， 曲面上液 壓作用力在某一方向上的分力等于液體靜壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影 面積的乘積。本節(jié)主要講授三個(gè)基本方程：流量連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程2.3.1基本概念(1)理想液體、定常流動(dòng)和一維流動(dòng)理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體。定常流動(dòng)：液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力、 速度和密度都不隨時(shí)間而變 化，則這種流動(dòng)就稱為定常流動(dòng)(恒定流動(dòng)或非時(shí)變流動(dòng))。非定常流動(dòng)：只要壓力、速度和密度中有一個(gè)隨時(shí)間而變化， 液體就是作非定常 流動(dòng)(非恒定流動(dòng)或時(shí)變流動(dòng))

29、。一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)地作線形流動(dòng)時(shí)，稱為一維流動(dòng)，當(dāng)作平面或空間流動(dòng)時(shí)， 稱為二維或三維流動(dòng)。(2)跡線、流線、流束和通流截面跡線：是流動(dòng)液體的某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間問隔內(nèi)在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡。流線：是表示某一瞬時(shí)液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線，在此瞬時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)速度方向與該線相切。在非定常流動(dòng)時(shí)，由于各點(diǎn)速度可能隨時(shí)間變化，因此流線形狀也可能隨時(shí) 問而變化。在定常流動(dòng)時(shí)，流線不隨時(shí)間而變化，這樣流線就與跡線重合。由于 流動(dòng)液體中任一質(zhì)點(diǎn)在其一瞬時(shí)只能有一個(gè)速度，所以流線之間不可能相交，也 不可能突然轉(zhuǎn)折，流線只能是一條光滑的曲線。流管：在液體的流動(dòng)空間中任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此

30、封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些流線組合的表面稱為流管。流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束定常流動(dòng)時(shí)。流管和流束形狀不變。且流線不能穿越流管，故流管與真實(shí)管流相似，將流 管斷面無限縮小趨近于零，就獲得了微小流管或微小流束。微小流束實(shí)質(zhì)上與流 線一致，可以認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的液體是由無數(shù)微小流束所組成的。通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面，截面上每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。平行流動(dòng)：流線彼此平行的流動(dòng)稱為平行流動(dòng)。緩變流動(dòng)：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動(dòng)稱為緩變流動(dòng)。平行流動(dòng)和緩變流動(dòng)都可算是一維流動(dòng)。（3）流量和平均流速流量：單位時(shí)間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。在法定計(jì)量單位

31、制（或SI單位制）中流量的單位為 相/“笊/秒）,常用單位為L/min（升/分）或ml/s（毫升/秒）。對(duì)于微小流速，由于通流截面積很小， 可似認(rèn)為通流截面上各點(diǎn)的流速 u是相等的，所以通過該截面積的流量為 dq = KdA,對(duì)此式進(jìn)行積分，可得到整個(gè)通流截面面積 A上的流量為在工程實(shí)際中，通流截面上的流速分布規(guī)律很難真正知道， 故直接從上式來 求流量是困難的，為了便于計(jì)算，引入平均流速的概念，假想在通流截面上流速 是均勻分布的，則流量等于平均流速乘以通流截面面積。 令此流量與實(shí)際的不均 勻流速通過的流量相等，即產(chǎn) W=v A故平均流速流量也可以用流過其截面的液體質(zhì)量來表示，即質(zhì)量流量”二(4

32、)流動(dòng)液體的壓力靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上都是相等的，可是在流動(dòng)液體內(nèi)， 由于慣性力和粘性力的影響，任意點(diǎn)處在各個(gè)方向上的壓力并不相等，但數(shù)值相 差甚微。當(dāng)慣性力很小，且把液體當(dāng)作理想液體時(shí)，流動(dòng)液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力 在各個(gè)方向上的數(shù)值可以看作是相等的。2.3.2 連續(xù)性方程連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形ffl t-n 建康性方 程排等懦陽式，如果液體作定常流動(dòng)，且不可壓縮，那么任取一流管 (圖 1-11),兩端通流截面面積為和斗，在流管中取一微小流束， 流束兩端的截面積分別為 況4和4為，在微小截面上各點(diǎn)的速 度可以認(rèn)為是相等的，且分別為 比和。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，

33、 在dt時(shí)間內(nèi)流人此微小流束的質(zhì)量應(yīng)等于從此微小流束流出 的質(zhì)量，故有住 11dAi 由=pu.ddt即對(duì)整個(gè)流管，顯然是微小流束的集合，由上式積分得如用平均速度表示，得%，= v2A2由于兩通流截面是任意取的，故有q = vA- const上式稱為不可壓縮液體作定常流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程。它說明通過流管任一通 流截面的流量相等。此外還說明當(dāng)流量一定時(shí)，流速和通流截面面積成反比。2.3.3 伯努利方程伯努利方程就是能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表現(xiàn)形式。要說明流動(dòng)液體的 能量問題，必須先講述液流的受力平衡方程，亦即它的運(yùn)動(dòng)微分方程。(1)理想液體的運(yùn)動(dòng)微分方程一班 + gdf + udu = 0 P這

34、就是重力場(chǎng)中，理想液體沿流線作定常流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程，即歐拉運(yùn)動(dòng)方 程。它表示了單位質(zhì)量液體的力平衡方程。(2)理想液體的伯努利方程將上式沿流線積分，便可得到理想液體微小流束的伯努利方程pu1+ gz + 一 = constP2或?qū)α骶€上任意兩點(diǎn)且兩邊同除以 g可得a+工產(chǎn)江=& +二，+ 4咫 2g 咫 一 2g上式即為理想液體作定常流動(dòng)的伯努利方程。上述兩式表明理想液體作定常 流動(dòng)時(shí)，沿同一流線對(duì)運(yùn)動(dòng)微分方程的積分為常數(shù)，沿不同的流線積分則為另一常數(shù)。這就是能量守恒規(guī)律在流體力學(xué)中的體現(xiàn)；理想液體作定常流動(dòng)時(shí)，液流P中任意截面處液體的總比能(即單位重量液體的總能量)由比壓能(咫)、比

35、位能(z),與比動(dòng)能(2g)組成(均為長度量綱，因此從幾何意義上講可分別稱為壓力 水頭、位置水頭和速度水頭)，三者之間可互相轉(zhuǎn)化，但總和為一定值。如果流動(dòng)是在同一水平面內(nèi)，或者流場(chǎng)中坐標(biāo)z的變化與其它流動(dòng)參數(shù)相比 可以忽略不計(jì)，則上式可寫成Y - +說十T十一十f 十PS 2g pg 2g該式表明，沿流線壓力越低，速度越高。(3)實(shí)際液體流束的伯努利方程實(shí)際液體具有粘性，因此液體在流動(dòng)時(shí)還需克服由于粘性所引起的摩擦阻力，這必然要消耗能量，設(shè)因粘性而消耗的能量為，則實(shí)際液體微小流束的伯努利方程為A%p 工/I .p2p2(4)實(shí)際液體總流的伯努利方程用平均流速v代替管流截面積 Ai或4上各點(diǎn)處不

36、等的流速u ,且令單位時(shí) 間內(nèi)截面A處液流的實(shí)際動(dòng)能和按平均流速計(jì)算出的動(dòng)能之比為動(dòng)能修正系數(shù)即a =1 +3"陽vzA由上式可知Q>1,與液體流動(dòng)狀態(tài)即截面上流速分布有關(guān)，流速分布越不均勻，a值越大，流速分布較均勻時(shí)儀值接近于i(層流時(shí)口 = 2,紊流時(shí)儀1)止匕外，對(duì)液體在管流中流動(dòng)時(shí)因粘性摩擦而產(chǎn)生的能量損耗，也用平均能量損耗的概念來處理，即令則伯努利方程可以寫成a1Hp、a7v3 ，上式就是僅受重力作用的實(shí)際液體在管流中作平行 （或緩變）流動(dòng)截面上的伯努利方程。它的物理意義是單位質(zhì)量液體的能量守恒。 其中為單位質(zhì)量液體從截面A 1流到截面A 2過程中的能量損耗。應(yīng)用伯努

37、利方程時(shí)，應(yīng)注意下述各點(diǎn)。這是因?yàn)樵谕茖?dǎo)伯努利方程過程中逐 次加入了限制條件。1） z和p是指截面的同一點(diǎn)上的兩個(gè)參數(shù)， 至于Ai、A2上的點(diǎn)倒不一定都要取 在同一條流線上，但一般對(duì)管流而言， 計(jì)算點(diǎn)都取在軸心線上。把這兩個(gè)點(diǎn)都取 在兩截面的軸心處，不過是為了方便。2）液流是恒定流。如不是恒定流，要加入慣性項(xiàng)。3）兩個(gè)計(jì)算通流截面應(yīng)取在平行流動(dòng)或緩變流動(dòng)動(dòng)處，但兩截面之間的流動(dòng)不 受此限制。至于兩截面間是什么流，是沒有關(guān)系的，這最多影響能量損失的大小。4）液流僅受重力作用，亦即盛液的容器沒有牽連加速度的情況。5）液體不可壓縮，密度在運(yùn)動(dòng)中保持不變。6）流量沿程不變，即沒有分流。7）適當(dāng)?shù)剡x取基

38、準(zhǔn)面，一般取液平面，這時(shí)P 一般等于Pa , V = 0。8）截面上的壓力應(yīng)取同一種表示法，都取相對(duì)壓力，或都取絕對(duì)壓力。壓力小 于大氣壓時(shí)，則表壓力為負(fù)值，但用真空度表示時(shí)要寫正值。如絕對(duì)壓力為 0.03MPa,則表壓力為-0.07MPa,真空度為0.07MPa9）不要忘記動(dòng)能修正系數(shù)，層流時(shí) 以二2,紊流時(shí)11。2.3.4動(dòng)量方程液體作用在固體壁面上的力，用動(dòng)量定理來求解比較方便。動(dòng)量定理指出： 作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量的變化率，即乙 dt根據(jù)上式進(jìn)行推導(dǎo)（詳細(xì)推導(dǎo)過程請(qǐng)參閱參考書）可得流動(dòng)液體的動(dòng)量方程。yr=p&+pq（i2y2 -出左at方程左邊為作

39、用于控制體積內(nèi)液體上的所有外力的總和，而等式右邊第一項(xiàng) 表示液體流量變化所引起的力，稱為瞬態(tài)力； 第二、三項(xiàng)表示流出控制表面柑流 人控制表面時(shí)的動(dòng)量變化率，稱為穩(wěn)態(tài)力。如果控制體中的液體在所研究的方向 上不受其它外力，只有液體與固體壁面的相互作用力，則該二力的作用力與反作 用力大小相等，方向相反。液體作用在固體壁面的作用力分別稱為瞬態(tài)液動(dòng)力和 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。西=0定常流動(dòng)時(shí)，成 ，故上式中只有穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，即 乎硼懈上述公式均為矢量表達(dá)式，在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)問題的具體要求向指定方向投 影，列出該指定方向的動(dòng)量方程，從而可求出作用力在該方向上的分量，然后加 以合成。動(dòng)量修正系數(shù)，為液體流過某截面A的實(shí)際

40、動(dòng)量與以平均流速流過截面的動(dòng) 量之比，當(dāng)液流流速較大且分布較均（紊流）時(shí)，白=1 ,液流流速較低且分布不 均勻（層流）時(shí)，33第三章液壓動(dòng)力元件動(dòng)力元件起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓作為向系統(tǒng)提供一定的流量和壓力的動(dòng)力元件，液壓泵將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能，是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。3.1.1 泵的工作原理和分類(1)液壓泵的工作原理泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。 液壓泵 都是依靠密封容積變化的原理來進(jìn)行工作的，故一般稱為容積式液壓泵，圖2-l所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖.圖中柱塞 2裝在缸體3中形成一個(gè)密

41、封容積a,柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪1 旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當(dāng)a由 小變大時(shí)就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥 6進(jìn)入油腔a而實(shí)現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)a由大變小 時(shí)，a腔中吸滿的油液將頂開單 向閥5流入系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的 壓力能，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油。2-1液壓拿工作原理圖»-幗心輪工一柱塞 3一缸體小-彈簧53一單向科非容積式泵主要是指離心泵，產(chǎn)生的壓力一般不高。（2）液壓泵的特點(diǎn)1 ）具有若干個(gè)密封且又可以周期性

42、變化的空間。泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。2 ）油箱內(nèi)液體的絕對(duì)壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能吸入油液的外部條件。因此為保證液壓泵能正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充亞油箱。3 ）具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)。將吸液箱和排液箱隔開，保證液壓泵有規(guī)律地連續(xù) 吸排液體。吸油時(shí)，閥5關(guān)閉，6開啟；壓油時(shí)，閥5開啟，6關(guān)閉。常用的容積式泵有：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵（徑向，軸向）、螺桿泵等。液壓泵的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：壓力分級(jí)：0-25 （低）25-80 （中）80-160 （中高）160-320 （高壓）320（超 高壓）流量分級(jí)：4 6 10

43、16 25 40 63 100 2503.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)（1）壓力1 ）工作壓力 液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力取決于 外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無關(guān)。2 ）額定壓力 液壓泵在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓 力稱為液壓泵的額定壓力。3 ）最高允許壓力 在超過額定壓力的條件下，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓 泵短暫運(yùn)行的最高壓力植，稱為液壓泵的最高允許壓力。（2）排量和流量1 ）排量V液壓泵每轉(zhuǎn)一周，由其密封容積幾何尺寸變化計(jì)算而得的排出液 體的體積叫液壓泵的排量。排量可以調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵； 排量不可以調(diào)節(jié) 的液壓泵則稱為

44、定量泵.2 ）理論流量 理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的條件下，在單位時(shí) 間內(nèi)所排出的液體體積。如果液壓泵的排量為 V,其主軸轉(zhuǎn)速為n,則該液壓泵 的理論流量qt為式中V為液壓泵的排量（nVr ） , n為主軸轉(zhuǎn)速（r/s ）3）實(shí)際流量q t液壓泵在某一具體工況下，單位時(shí)間內(nèi)所排出的液體體積稱為實(shí)際流量，它等于理論流量 qt減去泄漏和壓縮損失后的流量qi,即q=qt - qi4）額定流量qn在正常工作條件下，該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如在額定壓力和額定轉(zhuǎn) 速下）必須保證的流量。3.1.3 功率和效率（1）液壓泵的功率損失 液壓泵的功率損失有容積損失和機(jī)械損失兩部分：l ）容積損失 容積損失是指液

45、壓泵在流量上的損失， 液壓泵的實(shí)際輸出流量總是小于其理論流量，其主要原因是由于液壓泵內(nèi)部高壓腔的泄漏、 油液的壓縮以及在吸油過程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵的轉(zhuǎn)速高等原因而導(dǎo)致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率來表示，它等于 液壓泵的實(shí)際輸出流量q與其理論流量qt之比，即T二 j41-紅分液壓泵的實(shí)際輸出流量q為：，17公= “ 孔大2）機(jī)械損失 機(jī)械損失是指液壓泵在轉(zhuǎn)矩上的損失。 它大等于液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩Tt與實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩T之比，設(shè)轉(zhuǎn)矩?fù)p失為T,則液壓泵的機(jī)械效率為（2）液壓泵的功率P1）輸入功率i輸入功率指作用在液壓泵主軸上的機(jī)械功率，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩一 一，一

46、.P.為Ti,角速度為時(shí)：l=Tco2）輸出功率P輸出功率指液壓泵在工作過程中的實(shí)際吸、壓油口間的壓差A(yù)p和輸出流量q的乘積，即：P=A pq3）液壓泵的總效率 液壓泵的總效率是實(shí)際輸出功率與其輸入功率的比值，即P. Tro 人力還可以寫成:齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵，一般做 成定量泵，可分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，其中以 外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。3.2.1外嚙合齒輪泵的工作原理圖a圖b上圖b為外嚙合齒輪泵的工作原理圖，它由裝在殼體內(nèi)的一對(duì)齒輪所組成, 齒輪兩側(cè)有端蓋（圖中未示出），殼體、端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽組成了許多 密封工作腔。當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合

47、的輪齒逐漸 脫開，密封工作容積逐漸增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大氣 壓力的作用下，經(jīng)吸油管進(jìn)入吸油腔，將齒間槽充滿，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油 液帶到左側(cè)壓油腔內(nèi)。在壓油區(qū)一側(cè)，由于輪齒在這里逐漸進(jìn)入嚙合，密封工 作腔容積不斷減小，油液便被擠出去，從壓油腔輸送到壓力管路中去。在齒輪泵的工作過程中，只要兩齒輪的旋轉(zhuǎn)方向不變，其吸、排油腔的位置也就確定 不變。這里嚙合點(diǎn)處的齒面接觸線一直分隔高、低壓兩腔起著配油作用，因此 在齒輪泵中不需要設(shè)置專門的配流機(jī)構(gòu)，這是它和其它類型容積式液壓泵的不 同之處。3.2.2外嚙合齒輪泵的流量與排量計(jì)算齒輪泵的排量可以近似地等于其中一個(gè)齒輪的所有輪齒體積與

48、齒間槽容積 之和。即以齒頂圓為外圓、直徑為(z-2)m的圓為內(nèi)圓的圓環(huán)為底，以齒寬為高 所形成的環(huán)形筒的體積，當(dāng)齒輪的模數(shù)為 m,齒寬為B,齒數(shù)為z時(shí)的排量為V 二(上+-(z - 2)m 2 B = 2mn2zB實(shí)際上齒間槽的容積比輪齒的體積稍大，故通常取v= S? E當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪泵的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n時(shí)，外嚙合齒輪泵的理論流量和實(shí)際流量分別為q. - 6.66m2zBnq 6.66mzBnv3.2.3 外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)困油齒輪泵要平穩(wěn)工作，齒輪嚙合的重疊系數(shù)必須大于1,也就是要求在一對(duì)齒輪即將脫開嚙合前，后面的一對(duì)齒輪就要開始嚙合。就在兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合的這 一小段時(shí)間內(nèi)，留在齒間的

49、油液困在兩對(duì)輪齒和前后泵蓋所形成的一個(gè)密閉空間 中，如圖2-4a所示，當(dāng)齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)空間的容積就逐漸減小，直到兩 個(gè)嚙合點(diǎn)A,B處于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的對(duì)稱位置時(shí)，如圖 2-4b所示，這時(shí)封閉容積減至 最小。由于油液的可壓縮性很小，當(dāng)封閉空間的容積減少時(shí)，被困的油受擠壓，壓力急劇上升，油液從零件結(jié)合面的縫隙中強(qiáng)行擠出， 使齒輪和軸承受到很大的徑向力；當(dāng)齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這個(gè)封閉容積又逐漸增大到如圖2-4c所示的最大位置，容積增大時(shí)又會(huì)造成局部真空，使油液中溶解的氣體分離，產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，這些都將使齒輪泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。這就是困油現(xiàn)象。解決方法：在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上開卸荷槽(2)徑向不平衡力在齒輪泵中，

50、作用在齒輪外圓上的壓力是不相等的， 在壓油腔和吸油腔處齒 輪外圓和齒廓表面承受著工作壓力和吸油腔壓力， 在齒輪和殼體內(nèi)孔的徑向間隙 中，可以認(rèn)為壓力由壓油腔壓力逐漸分級(jí)下降至吸油腔壓力，這些液體壓力綜合作用的結(jié)果，相當(dāng)于給齒輪一個(gè)徑向的作用力(即不平衡力)，使齒輪和軸承受 載，這就是徑向不平衡力，工作壓力越大，徑向不平衡力也越大，甚至可以使軸 發(fā)生彎曲，使齒頂和殼體發(fā)生接觸，同時(shí)加速軸承的磨損，降低軸承的壽命。 解決方法：縮小壓油口(3)泄漏有三個(gè)可能泄漏的部位：齒輪端面和端蓋間；齒輪外圓和殼體內(nèi)孔間；兩個(gè) 齒輪的齒輪嚙合處。其中齒輪端面和端蓋間的軸向間隙泄漏占總泄漏量的 75%-80%3.2

51、.4 提高壓力措施要提高齒輪泵的壓力，必須減少端面的泄漏，一般采用齒輪端面間隙自動(dòng)補(bǔ) 償?shù)霓k法。圖示采用浮動(dòng)軸套，增大軸、軸承的剛度。g 2-6齒輪果冊(cè)面屬琥自動(dòng)補(bǔ)糊葉片泵的結(jié)構(gòu)較齒輪泵復(fù)雜，但其工作壓力較高，且流量脈動(dòng)小，工作平穩(wěn)， 噪聲較小，壽命較長，所以被廣泛應(yīng)用于專業(yè)機(jī)床、自動(dòng)線等中低壓液壓系統(tǒng)中。葉片泵分單作用葉片泵（變量泵，最大工作壓力為 7.0Mpa）和雙作用葉片泵（定 量泵，最大工作壓力為 7.0Mpa）。3.3.1 單作用葉片泵(1)結(jié)構(gòu)和原理定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子間有偏心距 e,葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并 可在槽內(nèi)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，使葉片緊靠在定子內(nèi)壁

52、，這樣 在定子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)配油盤間就形成若干個(gè)密封的工作區(qū)間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示的方向回轉(zhuǎn)時(shí)，在圖的右部，葉片逐漸伸出，葉片間的工作空間逐漸增大，從 吸油口吸油，這就是吸油腔。在圖的左部，葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi)，工作 空間逐漸減小，將油液從壓油口壓出， 這就是壓油腔。在吸油腔和壓油腔間有一 段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)工作空間完成一 次吸油和壓油，故稱單作用葉片泵。困落9尊作用財(cái)特奉工祚原理4韓于3Tl忖(2)排量和流量的計(jì)算V二田心二遇胭十甫心二手RcB式中，R為定子的內(nèi)半徑，e為定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距，B為定子寬度，,為相鄰 兩葉片間的夾角，?=2式/z ,

53、z為葉片的個(gè)數(shù)。所以單作用葉片泵排量為V = zVf = RcB當(dāng)葉片泵的轉(zhuǎn)速為n,泵的容積效率為qv時(shí)，理論流量和實(shí)際流量分別為qt=Vn=4兀 ReBnq= qt 4 v=4 冗 ReBn v（3）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）葉片后傾2）轉(zhuǎn)子上受有不平衡徑向力，壓力增大，不平衡力增大，不宜用于高壓3）均為變量泵結(jié)構(gòu)單作用葉片泵的流量是有脈動(dòng)的， 理論分析表明，泵內(nèi)葉片數(shù)越多，流量脈 動(dòng)率越小，奇數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率比偶數(shù)葉片泵的脈動(dòng)率小， 所以單作用的葉片數(shù) 均為奇數(shù)，一般為13或15片。3.3.2 雙作用葉片泵（1）結(jié)構(gòu)和原理雙作用葉片泵的工作原理如圖2-11所示，它是由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3 和配油盤（圖

54、中未畫出）等組成。轉(zhuǎn)子和定子中心重合，定子內(nèi)表面近似為橢圓 柱形，該橢圓形由兩段長半徑圓弧、 兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線所組成。 當(dāng) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片在離心力和（建壓后）根部壓力油的作用下，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)向外 移動(dòng)而壓向定子內(nèi)表面，由葉片、定子的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子的外表面和兩側(cè)配油盤問 就形成若干個(gè)密封空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)， 處在小圓弧上的密封 空間經(jīng)過渡曲線而運(yùn)動(dòng)到大圓弧的過程中，葉片外伸，密封空間的容積增大，要吸入油液；再從大圓弧經(jīng)過渡曲線運(yùn)動(dòng)到小圓弧的過程中，葉片被定于內(nèi)壁逐漸壓過槽內(nèi)，密封空間容積變小，將油液從壓油口壓出。因而，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每 個(gè)工作空間要完成兩次吸油和壓油，稱

55、之為雙作用葉片泵。這種葉片泵由于有兩 個(gè)吸油腔和兩個(gè)壓油腔，并且各自的中心夾角是對(duì)稱的，作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓 力相互平衡.因此雙作用葉片泵又稱為卸荷式葉片泵，為了要使徑向力完全平衡, 密封空間數(shù)(即葉片數(shù))應(yīng)當(dāng)是雙數(shù)。硼2-11雙作鼎葉片顰工作咖理L W 樸T H 葉 H(2)排量和流量由于轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)一周的過程中，每個(gè)密封空間完成兩次吸油和壓油，當(dāng)定子的 大圓弧半徑為R,小圓弧半徑為r,定子寬度為B,兩葉片間的夾角為弧度B =2冗/z 時(shí)，每個(gè)密封容積排出的油液體積為半徑為 R和r、扇形角為B、厚度為B的兩 扇形體積之差的兩倍，在不考慮葉片的厚度和傾角影響時(shí)雙作用葉片泵的排量為轉(zhuǎn)速為n,容積效率

56、為“v時(shí)，雙作用葉片泵的理論流量和實(shí)際流量分別為歷7 = 23 /史-bz ncoWq= qt r v雙作用葉片泵的葉片數(shù)為12或16片。(3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1 )葉片傾角。沿旋轉(zhuǎn)方向前傾10-14度，以減小壓力角2 ）葉片底部通以壓力油，防止壓油區(qū)葉片內(nèi)滑。3 ）轉(zhuǎn)子上的徑向負(fù)荷平衡-稱卸荷式。4 ）防止壓力跳變，配油盤上開有三角槽（眉毛槽），同時(shí)避免困油5 ）雙作用泵不能改變排量，只作定量泵用。3.3.3限壓式變量葉片泵（1）結(jié)構(gòu)和工作原理限壓式變量葉片泵是單作用葉片泵。根據(jù)前面介紹的單作用葉片泵的工作原 理，改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距 e,就能改變泵的輸出流量，限壓式變量葉片泵 能借助輸出壓力大小自動(dòng)改