液压与气压传动课件.pdf
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1、关于液压与气压传动 ?课程性质: 专业基础课 ?课程特点: 理论与实践并重 ?评价指标: 期末70% 平时30% (出勤、作业、实验、课堂提问等) 第一章 液压与气压传动概述 ?液压与气压传动的工作原理 ?液压与气压传动系统的组成与实例 ?液压与气压传动的比较 ?流体传动介质的特性 知识点:基本原理、介质性能 ?液压与气压传动都是借助于密封容积的变化, 利用流体的压力能与机械能之间的转换来传递 能量的 ?压力和流量是液压与气压传动中两个最重要的 参数。压力取决于负载;流量决定执行元件的 运动速度 ?液压与气压传动系统的基本组成 ?传动介质的主要性能、参数的物理意义、度量 单位以及主要的影响因素
2、 研究对象 ?研究以有压流体(压力油和压缩空气) 为传动介质来实现各种机械传动和自动 控制的学科 元件 回路 系统 介质 1.1液压与气压传动的工作原理 21 1 A W A F p= 1 2 1 A A F W = ?帕斯卡原理帕斯卡原理“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液体各点” (1.1) 重要基本概念一: “工作压力取决于负载”,而与流入的液体多少无关 思考:思考:1.若空载,即W=0,则p=? 2.千斤顶的工作原理和其它传动方式的比较? 1.1.1 力比关系 1.1.2 运动关系 A1h1=A2h2 2 1 1 2 A A h h = (1.2) t h A t
3、 h A 2 2 1 1 = 2 1 1 2 A A v v = 活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比 (1.3) 流量q(Ah/t):单位时间内流过某一截面积为A的流体体积 q=Av q=A1v1=A2v2(1-4)(连续性方程) A q v =若已知进入缸体的流量q,则活塞运动速度为: 重要基本概念二: “活塞的运动速度速度v取决于取决于进入液压(气压)缸(马 达)的流量流量q,而与液体压力p大小无关” (1.5) ? 守恒守恒 1.1.3 功率关系 ?F1v1=Wv2(1-6) ?P=pA1v1=pA2v2=pq(1-7) ?压力p和流量q是流体传动中最基本、最重要的 两个参数,它们相当
4、于机械传动中的力和速 度,它们的乘积即为功率 ?液压与气压传动是以流体的压力能来传递动力 的 1.2液压与气压传动系统组成与实例 图1-2 机床工作台液压传动系统 液压传动的特点 ?先通过动力元件(液压泵)将原动机(如电动 机)输入的机械能转换为液体压力能,再经密 封管道和控制元件等输送至执行元件(如液压 缸),将液体压力能又转换为机械能以驱动工 作部件 1.2液压与气压传动系统组成与实例 图1-3 气压传动系统的组成 1气压发生装置 2压力控制阀 3逻辑元件 4方向控制阀 5流量控制阀 6气缸 7行程开关 8消声器 9油雾器 10过滤器 液压与气压传动系统组成 ?动力元件:液压泵或气源装置,
5、其功能是将原动机输入的机 械能转换成流体的压力能,为系统提供动力 ?执行元件:液压缸或气缸、液压马达或气马达,功能是将流 体的压力能转换成机械能,输出力和速度或转矩和转速),以带 动负载进行直线运动或旋转运动 ?控制元件:压力、流量和方向控制阀,作用是控制和调节系 统中流体的压力、流量和流动方向,以保证执行元件达到所要求 的输出力(或力矩)、运动速度和运动方向 ?辅助元件:保证系统正常工作所需要的辅助装置,包括管 道、管接头、油箱或储气罐、过滤器和压力计 1.3 液压与气压传动的比较 ?液压传动的优缺点 液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、 低噪声和高度集成化、数字化等方向发展 ?气压传动
6、的优缺点 气动技术正向节能化、小型化、轻量化、位置 控制的高精度化,以及与机、电、液、气相结 合的综合控制技术方向发展 1.4 流体传动介质的特性 ?液压油的主要物理性质 ?液压油的选择 ?空气的主要物理性质 ?气体状态方程 ?气压传动系统对空气的要求 1.4.1液压油的主要物理性质 ?密度:单位体积液体的质量 式中m:液体的质量(kg); V:液体的体积(m3); =900 kg/ m3 V m = 1.4.1液压油的主要物理性质 ?可压缩性:液体受压力作用而发生体积变化的性 质。可用体积压缩系数或体积弹性模量K表示 ?体积压缩系数:单位压力变化所引起的体积相对 变化量,(m2/N) 式中V
7、:液体加压前的体积(m3); V:加压后液体体积变化量(m3); p:液体压力变化量(N/ m2); ?体积弹性模量K (N/ m2) :液体体积压缩系数 的倒数 计算时常取K=7108N/ m2 V V p = 1 1 =K 粘度 ?液体的粘性: 液体在流动时产生内摩擦力的特性 静止液体则不显示粘性 ?液体的粘度: 液体粘性的大小可用粘度来衡量。 粘度是液体的根本特性,也是选择液压油的最重要指 标 常用的粘度有三种不同单位:即动力粘度、运动粘度 和相对粘度 动力粘度(绝对粘度) ?牛顿内摩擦定律 式中:称为动力粘度系数(Pas) :单位面积上的摩擦力(即剪切应力) :速度梯度,即液层间速度对
8、液层距离的变化率 ?物理意义 :当速度梯度为1时接触液层间单位面积 上的内摩擦力 ?法定计量单位 :帕秒(Pas) 图1-4 液体粘性示意图 dz du dz du AF= dz du = 运动粘度 ?定义:动力粘度与密度之比 ?法定计量单位:m2/s 由于的单位中只有运动学要素,故称为运动粘度。 液压油的粘度等级就是以其40C时运动粘度的某一平均 值来表示,如L-HM32液压油的粘度等级为32,则40C时 其运动粘度的平均值为32mm2/s = 相对粘度(恩式粘度) ?恩氏粘度:它表示200mL被测液体在tC时,通过恩 氏粘度计小孔(=2.8mm)流出所需的时间t1,与同 体积20C的蒸馏水
9、通过同样小孔流出所需时间t2之比值 ?工业上常用20C、50C和100C作为测定恩式粘度的标准 温度,分别以20、50、100表示 ?恩式粘度与运动粘度(mm2/s)的换算关系: 2 1 t t Et= E E = 31. 6 31. 7 粘温特性 ?定义:粘度随温度变化的特性 图1-5 几种国产油液粘温图 1.4.2 液压油的选择 ?液压油的要求 ?液压油的选择: 工作压力的高低 环境温度 工作部件运动速度的高低 1.4.3 空气的主要物理性质 ?空气的性质 空气的组成:表1.4 空气的基本性质 ?湿空气:含有水蒸气的空气 空气的基本性质 ?密度和质量体积 密度 :单位体积内的空气质量 式中
10、 m:空气的质量(kg);V:空气的体积(m3) 质量体积(比容) :单位质量空气的体积 =1/单位:m3/ kg V m = 空气的基本性质 ?压缩性: 一定质量的气体,由于压力改变而导 致气体容积发生变化的现象 ?粘性:气体质点相对运动时产生阻力的性质 湿空气 ?绝对湿度:每立方米湿空气中所含水蒸气的质量 式中ms:湿空气中水蒸气的质量(kg); V:湿空气的体积(m3) ?饱和绝对湿度:湿空气中水蒸气的分压力达到该湿度下蒸气 的饱和压力时的绝对湿度 式中Pb:饱和空气中水蒸气的分压力(N/ m2); Rs:水蒸气的气体常数,Rs=461(Nm/kgK); T: 热力学温度(K),T=27
11、3.1+t(C) V ms = TR p s b b = 湿空气 ?相对湿度: 在相同温度和相同压力下,绝对湿 度与饱和绝对湿度之比 式中 :绝对湿度; b:饱和绝对湿度; ps:水蒸气的分压力(N/ m2); pb:饱和水蒸气的分压力(N/ m2); 相对湿度表示了湿空气中水蒸气含量接近饱和 的程度,也称饱和度。 它同时说明了湿空气吸收水蒸气能力的大小 %100%100= b s b p p 湿空气 ?含湿量d: 每千克质量的干空气中所含有的水 蒸气的质量 式中ms:水蒸气的质量(kg); mg:干空气的质量(kg); s:水蒸气的密度(kg/m3); g:干空气的密度(kg/m3); g
12、s g s m m d = 1.4.4 气体状态方程 ?理想气体(不计粘性的气体)状态方程 在平衡状态下,气体的三个基本状态参数:压力、温 度和质量体积(比容)之间的关系为: p = RT或pV = mRT 式中p:绝对压力(Pa);:质量体积(比容)(m3 /kg); R:气体常数,对干空气,R=287.1(Nm/kgK);水 蒸气,R=461(Nm/kgK); T: 热力学温度(K);m:质量(kg);V:体积(m3) 对定量气体,状态方程可写成: 2 22 1 11 T Vp T Vp = 理想气体状态变化过程 ?等容过程: 一定质量的气体,在状态变化过程中, 若体积保持不变 上式表明,
13、当体积不变时,压力的变化与温度的变化 成正比,当压力上升时,气体的温度随之上升 常数= 2 2 1 1 T p T p 理想气体状态变化过程 ?等压过程: 一定质量的气体,在状态变化过程中, 若压力保持不变 上式表明,当压力不变时,温度上升,气体体积增大 (气体膨胀);当温度下降时,气体体积减小(气体 被压缩) 常数= 2 2 1 1 T V T V 理想气体状态变化过程 ?等温过程: 一定质量的气体,在状态变化过程中, 若温度保持不变 上式表明,当温度不变时,气体压力上升,气体体积 被压缩;压力下降时,气体体积膨胀 常数= 2211 VpVp 理想气体状态变化过程 ?绝热过程: 一定质量的气
14、体,在状态变化过程中, 若与外界完全无热量交换 式中:等熵指数,对干空气=1.4,对饱和水蒸气=1.3 在绝热过程中,气体状态变化与外界无热量交换,系 统依靠本身内能的消耗对外作功 k k k p p T T 1 2 1 1 1 2 2 1 = = 常数= k k pp 2211 理想气体状态变化过程 ?多变过程: 一定质量的气体,若其基本状态参数都 在变化(即没有任何条件限制) 式中n为多变指数,在一定的多变过程中,n保持不变;对于不同 的多变过程,n有不同的值。 当n=0时,pv0=p=常数,为等压过程; 当n=1时,pv=常数,为等温过程; 当n=时, pv=常数,为绝热过程; 当n=时
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