液压与气压传动教案第一章.doc

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 ，

2、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

3、 学 科 。 元 件 回 路 系 统 介 质1.1 液 压 与 气 压 传 动 的 工 作 原 理（ 图 1-1）（ 观 看 动 画 演 示 ）1.1.1 力 比 关 系帕 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 ”如 图 1 1 b)所 示 。（ 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 ： 1.若 空 载 ， 即 W=0， 则 p=？2.千 斤 顶 的 工 作 原 理 ， 液 压 传 动 和 其 它

4、 传 动 方 式 的 比 较 ?1.1.2 运 动 关 系活 塞 的 运 动 速 度 和 活 塞 的 作 用 面 积 成 反 比 .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 ) 若 已 知 进 入 缸 体 的 流 量 q， 则 活 塞 运 动 速 度 为 ： (1.5)重 要 基 本 概 念 二 ：“活 塞 的 运 动 速 度 v 取 决 于 进 入 液 压 （ 气 压 ） 缸 （ 马 达 ） 的 流 量q， 而 与 液 体 压 力 p 大 小 无 关 ”.1.1.3

5、 功 率 关 系 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 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

6、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 。液 压 与 气 压 传 动 系 统 组 成 动 力 元 件 ： 液 压 泵 或 气 源 装 置 ， 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

7、 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 传 动 介 质 .1.3 液 压 与 气 压 传 动 的 发 展 方 向 液 压 技 术 正 向 高 压 、 高

8、 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 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 ：

9、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 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： 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） ；

10、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=7100,000,000N/ m2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

11、 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 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）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 。

12、液 压 油 的 粘度 等 级 就 是 以 其 40oC 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 40oC 时 其 运 动 粘 度 的 平 均 值 为32mm2/s相 对 粘 度 （ 恩 式 粘 度 o ） 恩 氏 粘 度 ： 它 表 示 200mL 被 测 液 体 在 toC 时 ， 通 过 恩 氏 粘度 计 小 孔 （ =2.8mm） 流 出 所 需 的 时 间 t1， 与 同 体 积20oC 的 蒸 馏 水 通 过 同 样 小 孔 流 出 所 需 时 间 t2 之 比 值 . 工 业 上 常 用 20oC

13、、 50oC 和 100oC 作 为 测 定 恩 式 粘 度 的 标 准温 度 ， 分 别 以 o20、 o50、 o100 表 示 恩 式 粘 度 与 运 动 粘 度 （ mm2/s） 的 换 算 关 系 ：当 1.3 o 3.2 时 ，当 o 3.2 时 ，粘 温 特 性 定 义 ： 粘 度 随 温 度 变 化 的 特 性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 ：

14、空 气 的 成 分 按 体 积 计 算 ， 大 约 是 ： 氮 气 78%、 氧气 21%、 稀 有 气 体 0.94%、 二 氧 化 碳 0.03%、 其 他 气 体 和 杂 质0.03%。 稀 有 气 体 包 括 氦 、 氖 、 氩 、 氪 、 氙 、 氡 等 6 种 元 素 ， 稀有 气 体 ， 又 称 作 惰 性 气 体 或 贵 气 体 ， 是 指 元 素 周 期 表 上 的 第 18族 元 素 (IUPAC 新 规 定 ， 即 原 来 的 0 族 )， 它 们 在 常 温 下 全 部 是 以 单原 子 为 分 子 的 气 体 。空 气 的 基 本 性 质湿 空 气 : 含 有 水 蒸

15、 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 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

16、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=273.1+t(C) 相 对 湿 度 : 在 相 同 温 度 和 相 同 压 力 下 ， 绝 对 湿 度 与 饱 和 绝

17、 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 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

18、的 密 度 (kg/m3); g:干 空 气 的 密 度 (kg/m3)；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 :pv = RT 或 pV = mRT n式 中 ， p:绝 对 压 力 （ Pa） ； v: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）

19、；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 :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 ， 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 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

20、， 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 ） 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 绝 热 过 程 : 一 定 质 量 的 气 体 ， 在 状 态 变 化 过 程 中 ， 若 与 外 界 完全 无 热 量 交 换式 中 ， k:等 熵

21、指 数 ， 对 干 空 气 k=1.4， 对 饱 和 水 蒸 气 k=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 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=k 时 ， pvk =常 数 ， 为 绝 热 过 程 ；1.4.5 气 压 传 动 系 统 对 空 气 要 求 要 求 压 缩 空 气 具 有 一 定 的 压 力 和 足 够 的 流 量 要 求 压 缩 空 气 具 有 一 定 的 清 洁 度 和 干 燥 度 (指 压 缩 空 气 中 含水 量 的 多 少 )