液压传动(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：谢苗 毛君 主编

出版社：北京理工大学出版社

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液压传动试读：

本书是根据教育部教高〔2011〕5号《关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》文件和“卓越工程师教育培养计划”的精神要求，为全面推进高等教育理工科院校“质量工程”的实施，将教学改革的成果和教学实践的积累体现到教材建设和教学资源统合的实践工作中去，以满足不断深化的教学改革的需要，更好地为学校教学改革、人才培养与课程建设服务，特根据本科教育人才培养目标、培养方案和教学大纲的要求而编写的。

由于液压技术本身所具有的独特技术优势，使得它在航空与海洋技术、现代农业、制造业、交通运输与物流工程、采矿与冶金工程、油气探测与加工、建筑与公共工程、科学实验、军事装备、国防工程等领域获得了广泛应用，成为工、农、国防和科学技术现代化进程中不可缺少的一项基础技术，也是当代工程师所需要具备的重要基础技术知识之一。在现代科技技术日益全球化的环境下，培养高水平的液压技术人才，发展具有我国自主知识产权的液压技术，使其早日满足我国向制造业强国发展的迫切需求和适应环境保护的挑战，是对学科和行业都十分紧迫和现实的历史使命。

为了使读者能够较快地了解和掌握液压传动技术，本书贯彻少而精、理论联系实际的原则，选择液压流体力学、液压元件、液压传动系统和液压控制系统等方面的基本和核心内容进行有机整合。

在本书编者具有长期从事液压方面的教学和科研经历，按照概念准确、分析透彻、结构典型、理论联系实际的编写定位和要求，对本书进行了选定和编写。

在汲取同类教程优点的基础上，本书具有以下特点：（1）适用于创新型高校的教学。依据教育部教学指导委员会制定的最新专业规范和机械类课程的教学基本要求，本书结合机械类教学培养方案要求，对教材内容进行了编排和优化，以满足应用创新型高校机械专业学生的教学要求。（2）注重创新，理论联系实际。教材体现了液压传动领域的新知识、新技术和新应用，与工程实践联系密切。（3）结构新颖。教材中每章前面安排有“本章导读”“知识框架图”“本章学习目标”“本章教学要点”及“本章学习方法”，且每章以案例引入，提出引导性工程问题，使读者有针对性地进行知识点学习；每章结尾处设有“课堂讨论”“典型案例分析”“本章小结”及“思考与习题”，帮助学生归纳和总结知识，以及巩固知识要点。

本书适用于普通理工科院校机械类各专业，也适用于各类成人高校、自学考试等有关机械类学生，也可供从事流体传动与控制工程的技术人员参考。

本书编写过程中，编者参考了国内相关教材及大量文献，在此谨向有关作者表示由衷的感谢。

参加本书编写工作的有：魏晓华（辽宁工程技术大学，第1，3，10章），谢苗（辽宁工程技术大学，第2章），朴明波（辽宁工程技术大学，第4、8、9章），卢进南（辽宁工程技术大学，第5、7章），毛君（辽宁工程技术大学）、李强（宿州学院）、潘德文（沈阳职业技术学院）合编第6章。全书由辽宁工程技术大学机械工程学院谢苗和毛君任主编并统稿，由朴明波、魏晓华任副主编。

辽宁工程技术大学机械工程专业博士研究生刘治翔、谢春雪，硕士研究生董先瑞、白雅静、刘希福、闫江龙、刘川杨、赵春晓、李晨光、李翠、刘一柱、王洪涛等在本书编写过程中做了大量的工作，在此表示感谢。

由于编写水平和实践经验有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请广大读者批评改正。联系地址：辽宁工程技术大学机械工程学院（邮编：123000）。编　者第1章　绪　论本章导读

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式，它是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术。如今，液压传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。随着现代科技的飞速发展，液压技术的应用进入一个全新的发展阶段，并朝着集成化、智能化、模块化和网络化等方向发展。本章主要介绍液压传动的工作原理、组成、特点及其发展与应用，并引入液压系统的图形符号，为后面液压传动的学习打下基础。本章学习目标（1）掌握液压传动系统的工作原理及组成。（2）理解液压传动的特点。（3）了解液压传动的应用，激发学生学习该课程的兴趣。（4）了解液压传动技术的进展现状及学科发展的前沿技术。本章教学要点知识要点能力要求相关知识液压传动系掌握液压传动系统的工通过磨床液压系统的工作原理统的工作原作原理，了解液压传动图，了解液压传动系统的工作原理及组成系统的基本组成理和组成液压传动的通过对液压传动和电力传动的对理解液压传动的特点特点比分析，了解液压传动的特点液压传动的通过对机械设备自动化发展的介了解液压传动的应用应用绍，了解液压传动的应用通过对各领域液压机械发展的介了解液压传动技术的发液压传动技绍，了解液压传动发展现状及学展现状及学科发展的前术的发展科发展的前沿技术沿技术本章学习方法

通过查阅并搜集信息资料、实验室实验和现场观察等方式，培养学生对“液压传动”课程的兴趣，激发学生自主学习的潜能。通过对液压系统主要组成部分的液压元件与实物对照及对液压机械工作过程的简单分析，能够深入了解液压传动系统的工作原理及其各组成部分、液压传动的特点。在此基础上，努力发挥学生的主观能动性，积极思考液压传动在各个领域的应用及发展状况，了解液压传动在机械行业的主要应用方式以及对于国家工业化发展的重要性。导入案例

液压千斤顶

液压千斤顶是常用的液压设备，它可以支撑起很重的物体，其实物如图1-1（a）所示。图1-1　液压千斤顶实物和工作原理（a）实物；（b）工作原理

1—油箱；2—截止阀；3—大缸体；4—大活塞；5—重物；6—杠杆手柄；7—小活塞；8—小缸体；9—吸油阀；10—压油管；11—压油阀

液压千斤顶是应用较早的液压系统，一般由杠杆手柄、小缸体、小活塞、大缸体、大活塞、吸油阀、压油阀、油箱、截止阀、压油管以及吸油管和回油管等组成。

图1-1（b）所示为液压千斤顶的工作原理。大缸体3和大活塞4组成举升液压缸。杠杆手柄6、小缸体8、小活塞7、吸油阀9和压油阀11组成手动液压泵。提起杠杆手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时吸油阀9打开，通过吸油管从油箱1中吸油；用力压下杠杆手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，吸油阀9关闭，压油阀11打开，下腔的油液经压油管10输入举升大缸体3的下腔，迫使大活塞4向上移动，顶起重物。再次提起杠杆手柄吸油时，压油阀11自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物5不会自行下落。不断地往复扳动杠杆手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐升起。如果打开截止阀2，举升缸下腔的油液通过回油管、截止阀流回油箱，则重物向下移动。

由上述分析可知，液压千斤顶的传动过程是能量转换的过程，主要是靠液体的压力和流量来传递能量，即它将原动机的机械能转化为一定压力和流量的液压能，然后再将液压能转化为所需要的机械能，从而满足实际生产活动的要求。

问题：（1）试分析液压千斤顶工作过程中各阀的启闭状态和油液流动路径。（2）如果杠杆手柄外端处向下的速度为v1，请分析重物向上移动的速度v2是多少。（3）如果液压千斤顶所顶起物体的质量为W，大、小缸体的面积分别为A2和A1，试分析它们的压力p2和p1分别是多少，及需要施加在杠杆手柄端部的力F是多少。1.1　液压传动系统的工作原理及组成1.1.1　液压传动系统的工作原理

图1-2（a）所示为平面磨床工作台往复运动的液压系统的工作原理。平面磨床工作台往复运动的液压系统是由油箱1、滤油器2、液压泵4、溢流阀8、开停阀11、节流阀13、换向阀15、液压缸17、活塞杆19、工作台21以及连接这些元件的油管组成的。图1-2　平面磨床工作台液压系统的工作原理

1—油箱；2—滤油器；3，5，9，10，12，14，16，22，24，25—管道；4—液压泵；6—钢珠；7—弹簧；8—溢流阀；11—开停阀；13—节流阀；15—换向阀；17—液压缸；18—活塞；19—活塞杆；20—杠杆；21—工作台；23—阀芯

如图1-2（a）所示，磨床的液压系统工作时，液压泵4是由电动机驱动的，其作用是向系统提供一定压力和流量的液压油。该泵通过一对相互啮合的齿轮来完成吸油和排油过程，是一种齿轮泵。虽然液压泵的结构和千斤顶的手动泵不同，且动力是由电动机提供的，但它们的功能相同，都是向系统提供具有一定压力和流量的油液。由液压泵输入的压力油通过开停阀11、节流阀13、换向阀15进入液压缸17的左腔，推动活塞18和工作台21向右移动，液压缸17右腔的油液经换向阀15排回油箱。当手动换向阀15换向后，液压油进入液压缸17的右腔，推动活塞18和工作台21向左移动。

如果换向阀15转换为图1-2（b）所示的状态，则压力油经开停阀11、节流阀13和换向阀15进入液压缸17的右腔，推动活塞18和工作台21向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀15和回油管24排回油箱。

当节流阀开大时，进入液压缸17的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。如果将开停阀11转换成如图1-2（c）所示的状态，液压泵输出的油液经开停阀11流回油箱，这时工作台停止运动，液压系统处于卸荷状态。泵的供油不能进入系统，工作台停止运动，并且泵的供油直接和回油相连，泵没有负载，油液压力为零（或接近于零）。这一状态称为卸荷。

在液压系统中工作的零部件都有一定的承载范围，当系统的工作压力超过这个承载范围时，就可能出现安全事故，如管道爆裂、电动机过热乃至烧毁等。液压系统一般采用设置安全阀的方法来限制系统的最大工作压力，以保护人身及设备的安全，例如溢流阀。滤油器用来限制油液中的杂质进入泵和液压系统，保证系统中油液的清洁度。

从上面的例子可以看出：（1）液压传动是以液体作为工作介质来传递动力的。（2）液压传动是以液体在密闭容积内所形成的压力能来传递动力和运动的。（3）液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的。液压传动系统中的能量转换和传递情况如图1-3所示，这种能量的转换能够满足生产中的需要。图1-3　液压传动系统中的能量转换和传递情况1.1.2　液压传动系统的组成及图形符号

1．系统组成

由磨床工作台液压系统的工作原理可知，液压传动是以液体为工作介质的，无论液压系统有多复杂，通常由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质等几部分组成，如表1-1所示。表1-1　液压传动系统的组成组成功用举例部分动力将机械能转换为液体的压力能液压泵元件执行将液体的压力能转化为机械能液压缸、液压马达元件控制控制流体的压力、流量和方向，保证执行方向阀、压力阀、元件元件完成预期的动作要求流量阀等辅助油管、油箱、滤油起连接、储油、过滤和测量等作用元件器、压力表等工作传递介质、润滑元件液压油介质

2．系统的图形符号

图1-2用半结构式图形绘制原理图，直观性强，容易理解，但绘制起来比较麻烦，特别是在系统中元件数量比较多时更是如此。因此，在工程实际中，除某些特殊情况外，一般用简单的图形符号来绘制液压与气压传动系统原理图。在用图形符号来绘制系统原理图时，图中的符号只表示元（辅）件的功能、操作（控制）方法及外部连接口，不表示元（辅）件的具体结构和参数，也不表示连接口的实际位置和元（辅）件的安装位置。在用图形符号绘图时，除非特别说明，图中所示状态均表示元（辅）件的静止位置或零位置，并且除特别注明的符号或有方向性的元（辅）件符号外，它们在图中可根据具体情况水平或垂直绘制。使用这些图形符号后，可使系统图简单明了，便于绘制。当有些元件无法用图形符号表达或在国家标准中未列入时，可根据标准中规定的符号绘制规则和所给出的符号进行派生。当无法用标准直接引用或派生时，或有必要特别说明系统中某一元（辅）件的结构和工作原理时，可采用局部结构简图或采用它们的结构或半结构示意图来表示。在用图形符号绘图时，符号的大小应以清晰、美观为原则，绘制时可根据图纸幅面的大小酌情处理，但应保持图形本身的适当比例。

下面以磨床工作台液压系统说明以上标准，图1-2所示工作原理形象地表示了系统中各元件的结构原理，比较直观，易于为初学者接受。但其缺点是绘制不够方便，不简明扼要，特别是当系统比较复杂时更为突出。为此，国内外均采用元件的图形符号来绘制液压系统原理图。图形符号不再表示元件的具体结构，是一种比较抽象的、表示元件职能的符号，用它来表示系统中各元件的作用及整个系统的工作原理十分简明扼要。我国制定的液压图形符号标准为GB/T 786.1—2001。图1-4所示为按该标准绘制的与图1-2一致的平面磨床液压系统原理图。我国制定的液压系统图形符号标准（GB 786—1976），对于这些图形符号有以下几条基本规定。图1-4　磨床工作台液压系统图形符号示意图

1—油箱；2—滤油器；3—液压泵；4—溢流阀；5—开停阀；6—节流阀；7—换向阀；8—液压缸；9—工作台（1）符号只表示元件的职能及连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。（2）元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。（3）符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。1.2　液压传动的特点

1．液压传动的优点（1）质量小，体积小，反应快。在输出相同功率的条件下，液压传动元件的体积和质量相对较小，因此惯性力小，动作灵敏。液压马达的体积和质量只有同等功率电动机的12%左右，在中、大功率以及实现直线往复运动时，这一优点尤为突出。（2）工作装置较为平稳。由于质量和惯性小、反应快，故易于实现快速启动、制动和频繁换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次/min，实现往复直线运动时可达1 000次/min。（3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2 000），它还可以在运行的过程中进行调速。（4）液压传动易于对工作介质的压力、流量或流动方向进行调节或控制。当与电气控制、电子控制结合起来使用时，整个传动装置能实现较复杂的顺序动作，也能方便地实现远程控制和自动化。（5）工作装置易于实现过载保护。（6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。（7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。（8）液压传动可输出较大的推力和转矩，传动平稳；液压系统能够自润滑，因此液压元件使用寿命长。

2．液压传动的缺点（1）液压传动系统中存在泄漏及油液的压缩性，影响了传动的准确性，不易实现定比传动。（2）由于油液黏度随温度变化，容易引起工作性能的变化，因此液压传动不宜在温度变化范围较大的场合工作。（3）由于受液体流动阻力和泄漏的影响，液压传动的效率不够高。（4）液压传动系统对油液的污染比较敏感，必须具有良好的防护和过滤措施。

总的说来，由于液压传动具有诸多优点，液压元件已标准化、系列化和通用化，便于系统的设计、制造和推广应用。因此，液压传动在现代化生产中有着广阔的发展和应用前景。1.3　液压传动的应用

相对于机械传动来说，液压传动是一门新技术，它应用于各种设备，并通过与微电子和计算机技术密切结合，使其得到广泛的发展。

液压传动技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与电子技术的结合日臻完善，电液控制系统具有高响应、高精度、高功率／质量比和大功率等特点，从而广泛运用于武器装备及其他技术领域，如图1-5、图1-6所示。随着液压传动技术逐渐转为民用，制定和完善了各种标准，使得各类元件的标准化、规格化、系列化在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来，如图1-7、图1-8所示。20世纪60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术、微电子技术等的发展推动液压传动技术的发展，使它成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，并在国民经济的各方面都得到广泛应用。图1-5　液压传动在飞机起落架上的应用图1-6　液压传动在航母上的应用图1-7　液压传动在起重机上的应用图1-8　液压传动在掘进机上的应用

液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势，例如，国外生产的95%的工程机械、90%的数控加工件、95%以上的自动线都采用了液压传动技术，如图1-9、图1-10所示。因此，采用液压传动技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一。图1-9　液压传动在锻压机械中的应用图1-10　液压传动在数控机床中的应用

当前，液压传动技术在实现大功率、高效率、低噪声、高压、高速、经久耐用、高度集成化、微型化、智能化等方面都取得了重大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术方面也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及计算机控制等开发性研究方面，也取得了显著成绩。

机械工业各部门运用液压传动的出发点不尽相同：有的是利用它在操纵控制下的优点，如机床上采用液压传动是取其在工作过程中能实现无级变速、易于实现频繁的换向、易于实现自动化的特点；有的是利用它在传递动力上的优势，如工程机械、压力机械和航空工业采用液压传动是取其结构简单、体积小、质量小、输出功率大的特点。液压传动在各类机械行业中的应用实例如表1-2所示。表1-2　液压传动在各类机械行业中的应用实例行业名称应用场所举例平板车、高空作业车、自卸式汽车、汽车中的ABS系汽车工业统、减震器等凿岩机、开采机、破碎机、提升机、掘进机、液压支矿山机械架等电炉炉顶及电极升降机、高炉开铁口机、轧钢机、压冶金机械力机等轻工机械注射机、打包机、造纸机、校直机、橡胶硫化机等建筑机械平地机、压桩机、液压千斤顶、混凝土输送泵车等折臂式小汽车装卸器、数字式体育锻炼机、模拟驾驶智能机械舱、机器人等工程机械挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等起重运输机装卸机械、吊车、叉车、液压无级变速装置等械农业机械联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等仿形加工机床、半自动车床、龙门铣床、磨床、数控机床工业机床及加工中心等1.4　液压传动技术的发展

液压传动是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术。1795年，英国人约瑟夫·布拉曼（Joseph Braman，1749—1814）。在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。

1905年，美国人詹尼（Janney）首先将矿物油引入传动介质，并设计研制了带轴向柱塞机械的液压传动装置，并于1906年应用于军舰的炮塔装置上，为现代液压技术的发展揭开了序幕。

1914—1918年，液压传动得到广泛应用，特别是在1920年以后，其发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间才开始进入正规的工业生产阶段。1922年，瑞士人托马（H. Thoma）发明了径向柱塞泵。同年，美国人米诺尔斯基（N. Minosky）提出用于船舶驾驶伺服机构的比例、积分、微分（PID）控制方法。1925年，维克斯（F. Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。1932年，瑞典人奈奎斯特（Nyquist）提出根据频率响应判断系统稳定性的准则。1936年，美国人威克斯（H. Vickers）一改传统的直动式机械控制机构，发明了先导控制式压力控制阀。稍后电磁阀和电液换向滑阀的问世，使先导控制形式多样化。

1941—1945年，美国机床中有30%应用了液压传动。1948年，美国科学家埃文斯（R. Evans）提出了根轨迹分析方法，同年香农（C. E. Shannon）和维纳（N. Wiener）出版了《信息论》与《控制论》。至此，线性控制理论基本形成，它对液压控制技术的发展产生了深远的影响。1950年，摩根（Moog）研制采用微小输入信号的电液伺服阀成功后，美国麻省理工学院的布莱克本（Blackburn）、李（Lee）等在系统高压化和电液伺服机构方面进行了深入研究，使电液伺服机构首先应用于飞机、火炮液压控制系统，后来也广泛用于机床及仿真装置等伺服驱动中。1960年布莱克本（Blackburn）的《液动气动控制》和1967年梅里特（Merritt）的《液压控制系统》两部科学著作相继问世，对液压控制理论作出了系统、科学的阐述。从1962年开始制定液压元件的标准（CETOP，ISO/TC 131）。1970年前后，信号功率介于开关控制和伺服控制之间的比例阀问世。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才逐渐应用到拖拉机和工程机械中。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术，并进行自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产已形成了从低压到高压的系列产品，并在各种机械设备上得到了广泛使用。20世纪80年代起，我国加速了对国外先进液压产品和技术有计划地引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位发展。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。历史的经验证明，大部分液压传动技术的发展都来源于其他相关学科进步的推动。随着应用电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。

为了与最新技术的发展保持同步，液压传动技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。液压传动技术的持续发展体现在以下一些比较重要的特征上：（1）提高元件性能，创造新型元件，不断实现小型化和微型化。（2）与微电子技术相结合，走向智能化。（3）高度的组合化、集成化和模块化。（4）研究和开发特殊传动介质，推进工作介质多元化。

未来液压产品的发展方向有：（1）节省能耗，提高效率。（2）用AC电动机或变频电动机驱动定量泵。（3）发展机电一体化元件和系统。（4）发展具有比例阀的耐污染和伺服阀高精度、高频响的直动型电液控制阀。（5）发展内置电子系统的电液伺服比例元件、电磁阀、液压定位油缸等。（6）重视环保。环保型产品更具竞争优势，随着人们环境意识的加强，开发保护型液压产品将成为今后国内液压传动技术的主流。（7）适应主机机电一体化的需要。（8）应用现代控制技术，提高电液压自动控制系统的性能。课堂讨论

液压传动系统的工作压力取决于外负载，执行元件的速度取决于流量。典型案例解析

案例　液压千斤顶的工作原理如图1-11所示。液压千斤顶的小活塞直径d1=15 mm，小活塞行程S1=10 mm，大活塞直径d2=60 mm，重物产生的力W=48 000 N，杠杆比为L∶l=750∶25，试求：图1-11　液压千斤顶的工作原理（1）此时密封容积中的液体压力等于多少？（2）在杠杆左端施加多大的力才能举起该重物？（3）杠杆上下动作一次，重物的上升距离是多少？（4）又如，小活塞上有摩擦力175 N，大活塞上有摩擦力2 000 N，并且杠杆每上下一次，密封容积中的液体外泄0.2 cm3到油箱。重复上述计算。

解：（1）密封容积中的压力为W除以大活塞的直径，即（2）杠杆施加的力要大于油压的阻力，即（3）根据体积相等，有

答：密封容积中的液体压力p=17 MPa，杠杆端施加力F=100 N，重物上升的高度S2=0.625 mm。（4）考虑摩擦和泄漏时：

解：①密封容积中的压力为（W+摩擦力）／大活塞的直径，即

②杠杆施加的力要大于油压的阻力，考虑摩擦，即

F×L≥（F1+175）×l

油压阻力：

杠杆施加的力：

③考虑密封容腔中的液体外泄，则

答：密封容积中的液体压力p=17.69 MPa，杠杆端施加力F=110 N，重物上升的高度S2=0.554 mm。本章小结

本章介绍了液压传动系统的基本概念、工作原理、系统组成及图形符号，液压传动技术的国内外发展状况、水平和发展趋势，以及液压传动的特点和应用等。

液压传动是利用液体作为工作介质，并利用工作介质的压力来传递动力的。液压传动系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质五部分组成。液压传动技术正向快速、高效、高压、大功率、低噪声、经久耐用、高度集成化等方向发展，同时计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、可靠性技术等也是液压控制技术的主要研究内容和发展方向。思考与习题1-1　填空题（1）液压传动是以_______为传动介质，利用液体的_______来实现运动和动力传递的一种传动方式。（2）液压传动必须在_______进行，依靠液体的_______来传递动力，依靠_______来传递运动。（3）液压传动系统由_______、_______、_______、_______和_______五部分组成。（4）在液压传动系统中，液压泵是_______元件，它将输入的_______能转换成_______能，向系统提供动力。（5）在液压传动系统中，液压缸是_______元件，它将输入的_______能转换成_______能。（6）各种控制阀用以控制液压系统所需要的油液_______、_______和_______，以保证执行元件实现各种不同的工作要求。1-2　判断题（1）液压传动与机械、电气传动配合时，易实现较复杂的自动工作循环。（　　）（2）液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。（　　）（3）液压传动不易获得很大的力和转矩。（　　）（4）液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速启动、制动和频繁换向。（　　）1-3　计算题

图1-12所示两液压缸的结构和尺寸均相同，无杆腔和有杆腔的面积各为A1和A2，A1=2A2，两液压缸承受负载为F1和F2，且F1=2F2，液压泵流量为q。试求两液压缸并联和串联时，活塞的移动速度和缸内的压力。图1-12　题1-3图（a）两液压缸并联；（b）两液压缸串联第2章　液压流体力学基础本章导读

液压流体力学是以液体为工作介质来传递能量和运动的。本章主要介绍液压工作介质——液压液的性质、液压系统对液压油的要求和选用方法，将着重阐述静力学基本方程和动力学部分重要方程，为以后分析、设计和应用液压系统及元件工作过程的动力计算打下坚实的理论基础。本章学习目标（1）了解液压液黏度的物理意义、表示方法以及液压油的选用方法。（2）理解静止液体的内部压力分布规律和其他物体间的相互作用力。（3）掌握流动液体的基本方程，即连续性方程、能量方程（伯努利方程）和动量方程，并了解其物理意义。（4）了解液体流动时的压力损失，即局部和沿程压力损失的分析和计算。（5）了解气穴现象、液压冲击及其危害。本章教学要点

本章是液压与气压传动的理论基础，其重点及难点可以归结为一句话：一种介质、两项参数、三个方程、三种损失、三种现象。“一种介质”是指液压油的性质及选用；“两项参数”是指压力和流量的相关概念；“三个方程”是指连续性方程、能量方程、动量方程；“三种损失”是指沿程压力损失、局部压力损失、管路中的总压力损失的分析和计算方法；“三种现象”是指液体流态、液压冲击、气穴现象的产生机理。知识要能力要求相关知识点液压传了解液压油的物理特油液黏度的物理意义、表示方法、动工作性、选择和注意事项污染及控制介质液体静了解静止液体的内部压液体静力学基本知识，即压力分力学基力分布规律和其他物体布、表示方法、压力单位和帕斯卡础间的相互作用力原理流体动油液连续性方程、能量方程和动量掌握三个流体基本方程力学基方程，油液的局部和沿程压力损失并了解其物理意义础及管路中总压力的计算液压冲了解液压冲击、气穴现液压冲击、气穴现象和气蚀产生的击和气象及它们的危害机理及减小其危害的措施穴现象本章学习方法

本章所阐述的是液压油的基本性质和选用，静力学、动力学的三大基本方程及液压传动中经常遇到的流体力学问题，这些对正确理解和掌握液压传动的基本原理十分重要。首先要了解静止液体的力学性质，如流体的平衡规律和压强分布规律以及流体对固体壁面的作用力；其次要掌握流体动力学的三个基本方程，如连续性方程、能量方程及动量方程，并学会区分理想液体的能量方程与实际液体的能量方程的异同及产生差异的原因；掌握沿程压力损失与局部压力损失的概念及计算方法；了解气穴现象、液压冲击的产生机理以及减小其危害的措施。导入案例

汽车的液压刹车系统研究与分析

在大多数汽车性能测试环节中，加速和刹车是最主要的两个测试项目。平时我们接触到一辆新车，往往问的第一个问题是这辆车有多快而不是这辆车刹车好不好，但问题在于速度慢在多数情况下不会有太大问题，而刹车不好很可能关系到生命安全，所以我们就来说说汽车的刹车。目前，汽车上广泛使用的液压刹车系统运用了帕斯卡原理，如图2-1所示为汽车的液压刹车系统装配图。图2-1　汽车的液压刹车系统装配图

帕斯卡原理的主要内容是：在密闭容器内，不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值会瞬间等值地传递给液体各个点，这就是静压力传递原理或称作帕斯卡原理。

目前，大部分小型车都采用液压制动，因为液体是不能被压缩的，几乎能够100%地传递动力。制动系统的工作原理如图2-2所示，制动液体（刹车油）充满储液室和制动液管路，当驾驶员踩下制动踏板时，作用力通过制动推杆推动主缸活塞运动，通过制动液传递到轮缸活塞，推动制动蹄向外张开，利用制动蹄与制动轮之间的摩擦起到制动作用。简单来说，就是踩下制动踏板后，施加到刹车总泵液体上的压强等于刹车盘活塞处的液体压强，但因为压强等于单位面积的压力，所以只要增大活塞的面积，施加的压力就会增大。图2-2　制动系统的工作原理

例如图2-3所示，两个圆柱形活塞，左侧活塞直径是50 mm，右侧活塞直径是150 mm，也就是左侧活塞的3倍，那么如果给左侧活塞施加一定量的力，那么右侧活塞将产生一个9倍的力（面积是半径的平方乘以3.14），这就是现在所有液压机构的理论基础，所以起重机可以通过液压系统举起数十吨的货物。图2-3　帕斯卡原理

问题：（1）试分析汽车液压刹车系统的工作过程。（2）试问，当在制动踏板上施加20 N的力时，在刹车钳上会产生多大的制动力？并应用帕斯卡原理描述这一过程。（3）论述帕斯卡原理在工程机械中的应用。2.1　液压传动工作介质

液体是液压系统的工作介质，最常用的工作介质是液压油。本节主要研究液压平衡、运动及液体与固体间的相互作用规律，它是液压系统和元件工作过程及动力计算的理论基础。液压油可以作为液压系统中传递信号和动力的工作介质，此外还有防锈、冷却和润滑的作用。2.1.1　液压传动工作介质的性质

工作介质的基本性质有很多，现介绍与液压传动性能紧密相关的三项。

1．密度

单位体积液体的质量称为液体的密度，质量用m表示、体积用V表示、密度用ρ表示，即

密度是液体的一个重要物理参数，它会随压力和温度的变化而变化。但是在一般情况下，这种变化量非常小，可以忽略不计，常用液压油的密度为900 kg/m3左右。常用工作介质的密度如表2-1所示。表2-1　常用工作介质的密度ρ20/（kg·m-3）ρ20/（kg·m-3）种类种类石油基液压油850～900增黏高水基液1 003水包油乳化液998水‐乙二醇液1 060油包水乳化液932磷酸酯液1 150

2．可压缩性

液体在外力（主要是压力）的作用下，其体积或密度发生变化的性质称为液体的可压缩性。

压力为p0、体积为V0的液体，压力增大Δp时，体积减小ΔV，此时用体积压缩系数K来表示液体可压缩性的大小。体积压缩系数K定义为受压液体在受到单位压力变化时引起的体积相对变化量，即

由于压力增大时液体的体积会减小，因此式（2-2）右边必须带一个负号，以使K成为正值。液体体积压缩系数K的倒数，称为体积弹性模量k，简称体积模量。

表2-2所示为几种常用工作介质的体积模量。从表2-2中可以看出，石油基液压油的体积模量是钢（k=2.1×105MPa）的1/（100～150），也就是说石油基液压油的可压缩性是钢的100～150倍。表2-2　常用工作介质的体积模量（20℃，标准大气压）工作介质体积模量k/MPa工作介质体积模量k/MPa（1.4～2.0）×石油基液压油水‐乙二醇液3.45×103103水包油乳化液1.95×103磷酸酯液2.65×103油包水乳化液2.3×103

k是用来表示液体可压缩性最方便的物理量，液压油的体积模量以及体积压缩系数都与温度和压力有关。当温度逐渐升高时，k值会逐渐减小，在液压油正常的工作范围内，k值会有5%～25%的变化；当压力逐渐增大时，k值会逐渐增大，但是变化不呈线性关系，当p≥3 MPa时，k值基本不会再增加，液压油的体积模量受压强和温度变化的影响很小，几乎为定值，因此液体是很难压缩的。

空气的可压缩性很大，如果液压油中混入1%的气体，那么其体积模量将会降低到纯油的50%左右；如果混入10%的气体，那么它的体积模量仅是纯油的10%左右。因为油液在实际使用过程中不可避免要混入一些气体，所以工程中一般取k=700～1 400 MPa。

考虑液体的可压缩性时，把封闭在一个容器内的液体在受到外力作用时的特征看作一个外力增加、体积减小，外力减少、体积增加的弹簧。这种弹簧刚度为kh，当液体受压面积A不变时，如图2-4所示，通过压力变化Δp=ΔF/A，体积变化ΔV=AΔl（Δl为液柱长度变化）和式（2-3）求出kh，即图2-4　油液弹簧的刚度计算简图

3．黏性

1）黏性的定义

液体的黏性是指当液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力使其流动受到牵制，因而沿其界面产生了内摩擦力。静止液体是不会呈现出黏性的，液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出黏性。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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