1、1第一章 緒論 1.1 1.1 常見傳動技術、流體機械的分類、常見傳動技術、流體機械的分類、 流體機械相關定義流體機械相關定義1.2 1.2 流體機械與液力傳動的發展與應用流體機械與液力傳動的發展與應用1.3 1.3 流體機械和液力傳動的特點流體機械和液力傳動的特點1.4 1.4 流體機械所應用的液力傳動與液壓流體機械所應用的液力傳動與液壓傳動的區別傳動的區別 思考題思考題 21.1 1.1 常見傳動技術、流體機械的分常見傳動技術、流體機械的分類、流體機械的相關定義類、流體機械的相關定義 傳動技術傳動技術，是指能夠使物體按照指定動作規律運動起來的技術。通常是通過傳動裝置傳動裝置（ Power

2、Transmission Engineering）來實現的。按照工作介質不同按照工作介質不同，傳動技術種類可分為： 傳動技術的定義傳動技術的定義3傳傳 動動機械傳動機械傳動齒輪、齒條齒輪、齒條杠桿、連桿杠桿、連桿電氣傳動電氣傳動流體傳動流體傳動復合傳動復合傳動直流直流交流交流氣體傳動氣體傳動液體傳動液體傳動氣壓傳動氣壓傳動射流射流靜壓傳動靜壓傳動動力傳動動力傳動液粘傳動液粘傳動液液 壓壓 液壓軸承液壓軸承直流液壓直流液壓交流液壓交流液壓液力傳動液力傳動射射 流流1.1.1 1.1.1 常見傳動技術的種類常見傳動技術的種類41.1. 2 流體機械的分類流體機械的分類 流體機械可以分成從機械向流體

3、傳遞能量的流體機械可以分成從機械向流體傳遞能量的流流體機械體機械和將流體能量傳遞給機械的和將流體能量傳遞給機械的流體動力機械流體動力機械n根據流體是液體還是氣體分為根據流體是液體還是氣體分為水力機械水力機械和和氣體機械氣體機械；n根據能量是輸出還是輸入機械功可分為根據能量是輸出還是輸入機械功可分為動力機械動力機械( (或原或原動機動機) )和和工作機械工作機械。n按工作原理又常分為按工作原理又常分為速度式速度式、容積式容積式( (往復、回轉往復、回轉) )和和其其它形式它形式的流體機械的流體機械( (如射流泵等如射流泵等) )。n根據根據結構型式結構型式流體機械還可以細分流體機械還可以細分5(

4、1)軸流、軸流、 (2)徑流徑流(離心離心)壓縮機視頻壓縮機視頻旋轉軸軸流離心6(3)混流式混流式 照照 片片子午面子午面(軸面軸面)7泵是典型的流體機械泵是典型的流體機械8柱塞泵9泵泵 實實 圖圖10流體機械的分類流體機械的分類11按工作方式分類按工作方式分類作為媒介的力作為媒介的力工工 作作 方方 式式 壓力壓力表面力表面力 剪切力剪切力容積式容積式 往復式、回轉式往復式、回轉式葉片式葉片式 離心式、斜流式、軸流式、橫流式離心式、斜流式、軸流式、橫流式其其 他他 非定常式、差壓式非定常式、差壓式摩擦式摩擦式湍流式湍流式 渦流式、射流式渦流式、射流式 重力重力體積力體積力 電磁力電磁力浮力式

5、浮力式電磁式、磁流體式電磁式、磁流體式12“所謂流體機械，是所謂流體機械，是指在流體和機械之指在流體和機械之間進行能量交換的間進行能量交換的機械的總稱機械的總稱”。什么是流體機械什么是流體機械?其實并不嚴密1.1 .3 流體的機械能和流體機械的分流體的機械能和流體機械的分類類13(一一)流體內部具有的能量流體內部具有的能量 流體的內部能量具有：流體的內部能量具有： 1)由分子間的由分子間的勢能勢能和分子不規則運動的和分子不規則運動的動能動能之和定義的內能之和定義的內能(當當其變化時常伴隨著壓力和溫度等狀態量的變化，有時也伴隨其變化時常伴隨著壓力和溫度等狀態量的變化，有時也伴隨著相變化著相變化)

6、。 2)構成分子構成分子的原子的的原子的結合能結合能(伴隨著化學反應而放出或吸收的化伴隨著化學反應而放出或吸收的化學能學能)。 3)構成構成原子核原子核的的基本粒子基本粒子的的結合結合能能(伴隨著核聚變或核裂變面釋伴隨著核聚變或核裂變面釋放出的能量放出的能量)。(二二)流體流體流動具有的動能流動具有的動能(三三)流體在有勢場中具有的流體在有勢場中具有的勢能勢能 具有的勢能有：具有的勢能有： 1)重力場中的重力場中的位能位能 2)導電流體在電場和磁場中具有的導電流體在電場和磁場中具有的電磁能電磁能。 在明確流體機械的定義之前，讓我們先考在明確流體機械的定義之前，讓我們先考慮一下流體所具有的能量。

7、流體具有的能量主慮一下流體所具有的能量。流體具有的能量主要包括以下幾類要包括以下幾類：14 設流體的密度為設流體的密度為 ， , 表示單位質量表示單位質量流量流體的功和熱量，則流量流體的功和熱量，則ttm ttqQ m 2221222111211122ttppqevgzevgz 上式的意義是，上式的意義是，對于單位質量流量的流體，有與右邊第對于單位質量流量的流體，有與右邊第二項相當的能量流入機械，與右邊第一項相當的能量流出機二項相當的能量流入機械，與右邊第一項相當的能量流出機械械。即是說，在有流體流出流人的流體機械中。即是說，在有流體流出流人的流體機械中(開口系統開口系統)，除流體本身具有的能

8、量之外，還需要加入通過流道斷而傳遞除流體本身具有的能量之外，還需要加入通過流道斷而傳遞的能量的能量。(1-1)15 對對普通普通的流體機械來說，相變化的的流體機械來說，相變化的 可以忽略可以忽略應用分部積分公式；應用分部積分公式；222212111()()2tfdpvvg zzq 上式表示流體機械對上式表示流體機械對單位質量流量流體單位質量流量流體所作的功，所作的功， 稱為稱為比功比功。在流體機械中，起主要作用的只是右邊第。在流體機械中，起主要作用的只是右邊第1-3項的流體機械能的變化，該項的流體機械能的變化，該3項的和特別稱為項的和特別稱為可逆比可逆比功功 。 即對即對單位質量流量單位質量流

9、量的流體，可逆比功指在機械所作的的流體，可逆比功指在機械所作的功與流體所具有的機械能之間功與流體所具有的機械能之間沒有摩擦損失沒有摩擦損失地地可逆可逆地進地進行轉換的比功。行轉換的比功。222212111()()2revdpvvg zz (1-2)t rev (1-3)16 我們對流體機械下這樣的定義我們對流體機械下這樣的定義：“所所謂流體機械，是指在流體具有的機械能和謂流體機械，是指在流體具有的機械能和機械所作的功之間進行能量轉換的機械。機械所作的功之間進行能量轉換的機械?！?7 液力傳動已有上百年的歷史，1902年，德國工程師蓋爾蓋爾曼曼費丁格爾費丁格爾發現了液力傳動的原理。1.2 1.2

10、 液力傳動和流體機械的發展與應用液力傳動和流體機械的發展與應用1.2.1 1.2.1 液力傳動的發展歷程與現狀液力傳動的發展歷程與現狀 液力傳動有兩種主要類型：液力偶合器傳動液力偶合器傳動和液力變矩液力變矩器傳動器傳動。 傳動效率傳動效率：偶合器約為偶合器約為9698.5，變矩器約為，變矩器約為8592，在額定工況附近較高，在額定工況附近較高。 從投入使用的液力元件的數目多少，液力傳動裝置可以分為三種型式：純液力元件傳動裝置純液力元件傳動裝置、單液力元件傳動裝置單液力元件傳動裝置和多液力元件傳動裝置多液力元件傳動裝置。18美國美國日本日本歐洲歐洲應用液力傳動裝置始于應用液力傳動裝置始于2020

11、世紀世紀5050年代年代2020世紀世紀7070年代年代2020世紀世紀7070年代以來年代以來1.液力傳動在國際上的發展情況液力傳動在國際上的發展情況2.液力傳動在國內的發展情況液力傳動在國內的發展情況191.2.2 1.2.2 液力傳動技術的主要應用領域液力傳動技術的主要應用領域1.1.內燃機車內燃機車 videovideo 2.2.各類大中型施工機械各類大中型施工機械 video 3.3.各類汽車各類汽車 video 4.4.各類轉動設備各類轉動設備5.5.坦克及裝甲車輛坦克及裝甲車輛 video 6.6.船舶驅動及相關設備船舶驅動及相關設備 video 圖圖1-1 液力傳動應用示意圖液

12、力傳動應用示意圖 20圖圖1-2 坦克液力傳動系統圖坦克液力傳動系統圖 1.2.3 1.2.3 液力傳動技術的主要應用領域液力傳動技術的主要應用領域211.2.4 1.2.4 流體機械的發展應用流體機械的發展應用1.電力工業核電、火電、水電目前我國熱電站的廠用電占發電量的12%，而發達國家只占45%三峽大壩三峽大壩2223水輪機機組裝置圖水輪機機組裝置圖潮汐發電潮汐發電視頻視頻24The Solar Chimney TETT AGTrotzenburger Weg 351465 Bergisch GladbachGermanyTel: +49 2202 246751Fax: +49 2202

13、246754太陽能視頻太陽能視頻25風能風扇風能風扇視頻視頻英國風力發電視頻英國風力發電視頻262.水利工程水利工程273.石油工業石油工業采油泵284.鋼鐵、木材工業鋼鐵、木材工業高爐鼓風機高爐鼓風機Numerical Study of a Turbine Draft Tube Flow 木材加工機械木材加工機械視頻視頻29反動式反動式沖擊式沖擊式連續流動連續流動5.動力工程動力工程30單級單吸離心壓縮機葉輪葉輪進風口進風口擴壓器擴壓器蝸殼蝸殼軸承軸承316.生物醫學工程生物醫學工程人造心臟321.3 1.3 液力傳動和流體機械的特點液力傳動和流體機械的特點 液力傳動之所以能得到這樣廣泛的應

14、用，發展這樣迅速，原因就是它具有以下優點優點： 1.自動適應性自動適應性 液力變矩器的輸出力矩能隨外載荷的增加而自動增加。 2.提高了機械的使用壽命提高了機械的使用壽命 由于液力傳動的工作介質是液體，它能吸收或減少來自發動機和外載荷的振動與沖擊，從而使機械啟動、運轉平穩柔和，加速過程均勻，改善操縱舒適性，起過載保護作用。 3.具有良好的穩定低速性能，提高了機械的通過性能具有良好的穩定低速性能，提高了機械的通過性能 裝有液力傳動的機械能夠以任意小的速度行駛，這樣就增加了車輛或履帶與地面的附著力，提高機械在松軟的土質、砂質路面、雪地和泥濘沼澤地帶上的通過能力。 33 4.無級調速，簡化了操作，提高

15、駕駛員和乘客的舒適性無級調速，簡化了操作，提高駕駛員和乘客的舒適性 液力變矩器本身就是一個無級自動變速器，從而使發動機的動力范圍得到擴大，變速箱的檔數也可以減少。 5.便于維護保養便于維護保養 液力元件的葉輪之間無機械聯系，無機械磨損，工作介質為無機礦物油，不僅可靠度高，使用壽命長，而且便于維護保養。 6.多機并車性能和限矩保護性能多機并車性能和限矩保護性能 當工作機械采用多臺動力機驅動時，易于并車且能夠自動協調載荷分配。 7.改善車輛的動力性能改善車輛的動力性能 液力變矩器的作用使自動變器能夠輕快平穩起動且連續自動無沖擊換檔，故汽車的起步加速性能得到提高，同時可以帶載啟動。此外，由于自動換檔

16、在時機控制上能保證發動機功率得以充分利用，所以大大改善了動力性能。34 8.降低排放污染降低排放污染 使用液力自動變速器時，由于采用了液力傳動和自動換檔技術，可以把發動機的轉速限制在污染較小的范圍內，加上不必頻繁換檔，因而可以降低對空氣的污染。液力傳動與電氣傳動和機械傳動相比有其缺點缺點： 1.效率較低效率較低，液力變矩器最高效率約8592，液力偶合器最高效率約9698。 2.結構較復雜結構較復雜，制造精度要求高，成本較高。 3.液力變矩器和調速型偶合器需要一套補償冷卻系統液力變矩器和調速型偶合器需要一套補償冷卻系統，因而增加了成本。 4.不能利用發動機的慣性來制動不能利用發動機的慣性來制動，

17、也不能用牽引的辦法啟動發動機，需要有附加裝置。 5.液力傳動的某些裝置維修技術較復雜液力傳動的某些裝置維修技術較復雜，要求有專門的維修人員，具有較高的修理水平和故障檢查分析能力。351.4 1.4 流體機械所應用的液力傳動與液壓傳動流體機械所應用的液力傳動與液壓傳動的區別的區別 簡單來說，液壓傳動液壓傳動是以液體的壓力能按照容積變化相等的原理進行能量傳遞的，它要通過泵泵閥閥馬達馬達或液壓缸液壓缸三種主要元件一起來傳遞能量。液力傳動液力傳動與之不同，它是以動量矩方程為工作原理，靠液力偶合器液力偶合器或液力變矩器液力變矩器的葉輪來傳遞能量。 1.4.1 1.4.1 液壓傳動液壓傳動 液壓傳動的原理

18、液壓傳動的原理基于流體力學的帕斯卡定理帕斯卡定理，即靜液壓靜液壓傳動的基本原理傳動的基本原理。根據這個原理，高壓液體在密閉的幾何形體內被迫移動時，將傳遞機械能。與機械傳動相比，液壓傳動更容易實現其運動參數（流量）和動力參數（壓力）的控制，而液壓傳動較之液力傳動具有良好的低速負荷特性。 36圖圖1-3 液壓傳動原理簡圖液壓傳動原理簡圖1活塞活塞 2、4容器容器 3管路管路 如圖如圖1-3所示所示，容器容器2用管路管路3與容器容器4連通，那么第一個容器中加在活塞活塞1上的力力F所建立的壓力壓力pF/A（A為活塞面積）傳至第二個容器，并使容器周壁受到液壓力的作用?？梢?，在液壓傳動裝置中，利用容積變化

19、相等的原理，通過管路傳遞載荷。以此原理進行能量傳遞的形式稱為容積式液壓傳動，簡稱液壓傳動液壓傳動。371.4.2 1.4.2 液力傳動液力傳動 液力傳動液力傳動基于流體力學的歐拉方程歐拉方程，它是利用流體的動它是利用流體的動能，即利用液力傳動裝置中葉輪內動量矩的變化來傳遞和改能，即利用液力傳動裝置中葉輪內動量矩的變化來傳遞和改變能量變能量。 圖圖1-4所示所示的傳動系統，原動機原動機帶動離心泵離心泵1高速旋轉，離心泵通過吸入管路由貯液池吸進液體，液體在離心泵葉輪內加速，獲得動能，離心泵是將原動機的機械能轉換成液體動能的主要元件。由離心泵打出的高速液體通過管路管路3和噴噴嘴嘴進入渦輪機渦輪機2，沖擊渦輪機葉片使之旋轉，將液體的動能轉換成機械能，通過輸出軸推動工作機運動。由渦輪機渦輪機2排回的液體速度降低，動能減少，流回貯液池。液體按這樣方式周而復始的循環流動，并在循環流動過程中與葉輪相互作用，完成能量的轉換和傳遞。這種傳動形式稱為動力式液力傳動，簡稱液力傳動液力傳動。38圖圖1-4 1-4 液力