液壓傳動基礎1液壓傳動的基本概念2液壓裝置的組成3液壓傳動的優缺點4液壓傳動基本理論5液壓油1液壓傳動的基本概念所謂液壓傳動，是指利用高壓的液體經由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。圖1-1(a)所示為一驅動機床工作臺的液壓傳動系統，它由油箱1、濾油器2、液壓泵3、溢流閥4、換向閥5、節流閥6、換向閥7、液壓缸8以及連接這些元件的油管、管接頭等組成圖1-1機床工作臺液壓系統的工作原理圖2液壓裝置的組成液壓裝置一般由液壓泵、執行元件、控制元件和一些輔助元件組成。(1)液壓泵。它由電動機帶動，是將機械能轉換成液體壓力能的裝置。(2)執行元件。液壓系統最終目的是要推動負載運動，一般執行元件可分為液壓缸與液壓馬達（或擺動缸）兩類；液壓缸使負載作直線運動，液壓馬達（或擺動缸）使負載轉動（或擺動）。

(3)控制元件。液壓系統除了讓負載運動以外，還要完全控制負載的整個運動過程。在液壓系統中，用壓力閥來控制力量，流量閥來控制速度，方向閥來控制運動方向。(4)輔助元件。除了以上幾種元件外，還有用來儲存液壓油的油箱，為了增強液壓系統的功能尚需有去除油內雜質的過濾器，防止油溫過高的冷卻器及蓄能器等液壓元件，我們稱這些元件為輔助元件。

3液壓傳動的優缺點液壓傳動有如下特點。3.1.優點(1)體積小，輸出力大。(2)不會有過負載的危險。(3)輸出力調整容易(4)速度調整容易。(5)易于自動化3.2.缺點

(1)接管不良造成液壓油外泄，它除了會污染工作場所外，還有引起火災的危險。(2)油溫上升時，粘度降低；油溫下降時，粘度升高。油的粘度發生變化時，流量也會跟著改變，造成速度不穩定。

(3)系統將馬達的機械能轉換成液體壓力能，再把液體壓力能轉換成機械能來做功，能量經兩次轉換損失較大，能源使用效率比傳統機械的低。(4)液壓系統大量使用各式控制閥、接頭及管子，為了防止泄漏損耗，元件的加工精度要求較高。

4液壓傳動基本理論4.1液體靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力,在物理學中則稱為壓強。靜止液體中某點處微小面積ΔA上作用有法向力ΔF,則該點的壓力定義為P若法向作用力F均勻地作用在面積A上,則壓力可表示為

我國采用法定計量單位Pa來計量壓力1Pa=1N/m2，液壓技術中習慣用MPa（N/mm2）在企業中還習慣使用bar（kgf/cm2）作為壓力單位各單位關系為:1MPa=1×106Pa＝10bar。液體靜壓力有如下兩個重要特性:(1)液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內法線方向一致。這是由于液體質點間的內聚力很小,不能受拉只能受壓所致。

(2)靜止液體內任一點所受到的壓力在各個方向上都相等。如果某點受到的壓力在某個方向上不相等,那么液體就會流動,這就違背了液體靜止的條件。 4.2液體靜壓力的基本方程 現在我們想像在靜止不動的液體中有如圖1-2所示的一個高度為h,底面積為ΔA的假想微小液柱。表面上的壓力為p0，求其在A點的壓力。因這個小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下處于平衡狀態，現我們可把其在垂直方向上的力平衡關系表示為

pΔA=p0ΔA+ρghΔA式中，ρghΔA為小液柱的重力，ρ為液體的密度。 上式化簡后得

p=p0+ρgh(1-3)圖1-2離液面h深處的壓力 式（1-3）為靜壓力的基本方程。此式表明：

(1)靜止液體中任何一點的靜壓力為作用在液面的壓力p0和液體重力所產生的壓力ρgh之和。

(2)液體中的靜壓力隨著深度h的增加而線性增加。(3)在連通器里，靜止液體中只要深度h相同，其壓力就相等。4.3絕對壓力、表壓力及真空度 根據度量方法的不同，有表壓力(又稱相對壓力)p（gaugepressure）和絕對壓力pabs（absolutepressure）之分。以當地大氣壓力pat(atomosphere)為基準所表示的壓力稱為表壓力；以絕對零壓力作為基準所表示的壓力稱為絕對壓力。 若液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓力，則此時該點的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以有真空度=大氣壓力-絕對壓力

有關表壓力、絕對壓力和真空度的關系如圖1-4所示。

注意：如不特別指明，液、氣壓傳動中所提到的壓力均為表壓力。圖1-4絕對壓力、表壓力和真空度的關系4.4帕斯卡原理 在密封容器內，施加于靜止液體上的各點壓力將以等值同時傳遞到液體內各點，容器內壓力方向垂直于內表面，如圖1-5所示。圖1-5帕斯卡容器內的液體各點壓力為 式（1-5）建立了一個很重要的概念，即在液壓傳動中工作的壓力取決于負載，而與流入的流體多少無關(1-5)4.5連續定理

液體在流動時，通過任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時間改變的流動稱為穩流；反之，速度、壓力和密度其中一項隨時間改變的，就稱為非穩流。 對穩流而言，液體以穩流流動通過管內任一截面的液體質量必然相等。如圖1-6所示管內兩個流通截面面積為A1和A2，流速分別為v1和v2，則通過任一截面的流量Q為常數

Q=Av=A1v1=A2v2=常數(1-6）流量的單位通常用L/min表示，與m3/s換算式子如下：

1L＝1×10-3m3 1m3/s＝6×104L/min

式（1-6）即為連續定理，此式還得出另一個重要的基本概念，即運動速度取決于流量，而與流體的壓力無關。圖1-6管路中液體的流量對各截面而言皆相等4.6液體流動中的壓力和流量的損失

1．壓力損失 由于液體具有粘性，在管路中流動時又不可避免地存在著摩擦力，因此液體在流動過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現為壓力損失。 壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當液體在直徑不變的直管中流過一段距離時，因摩擦而產生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其他形式的液流阻力而引起的壓力損失。總的壓力損失等于沿程損失與局部損失之和。由于零件結構不同(尺寸的偏差與表面粗糙度的不同)，因此，要準確地計算出總的壓力損失的數值是比較困難的，但壓力損失又是液壓傳動中一個必須考慮的因素，它關系到確定系統所需的供油壓力和系統工作時的溫升，所以，生產實踐中也希望壓力損失盡可能小些。 由于壓力損失的必然存在性，因此，泵的額定壓力要略大于系統工作時所需的最大工作壓力。一般可將系統工作所需的最大工作壓力乘以一個1.3～1.5的系數來估算。2．流量損失 在液壓系統中，各液壓元件都有相對運動的表面，如液壓缸內表面和活塞外表面。因為要有相對運動,所以它們之間都有一定的間隙，如果間隙的一邊為高壓油，另一邊為低壓油，那么高壓油就會經間隙流向低壓區，從而造成泄漏。同時，由于液壓元件密封不完善，因此，一部分油液也會向外部泄漏。這種泄漏會造成實際流量有所減少，這就是我們所說的流量損失。

流量損失影響運動速度，而泄漏又難以絕對避免，所以在液壓系統中泵的額定流量要略大于系統工作時所需的最大流量。通常也可以用系統工作所需的最大流量乘以一個1.1～1.3的系數來估算。4.7液壓沖擊和空穴現象1．液壓沖擊 在液壓系統中，當油路突然關閉或換向時，會產生急劇的壓力升高，這種現象稱為液壓沖擊。 造成液壓沖擊的主要原因是：液壓速度的急劇變化、高速運動工作部件的慣性力和某些液壓元件的反應動作不夠靈敏。 當導管內的油液以某一速度運動時，若在某一瞬間迅速截斷油液流動的通道（如關閉閥門），則油液的流速將從某一數值在某一瞬間突然降至零，此時油液流動的動能將轉化為油液擠壓能，從而使壓力急劇升高，造成液壓沖擊。高速運動的工作部件的慣性力也會引起系統中的壓力沖擊。 產生液壓沖擊時，系統中的壓力瞬間就要比正常壓力大好幾倍，特別是在壓力高、流量大的情況下，極易引起系統的振動、噪音，甚至會導致導管或某些液壓元件的損壞。這樣既影響了系統的工作質量，又會縮短系統的使用壽命。還要注意的是由于壓力沖擊產生的高壓力可能會使某些液壓元件（如壓力繼電器）產生誤動作而損壞設備。 避免液壓沖擊的主要辦法是避免液流速度的急劇變化。延緩速度變化的時間，能有效地防止液壓沖擊，如將液動換向閥和電磁換向閥聯用可減少液壓沖擊，這是因為液動換向閥能把換向時間控制得慢一些。2．空穴現象 在液流中當某點壓力低于液體所在溫度下的空氣分離壓力時，原來溶于液體中的氣體會分離出來而產生氣泡，這就叫空穴現象，當壓力進一步減小直至低于液體的飽和蒸氣壓時，液體就會迅速汽化形成大量蒸氣氣泡，使空穴現象更為嚴重，從而使液流呈不連續狀態。 如果液壓系統中發生了空穴現象，液體中的氣泡隨著液流運動到壓力較高的區域時，一方面，氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂，從而引起局部液壓沖擊，造成噪音和振動；另一方面，由于氣泡破壞了液流的連續性，降低了油管的通油能力，造成流量和壓力的波動，使液壓元件承受沖擊載荷，因此影響了其使用壽命。同時，氣泡中的氧也會腐蝕金屬元件的表面，我們把這種因發生空穴現象而造成的腐蝕叫汽蝕在液壓傳動裝置中，汽蝕現象可能發生在油泵、管路以及其他具有節流裝置的地方，特別是油泵裝置(這種現象最為常見)。 為了減少汽蝕現象，應使液壓系統內所有點的壓力均高于液壓油的空氣分離壓力。例如，應注意油泵的吸油高度不能太大，吸油管徑不能太小（因為管徑過小就會使流速過快，從而造成壓力降得很低），油泵的轉速不要太高，管路應密封良好，油管出口應沒入油面以下等。總之，應避免流速的劇烈變化和外界空氣的混入。汽蝕現象是液壓系統產生各種故障的原因之一，特別在高速、高壓的液壓設備中更應注意這一點。5液壓油5.1液壓油的用途液壓油起以下幾種作用：

(1)傳遞運動與動力。將泵的機械能轉換成液體的壓力能并傳至各處，由于油本身具有粘度，因此，在傳遞過程中會產生一定的動力損失。

(2)潤滑。液壓元件內各移動部位都可受到液壓油充分潤滑，從而降低元件磨耗。

(3)密封。油本身的粘性對細小的間隙有密封的作用。(4)冷卻。系統損失的能量會變成熱，被油帶出。5.2液壓油的種類 液壓油主要有下列兩種。

1.礦物油系液壓油 礦物油系液壓油主要由石臘基（Paraffinbase）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最廣的一種。其缺點為耐火性差。

2.耐火性液壓油 耐火性液壓油是專用于防止有引起火災危險的乳化型液壓油，有水中油滴型（O/W）和油中水滴型（W/O）兩種。水中油滴型（O/W）的潤滑性差，會侵蝕油封和金屬；油中水滴型（W/O）化學穩定性很差。5.3液壓油的性質 液壓油的主要性質如下。

1.密度 礦物油系工業液壓油，比重約0.85～0.95，W/O型比重約0.92～0.94，O/W型比重約1.05～1.1。其比重越大，泵吸入性越差。

2.閃火點 油溫升高時，部分油會蒸發而與空氣混合成油氣，此油氣所能點火的最低溫度稱為閃火點，如繼續加熱，則會連續燃燒，此溫度稱為燃燒點。3.粘度 流體流動時，沿其邊界面會產生一種阻止其運動的流體摩擦作用，這種產生內摩擦力的性質稱為粘性。液壓油粘性對機械效率、磨耗、壓力損失、容積效率、漏油及泵的吸入性影響很大。 粘性可分為動力粘度和運動粘度兩種。動力粘度表示如圖1-11所示，其數學表達式如下：式中，τ表示剪應力（g/cm2）；μ表示動力粘度運動粘度表示為式中，ν表示運動粘度（一般用St、cSt來表示，1cSt＝10-6m2/s）；ρ表示密度（g/cm2）。粘度是液壓油的性能指標。習慣上使用運動粘度標志液體的粘度，例如機械油的牌號就是用其在40℃時的平均運動粘度（m2/s）。圖1-11液體的粘性示意圖油的粘性易受溫度影響，溫度上升，粘度降低，造成泄漏、磨損增加、效率降低等問題；溫度下降，粘度增加，造成流動困難及泵轉動不易等問題。如運轉時油液溫度超過60℃，就必須加裝冷卻器，因油溫在60℃以上，每超過10℃，油的劣化速度就會加倍。圖1-12所示是幾種國產液壓油的粘度—溫度曲線。圖1-12幾種國產液壓油的粘度—溫度曲線4.壓縮性 液壓油在低、中壓時可視為非壓縮性液體，但在高壓時壓縮性就不可忽視了，純油的可壓縮性是鋼的100～150倍。壓縮性會降低運動的精度，增大壓力損失而使油溫上升，壓力信號傳遞時，會有時間延遲，響應不良的現象。 液壓油還有其他一些性質，如穩定性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性以及相容性等。5.4液壓油的選用 液壓油有很多品種，可根據不同的使用場合選用合適的品種，在品種確定的情況下，最主要考慮的是油液的粘度，其選擇主要考慮如下因素。

1)液壓系統的工作壓力 工作壓力較高的系統宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄露；反之便選用粘度較低的油。例如，當壓力p=7.0～20.0MPa時，宜選用N46～N1