2024/10/18前言1同

學們好！《液壓與氣壓傳動》機械學院

流體動力控制工程系2024/10/18前言3本課程使用教材：劉銀水、許福玲.《液壓與氣壓傳動》第4版，機械工業出版社，20162024/10/18前言4本課程的參考書（資料）：楊曙東，何存興.《液壓傳動與氣壓傳動》（第三版），華中科技大學出版社，2008，4盛敬超，《液壓流體力學》，機械工業出版社，1980何存興，《液壓元件》，機械工業出版社，1981何存興、林建亞，《液壓元件》，機械工業出版社，1995官忠范，《液壓傳動系統》，機械工業出版社，19812024/10/18前言5本課程共講授44學時分液壓和氣動兩大篇第一篇：液壓傳動，第一章~第九章第二篇：氣壓傳動，第十章~第十三章2024/10/18前言6課程學習要求：1.熟悉液壓傳動、氣壓傳動的基本原理和特點；2.要求掌握分析液壓、氣動系統工作原理的方法。緒論一、液壓與氣壓系統應用舉例飛機起落架1緒論一、液壓與氣壓系統應用舉例船閘啟閉系統2緒論一、液壓與氣壓系統應用舉例汽車剎車系統3緒論一、液壓與氣壓系統應用舉例起重機4緒論一、液壓與氣壓系統應用舉例盾構機5緒論一、液壓與氣壓系統應用舉例氣動機械手6緒論二、液壓與氣壓傳動定義液壓與氣壓傳動是以流體（液壓油或壓縮空氣）為工作介質進行能量傳遞和控制的一種傳動形式。它們通過各種元件組成不同功能的基本回路，再由若干基本回路組合成具有一定控制功能的傳動系統。液壓傳動—利用液體壓力能實現運動和動力傳動方式；氣壓傳動—利用氣體壓力能實現運動和動力傳動方式。7緒論三、液壓與氣壓傳動的工作原理液壓與氣壓傳動的基本工作原理是相似的，以液壓千斤頂為例來簡述液壓傳動的工作原理。8緒論三、液壓與氣壓傳動的工作原理1-小液壓缸活塞；2-排油單向閥；3-吸油單項閥；4-油箱；5-截止閥；6-大液壓缸動畫演示9大液壓缸中的液體壓力：p2=W/A2緒論三、液壓與氣壓傳動的工作原理1、實現力的傳遞小液壓缸中的液體壓力：p1=F1/A1帕斯卡原理：p1=p2=pF1/A1=W/A2F1=W·A1/A2

液壓與氣壓傳動系統中工作壓力取決于外負載10緒論三、液壓與氣壓傳動的工作原理2、實現位移和運動的傳遞理想狀態下：h1A1=h2A2h2=h1A1/A2v2=v1A1/A2=q1/A2

負載的運動速度只取決于輸入流量的大小，而與外負載無關。除以時間t11緒論三、液壓與氣壓傳動的工作原理3、結論與負載相對應的流體參數是流體壓力，與運動相對應的流體參數是流體流量。

壓力與流量是液壓與氣動傳動中兩個最基本的參數。12緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成換向閥：改變流體流向節流閥：調節流量大小溢流閥：設定最高壓力動畫演示1、典型系統分析13緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成141-電動機；2-空氣壓縮機；3-氣罐；4-減壓閥；5-邏輯原件組；

6-換向閥；7-節流閥；8-行程閥；9-氣缸；10-消聲器；11-油霧罐；12-分水濾氣器緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成2、液壓與氣壓傳動系統組成①動力能源裝置：將原動機所輸出的機械能轉換成流體壓力能的裝置，其作用是向系統提供壓力油或壓縮空氣，是液壓和氣壓系統的心臟。最常見的動力能源裝置是液壓泵和空氣壓縮機。②執行元件：將流體的壓力能轉換成機械能以驅動工作機構的裝置。這類裝置包括作直線運動的液壓缸和氣缸，也包括作旋轉運動的液壓馬達、氣壓馬達、擺動缸等。15緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成2、液壓與氣壓傳動系統組成③控制元件：用來控制或調節系統中流體的壓力、流量或方向的裝置，以及進行信號轉換、邏輯運算和放大等功能的信號控制元件，以保證執行裝置完成預期工作。如溢流閥、節流閥以及換向閥、邏輯元件、機控閥等。④輔助元件：將前面三部分連接在一起，組成一個系統，起儲油、過濾、測量和密封等作用。例如管路和接頭、油箱、過濾器、蓄能器、密封件、消聲器、油霧器、控制儀表等，是液壓和氣壓傳動系統不可缺少的組成部分。16緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成2、液壓與氣壓傳動系統組成⑤工作介質：用來進行能量和信號的傳遞。液壓系統中以液壓油為工作介質；氣動系統中以壓縮空氣為工作介質。17緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成3、液壓與氣壓傳動系統的圖形符號為了便于閱讀、分析、設計和繪制液壓系統圖，工程實際中，國內外都采用液壓元件的圖形符號來表示。按照規定，這些圖形符號只表示元件的功能，不表示元件的結構和參數，并以元件的靜止狀態或零位狀態來表示。18緒論四、液壓與氣壓傳動系統的組成3、液壓與氣壓傳動系統的圖形符號19緒論五、液壓與氣壓傳動系統的優缺點1、優點液壓與氣動的各種元件，可根據需要，方便、靈活地采用管道連接來進行布置；操縱控制方便，可實現大范圍的無級調速（調速范圍可達2000:1），還能在運行過程中進行調速；工作比較平穩，由于工作介質重量輕，慣性小，反應快，易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是由于它與機械傳動、電氣傳動等相比具有以下的主要優點：10緒論五、液壓與氣壓傳動系統的優缺點1、優點既易實現機器的自動化，又易于實現過載保護，當采用電液聯合控制甚至計算機控制后，可實現大負載、高精度、遠程自動控制；液壓與氣壓元件實現了標準化、系列化、通用化，便于設計、制造和使用；在同等功率情況下，液壓執行元件體積小、結構緊湊；一般采用礦物油為工作介質，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；以空氣為工作介質，處理方便，無介質費用、泄漏污染環境、介質變質及補充等問題。21緒論五、液壓與氣壓傳動系統的優缺點2、缺點工作介質存在可壓縮性和泄漏，傳動不能保證嚴格的傳動比；傳動過程中，能量需要兩次變換，傳動效率偏低；工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作；元件制造精度高，發生故障不易診斷。22緒論六、液壓與氣壓傳動技術的發展應用概況第一階段

液壓傳動從17世紀帕斯卡提出靜壓傳遞原理、1795年世界上第一臺水壓機誕生，已有200多年的歷史，但由于沒有成熟的液壓傳動技術和液壓元件，且工藝制造水平低下，發展緩慢，幾乎停滯。氣壓傳動早在公元前，埃及人就開始采用風箱產生壓縮空氣助燃。從18世紀產業革命開始，逐漸應用于各類行業中。第二階段

上世紀30年代，由于工藝制造水平提高，開始生產液壓元件。23緒論六、液壓與氣壓傳動技術的發展應用概況第三階段

上世紀50、60、70年代，工藝水平有了很大提高，液壓與氣動技術也迅速發展，滲透到國民經濟的各個領域：從藍天到水下，從軍用到民用，從重工業到輕工業，到處都有流體傳動與控制技術。現今

采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業水平的重要標志之一；95%工程機械、90%數控加工中心、95%以上的自動線均采用了液壓傳動技術。24緒論六、液壓與氣壓傳動技術的發展應用概況

我國液壓與氣動技術從上世紀60年代開始發展較快，新產品研制開發和先進國家不差上下，但其發展速度遠遠落后于同期發展的日本，主要由于工藝制造水平跟不上，制造比較困難，材料性能不能滿足設計需要，影響了我國流體傳動技術的發展。

目前，流體傳動技術正在向著高壓、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪聲、低能耗、經久耐用、高度集成化方向發展，向著用計算機控制的機電一體化方向發展。

25緒論六、液壓與氣壓傳動技術的發展應用概況工信部發布的《機械基礎件、基礎制造工藝和基礎材料產業“十二五”發展規劃》中作為發展重點的20種標志性機械基礎件，液壓行業就占三種，并希望2015年液壓件的銷售額達到700億元人民幣。

我國已是制造大國，但大而不強。

中國工程院在2013年1月啟動并開展了《制造強國戰略研究》重大咨詢項目。研究制定了中國的制造強國發展規劃和“中國制造2025”目標。

2014年1月開始，工信部和工程院開展“工業強基戰略研究”項目研究。“四基”（關鍵基礎材料、核心基礎零部件、先進基礎工藝、質量技術基礎），明確提出發展重點包括關鍵液壓元件。

26液壓與氣壓傳動流體動力與控制工程系講課教師：劉銀水33液壓油液

液壓油液是液壓傳動的工作介質，好比人體中的血液。對液壓油液進行相關的了解，對正確理解液壓傳動原理、合理設計和使用液壓系統十分重要。34液壓油液一、液壓油液的性質1、密度密度會隨著溫度的變化發生變化，對于液壓油液來說，其隨溫度的變化量較小，一般可忽略不計。在實際工程中，液壓油液的密度一般取900kg/m335液壓油液一、液壓油液的性質2、壓縮性液壓油液受壓力作用而發生體積減小的性質稱為其可壓縮性。壓縮系數：彈性模量：彈性模量反應了液體抵抗壓縮能力的大小；液壓油液彈性模量一般為K=(1.2~2)×103MPa，對于一般液壓系統，可認為油液是不可壓縮的。36液壓油液一、液壓油液的性質3、粘度①粘度的物理意義液體在外力作用下流動時，液體分子間內聚力會阻礙分子相對運動，即分子之間會產生一種內摩擦力，這種特性稱為流體的粘性。37液壓油液一、液壓油液的性質3、粘度②粘度的分類動力粘度：運動粘度：工程上常用來標志液體的粘度。38液壓油液一、液壓油液的性質3、粘度②粘度的分類相對粘度：為了滿足液壓系統對液壓油液的特別要求，將兩種不同粘度的液壓油液混合起來使用，稱為調和油。調和粘度：39液壓油液一、液壓油液的性質3、粘度③粘度與溫度的關系對于粘度不超過15oE的液壓油液，當溫度在30~150℃范圍內，其運動粘度隨溫度變化的近似公式為：液壓油液在不同溫度下的粘度，還可以從相關圖標中查出。40液壓油液一、液壓油液的性質3、粘度④粘度與壓力的關系0<p<500MPa時，若系統壓力不高，可不考慮壓力對粘度的影響；若壓力較高或壓力變化較大時，壓力的影響必須考慮。41液壓油液一、液壓油液的性質4、其它特性抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性、導熱性、穩定性、相容性等。42液壓油液二、液壓油液的要求和選用1、要求粘溫性好；有良好的潤滑性；成分要純凈；有良好的化學穩定性；抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；彈性模量大、燃點高；無毒，價格便宜。43液壓油液二、液壓油液的要求和選用2、選用選擇液壓油液首先考慮的是粘度：液壓系統的工作壓力：壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液；環境溫度：溫度高，選用粘度較大的液壓油液；運動速度：速度高，選用粘度較低的液壓油液；液壓泵的類型。44液體靜力學液體靜力學是研究液體處于靜止狀態下的力學規律及這些規律的應用。45液體靜力學一、靜壓力及其特性1、液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力：若受力均勻：※流體靜壓力在物理學上叫壓強，在工程實際應用中稱為壓力。46液體靜力學一、靜壓力及其特性2、液體靜壓力的特性液體靜壓力垂直于承壓面，方向為該面內法線方向；液體內任一點所受的靜壓力在各個方向上都相等。47液體靜力學二、靜壓力基本方程式1、靜壓力基本方程式48液體靜力學二、靜壓力基本方程式1、靜壓力基本方程式壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh；液體內的壓力與液體深度成線性規律遞增；離液面深度相同處各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面；靜止液體中任一質點的總能量p/ρg+Z保持不變，即能量守恒。49液體靜力學二、靜壓力基本方程式2、壓力的表示方法及單位絕對壓力：以絕對真空為基準進行度量相對壓力或表壓力：以大氣壓為基準進行度量真空度：絕對壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值50液體靜力學二、靜壓力基本方程式2、壓力的表示方法及單位1Pa（帕）=1N/m21bar（巴）=1×105Pa=1×105N/m21at（工程大氣壓）=1kgf/cm2=9.8×104N/m21mH2O（米水柱）=9.8×103N/m21mmHg（毫米汞柱）=1.33×102N/m251液體靜力學三、帕斯卡原理液壓傳動可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向；可使速度（位移）放大，使速度（位移）縮小，改變速度（位移）的方向；液體內的壓力是由負載決定的。52液體靜力學四、靜壓力對固體壁面的作用力液體和固體壁面接觸時，固體壁面將受到液體靜壓力的作用：當固體壁面為平面時，液體壓力在該平面的總作用力F=pA

，方向垂直于該平面。當固體壁面為曲面時，液體壓力在曲面某方向上的總作用力F=pAx

，Ax

為曲面在該方向的投影面積。53液體動力學液體動力學力學是研究液體流動時流速和壓力的變化規律。主要包括三個重要方程：連續性方程伯努利方程動量方程54液體動力學一、基本概念1、理想流體和恒定流動理想流體：假設的既無粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。恒定流動：液體流動時，液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動，亦稱為定常流動或非時變流動；若其中一個參數發生變化，稱為非恒定流動55液體動力學一、基本概念2、通流面積、流量和平均流速通流面積：垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。流量：單位時間內流過某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3/s或L/min；平均流速：實際流體流動時，速度的分布規律很復雜。假設通流截面上各點的流速均勻分布，平均流速為v=q/A。56液體動力學二、流量連續性方程流量連續性方程是質量守恒定律在流體力學中的一種表達方式。動畫演示恒定流動狀態下：57液體動力學三、伯努利方程伯努利方程方程是能量守恒定律在流體力學中的一種表達方式，揭示了流體流動過程中的能量變化規律。58液體動力學三、伯努利方程1、理想液體的伯努利方程59液體動力學三、伯努利方程2、實際液體的伯努利方程實際流體存在粘性，流動時存在能量損失，hwg為單位質量液體在兩截面之間流動的能量損失；

用平均流速替代實際流速，α為動能修正系數：60液體動力學三、伯努利方程3、例題如圖示簡易熱水器，左端接冷水管，右端接淋浴蓮蓬頭。已知A1=A2/4和A1、h值，問冷水管內流量達到多少時才能抽吸熱水？補充輔助方程：p1=pa－ρghp2=pa

v1A1=v2A2伯努利方程：代入計算得－h+v12/2g=(v1/4)2/2g

v1=(32gh/15)1/2

q=v1A1=(32gh/15)1/2A161液體動力學四、動量方程動量方程是動量定理在流體力學中的具體應用，用來計算流動液體作用在限制其流動的固體壁面上的總作用力。作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時間內流出控制表面與流入控制表面的液體的動量之差。62液體動力學四、動量方程當液流通過滑閥時，試求液流對閥芯的作用力？63液體動力學四、動量方程錐閥的錐角2α，液體在壓力p的作用下以流量q流經錐閥，求作用在閥芯上的液動力的大小和方向？64液體動力學課后作業分析例1-5（圖b）中內流式錐閥的液動力。下周四上課之前交。65液壓與氣壓傳動流體動力與控制工程系66管道流動由于流動流體具有粘性，在管道中流動時會和管壁產生摩擦力，以及在液體流動時突然轉彎和通過閥口時會產生相互撞擊和出現漩渦，因此流體在管道中流動時會產生阻力。流動液體在管路中流動時的壓力損失和液體的流動狀態有關。67管道流動一、流態與雷諾數1、流態層流：流速較低，液體質點間的粘性力起主導作用，液體質點受粘性的約束，不能隨意運動。紊流：流速較高，液體質點間粘性的制約作用減弱，慣性力起主導作用。動畫演示68管道流動一、流態與雷諾數2、雷諾數試驗表明：流體的流動狀態不僅與圓管內的流速v有關，還與管道內徑d、流體的運動粘度有關。表示了慣性力與粘性力之比。非圓截面管道：69管道流動一、流態與雷諾數2、雷諾數層流紊流紊流層流臨界雷諾數：70管道流動一、流態與雷諾數2、雷諾數71管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失液體在等直徑圓管中流動時因粘性摩擦而產生的壓力損失稱為沿程壓力損失。管道長度管道直徑液體粘度液體流態雷諾數層流紊流72管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失1、層流時的沿程壓力損失流速分布規律p273管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失1、層流時的沿程壓力損失通過管道的流量管道內的平均流速74管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失1、層流時的沿程壓力損失沿程壓力損失75管道流動二、圓管流動的沿程壓力損失2、紊流時的沿程壓力損失76管道流動三、圓管流動的局部壓力損失液體流經閥口、彎管、通流截面變化等這些地方時，由于液流方向和速度均發生變化，形成旋渦，使液體的質點間相互撞擊，從而產生較大的能量損耗，形成了一定的壓力損失。77管道流動三、圓管流動的局部壓力損失78管道流動三、圓管流動的局部壓力損失79管道流動三、圓管流動的局部壓力損失※兩相鄰局部障礙之間的距離大于管道內徑10~20倍的場合。80孔口流動液壓控制閥對液流壓力、流量和方向的控制通常通過一些特定的孔口來實現。對孔口的流量進行分析是研究液壓控制閥節流調速的重要理論基礎。81孔口流動一、薄壁小孔1、薄壁小孔結構及流態小孔的通流長度l與孔徑d之比l/d<0.5時，稱為薄壁小孔。動畫演示D/d≥7，完全收縮D/d＜7，不完全收縮82孔口流動一、薄壁小孔2、通過薄壁小孔流速83孔口流動一、薄壁小孔3、通過薄壁小孔流量84縮縮孔口流動二、滑閥閥口85孔口流動三、錐閥閥口86孔口流動四、短孔和細長孔1、短孔小孔的通流長度l與孔徑d之比0.5<l/d≤4時，稱為短孔。87孔口流動四、短孔和細長孔2、細長孔小孔的通流長度l與孔徑d之比/d>4時，稱為細長孔。88縫隙流動液壓元件內各零件間有相對運動，必須要有適當間隙。間隙過小，會使零件卡死；間隙過大，會造成泄漏。間隙中的流動一般為層流，一種是壓差造成的流動稱壓差流動，另一種是相對運動造成的流動稱剪切流動，還有一種是在壓差與剪切同時作用下的流動。89縫隙流動一、平板縫隙壓差流動剪切流動90縫隙流動二、