资源简介

(共58张PPT)
BY YUSHEN
第六章　液压传动
　机械基础
【思维结构图引】
【考纲多维解读】
考纲要求 命题趋势 考向分析
一、液压传动概述
1.液压传动的工作原理
2.液压传动系统的组成及特点
3.液压传动的基本概念及计算
二、液压传动元件
1.液压泵的分类、图形符号、工作原理及必备的工作条件
2.活塞式液压缸的类型、图形符号和结构组成
3.方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀的种类、图形符号、工作原理及功用
4.液压各主要辅助元件的功用
三、液压传动系统
典型简单液压系统的工作分析 1.考查学生对液压传动的工作原理及其系统组成的认知，熟知流量和压力计算
2.要求学生了解液压泵的工作原理、常用种类、职能符号及柱塞泵的工作原理和应用特点，认知活塞式液压缸的结构特点，掌握液压控制阀的组成、工作原理、常用类型、职能符号及特点
3.要求学生掌握方向控制回路的类型、功用、工作原理、特点、应用，熟知压力控制回路的类型、功用、工作原理、特点及应用，理解速度控制回路的类型、功用以及三种基本 节流调速回路的工作原理、特点和应用，会对简单液压系统进行分析 【考查内容】
液压传动概述、液压元件、液 压基本回路及分析
【考查题型】
一般为填空题、单项选择题、 多项选择题、简答与计算题
【分值】
一般为2～8分
【考点知识梳理】
一、液压传动的工作原理（识记）
液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力来传递动力和进行控制的 一种传动方式。
二、液压传动系统的组成及特点（理解）
1.液压传动系统的组成
（1）动力元件：把机械能转换为压力能的装置，常见的动力元件为液 压泵。
（2）执行元件：把油液的压力能转换成机械能的装置，执行元件为液压 缸、液压马达。
（3）控制元件：控制调节系统中的油液压力、流量或流向的装置，常见的 控制元件有各种阀类元件，如换向阀、压力阀、流量阀等。
（4）辅助元件：保护系统正常工作的装置，如过滤器、油箱、蓄能器及各 种管接头等。
2.液压传动的特点
（1）优点
①速度、扭矩、功率均可无级调节，而且能迅速换向和改变速度；能在低速 下稳定运动；能随时进行大范围无级调速，调速比可达2 000∶1。
②能传递较大的功率。在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、 质量轻、结构紧凑、布局灵活。
③易于实现过载保护，安全可靠。
④液压元件易于标准化、系列化和通用化，使用寿命较长，有利于生产 与设计。
⑤易于控制和调节，可与电气控制、微机控制等新技术相结合，构成“机- 电-液-光”一体化，实现数字控制。
（2）缺点
①易泄漏，传动效率低，传动比不如机械传动准确。
②液压元件结构精密，制造精度较高，给使用和维修带来一定困难。
③对油温变化比较敏感，不宜在温度很高或很低的条件下工作。
④系统发生故障时，原因不易查明；工作介质被污染后会造成液压元件阀芯 卡死等现象，使系统不能正常工作。
（2）静压传递原理（帕斯卡原理）
（4）油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的，通 过不同横截面的流速与其横截面积大小成反比，即管道横截面小的地方流速大， 反之流速小。
（5）功率：单位时间内所做的功，用P表示，单位为W或kW。
液压缸的输出功率是外载荷F与活塞（或液压缸）的运动速度v的乘积，即 P缸＝Fv＝p缸q缸。
液压泵的输出功率等于液压泵输出的额定流量与额定工作压力的乘积，即 P泵＝p泵q泵，由于油液在管道中流动时有压力损失和流量损失，所以P泵＞P缸。
一、液压泵的分类、图形符号、工作原理及必备的工作条件（理解）
液压泵是将原动机（如电动机）输入的机械能转换为液压能的能量转换 装置。
1.液压泵的分类和图形符号
按单位时间内输出的油液体积是否可调分为变量泵和定量泵；按结构形式分 为齿轮泵，叶片泵和柱塞泵。
单向旋转定量泵 变量泵 单向旋转变量泵 双向旋转变量泵
图形符号：
2.液压泵的工作原理
液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，故可称为容积泵，其工作 过程就是吸油和压油过程。
3.液压泵必备的工作条件
①液压泵内有若干个密封容积，且密封容积可以周期性变化。液压泵的输出 流量与密封容积变化量及单位时间内的变化次数成正比。
②液压泵应有配流装置，保证吸油腔和压油腔分开，并使吸油腔在吸油过程 中与油箱相通，压油腔在压油过程中与系统供油管路相通。
③油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。油箱必须与大气相通 或采用密闭的充压油箱。
4.常用液压泵的特点
（1）齿轮泵：齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。其特点是吸油能 力强，工作压力低，易泄漏。
（2）叶片泵：其特点是工作压力高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿 命较长，易于实现变量，但吸油能力不太好，对油液污染比较敏感。
（3）柱塞泵：柱塞泵分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。其特点是可变量，效 率高，工作压力高。轴向柱塞泵一般用于高压、大流量、大功率系统中。
二、活塞式液压缸的类型、图形符号和结构组成（识记）
液压缸是液压传动系统的执行元件，它把液体压力能转换成机械能，实现执 行元件的直线往复运动或摆动。按结构特点不同，液压缸可分为活塞缸、柱塞缸 和摆动缸三类。
1.活塞式液压缸的类型和图形符号
活塞式液压缸分为双出杆活塞式液压缸和单出杆活塞式液压缸两种类型。如 图1-6-1所示。
图 1-6-1
2.活塞式液压缸的结构组成
活塞式液压缸分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置、排气 装置五个部分。
①缸筒和缸盖
缸筒和缸盖的连接形式常见的有法兰式、螺纹式、拉杆式等。
②活塞和活塞杆
活塞和活塞杆的连接方式很多，机床上多采用圆锥销连接和螺纹连接。圆锥 销连接一般用于双出杆液压缸，螺纹连接多用于单出杆液压缸。
3.液压缸的密封、缓冲和排气装置
（1）密封装置
常见的液压缸密封装置有间隙密封和密封圈密封等。
（2）缓冲装置
液压缸的缓冲装置的作用是防止活塞和缸盖之间相撞。缓冲装置常用于大 型、高压或高精度的液压设备中。
（3）排气装置
对于要求不高的液压缸，采用将油口布置在缸筒两端最高处的方法排气。对 稳定性要求较高的大型液压缸，则需要设置排气装置，常用的有两种形式：一种 是在缸盖最高部位处开排气孔，另一种是在缸盖最高部位处安放排气塞。
三、方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀的种类、图形符号、工作原理及功用 （掌握）
液压控制阀用来控制液压传动系统中油液的流动方向并调节其压力和流量， 分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三种。
1.方向控制阀
方向控制阀是控制液体流动方向的阀，包括单向阀和换向阀两种。
（1）单向阀可分为普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀（图1-6- 2）：普通单向阀只能使油液沿一个方向流动，不容许油液反向倒流。它装于泵 的出口处，防止系统中液压冲击，影响泵工作。单向阀也可用来分隔油路，防止 油路间相互干扰。单向阀的油液流向为P1到P2。
图 1-6-2
液控单向阀（图1-6-3）：液控单向阀与普通单向阀相比，多了一个控制油 口K和控制活塞的顶杆，当控制油口K无油压时，与普通阀一样，压力油只能从 P1→P2，不能反流。当液控口K有油压时，活塞右移，推动顶杆将阀芯顶开，P1 与P2相通，即油液可以从P1→P2，也可以从P2→P1。
图 1-6-3
（2）换向阀是利用阀芯相对阀体的运动控制油路接通或关断，使液压执行 元件实现启动、停止或变换运动方向。换向阀有多种形式，按阀芯的运动方式可 分为滑阀和转阀，常见的是滑阀；按阀的工作位置数和通路数可以分为“几位几 通”阀，如二位三通阀、三位四通阀等；按操控方式不同可分为手动控制、电磁 控制、液动控制、电液控制和机动控制等。
①换向原理
如图1-6-4所示为二位三通换向阀的结构。由图示可以看出，阀体上开有多 个通口，而阀芯只有两个位置，称该阀为“二位”；油液流通孔口有三个，称 “三通”，则该阀称为“二位三通换向阀”。当滑动阀芯时，可以使阀芯处于两 种位置：处于左端时，油液从阀口P流入，从阀口B流出；处于右端时，油液经 阀口A流入，经阀口P流出。这样就保证了系统油液的流动方向控制。如图1-6-5 所示为二位三通换向阀的图形符号。
图 1-6-4 图 1-6-5
②滑阀机能
三位四通换向阀，其阀芯在阀体中有左、中、右3个位置，左、右两位置使 执行元件产生不同的运动方向，中间位置的油口连接关系称为滑阀机能，即中位 机能，表1-6-1为常见的三位四通换向阀的中位机能。
中位机能 中间位置的符号 中位机能的性能特点
O 各油口全部封闭，油缸被锁紧，泵不卸载，系 统保持压力。换向精度高，但有冲击
H 各油口全部连通，泵卸载，油缸两腔连通。换 向平稳，但冲击大
Y A、B、O口连通，P 口保持压力，油缸两腔连 通。换向较平稳，冲击较大
表 1-6-1
中位机能 中间位置的符号 中位机能的性能特点
P P 口和 A、B 口连通，回油口封闭，泵不卸载， 可实现差动连接。换向最平稳，冲击较小
M P、O口连通，泵卸载，A、B 口封闭，油缸被 锁紧。换向精度高，但有冲击
③换向阀的图形符号
换向阀的完整图形符号应表明位置数、通数及操控方式、复位方式和定位方 式。二位二通换向阀和三位四通电磁换向阀如图1-6-6所示。
图 1-6-6
2.压力控制阀
压力控制阀是用来控制液压传动系统的压力或利用压力作为信号来控制其他 元件动作的阀，包括溢流阀（图1-6-7①）、顺序阀（图1-6-7②）和减压阀（图 1-6-7③）和压力继电器等。
① ② ③
图 1-6-7
（1）溢流阀
常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可分为直动式和先导式两种。直 动式常用于低压系统，先导式常用于中、高压系统或远程控制场合。
①直动式溢流阀
系统中的油液直接作用在阀芯上与弹簧力相平衡，以控制阀芯的启闭动作。 通过旋松或旋紧溢流阀的调节螺钉可调节溢流阀的开启压力。
②先导式溢流阀
先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成，有一个远程控制口，当先导式溢 流阀与另一远程调压阀相连时，就可以通过调节溢流阀主阀上端的压力实现溢流 阀的远程调压。
（2）顺序阀
其作用是使两个以上执行元件按压力实现顺序动作。顺序阀按结构的不同分 为直动式和先导式两种类型。
（3）减压阀
减压阀的出口压力低于进口压力，其作用是降低液压传动系统中某一局部的 油液压力。根据所控制的压力不同，可分为定值减压阀、定差减压阀和定比减压 阀。定值减压阀出口压力维持在一个定值；定差减压阀是使进、出油口之间压力 差不变或接近不变；定比减压阀则是使进、出油口压力的比值维持恒定。
3.流量控制阀
流量控制阀依靠改变阀口通流面积大小来调节通过阀口的流量，从而调节执 行元件（液压缸或液压马达）的运动速度。常用的流量控制阀有普通节流阀、调 速阀等。
（1）普通节流阀
普通节流阀是液压传动系统中结构最简单的流量控制阀，依靠改变节流口的 大小调节执行元件的运动速度。（图1-6-8）
① ② ③
图 1-6-8 普通节流阀常见的几种节流口形式
必须注意的是，在液压传动系统中，如果采用定量泵供油，则其排量是恒定 的，在回路中调节节流阀的阀口大小只是改变液阻，从而改变油液流经节流元件 的压力降，但总的流量无法改变，因此执行元件的运动速度不变。只有当系统中 有用于分流的溢流阀时，调节节流阀的阀口大小影响溢流阀阀口的压力，改变溢 流阀溢流量，才能改变通过节流阀的流量，达到调节执行元件运动速度的目的。 因此，节流阀常与定量泵、溢流阀共同组成节流调速系统。节流阀受温度和载荷 影响较大，常用于温度和载荷不大的场合。
（2）调速阀
调速阀是将节流阀和定差减压阀串接而构成的。当调速阀的进口压力或出口 压力发生波动时，定差减压阀可以维持节流阀前后的压差基本保持不变，从而克 服载荷波动对节流阀的影响，保证执行元件的运动速度不因载荷变化而变化。调 速阀的图形符号如图1-6-9所示。
图 1-6-9
四、液压各主要辅助元件的功用（识记）
1.蓄能器
蓄能器的功用主要是储存和释放油液的压力能，保持系统压力恒定，减小系 统压力的脉动冲击。
2.过滤器
过滤器的功用是滤清油液中的杂质，保证系统管路畅通，使系统正常工作。
3.油箱
油箱的功用主要是储油，散发油液中的热量，释放混在油液中的气体，沉淀 油液中的杂质等。油箱不是标准件，需根据系统要求自行设计。液压传动系统中 的油箱有整体式和分离式两种。
4.油管和管接头
油管：液压传动系统中常用的油管有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶软 管等。
管接头：是油管与油管、油管与液压元件之间的连接件。按接头的通路分为 直通、直角、三通等形式，按接头连接方式分为焊接式、卡套式、扣压式、扩口 式等。
一、液压传动基本回路的工作原理
液压传动基本回路是用液压元件组成，以液体为工作介质，并能完成特定功 能的典型回路。常用的基本回路按功能可分为方向控制回路、压力控制回路和速 度控制回路等。
1.方向控制回路
方向控制回路是用来控制液压传动系统中各条油路液流的通、断及方向的回 路。方向控制回路有换向回路和锁紧回路等。
（1）换向回路
换向回路一般可由换向阀来实现。此回路要求换向阀压力损失小、换向平 稳、泄漏小。
（2）锁紧回路
锁紧回路通过对回路的控制，使执行元件在运动过程中的某一位置停留一段 时间，并防止窜动。
①使液压缸锁紧的方法有采用O型或M型中位机能的锁紧回路。
②当要求锁紧效果较好时，可采用液控单向阀双向锁紧。在液压缸的两油路 上都串接液控单向阀（液压锁）。
2.压力控制回路
压力控制回路用压力阀来调节系统或系统某一部分的压力，实现调压、减 压、卸载和增压等控制，以满足执行元件对压力的要求。
（1）调压回路
调压回路是指控制系统的工作压力，使其不超过预先调好的数值，或者 使执行机构在工作过程中的不同阶段实现多级压力转换，一般由溢流阀实 现这一功能。
（2）减压回路
用单泵供油的液压传动系统中，主油路上的工作压力往往较高，而夹 紧、润滑等支路上所需的压力较低，这时可采用减压回路。减压回路控制 元件为减压阀。
（3）卸载回路
卸载回路能使液压泵输出的油液以最小压力直接回油箱，使液压泵在很小的 输出功率下运转，以节省功率，减少油液发热和液压泵的磨损，延长液压泵使用 寿命。可以实现卸载效果的滑阀机能有H型、M型和K型。
3.速度控制回路
速度控制回路控制和调节液压执行元件的运动速度，包括调速回路和速度换 接回路等。调速回路主要有节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。 下面主要介绍前两种调速回路。
（1）节流调速回路
在液压传动系统中，利用节流阀构成的调速回路是通过改变通流截面大小来 调节进入执行元件的油液流量，以实现调速目的，根据节流阀在回路中的位置可 分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速三种基本形式。这种调速方法 适用于定量泵和定量执行元件组成的液压传动系统。
①进油节流调速回路：将节流阀装在执行元件的进油路，定量泵输出的流量 为一定值，供油压力由溢流阀调定，调节节流阀的开口就可以调节进入液压缸的 油液流量，从而调节执行元件的运动速度，多余的油液经溢流阀流回油箱。
②回油节流调速回路：将节流阀装在执行元件的回油路上，节流阀用以控制 液压缸回油腔的流量，从而控制进油腔的流量，以改变执行元件的运动速度，供 油压力由溢流阀调定。
（2）容积调速回路
容积调速回路通过改变变量泵或变量马达的排量来实现调速。
二、典型简单液压系统的工作分析
1.机械手液压传动系统（图1-6-10）
机械手是模仿人的手部动作，按给定程序和要求操作的自动装置。该机械手 有夹紧、升降、摆动和卸载等工作状态，前两种油路形式相同。
（1）夹紧：当2YA断电时，二位四通电磁换向阀左位接入系统，夹紧液压 缸夹紧。当需松开工件时，使2YA通电，二位四通电磁换向阀右位接入系统，夹 紧液压缸松开工件。
（2）升降：当3YA断电时，二位四通电磁换向阀左位接入系统，升降液压 缸上升。当上升到所需位置时，使3YA通电，二位四通电磁换向阀右位接入系 统，升降液压缸下降。
（3）摆动：当4YA断电时，二位四通电磁换向阀左位接入系统，摆动液压 缸顺时针摆动。当摆动到所需位置后，使4YA通电，摆动液压缸逆时针摆动。
（4）卸载：当3个液压缸都停止工作时，1YA通电，二位二通电磁换向阀上 位接入系统，液压泵由溢流阀卸载。
图 1-6-10
2.YT4543型液压动力滑台液压传动系统（图1-6-11）
动力滑台是组合机床上实现进给运动的一种通用部件。根据加工需要，动力 滑台上可装上动力箱和多轴主轴箱，以完成孔、端面加工等工序。液压动力滑台 的运动是靠液压缸驱动的，可实现多种动作循环，见表1-6-2。
电磁铁或行程阀动 作顺序 电磁铁 行程阀
1YA 2YA 3YA
快进 ＋ - - -
一工进 ＋ - - ＋
二工进 ＋ - ＋ ＋
死挡铁停留 ＋ - ＋ ＋
快退 - ＋ - -
原位停止（卸载） - - - -
表 1-6-2　YT4543型液压动力滑台液压传动系统动作循环
图 1-6-11
【考法能力拓展】
　如图所示的液压千斤顶，已知活塞1的面积A1＝1.13×10-4 m2，活塞2的面积A2＝ 9.62×10-4 m2，油管5的截面积A3＝1.3×10-5 m2。试求：
（1）假定施加在小活塞上的力F1＝5.78×103 N，试问：此力能顶起多重的重物？
（2）假定活塞1的下压速度为0.2 m/s，试求活塞2的上升速度和油管5内液体的平均流速。
　 （2021年真题）液压辅助元件中， 　　　　的功能是用来储存和释放油液的压力能。 （　　）
A.蓄能器 B.过滤器 C.油箱 D.油管和管接头
【参考答案】A
【答题分析】蓄能器主要用来储存和释放油液的压力能，保持系统压力恒定，减小系统压力的脉动冲 击；过滤器的功用是滤清油液中的杂质，保证系统管路畅通，使系统正常工作；油箱的功用主要是储油， 散发油液中的热量，释放混在油液中的气体，沉淀油液中的杂质等；油管的作用是保证液压传动系统中工 作液体的循环和能量的传输，管接头用以把油管与油管、油管与液压元件连接起来而构成管路系统。
【参考答案】（1）结构方面：调速阀是由节流阀和定差减压阀串接而成，普通节流阀中没有定差减压 阀；（2）性能方面：①相同点：通过改变节流阀开口的大小都可以调节执行元件的速度，②不同点：当节 流阀的开口调定后，负载的变化对其流量稳定性的影响较大。而调速阀，当其中节流阀的开口调定后，调 速阀中的定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差基本为一定值，基本消除了负载变 化对流量的影响。
【答题分析】依据节流阀和调速阀的结构及功能特点作答。
　　 （2021年真题）比较节流阀和调速阀的主要异同点。
　　 　（2024年真题）当液压传动系统中某一分支油路压力需要低于主油路压力时，需 在分支油路上安装 　　　　。 （　　）
A.溢流阀 B.减压阀 C.顺序阀 D.调速阀
【参考答案】B
【答题分析】减压阀的作用是降低液压传动系统中某一局部的油液压力，使用一个油泵能同时得到多 个不同的输出压力。
　　 　如图所示为采用双泵供油系统的快速运动回路，泵1为低压大流量泵，泵2为高压 小流量泵；阀5为溢流阀，阀3为顺序阀，在这里作缷荷阀用。请分低压工况、高压工况分别分析 该油路，并简单说明该油路特点。
【参考答案】（1）低压时，两个泵排出的油合流，共同向系统供油；（2）高压时，单向阀4的反向压 力为高压，单向阀关闭，泵2排出的高压油经过虚线表示的控制油路将阀3打开，使泵1排出的油经阀3回油 箱，由高压泵2单独往系统供油，其压力决定于阀4；（3）特点：单向阀将两个压力不同的泵隔断，不互相 影响。
【答题分析】理解各液压元件的特点和作用，及各回路的运动过程和作用。

展开更多......

收起↑