第一章液压传动概述 第一节液压传动发展概况 、液压传动的定义 部完整的机器由原动机部分、传动机构及控制部分、工作机部分(含辅助装置) 组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分 如剪床的剪刀、车床的刀架等。由于原动机的功率和转速变化范围有限,为了适应工作 机的工作力和工作速度变化范围变化较宽,以及性能的要求,在原动机和工作机之间设 置了传动机枃,其作是把原动机忠功经过变换后传递飨作机。~切机械都有其 想应的传动机枃借助于定达到对动力的传递和挖制的目的e (举例说明机器的组成及传动机构在机器中的作用及能量在机器工作过程中输入 输出的转换形式。) 传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构 机械传动是通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传 递方式 气传动是利用电力设备,通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式 流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传 动、液力传动和气压传动。 液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。液压 传动主要是利用液体的压力能来传递能量:而液力传动则主要是利用液体的动能来传递 能量。 (举例说明液压传动和液力传动的区别) 由于液压传动有许多突出的优点,因此被广泛用于机械制造、工程建筑、石油化 工等各个工程技术领域 液压传动一一利用液体静压力传递动力 液体传动 液力传动一一利用液体静流动动能传递动力 流体传动 气压传动 气体传动 气力传动 、液压传动的发展概况 自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压传动技术已有二三百年的历 史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大 战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事
第一章 液压传动概述 第一节 液压传动发展概况 一、液压传动的定义 一部完整的机器由原动机部分、传动机构及控制部分、工作机部分（含辅助装置） 组成。原动机包括电动机、内燃机等。工作机即完成该机器之工作任务的直接工作部分， 如剪床的剪刀、车床的刀架等。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为了适应工作 机的工作力和工作速度变化范围变化较宽，以及性能的要求，在原动机和工作机之间设 置了传动机构，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。一切机械都有其 相应的传动机构借助于它达到对动力的传递和控制的目的。 (举例说明机器的组成及传动机构在机器中的作用及能量在机器工作过程中输入、 输出的转换形式。) 传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。 机械传动是通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传 递方式。 电气传动是利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。 流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传 动、液力传动和气压传动。 液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式。液压 传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递 能量。 (举例说明液压传动和液力传动的区别) 由于液压传动有许多突出的优点，因此被广泛用于机械制造、工程建筑、石油化 工等各个工程技术领域。 液压传动——利用液体静压力传递动力 液体传动 液力传动——利用液体静流动动能传递动力 流体传动 气压传动 气体传动 气力传动 二、液压传动的发展概况 自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历 史。直到 20 世纪 30 年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大 战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事
武器。第二次世界大战结束后,战后液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于 各种自动机及自动生产线 本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速 发展。因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高 压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件 和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT、计算机直接控制(CDC) 机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械 现在,我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计,现 已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。 第二节液压传动的工作原理及系统组成 液压传动系统的工作原理 液压传动的工作原理,可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明 图1-1液压千斤顶工作原理图 l一杠杆手柄2一小油缸3一小活塞4,7一单向阀5—吸油管6,10—管道 8一大活塞9—大油缸11一截止阀12一油箱 图1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆 手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向 上移动,小活塞下端油腔容积增大,形成局部真空,这时单向阀4打开,通过吸油管5 从油箱12中吸油:用力压下手柄,小活塞下移,小活塞下腔压力升高,单向阀4关闭, 单向阀7打开,下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔,迫使大活塞8向上移动, 顶起重物。再次提起手柄吸油时,单向阀7自动关闭,使油液不能倒流,从而保证了重 物不会自行下落。不断地往复扳动手柄,就能不断地把油液压入举升缸下腔,使重物逐 渐地升起。如果打开截止阀11,举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱 重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理 通过对上面液压千斤顶工作过程的分析,可以初步了解到液压传动的基本工作原 理。浓压传动是利用有压力的油浓作为传递动力的作介质。压下杠杆时,小油缸2 输出压力油,是机械能转换成泱液的厌力能,压力油经过管道6及单向阀7,推动大 活塞8举起重物,是癔洩液的压力能又转换成机能。大活塞8举升的速度取决于单位 时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见,液质传动是一个不同能曩的转换过程
武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于 各种自动机及自动生产线。 本世纪 60 年代以后，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速 发展。因此，液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高 压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件 和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、 机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。 我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。 现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现 已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。 第二节 液压传动的工作原理及系统组成 一、液压传动系统的工作原理 液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。 图 1-1 液压千斤顶工作原理图 1—杠杆手柄 2—小油缸 3—小活塞 4，7—单向阀 5—吸油管 6，10—管道 8—大活塞 9—大油缸 11—截止阀 12—油箱 图 1-1 是液压千斤顶的工作原理图。大油缸 9 和大活塞 8 组成举升液压缸。杠杆 手柄 1、小油缸 2、小活塞 3、单向阀 4 和 7 组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向 上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀 4 打开，通过吸油管 5 从油箱 12 中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀 4 关闭， 单向阀 7 打开，下腔的油液经管道 6 输入举升油缸 9 的下腔，迫使大活塞 8 向上移动， 顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀 7 自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重 物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐 渐地升起。如果打开截止阀 11，举升缸下腔的油液通过管道 10、截止阀 11 流回油箱， 重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。 通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原 理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸 2 输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道 6 及单向阀 7，推动大 活塞 8 举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞 8 举升的速度取决于单位 时间内流入大油缸 9 中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程
引申举例) 液压千斤顶是一种简单的液压传动装置。下面分析一种驱动工作台的液压传动系 统。如图1-2所示,它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、 图1-2机床工作台液压系统工作原理图 1一工作台2一液压缸3—活塞4—换向手柄5一换向阀 6,8,16—回油管7一节流阀9—开停手柄10—开停阀 11一压力管12一压力支管13—溢流阀14—钢球15一弹簧 17—液压泵18-滤油器19—油箱 液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。其工作原理如下:液压泵由电动机 驱动后,从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵,油液在泵腔中从入口低压到泵出口 高压,在图1-2(a)所示状态下,通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔,推动活 塞使工作台向右移动。这时,液压缸右腔的油经换向阀和回油管6排回油箱
(引申举例) 液压千斤顶是一种简单的液压传动装置。下面分析一种驱动工作台的液压传动系 统。如图 1-2 所示，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、 图 1-2 机床工作台液压系统工作原理图 1—工作台 2—液压缸 3—活塞 4—换向手柄 5—换向阀 6，8，16—回油管 7—节流阀 9—开停手柄 10—开停阀 11—压力管 12—压力支管 13—溢流阀 14—钢球 15—弹簧 17—液压泵 18—滤油器 19—油箱 液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。其工作原理如下：液压泵由电动机 驱动后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，油液在泵腔中从入口低压到泵出口 高压，在图 1-2(a)所示状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活 塞使工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管 6 排回油箱
如果将换向阀手柄转换成图1-2(b)所示状态,则压力管中的油将经过开停阀、节流 阀和换向阀进入液压缸右腔、推动活塞使工作台向左移动,并使液压缸左腔的油经换向 阀和回油管6排回油箱。 工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时,进入液压缸的油量 增多,工作台的移动速度增大;当节流阀关小时,进入液压缸的油量减小,工作台的移 动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力,液压缸必须产生一个足够大的 推力,这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。要克服的阻力越大,缸中的油液压 力越高:反之压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理一一压力决定于 兔载 、液压传动系统的组成 从机床工作台液压系统的工作过程可以看出,一个完整的、能够正常工作的液压 系统,应该由以下五个主要部分来组成 能源装置(动力元件):它是供给液压系统压力油,把机械能转换成液压能的装置。 最常见的形式是液压泵 2执行装置(元件):它是把液压能转换成机械能以驱动工作机构的装置。其形式有 作直线运动的液压缸,有作回转运动的液压马达,它们又称为液压系统的执行元件。 3控制调节装置(元件):它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的 装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。 4辅助装置(元件):上述三部分之外的其他装置,例如油箱,滤油器,油管等。它 们对保证系统正常工作是必不可少的 5.工作介质:传递能量的流体,即液压油等 液压传动系统图的图形符号 图1-3机床工作台液压系统的图形符号图 1一工作台2一液压缸3—油塞4一换向阀
如果将换向阀手柄转换成图 1-2(b)所示状态，则压力管中的油将经过开停阀、节流 阀和换向阀进入液压缸右腔、推动活塞使工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向 阀和回油管 6 排回油箱。 工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量 增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移 动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的 推力，这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压 力越高；反之压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理——压力决定于 负载。 二、液压传动系统的组成 从机床工作台液压系统的工作过程可以看出，一个完整的、能够正常工作的液压 系统，应该由以下五个主要部分来组成： 1.能源装置(动力元件)：它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。 最常见的形式是液压泵。 2.执行装置(元件)：它是把液压能转换成机械能以驱动工作机构的装置。其形式有 作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。 3.控制调节装置(元件)：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的 装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。 4.辅助装置(元件)：上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它 们对保证系统正常工作是必不可少的。 5.工作介质：传递能量的流体，即液压油等。 三、液压传动系统图的图形符号 图 1-3 机床工作台液压系统的图形符号图 1—工作台 2—液压缸 3—油塞 4—换向阀
5一节流阀6—开停阀7一溢流阀8一液压泵9—滤油器10—油箱 图1-2所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的 优点,当液压系统发生故障时,根据原理图检查十分方便,但图形比较复杂,绘制比较 麻烦。我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路 的国家标准,即“液压系统图图形符号(GB786-76)”。我国制订的液压系统图图形符 号(GB786-76)中,对于这些图形符号有以下几条基本规定 (1)符号只表示元件的职能,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。 图1-3所示为图1-2(a)系统用国标《GB786-76液压系统图图形符号》绘制的工作 原理图。使用这些图形符号可使液压系统图简单明了,且便于绘图 第三节液压传动的优缺点及应用 液压传动系统的主要优点 液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它与机械传动、电气传动相比具有以 下的主要优点 (1)由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构, 这是比机械传动优越的地方。例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克 服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型 工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。 (2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如,相同功率液压马达的体积 为电动机的12%~13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动 机的十分之一,液压泵和液压马达可小至00025N/W(牛瓦发电机和电动机则约为 0.03N/W。 (3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速, 调速范围可达1:2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速 (4)传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。正因为此特点,金属切削机床中 的磨床传动现在几乎都采用液压传动 (5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑, 使用寿命长 (6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气 控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控。 (7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用 、液压传动系统的主要缺点 (1)液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使得液压传动不能保 证严格的传动比
5—节流阀 6—开停阀 7—溢流阀 8—液压泵 9—滤油器 10—油箱 图 1-2 所示的液压系统是一种半结构式的工作原理图它有直观性强、容易理解的 优点，当液压系统发生故障时，根据原理图检查十分方便，但图形比较复杂，绘制比较 麻烦。我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路 的国家标准，即“液压系统图图形符号(GB786—76)”。我国制订的液压系统图图形符 号(GB786—76)中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。 (1)符号只表示元件的职能，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。 图 1-3 所示为图 1-2(a)系统用国标《GB786—76 液压系统图图形符号》绘制的工作 原理图。使用这些图形符号可使液压系统图简单明了，且便于绘图。 第三节 液压传动的优缺点及应用 一、液压传动系统的主要优点 液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以 下的主要优点： (1)由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构， 这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克 服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型 工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 (2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积 为电动机的 12%～13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动 机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为 0.03N/W。 (3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速， 调速范围可达 1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。 (4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中 的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 (5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑， 因此使用寿命长。 (6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气 控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 (7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。 二、液压传动系统的主要缺点 (1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保 证严格的传动比