液压与气压传动第5版 为61×103N·m/(kg·m2)(近年来发展的无槽电动机具有很高的转矩-惯量比，与液压马达 6 相当)。转矩-惯量比大，意味着液压系统能够产生大的加速度，也就是说时间常数小，响应 速度快，具有优良的动态品质。 2.控制方式性能 液压与气压传动在组成控制系统时，与机械装置相比，其主要优点是操作方便、省力， 系统结构空间的自由度大，易于实现自动化，且能在很大的范围内实现无级调速，传动比可 达100：1至2000：1。如与电气控制相配合，可较方便地实现复杂的程序动作和远程控制。 此外，液压与气压传动还具有传递运动均匀平稳，反应速度快，冲击小，能高速起动、制动 和换向等优点；易于实现过载保护；液压与气压控制元件标准化、系列化和通用化程度高， 有利于缩短系统的设计、制造周期和降低制造成本。 当然，液压与气压传动也有一定的缺点，例如传动介质易泄漏和可压缩性会使传动比不 能严格保证；由于能量传递过程中压力损失和泄漏的存在使传动效率低；液压与气压传动装 置不能在高温下工作；液压与气压控制元件制造精度高以及系统工作过程中发生故障不易诊 断等。 气压传动与液压传动相比，有如下优点： 1)空气可以从大气中取之不竭，无介质费用和供应上的困难，可将用过的气体直接排 入大气，处理方便。泄漏不会严重影响工作，不会污染环境。 2)空气的黏性很小，在管路中的阻力损失远远小于液压传动系统，宜用于远程传输及 控制。 3)气压传动工作压力低，元件的材料和制造精度低。 4)气压传动维护简单，使用安全，无油的气动控制系统特别适用于电子元器件的生产 过程，也适用于食品及医药的生产过程。 5)气动元件可以根据不同场合，采用相应材料，使元件能够在恶劣的环境（强振动、 强冲击、强腐蚀和强辐射等)下进行正常工作。 气压传动与电气、液压传动相比有以下缺点： 1)气压传动装置的信号传递速度限制在声速（约340m/s)范围内，所以它的工作频 率和响应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大的失真和延滞，也不便于构成较复杂的 控制系统，但这个缺点对工业生产过程不会造成困难。 2)空气的压缩性远大于液压油的压缩性，因此在动作的响应能力、工作速度的平稳性 方面不如液压传动。 3)气压传动系统出力较小，且传动效率低。 五、液压与气压传动的应用及发展 在工业生产的各个部门应用液压与气压传动技术的出发点是不尽相同的。例如，工程机 械、矿山机械、压力机械和航空工业中采用液压传动的主要原因是取结构简单、体积小、质 量小、输出力大的特点；机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便地实现无级调速， 易于实现频繁的换向，易于实现自动化的特点；在电子工业、包装机械、印染机械、食品机 械等方面应用气压传动主要是取其操作方便，且无油、无污染的特点。表0-1是液压与气压 传动在各类机械行业中的应用举例
绪论 表01液压与气压传动在各类机械行业中的应用举例 行业名称 应用举例 行业名称 应用举例 工程机械 挖掘机、装载机、推土机 轻工机械 打包机、注射机、包装机械 矿山机械 凿石机、开掘机、提升机、液压支架 灌装机械 食品包装机、真空镀膜机、化肥包装机 建筑机械 打桩机、液压千斤顶、平地机 汽车工业 智能生产线、自卸式汽车、汽车起重机 冶金机械 轧钢机、压力机、步进加热炉 铸造机械 砂型压实机、加料机、压铸机 最压机城 压力机、模锻机、空气锤 纺织机械 织布机、抛砂机、印染机 机械制造 数控机床、加工中心、组合机床、压力机、自动线 液压与气压传动发展到目前的水平主要是由于液压与气压传动本身的特点所致，随着工 业的发展，液压与气压传动技术必将更加广泛地应用于各个工业领域。 液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有200多年的历史了，但 其真正的发展只是在第二次世界大战后70多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转 移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。20世纪60年代以来，随着原 子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了很大的发展，并渗透到各个工业 领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪声、高可靠性、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)、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和 优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制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。 气压传动技术在科技飞速发展的当今世界发展将更加迅速。随着工业的发展，气动技术 的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工业等行业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工 业等各行各业。气动技术已发展成包含传动、控制与检测在内的自动化技术。由于工业自动 化技术的发展，气动控制技术以提高系统可靠性，降低总成本为目标，研究和开发系统控制 技术和机、电、液、气综合技术。显然，气动元件当前发展的特点和研究方向主要是节能 化、小型化、轻量化、位置控制的高精度化，以及与电子学相结合的综合控制技术。 随着智能制造技术的发展，液压与气压传动技术在精益生产、智能生产线、无人化工 等制造领域的应用也日益广泛。伴随着中国制造2025的发展进程，液压与气压传动技术在 制造业转型升级中也将发挥越来越重要的作用
第一篇 液压传动
第一章 液压传动基础知识 流体传动包括液体传动和气体传动。以液体的静压能传递动力的液压传动是以油液作为 工作介质的，为此必须了解油液的种类、物理性质，研究油液的静力学、运动学和动力学规 律。本章主要介绍这方面的内容。 从微观的观点来看，油液与其他流体相同，也是由一个一个的、不断做不规则运动的分 子组成的。分子之间存在着间隙，它们是不连续的。但是由于分子之间的间隙是极其微小 的，因而在研究宏观的机械运动时可以认为它是一种连续介质，这样就可以把油液的运动参 数看作是时间和空间的连续函数，并有可能利用数学语言来描述它的运动规律。 另一方面，由于油液分子与分子间的内聚力极小，几乎不能抵抗任何拉力而只能承受较 大的压应力；不能抵抗剪切变形而只能对变形速度呈现阻力。不管作用的剪力怎样微小，油 液总会发生连续的变形，这就是油液的易流性，它使得油液本身不能保持一定的形状，只能 呈现所处容器的形状。 第一节液压传动工作介质 液体是液压传动的工作介质。最常用的工作介质是液压油。此外，还有乳化型传动液和 合成型传动液。 一、液压传动工作介质的性质 1.密度 单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V、质量为m的液体的密度p为 p- (1-1) 矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小，随压力的提高而稍有增加，但变动值 很小，可以认为是常值。我国采用20℃时的密度作为油液的标准密度，以P20表示。常用液 压油和传动液的密度见表1-1。 表1-1常用液压油和传动液的密度 (单位：kg/m) 种 类 P20 ,种类 P20 石油菇液压油 850-900 增霜型高水基液 1003 水包油乳化液 998 水-乙二醇液 1060 油包水乳化液 932 磷酸酯液 1150 2.可压缩性 压力为Po、体积为V。的液体，如压力增大△p时，体积减小△V,则此液体的可压缩性
液压与气压传动第5版 可用体积压缩系数《，即单位压力变化下的体积相对变化量来表示 1△V K三 (1-2) △pVa 10 由于压力增大时液体的体积减小，因此上式右边须加一负号，以使K成为正值。液体体 积压缩系数的倒数，称为体积弹性模量K,简称体积模量。即K=1/K。表1-2为各种液压传 动工作介质的体积模量。由表中石油型液压油的体积模量可知，它的可压缩性是普通钢材的 100-150倍。 液压传动工作介质的体积模量和温度、压力有关：温度增加时，K值减小。在液压传动 工作介质正常的工作范围内，K值的变化为5%~25%；压力增大时，K值增大。但这种变化 不呈线性关系，当p≥3MPa时，K值基本上不再增大。液压传动工作介质中如混有气泡时， K值将大大减小。 封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧：外力增大，体积减小；外力减 小，体积增大。这种弹簧的刚度k,在液体承压面积A不变时（图1-1)，可以通过压力变 化△P=△F/A、体积变化△V=A△1（△l为液柱长度变化量）和式(1-2)求出，即 △FA2K 左= (1-3) △1V 表12各种液压传动工作介质的体积模量(20℃，大气压) 菠压传动工作介质种类 K/(N,m2) 石油型 (1.4-2.0)×10° 水包油乳化液(W/0型) 1.95×109 水乙二醇液 3.15×10° 醉酸酯液 2.65×109 液压传动工作介质的可压缩性对在液压系统的动态性能影响较大；但对于对动态性能要 求不高、仅考虑静态（稳态）下工作的液压系统，一般可以不予考虑。 3.黏性 液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦 力，这种现象称为液体的黏性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出黏性，静 止液体是不呈现黏性的。 黏性使流动液体内部各处的速度不相等。以图1-2为例，若两平行平板间充满液体，下 平板不动，而上平板以速度“0向右平动。由于液体的黏性，紧靠下平板和上平板的液体层 速度分别为零和山o,而中间各液层的速度则视它距下平板的距离按曲线规律或线性规律 变化。 根据试验测定，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F,与液层接触面积A、液层间的速 度梯度du/dy成正比，即 F.=A dy du (1-4) 式中，丛为比例常数，称为黏性系数或黏度。如以？表示切应力，即单位面积上的内摩擦