流体力学基础：机自07液压传动总结.ppt

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1、1,第一章 绪论,传动技术是一部完整的机械装置必不可少的中间环节。,2,流体传动是用流体作为工作介质进行能量传递的传动技术，又可分为液体传动与气体传动。液压传动：基于帕斯卡原理利用液体的压力能进行能量传递。液力传动：基于动量矩原理利用液体的动能进行能量传递，如液力偶合器和液力变矩器。气压传动：基于气体状态方程，主要利用气体压力能进行能量传递。燃气和蒸汽传动：基于气体状态方程和热能原理，综合利用动能和压力能进行能量传递。如燃气轮机，蒸汽机。,第一章 绪论,3,1.1 液压传动系统的工作原理和组成 液压系统是以有压液体作为工作介质进行能量转换的系统，可在动力源与工作点之间传递能量。液压传动中两个重

2、要结论：1、（执行元件液动机）的工作速度取决于输入该元件的流量。2、系统工作压力取决于负载（并联负载中的最小值）。,4,1.1 液压传动系统的工作原理和组成,液压系统组成 1、动力装置 将原动机的机械能转变为液压能的装置。液压泵 2、执行元件 将压力能转换成机械能的装置。液压缸、液压马达 3、控制调节装置 控制工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作结构按要求工作。阀类 4、辅助装置 除以上装置之外的其他装置。油箱、过滤器、蓄能器、冷却器等 5、工作介质 液压油,5,1.2 液压传动的特点 一、优点 1、液压装置体积小、重量轻、结构紧凑、能容量大；2、液压装置容易做到无级调速，调速

3、范围大，可在工作中调速；3、工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向 4、易于过载保护，能实现自润滑，使用寿命长；5、易于实现自动化；6、液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。,6,二、缺点 1、不能保证严格的传动比；2、能量损失大，传动效率相对低；3、对油温的变化比较敏感；4、泄漏影响刚度和效率，尤其看不见的内泄漏。5、元件制造精度要求高，系统维护要求高，出现故障不易诊断。1.3 液压传动的现状与发展 1.4 液压传动的图形符号,7,第二章 液压泵,8,2.1 概述 液压泵是液压传动系统中的动力装置，是能量转换元件，由原动机驱动，把输入的机械能转换成油液的压力能再输

4、出到系统中去。是液压系统中的核心元件。一、液压泵的工作原理,9,二、液压泵基本工作条件 1、必须构成密封容积，并且密封容积可以不断变化；2、在吸油过程，油箱须与大气相通（或保持一定的压力）；在压油过程，泵的压力由外界负载决定；3、吸油腔与压油腔要相互分开并具有良好密封性。三、液压泵的种类 齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵 定量泵、变量泵 四、液压泵的职能符号,10,五、液压泵的性能参数 1、压力 1）工作压力（系统压力）pp 液压泵在实际工作时输出的油液的压力值，即泵的出口压力值。2）额定压力ppn 在保证液压泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续长期运行时允许的最大压力值。3）最高容

5、许压力 泵在短时间内所允许超载使用的极限压力。4）吸入压力 泵的吸入口处压力。,11,2、排量Vp 在无泄漏的情况下，液压泵每转所排出的油液体积。3、流量 液压泵在单位时间内输出油液的体积。1）理论流量qpt 由泵密封容积几何尺寸变化计算的流量。2）实际流量qp 考虑到泵的泄漏，泵在工作时输出的流量。qp泵的泄漏量，属于容积损失,12,3）额定流量qpn 泵在额定转速和额定压力下输出的流量。4）瞬时流量qpin 泵在每一瞬时的流量，一般指泵的瞬时理论流量。注意：泵的实际流量和额定流量均小于理论流量。,13,输入机械能Tp,p,泵为换能元件，将输入的机械能Tp,p转换为液压能pp,qp,4、功率

6、,14,1）理论功率Ppt 若不考虑液压泵在能量转换过程中的能量损失，其输入功率应该等于其输出功率。理论功率等于泵的理论流量与泵进出口压差的乘积或等于泵的理论转矩和角速度的乘积。式中，Tpt液压泵的理论转矩；p液压泵的角速度 注：泵进出口压差可用其出口压力代替。,15,2）输入功率Ppi 实际驱动泵轴所需要的机械功率。3）输出功率Ppo 泵实际输出的流量与泵进出口压差的乘积。,16,5、效率 容积损失：因泄漏而产生的能量损失；机械损失：因摩擦而产生的能量损失。1）容积效率 液压泵的输出功率与理论功率之比，即实际流量与理论流量之比。k1泵的泄漏系数,17,2）机械效率 泵的理论功率与输入功率之比

7、，即所需要的理论转矩与实际转矩之比。3）总效率 泵的输出功率与输入功率之比。例2-1 P59例3.1,18,2.2 齿轮泵 一、外啮合齿轮泵 结构与工作原理（见动画）排量与流量计算 外啮合齿轮泵的结构特点 泄漏、液压径向力不平衡、困油现象 二、内啮合齿轮泵 工作原理 与外啮合齿轮泵比较,19,2.3 叶片泵 一、双作用叶片泵 结构与工作原理（见动画）排量与流量计算 二、单作用叶片泵 结构与工作原理 排量与流量计算 变量机理（移动定子实现）与双作用叶片泵比较,20,2.4 柱塞泵 一、径向柱塞泵 结构与工作原理（见动画）排量与流量计算 二、轴向叶片泵 结构与工作原理 排量与流量计算 变量机理,2

8、1,斜盘式柱塞泵结构,22,斜轴式柱塞泵结构,23,斜轴式轴向柱塞泵工作原理,24,斜盘式变量柱塞泵轴面结构图,25,斜轴式变量柱塞泵,26,径向变量柱塞泵,转子与定子圈存在偏心距，当转子转动时，柱塞在定子圈的约束下，被迫往复运动，造成柱塞工作腔的容积变化，形成了吸排油的条件。,平行移动定子圈，改变偏心距，就改变了泵的每转排量。,27,2.5 液压泵选型与应用 一、选泵的基本依据 1、流量 2、最大压力 3、定排量/变排量 4、效率 5、噪声等级 6、污染敏感度 7、工作寿命 8、维护保养方便性 9、大小和重量 10、成本,28,二、液压泵使用常见问题及其原因 1、污染 2、液压冲击 3、气穴

9、现象,29,第三章 执行元件,30,执行元件将液体的压力能转换为机械能并将其输出的装置。液压缸：输出直线往复运动和力 液压马达：输出连续旋转运动和扭矩 摆动缸（摆动马达）：输出往复摆动运动和扭矩。,31,3.1 液压缸的分类和特点,液压缸是将液压能转变为机械能的、输出直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。液压缸结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。按结构特点分为：活塞式、柱塞式、摆动式三类；按作用方式分为：单作用和双作用两类,32,一、活塞缸 按结构分：单出杆、双出杆 按固定方式分：缸筒固定、活塞杆固定

10、 1、单杆活塞缸 1）几种常用形式 单作用单出杆活塞缸,33,双作用单出杆活塞缸,34,带终端缓冲结构的双作用单出杆活塞缸,35,V1,V2,F1,F2,2）输出参数计算 参照下图，当供给液压缸的流量q一定时，活塞两个方向的运动速度为：(向右）(向左）,36,V1,V2,F1,F2,当供油压力为p1，回油压力为p2时，输出作用力：(向右）(向左）,37,V1,V2,F1,F2,双作用单出杆活塞缸往复运动时的速度比为,38,单出杆油缸差动连接示意图,当单出杆油缸差动连接时，输出力为：速度为:,39,单出杆油缸差动连接示意图,结论1：单杆双作用活塞缸差动连接时的有效作用面积是活塞杆的面积 结论2：

11、单杆双作用活塞缸往复运动的范围是有效行程的两倍。,40,2、双出杆活塞缸 双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，如图所示。其组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间密封形式与单出杆缸相同。双活塞杆液压缸的两活塞杆直径通常相等，活塞两端有效面积相同。如果供油压力不变，回油压力为零，那么活塞往复运动时两个方向的作用力和速度相等。,41,3、活塞缸的安装形式 1）耳座式 2）前法兰式（后法兰式）3）尾部耳环式 4）头部轴销式,42,二、柱塞缸 1、组成 缸筒、柱塞、导向套、密封圈、压盖等,43,2、特点）属于单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外

12、力或柱塞的自重；）柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸；）工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；）柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向套单边磨损，故其垂直使用更有利。3、输出参数计算 输出的推力和速度为：。,44,三、摆动缸 摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复摆动的执行元件，也称摆动式液压马达。1、种类 单叶片式、双叶片式 2、组成 定子块、缸体、摆动轴、叶片、左右支承盘、左右盖板等,45,3、工作原理 定子块固定在缸体上，而叶片和摆动轴连接在一起。,46,4、输出参数计算 摆动缸输出的转矩和角速度分别为式中，Z叶片数；b叶片宽度；

13、D缸体内孔直径；d叶片轴直径；p1缸的进口压力；p2缸的背压；q缸的输入流量,47,注：1）单叶片摆动缸的最大回转角小于360度，一般不超过280度；双叶片摆动缸的最大回转角则小于180度，一般不超过150度。2）在输入液压油的压力和流量不变时，双叶片摆动缸输出的转矩为单叶片的两倍，而输出的角速度只有单叶片的一半。5、应用特点 结构紧凑、输出转矩大；密封困难。一般只用在低中压系统中作往复摆动、转位、或间歇运动的地方。,48,四、伸缩式双作用液压缸 伸缩式液压缸具有二级或多级活塞。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。,49,伸缩油缸由外向

14、内分级命名：1、2、3级等。供油流量不变时，活塞伸出顺序为：1、2、3等。各级工作速度为：显然，v1 v2 v3 当外载荷不变时，各级工作压力显然存在下列关系：p1 p2 p3 注意：伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序是从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。,50,五、增压缸（增压器）将输入的低压转变为高压供系统中的高压支路使用。1、组成 大、小压力缸筒，大、小活塞 2、增压比计算,51,六、齿轮齿条缸（了解）,52,缸体组件、活塞组件、缓冲装置、排气装置（自学）,3.2 液压缸的结构,1、活塞杆 2、端盖 3、导向补芯 4、前缸盖 5、缸筒 6、缓冲补芯 7、活塞 8、后缸盖 9、阻尼环 1

15、0、螺母 11、拉杆 12、密封套件,53,一、液压缸结构类型确定 活塞式油缸在结构形式上的主要区别在于缸筒与缸盖的连接方式：非焊接形式与焊接形式，非焊接形式又分为四拉杆式、法兰连接式、螺纹法兰连接式。,3.3 液压缸的设计和计算,54,二、液压缸主要尺寸的确定 1、工作压力的选取 根据液压缸的实际工况，计算出外负载大小，然后参考下表选取适当的工作压力。,55,2、缸筒内径D和活塞杆直径d的计算 以单杆双作用缸为例。无杆腔通高压油，则,56,活塞杆的直径d可根据工作压力或设备类型选取，见P114表4.2和表4.3。3、缸筒壁厚和外径D1的计算 D1=D+2 1）薄壁筒（D/10）中、高压缸 式

16、中，p缸筒的工作压力；缸筒材料的许用应力。=b/n,57,2）厚壁筒（D/10）高压缸 参照P116表4.5。4、缸筒长度的确定 确定缸筒长度要根据所需最大工作行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度以及其他特殊要求的长度。通常活塞长度B=(0.61.0)D；导向套长度A=(0.61.5)d 注意：对于工作行程受压的活塞杆，当活塞杆长度与活塞杆直径之比大于10时，应按材料力学有关公式对活塞进行压杆稳定性验算。,58,5、缸筒进出油口直径d0计算 式中，q液压缸配管内的流量；v液压缸配管内液压油的平均流速，一般取v=45m/s 注：D、D1、d、d0均需根据液压相关标准进行园整,59,三

17、、液压缸的结构设计 1、密封形式选择 1）活塞密封 O形、L形、Y形、小Y形等,进出油口,进出油口,60,活塞密封件,活塞导向带,61,2）端盖和活塞杆密封,62,2）端盖及活塞杆密封,63,2、缓冲结构设计 当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，需要在缸中设计缓冲结构或在液压回路考虑。,64,工作原理：活塞运动即将到达行程终端时，在出口腔产生足够的缓冲压力，即增大工作介质出口的阻力，从而降低活塞运动速度，避免活塞与缸盖相撞。,65,缓冲结构,66,缓冲结构,67,缓冲结构,68,3、排气装置 为了排除聚集在液压缸内的空气，可在缸的两端最高部位各装一只排气塞。,排气口,排气塞结构图,3.3

18、液压缸的设计和计算,液压马达是将液压能转变为旋转机械能的一类执行元件。一、分类,3.4 液压马达,70,二、主要性能参数 1、压力 1）工作压力pm 马达入口工作介质的实际压力。通常近似认为马达的工作压力就等于其工作压差。2）额定压力pmn 马达在正常工作条件下，按实验标准规定连续运转的最高压力。,71,3.4 液压马达,2、排量Vm 马达轴每转一周，密封容腔几何尺寸变化所需要的液体体积。3、流量 1）理论流量qmt 马达密封腔容积变化所需要的流量。2）实际流量qm 马达入口处的流量。注：马达的实际流量大于理论流量。qm=qmt+qm,72,4、容积效率和转速 1）容积效率 马达的理论流量与实

19、际流量之比 2）理论输出转速nmt、实际输出转速nm,73,5、转矩和机械效率 1）转矩 理论输出转矩 实际输出转矩 2）机械效率,74,6、功率和总效率 1）输入功率 马达入口压力和入口流量的乘积 2）输出功率 实际输出转矩与实际输出角速度的乘积 3）总效率 输出功率与输入功率之比,75,三、结构与工作原理 1、外啮合齿轮马达 所有每个未啮合轮齿齿谷内的压力相同，因此都不产生旋转力矩。只有啮合点m将相互啮合的两个齿面分割为高低压作用区，作用于b谷的不平衡力矩使右齿轮逆时针旋转，而a谷的不平衡力矩使左侧齿轮顺时针旋转。,驱动力矩大体上相当于一个齿面油压作用力产生的力矩，可见外啮合齿轮马达仅适用

20、于小扭矩场合。,77,2、叶片式马达,78,1）结构,79,伊顿M系列结构：动力芯由定子环、转子、12个叶片和6对弹簧摇臂组成。摇臂弹簧保持叶片伸出并顶在定子环内壁上，叶片随转子转动在定子环压迫下在转子槽内往复滑动。转子与输出轴花键连接，输出轴由两付轴承支承。,转子（动力芯）一端与压力侧板（配流盘）接触，另一端与前壳体接触。压力侧板（配流盘）装在后盖内并通过波浪形弹簧垫将其压紧在转子（动力芯）上。后盖与前壳体各有一个进出油口。轴封用以防止液压油漏出和空气侵入。,压力侧板有三个作用：1）作为转子的密封端盖，防止内泄漏；2）为端盖油口提供配油窗口；3）始终将系统压力引导到叶片底部。,2）工作原理

21、高压油从壳体油口进入后被内芯分成两路，通过A和A1腰形窗到达相邻叶片间的工作腔。,在对称的高压油窗范围内相邻叶片伸出长度不同，油压作用力产生驱动力偶，驱动转子转动，通过花键传递给输出轴使其转动。在排油窗范围内叶片逐渐缩回，相邻叶片间容积逐步变小，乏油通过腰形窗、后盖油口排到油箱。进出油口交换，则转向相反。,叶片伸出靠扭簧的弹力,从下图可以看出，双作用叶片马达高压窗口或低压窗口各呈180，对转子作用的液压力，相互抵消成液压平衡状态。,双摇臂扭簧的两臂分别支撑着互成90的两枚叶片，其作用是在马达启动之前将叶片从叶片槽中推出顶在定子环内壁上，否则叶片滑落在槽内，导致高低压窗口串通，系统无法建立压力，

22、马达也无法启动。可以看出，互成90的两枚叶片当其中一枚伸出时另一枚正在缩回，这样扭簧在马达运转过程中，是绕着安装在转子上的销轴转动，摇臂受力恒定，因而提高了扭簧的工作寿命。,压力建立之前，压力侧板是通过波浪形弹簧垫圈压紧转子。压力建立后，压力侧板内装梭阀将压力油导入A腔室作用在压力侧板的后端，提供一个必要的压紧力以克服转子的分离力。梭阀导入的压力又同时通过B油道引到叶片底部，保持叶片伸出。,3、轴向柱塞马达,斜盘式轴向柱塞马达,1）斜盘式定量轴向柱塞马达结构,定量斜盘式轴向柱塞马达实物图片,工作原理 马达进油口的压力油进入所有高压油窗覆盖的柱塞缸内，压力油作用在柱塞底部的液压力通过滑履对斜盘产

23、生挤压力，而斜盘对滑履的反作用力N则是通过球铰中心沿斜盘的法线方向,如下图所示。反力N可分解为垂直于轴线的T和平行于轴线的F。分力F与柱塞底部的液压力平衡，作用于柱塞球铰上的分力T与输出轴线不在一个平面内，而且与轴线距离各不相同，因而对输出轴产生大小不同的力矩，这些力矩之和经过缸筒及花键的传递使输出轴转动。T经过排油窗的柱塞腔，其柱塞在斜盘的挤压下将乏油通过排油口排回油箱或系统。,斜盘式轴向柱塞马达工作原理图解,2）斜盘式变量轴向柱塞马达 工作原理与定量马达完全相同，不同的是通过控制活塞推动叉臂从而改变斜盘倾角，达到改变排量的目的。,变量马达换向可以通过换向阀实现，也可以通过改变斜盘倾角方向实

24、现。改变倾角换向要通过零点，必须采取适当的措施防止超速、超压和（或）气穴现象发生。变量马达可用于连续、间歇、或连续换向工作场合。,斜盘式变量马达外形图片,3）斜轴式轴向柱塞马达,结构,结构剖面图,斜轴式柱塞马达结构,工作原理,斜轴式变量轴向柱塞马达结构与工作原理,4、径向柱塞式低速大扭矩马达,力士乐MCR系列,1、2前后壳体；3、4转子活塞组件；5凸轮盘；6输出轴；7配油轴；8滚子；环向油道D;工作腔E。,转子4与轴6花键连接，柱塞3径向布置在转子上并通过滚子8支撑在凸轮盘5上。马达还可以做成多排结构。,1）内曲线多作用马达,进油压力推动柱塞滚轮抵靠内凸轮上，内凸轮对柱塞的反力N通过滚轮中心，

25、径向分量F与柱塞底部液压力平衡，切向分量T推动转子旋转。注意到内曲线多作用马达柱塞成对作功且对称于转子中心，因而形成力偶。A、B油口通过环形油道D，配油轴上的轴向孔按马达的工作相位角给柱塞工作腔E配油。,此类马达的低速大扭矩特性使其可以直接应用于车轮驱动、大型门式起重机或绞车滚筒驱动。,2）偏心轴式径向柱塞马达,结构,1.壳体；2.输出轴；3.缸盖；4.配油阀室；5.轴承；6.缸筒；7.柱塞；8.配油控制组件。,工作原理 A、B为马达进出油口。缸筒工作腔E进油或排油是在配油组件控制下通过油道D完成的。缸筒及活塞两端分别支承在偏心轴和缸盖的球面上。这样活塞与缸筒之间的相对滑动就不存在侧向力，且活

26、塞与缸筒之间也不存在液压载荷，因此摩擦最小，而效率最高。工作腔的压力油柱直接作用在偏心轴上，5缸中2或3个缸按顺序分别与进油或排油口接通。,107,第四章 液压传动控制调节元件,108,控制阀功能：控制和调节液体的流动方向、压力和流量，以满足执行元件所需要的启动、停止、改变运动方向、力或力矩、速度或转速、动作顺序和克服负载等要求，从而使系统按照指定的要求协调地工作。控制阀基本要求：动作灵敏、可靠；密封性能好；结构紧凑；安装调整、使用维护方便；通用性强等。,109,4.1 概述,一、控制阀的分类 1、按用途分 方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀 2、按控制方式分 开关或定值控制阀、比例控制阀、伺

27、服控制阀、电液数字控制阀 3、按结构形式分 滑阀、锥阀、球阀、转阀、喷嘴挡板阀、射流管阀 4、按安装方式分 螺纹式（管式）、板式、集成块式、叠加式、法兰式、插装式,110,管式安装,111,板式安装,112,集成块式安装,113,叠加式安装,114,法兰式安装,115,拧入阀芯,塞入阀芯,插装式安装,116,二、控制阀的性能参数 对阀进行评价和选用的依据，反映了阀的规格大小和工作特性。通径：规格大小 额定流量 额定压力 另外，还有最大工作压力、开启压力、允许背压、最大流量、各种特性曲线等。,117,4.2 方向控制阀,一、单向阀 控制液体只能向一个方向流动，反向截止或有控制的反向流动。按其功能

28、分为普通单向阀、液控单向阀（一）普通单向阀 仅允许油液按一个方向流动而反方向截止，故又称止回阀。1、组成,118,管式连接单向阀,板式连接单向阀,职能符号,A,B,2、工作原理 3、基本要求,119,4、主要性能指标 正向最小开启压力 普通单向阀正向开启压力0.030.05MPa，做背压阀用的单向阀开启压力为0.20.6MPa。正向流动压力损失 反向泄漏量 5、应用 1）装在泵的出口处，防止系统中的液体冲击而影响泵的工作。2）分隔通道，防止管路间的压力相互干扰。,120,（二）液控单向阀 一种通入控制压力后即允许液体双向流动的单向阀。不加控制压力时与普通单向阀作用一样，加以控制时可以将阀芯顶开

29、，使油流可以反向流动。,A,B,x,职能符号,121,职能符号,锁紧回路,（三）双液压锁 实质上是由两个液控单向阀构成，应用于锁紧回路。用一个控制活塞控制两个单向阀。,122,二、换向阀 换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对位置，使阀体相连的各通道之间实现接通或断开来改变液体流动的方向。按结构分：座阀式、滑阀式、转阀式 1、滑阀式换向阀分类 按阀芯移动后可以停留的工作位置分：二位阀、三位阀、多位阀等。按滑阀通道数分：二通阀、三通阀、四通阀、五通阀和多路阀。按阀芯换位控制方式分：手动、机动、电动、气动、液动、电液动等。,123,2、命名方法 按其工作位置数和通道数命名，如二位二通、三位四通、二位四

30、通等。3、主体结构 阀芯：具有多段环形槽的圆柱体 阀体：有多级沉割槽的圆柱孔 4、工作原理 借助滑阀阀芯在阀体内的轴向位置变化，使与阀体相连的各通道实现接通或断开来改变液体的流动。见动画。,124,B,P,T,T,A,5、阀芯的驱动形式,125,1）手动 用手操纵杠杆推动阀芯相对于阀体移动，改变工作位置，从而改变通道的通断。分类：弹簧复位式、钢球定位式 特点：结构简单；动作可靠；人为控制阀口的大小；适用场合：间歇动作且要求人工控制的小流量场合。注意：泄油单独回油箱,126,B,P,T,T,A,手动换向阀弹簧复位式,127,手动换向阀钢球定位式,128,B,P,T,T,A,2）机动,特点：结构简

31、单；动作可靠；换向位置精度高；换向冲击小,129,机动阀外形及结构图,130,3）电动,131,电磁换向阀,132,可借助于按钮开关、行程开关、压力继电器等发出的信号进行控制。,133,电磁换向阀结构图,134,4）液动,135,5）电液动,136,手柄式,机动（滚轮式）,电磁铁,弹簧,液压,液压先导控制,电磁-液压先导控制,滑阀阀芯驱动方式及其符号,137,6、三位四通换向阀的中位机能 三位四通换向阀的阀体是通用的，改变阀芯结构可使阀芯处于中位时四个油口的沟通情况不同。阀芯处于中位时阀口的连通特征就成为阀的中位机能，或称为滑阀机能。显然，中位机能取决于阀芯结构。,138,O型机能阀芯,139

32、,P,H型机能阀芯,140,Y型机能阀芯,141,J型机能阀芯,142,C型机能阀芯,143,K型机能阀芯,144,P型机能阀芯,145,M型机能阀芯,146,U型机能阀芯,147,N,148,7、换向阀的主要性能 1）工作可靠 能否可靠地换向和可靠地复位。取决于两个方面：阀的设计和制造、阀的使用 2）压力损失 3）内泄量 当换向阀在各个不同的工作位置时，在规定的工作压力下，从高压腔泄漏到低压腔的泄漏量。,149,4）换向时间与复位时间 换向时间从收到信号到阀芯换向终止的时间；复位时间从信号消失到阀芯复位终止的时间。5）使用寿命 用到某一零件损坏、不能进行正常的换向或复位动作。通常用换向次数衡

33、量。,150,8、换向阀规格 换向阀的规格用阀的通径表示，实际上是按额定流量大小区分。,151,三、液动换向阀 大流量系统，阀芯直径较大，换向过程的液压力和液动力都很大，电磁铁已不能胜任。采用液压力驱动阀芯切换的阀称为液动阀。适用于压力高、流量大、阀芯移动行程大的场合。,152,四、电液换向阀 液动阀较少单独使用，一般需要小口径电磁换向阀来改变控制油的流向。二者构成一体就成为电液换向阀。电磁换向阀就成为液动阀的的先导阀，因此这种阀也称为先导式换向阀。,153,1、工作原理 导阀切换,154,主阀切换,155,职能符号,2、主阀芯对中方式与导阀机能 主阀芯弹簧对中，导阀采用Y型机能。,156,职

34、能符号,主阀芯液压对中，导阀采用P型机能。,157,4.3 压力控制阀,控制系统压力高低或利用系统压力变化实现某种动作的阀。常见的压力控制阀按功用分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等 共同特点：利用作用于阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。,158,一、溢流阀 基本功用 1）定压溢流作用：定量泵节流调速回路。溢流阀常开，保持泵出口压力恒定，并将多余油液溢回油箱。2）限压安全作用（安全阀）：变量泵系统中，用溢流阀限制系统压力。3）构成多级调压回路 4）作背压阀用 5）作卸荷阀用 分类：直动式、先导式,159,外形图,1、直动式溢流阀,160,1）结构,161,2）工作原理 3）特点

35、 结构简单、反应灵敏；易产生振动和噪声、压力波动大 4）适用场合 小流量，低压,162,2、先导式溢流阀,同轴式先导溢流阀外形,同轴先导溢流阀整体式阀芯,直角式先导溢流阀外形,163,1）结构与职能符号,由先导阀和主阀两部分组成.主阀：控制主阀口的开度；导阀：控制主阀的开启压力。,164,溢流阀 先导式,先导式溢流阀工作原理图解,导阀未开,2）工作原理,165,溢流阀 先导式,先导式溢流阀工作原理图解,导阀打开,166,溢流阀 先导式,先导式溢流阀工作原理图解,主阀在导阀控制下开启溢流,167,溢流阀 出口,先导式溢流阀工作原理图解,主阀在导阀控制下开启溢流,168,溢流阀 出口,先导式溢流阀

36、工作原理图解,导阀关闭但x口通油箱，主阀在很低压力下开启卸荷。,169,3、溢流阀的主要性能 1）压力流量特性分析,170,当系统压力为pk时,液压力与弹簧预紧力相平衡,阀口处于将开的临界状态。此时,阀芯的受力平衡方程为 当油压增加到p时，阀口开度为x，阀芯力平衡方程为式中 pk开启压力；d滑阀直径；K弹簧刚度；x0弹簧预压缩量。,171,阀口通流面积 按薄壁孔流量公式计算阀口流量，并注意到p=p则有：,172,从溢流阀的压力流量特性方程可以得到以下几点结论：（1）不同的开启压力pk对应不同的曲线。pk的大小可用改变弹簧的预压缩量x0来调节；（2）当开启压力pk一定时，溢流压力随溢流量的增加而

37、增加。当溢流量达到阀的额定流量QT时，与此相对应的压力值称为溢流阀的全流量溢流压力PT。,173,174,另外，从式子可以看出，弹簧刚度K越小，曲线就越陡，溢流量变化所引起的压力变化量就越小，定压性能就好。反之，定压性能就差。常用调压偏差(PT-Pk)和开启比Pk/PT来衡量定压性能的好坏。调压偏差越小则该阀的定压性能越好。也可以用开启比来衡量定压性能的优劣，其值越高越好。,175,溢流阀的结构不同,其定压性能也不同.右图分别画出了调定压力相同的直动式和先导式溢流阀的压力流量特性曲线。由图可以看出先导式溢流阀的定压性能优于直动式溢流阀。,176,2）溢流阀的启闭特性 前面的分析忽略了阀芯移动时

38、摩擦力的影响，如果考虑摩擦力，则当阀闭合到开启时，阀芯的受力平衡方程式为：Pk.d2/4=KX0+Ff 因此 Pk=4(KX0+Ff)/d2 而当阀由开启到闭合时，阀芯的受力平衡方程式为 P”k.d2/4=KX0-Ff即 P”k=4(KX0-Ff)/d2 从上两式可看出，由于存在摩擦阻力，溢流阀的开启压力和闭合压力是不相等的。闭合压力小于开启压力，也就是说开启过程与闭合过程的压力流量曲线不重合，见下图。,177,图中虚线2 为无摩擦阻力时的理想曲线，由于要克服摩擦阻力Ff，实际压力须大于Pk并升高到Pk后阀才开启。当溢流量增加，压力沿曲线1上升。溢流量为QT时，压力为PT。同样要等压力降低到P

39、”T时，压力沿曲线3下降。完全闭合时压力为P”k。,178,3）溢流阀的压力调节范围 调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力平稳地上升或下降的最大和最小调定压力的差值。,179,4、溢流阀应用1）调压,单级调压回路 调整系统或某部分压力恒定。,远程调压回路,1号主阀为先导式溢流阀。2号阀为小通径直动溢流阀 相当于主阀的另一个导阀，其调整压力应低于主阀本身导阀的调整值，否则起不到控制作用。2号阀的流量仅仅是导阀流量而已。,180,二级调压回路4号阀的调整压力应低于2号阀的调定值。,三级调压回路2号阀、3号阀的调整压力应有差别，并低于1号阀的调定值。,181,2）安全保护 限制系统最高压力。3）造

40、成背压 安装在系统的回油路上，可对回油产生阻力，造成执行元件的背压，从而提高执行元件的运动稳定性。4）系统卸荷 将先导溢流阀的远控口直接通油箱或通过二位二通电磁换向阀与油箱相通，可使泵或系统泄荷。,182,二、顺序阀 顺序阀实质上是一个压力开关，当其控制压力达到调定值时，阀口开启，否则关闭。结构原理与溢流阀基本相同，不同在于顺序阀的出口不是接油箱，接到系统中继续用油的地方，其压力值由出口负载决定。,183,1、直动式顺序阀 压缩弹簧2使阀芯3处于下端原始位置上。A口的压力通过油路4作用在阀芯下端工作面积上，此液压力与上端弹簧力相抗衡。当压力上升到弹簧设定值后，阀芯上移打开阀口将连接于B口的系统

41、与A口沟通，而此时A口压力并不下降。Y口为弹簧腔泄油口。,控制顺序阀阀芯的开启实际存在两种方式：一种是由A口进油压力控制，称为直控，或内控；另一种是由其它油路压力控制，称为它控，或外控。调整方式与职能符号如下：,顺序阀是一个反向封闭阀，即油液不可能从B口流向A口。实际上往往需要油液反向流动，因此在实际应用中多数采用单向顺序阀。单向阀的作用在于构成反向通道，即由A流到B受到控制制约，而从B流到A则经过单向阀即可沟通。,顺序阀弹簧腔泄油也有两种方式：通过B口直接泄油，称为内部泄油；通过Y口则称为外部泄油。单向顺序阀的四种工作方式及其职能符号,187,2、先导式顺序阀 控制油路4.1，12，13开通

42、，4.2，14封闭，构成内控内泄式顺序阀。A口压力通过4.1作用于导阀控制柱塞5上，同时A口压力通过6作用主阀芯上部弹簧腔。,188,当压力达到弹簧8设定值时，控制柱塞5克服弹簧力推动阀芯10右移，主阀弹簧腔内的油经过9、阀芯10的台肩阀口、13到达B口。这样主阀上下腔形成压差，此压差力使主阀口打开，沟通A、B口，并保持A口压力为设定值。导阀弹簧腔泄油通过13到B口。,189,内控内泄先导式顺序阀,内控外泄先导式顺序阀,外控外泄先导式顺序阀,外控内泄先导式顺序阀,190,内控内泄先导式单向顺序阀,内控外泄先导式单向顺序阀,外控外泄先导式单向顺序阀,外控内泄先导式单向顺序阀,由于顺序阀反向不通，

43、可在A、B口之间设置单向阀构成反向通道。,191,卸荷阀,120bar,40bar,200L/min,100L/min,3、顺序阀的应用 1）作卸荷阀 将外控式顺序阀的出油口接通油箱，,192,200l/min,100l/min,40 bar,120 bar,300 l/min,30 bar,30 bar,卸荷阀,双泵系统中的单泵卸荷工作原理,当系统压力为30bar时,193,200l/min,100l/min,40 bar,120 bar,100 l/min,50 bar,0 bar,卸荷阀,当系统压力为50bar时,双泵系统中的单泵卸荷工作原理,194,200l/min,100l/min,

44、40 bar,120 bar,0 l/min,120 bar,0 bar,卸荷阀,当系统压力为120bar时,双泵系统中的单泵卸荷工作原理,195,背压阀,2）平衡回路（作背压阀）,内控内泄式顺序阀可解决油缸在外力作用下超速运动的问题，此回路称为平衡回路。,196,背压阀,平衡回路工作原理,调整平衡阀的开启压力，使其稍大于立式液压缸活塞与工作部件重力形成的下腔背压力，即可防止活塞因重力而自行下滑或超速下行。,197,顺序控制回路,3）顺序动作回路 由内控外泄式单向顺序阀构成。换向阀左位切入，油流同时到达A缸无杆腔和阀D的入口处，若A缸工作压力小于阀D的调定值，则A缸活塞先行伸出，动作1；到位后

45、压力升高至阀D的调定值，B缸右行，动作2。,198,顺序控制回路,同理，换向阀右位切入时，且顺序阀C的调定压力大于B缸的最大返程工作压力时，则B缸先缩回到位后，A缸开始回缩行程。这样就形成如图所示的动作顺序。,199,三、减压阀 作用:降低系统某一支路的油液压力，使同一系统能有两个或多个不同压力的回路。工作原理：利用液体流经阀口产生压降的原理，使出口压力低于进口压力。分类：按调节要求的不同分为：定值减压阀保持输出压力值恒定 定差减压阀保持阀进出口压差恒定 按结构形式的不同分为：直动式、先导式,200,直动式减压阀外形图,1、直动式减压阀,201,减压阀为常开阀，P口的油流可以无阻碍的流到A口。

46、同时，A口压力通过油路6作用在阀芯右端工作面积上，此液压力与左端弹簧力相抗衡。当A口压力上升到弹簧设定值后，阀芯左移进入控制状态，并将A口压力保持在设定值上。,202,当作用于执行元件上的外力增加导致A口压力升高时，阀芯将进一步左移压缩弹簧，导致台肩8打开另一条油流路径，则A口的油通过这一路径充分流回油箱，阻止A口压力进一步升高。,203,注意：弹簧腔的油始终通过T或Y口排回油箱。为使从A口到P口自由流动，可选择安装单向阀5。压力表接口1允许选装压力表以测取二次压力（A口压力）。,204,阀外形,2、先导式减压阀 阀口同样是常开的。油口A的压力作用在主阀下端，同时通过4作用在上端弹簧腔，再经过

47、5作用导阀球6上。此外这个油压通过7、油道8、单向阀9也作用在阀球6上。,205,阀外形,当A口压力高于弹簧11设定值时，阀6打开，控制油流从弹簧腔12通过阻尼孔5、球阀6出Y口到油箱。此时主阀在压差力作用下上移，阀口趋于关闭。当主阀芯处于力平衡状态时，阀口A的压力保持在弹簧11的调定值上。,206,3、定差减压阀 高压油经节流口减压后以低压流出，同时低压油经阀芯中心孔将压力传到阀芯左腔，其进出口油压在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力向平衡。定差减压阀通常与节流阀组合成调速阀，可使其节流阀两端压差保持恒定，使通过节流阀的流量基本不受外界负荷变动的影响。,207,机床液压夹紧机构减压回路,4、

48、减压阀的应用 一般用在需减压或稳压的工作场合。例：机床液压夹紧机构减压回路 单向阀3的作用：在工作油路的压力降低到小于减压阀调定压力时，使夹紧油路和工作油路隔开，实现短时间(换向滑阀存在微泄漏）保压。,二级减压回路阀2的调定压力值一定要低于阀1的调定压力值。当减压回路中的执行元件需减速时，调速元件应放在减压阀的后面，以免减压阀泄漏影响速度控制。,209,四、压力继电器,210,液电信号转换元件，将压力信号转变为电信号。当控制油压达到调定值时，便触动电气开关发出信号，控制电气元件动作，实现泵的加载或卸载、执行元件顺序动作、系统安全保护和元件动作连锁等。1、组成 压力位移转换装置 微动开关 2、种

49、类 柱塞式、膜片式、弹簧管式、波纹管式等,211,柱塞式压力继电器,柱塞式压力继电器工作原理 柱塞5所受的液压推力传递给推杆4，与作用在推杆4反向弹簧力抗衡。当液压力达到弹簧设定值时，推杆推动微动开关，发出开或关的电信号。,212,3、性能指标 1）调压范围 即发出电信号的最低和最高工作压力之间的范围。工作压力可通过拧动调节螺钉或螺母进行调整。2）通断返回区间 压力继电器开启压力和闭合压力之差。开启压力：进口压力升高使其发出信号时的压力。闭合压力：进口压力降低切断电信号时的压力。开启压力要大于闭合压力。通断返回区间要有足够的数值，否则，系统有压力波动时，压力继电器发出的信号会时断时续。,213

50、,4.4 流量控制阀,一、节流阀 1、节流阀流量特性 节流口流量方程（）1）节流阀的流量稳定性 决定于节流阀的节流口的结构形式。压差的影响、温度变化的影响、节流口堵塞影响 2）节流阀的最小稳定流量 节流阀正常工作（无断流且流量变化不大于10%）的最小流量限制值，与节流孔的形状有很大关系。,214,3）节流口主要结构形式,锥阀口,周向三角槽,中空阀芯周向切缝,组合刃孔,轴向三角槽,215,2、常用节流阀结构与原理,216,1、普通节流阀,针阀式,217,节流阀,针阀式,218,锥阀式,219,锥阀式双单向节流阀 油流从A1经由阀芯3.1和阀座2构成的节流面积1到达A2口，同时A1的压力通过孔5作