為了適應工作機構，以及操縱、控制性能的要求，必須在原動機和工作機構之間設置傳動裝置。原動機輸出的扭矩和轉速范圍有限工作機構的輸出扭矩（力）和輸出轉速（速度）變化范圍較寬的要求原動機傳動裝置工作機構傳動的方式介質不同機械傳動電氣傳動液壓傳動氣壓傳動機械傳動：通過齒輪、齒條、皮帶、鏈條等機件傳遞動力和進行控制的一種傳動方式。它是發展最早、應用最為廣泛的傳動方式。電力傳動：利用電力設備，通過調節電參數來傳遞動力和進行控制的一種傳動方式。液體傳動：以液體為工作介質來進行能量傳遞和控制的一種傳動方式。按其工作原理的不同又可分為液力傳動和液壓傳動。液力傳動是基于流體力學的動量矩原理，主要是以液體動能來傳遞動力，故又稱為動力式液體傳動。液壓傳動是基于流體力學的帕斯卡原理，只要是用液體靜壓能來傳遞動力，故又稱為靜液傳動。氣壓傳動：是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞和控制的一種傳動方式。1.液壓傳動的起源及發展概況

液壓傳動與控制起源于1653年法國人帕斯卡提出的靜壓傳動原理——帕斯卡原理，即“作用在封閉液體上的壓力，可以無損失地傳遞到各個方向，并與作用面保持垂直”。帕斯卡原理描述了封閉的液體在傳遞動力、放大力和控制運動中的應用。

1750年，伯努利提出能量守恒即“伯努利定律”。

這兩個定律奠定了流體靜壓傳動的理論基礎。

1795年，第一臺水壓機問世。

1905年，水改為油，對液壓傳動具有劃時代的意義。

1906年，開拓了液壓傳動應用于工業各個領域。

第二次世界大戰期間

20世紀70年代，液壓傳動已成為“工業的肌肉”。

至今，液壓工業已成為現代裝備制造工業的一個重要組成部分。0.1液壓與氣壓傳動的起源及發展概況0.1液壓與氣壓傳動的起源及發展概況2.氣壓傳動的起源及發展概況

氣動（Pneumatic）是“氣壓傳動與控制”的簡稱，氣動技術是實現各種生產控制、自動控制的重要手段之一。

1776年JohnWikinson發明的能產生1個大氣壓左右的空氣壓縮機。20世紀30年代初，氣動技術成功地應用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。20世紀60年代尤其是70年代初，隨著工業機械化和自動化的發展，氣動技術才廣泛應用在生產自動化的各個領域，形成了現代氣動技術。1.液壓傳動的工作原理

（1）液壓傳動是依靠運動著的液體的壓力能來傳遞動力的。它與依靠液體的動能來傳遞動力的“液力傳動”不同。（2）液壓系統工作時，液壓泵將機械能轉變為壓力能，執行元件（液壓缸）將壓力能轉變為機械能。（3）液壓傳動系統中的油液是在受調節、受控制的狀態下進行工作的，液壓傳動與控制難以截然分開。0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.1液壓與氣壓傳動的基本原理1.液壓傳動的工作原理（4）液壓傳動系統必須滿足它所驅動的機床部件（工作臺）在力和速度方面的要求。（5）液壓傳動需有工作介質。液壓傳動是以液體作為工作介質來傳遞信號和動力的。0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.1液壓與氣壓傳動的基本原理0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成2.氣壓傳動的工作原理

氣壓傳動與液壓傳動的基本工作原理是相似的。

它利用空氣壓縮機將原動機（電動機、內燃機等）輸出的機械能轉變為空氣的壓力能，然后在控制元件的控制及輔助元件的配合下，利用執行元件把空氣的壓力能轉變為機械能，從而完成直線或回轉運動并對外作功。0.2.1液壓與氣壓傳動的基本原理0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.2液壓與氣壓傳動的組成（1）動力元件。（2）控制調節元件。（3）執行元件。（4）輔助元件。（5）工作介質。0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.3液壓與氣壓傳動的圖形符號0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.3液壓與氣壓傳動的圖形符號

（1）液壓泵圖形符號。由一個圓加上一個實心三角以及圓外的旋轉運動方向來表示，三角尖向外，表示油液的方向。圖0-4中旋轉方向為單向箭頭，表示單向旋轉；若為雙向箭頭，則表示雙向旋轉。圖0-4中無斜向穿過圓的箭頭表示該泵為定量泵，若有箭頭則為變量泵。

（2）換向閥圖形符號。為改變油液的流動方向，換向閥的閥芯位置要變換，它一般可變動2～3個位置；閥體上的通路數根據需要也不同。根據閥芯可變動的位置數和閥體上的通路數，可組成“×位×通”換向閥。其圖形意義為：①換向閥的工作位置用方格表示，有幾個方格即表示幾位閥。②方格內的箭頭符號表示油液的連通情況，不表示油液的流動方向，“T”表示油液被閥芯閉死的符號。這些符號在一個方格內和方格的交點數，即表示閥的通路數。③方格外的符號為操縱閥的控制符號。控制形式有手動、機動、電動和液動等。0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.3液壓與氣壓傳動的圖形符號

（3）壓力閥圖形符號方格相當于閥芯，方格中的箭頭表示油液的通道，兩側的直線代表進出油管。圖0-4中的虛線表示控制油路，壓力閥就是利用控制油路的液壓力與另一側彈簧力相平衡的原理進行工作的。

（4）節流閥圖形符號兩圓弧所形成的縫隙即為節流孔道，油液通過節流孔使流量變化。圖0-4中節流閥的箭頭表示節流孔的大小可以改變，稱為可調節流閥，也表示通過該閥的流量是可以調節的。

繪制液壓系統圖時規定：圖中液壓元件的圖形符號應以元件的靜止狀態或零位來表示。0.2液壓與氣壓傳動的基本原理及組成0.2.3液壓與氣壓傳動的圖形符號0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.1液壓與氣壓傳動的特點1.液壓傳動的特點（1）主要優點

（1）液壓傳動的各個元件，可根據需要方便、靈活地來布置。（2）重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快。（3）操縱控制方便，可實現大范圍的無級調速（調速范圍達2000：1）。（4）可自動實現過載保護，實用安全可靠，不會因過載造成元件損壞。（5）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。（6）很容易實現直線運動。（7）容易實現機器的自動化，特別是采用機、電、液聯合控制后，不僅可實現更高程度的自動控制過程，而且可以實現遙控。（8）由于液壓元件已經實現標準化、系列化和通用化，故液壓傳動系統的設計、制造、維修過程都大大簡化，從設計到投入使用的周期短。0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.1液壓與氣壓傳動的特點1.液壓傳動的特點（2）主要缺點

（1）由于液體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。（2）液壓傳動中的泄漏會影響執行元件的準確性。（3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感。（4）造價較高；同時，由于液壓元件相對運動件之間的配合間隙很小，所以，對工作介質的污染比較敏感，需要較好的工作環境。（5）故障診斷困難。0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.1液壓與氣壓傳動的特點2.氣壓傳動的特點（1）主要優點

（1）工作介質為空氣，可以從大氣中取得，同時，用過的空氣可直接排放到大氣中去，不會污染環境。（2）空氣的黏度很小，所以流動阻力小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應（空壓站）和遠距離輸送。（3）壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.3～0.8MPa）。因此，對氣動元件的材料和制造精度要求較低。（4）空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會發生燃燒或爆炸。且溫度變化時，空氣的黏度變化極小，故不會影響傳動性能。（5）氣動系統維護簡單，管道不易堵塞，也不存在介質變質、補充、更換等問題。（6）環境適應性好，特別是在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣環境中，比液壓、電子、電氣傳動和控制優越。（7）氣體壓力具有較強的自保持能力，即使壓縮機停機，氣閥關閉，但裝置中仍然可以維持一個穩定的壓力。（8）氣動裝置結構簡單，成本低，維護方便，過載時能自動保護。0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.1液壓與氣壓傳動的特點2.氣壓傳動的特點（2）主要缺點

（1）氣壓傳動裝置中的信號傳遞速度限制在聲速（約340m/s）范圍內，所以它的工作頻率和響應速度遠不如電子裝置，并且信號要產生較大的失真和延滯，也不便于構成較復雜的回路，但對一般的機械設備，工業生產過程氣動信號的傳遞速度是能滿足工作要求的。（2）空氣的壓縮性比較大，因此氣動裝置的動作穩定性較差，外載變化時，對工作速度的影響較大。（3）由于工作壓力低，氣動裝置的輸出力或力矩受到限制。在結構尺寸相同的情況下，氣壓傳動裝置比液壓傳動裝置輸出的力要小得多。氣壓傳動裝置的輸出力不宜大于10～40KN，且傳動效率低。

（4）噪音較大，尤其是在排氣時需加消聲器。0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.2液壓與氣壓傳動的應用0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.2液壓與氣壓傳動的應用

氣壓傳動的應用也相當普遍，許多機器設備中都裝有氣壓傳動系統。在工業各個領域，如機械、電子、鋼鐵、車輛、制造、橡膠、紡織、化工、食品、包裝、印刷和煙草領域等，氣壓傳動技術已成為其基本組成部分。在尖端技術領域（如核工業和宇航）中，氣壓傳動技術也占據著重要的地位。0.3液壓與氣壓傳動的特點、應用及發展趨勢0.3.3液壓與氣壓傳動的發展趨勢1.液壓傳動的發展趨勢1）能耗2）主動維護3）機電一體化4）可靠性和性能穩定性5）污染控制6）環境的適應性2.氣壓傳動的發展趨勢1）小型化、高性能2）多功能化3）集成化4）網絡化、智能化5）節能、環保、綠色0.4《液壓與氣壓傳動》課程內容及學習要求1.《液壓與氣壓傳動》課程內容2.《液壓與氣壓傳動》學習要求0.5工程實例0.5.1液壓千斤頂0.5工程實例0.5.2

簡易氣動機械手0.5工程實例0.5工程實例液壓傳動篇第1章液壓傳動基礎知識第2章液壓傳動動力元件第3章液壓傳動執行元件第4章液壓傳動控制元件第5章液壓傳動輔助元件第6章液壓傳動基本回路第7章液壓傳動系統分析與設計氣壓傳動篇第8章氣壓傳動基礎知識第9章氣源裝置與氣動元件第10章氣壓傳動基本回路第11章氣壓傳動系統分析與設計液壓傳動的工作介質液體靜力學液體動力學液體流動時的能力損失孔口和縫隙流動液壓沖擊和氣蝕現象流體力學的研究對象是流體，研究流體的宏觀運動、平衡規律及流體與固體的相互作用。液壓流體力學是流體力學的一個組成部分，是研究液體靜止和運動時的力學規律，以及應用這些規律解決液壓技術中工程計算等問題的學科。液體所具有的特性：（1）連續性：液體是一種連續介質，這樣就可以把液體的運動參數看作是時間和空間的連續函數，并有可能利用解析數學來描述它的運動規律。（2）不抗拉：由于液體分子與分子間的內聚力極小，幾乎不能抵抗任何拉力而只能承受較大的壓應力，不能抵抗剪切變形而只能對變形速度呈現阻力。（3）易流性：不管作用的剪力怎樣微小，液體總會發生連續的變形，這就是液體的易流性，它使得液體本身不能保持一定的形狀，只能呈現所處容器的形狀。（4）均質性：液體的密度是均勻的，物理特性是相同的。1.1液壓傳動的工作介質工作介質在液壓系統中的主要作用是：①傳遞能量；②潤滑；③將熱量及污染物帶走。液壓系統使用的工作介質種類較多，大體可分為：石油基液壓油、抗燃液壓液和水（海水或淡水）三大類，其中石油基液壓油最為常用。

1.1.1液壓傳動工作介質的種類1.1液壓傳動的工作介質1.1.1液壓傳動工作介質的種類類型名稱組成特性適用場合石油基液壓油L-HH液壓油無添加劑的石油基液壓油氧化穩定性、低溫性能、防銹性較差。不重要的液壓系統。L-HL普通液壓油HH+抗氧化、抗腐、抗泡、抗磨、防銹等添加劑、良好的防銹性、抗氧化性、抗泡性和對橡膠密封件的適應性、高精密機床或要求較高的中、低壓系統。L-HR高黏度指數液壓油HL+增黏、油性等添加劑良好的黏溫特性及抗剪切安定性，黏度指數達175以上。較好的潤滑性，可有效的防止低速爬行和低速不穩定現象。環境溫度變化較大的低壓系統。數控精密機床及高精度坐標鏜床的液壓系統。L-HM抗磨液壓油HL+抗磨劑良好的抗磨、潤滑、抗氧化及防銹性。高壓、高速工程機械和車輛液壓系統L-HV低凝液壓油HM+增黏、降凝等添加劑低溫下有良好的啟動性能，正常溫度下有很好的工作性能，黏度指數在130以上。良好的抗剪切性能。低溫地區的戶外高壓系統。環境溫度變化較大的中、高壓系統。L-HG液壓-導軌油HM+油性劑用于導軌潤滑時具有良好的防爬性能。機床液壓和導軌潤滑合用的系統。1.1液壓傳動的工作介質1.1.1液壓傳動工作介質的種類抗燃液壓液L-HFAE水包油乳化液水（90％-95％）+基礎油（5％-10％）+乳化、防銹、助溶、防霉、抗泡等添加劑微小油滴均勻分布在水中，潤滑性、黏溫特性、低溫性差。良好的阻燃性和冷卻性。具有較高的飽和蒸汽壓及pH值。對潤滑性、黏溫特性要求不高的低壓系統，如液壓支架、水壓機系統。系統所用液壓泵的轉速不宜超過1200rpm。L-HFB油包水乳化液水（40％）+基礎油（60％）+乳化、抗磨、防銹、抗氧化、抗泡等添加劑既具有石油基液壓油的良好特性，又具有抗燃性。對金屬材料和密封材料無特殊要求。對于抗燃性、潤滑性、防銹性均有要求的液壓系統。使用溫度不超過65℃。L-HFAS高水基抗然工作液水（95％）+抗磨、防銹、抗腐、乳化、抗泡、增黏等添加劑（5％）成本低；特別良好的抗燃性；良好的冷卻性。黏溫特性、潤滑性差。對潤滑性和黏溫特性要求不高，但是對抗燃性要求特別高的液壓系統。L-HFC水-乙二醇液水（35％-55%）+乙二醇+增稠、抗氧化、抗泡、防銹、抗磨、防腐等添加劑良好的黏溫特性、黏度指數高（130-170）；良好的抗燃性；凝點低（-50℃）；與大多數金屬材料相適應。要求防火的中、低壓系統，以及在低溫下使用的液壓系統。使用溫度為-18℃-65℃。L-HFDR磷酸酯液無水磷酸酯+增稠、抗氧化、抗泡、防銹、抗磨等添加劑優良的抗燃性；良好抗氧化性和潤滑性；可在高壓下使用；價格昂貴；有毒性；與多種密封材料（如丁氰橡膠、氯丁橡膠等）相容性差抗燃性要求很高的中、高壓系統；使用溫度范圍可達-45℃-135℃；與丁基膠、乙丙膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等均可相容。1.1液壓傳動的工作介質1.1.1液壓傳動工作介質的種類水海水海水無可燃性；優良的環保性。潤滑性、抗磨性、防銹性差；需要專門材質（如海軍黃銅、陶瓷等）的液壓元件；元件制造工藝要求高；系統效率較低。海上鉆井平臺、潛艇、軍艦、水下機器人等的液壓系統。淡水（純水）淡水、自來水無可燃性；優良的環保性。潤滑性、抗磨性、防銹性差；需要專門材質（如海軍黃銅、陶瓷等）的液壓元件；元件制造工藝要求高；系統效率較低。對環保要求高的系統；不允許有油液泄露的液壓設備（如食品機械、印刷機械、制藥機械等）1.1液壓傳動的工作介質1.1.2液壓油的主要物理性質密度

單位體積液體的質量稱為液體的密度。體積為Ｖ，質量為ｍ的液體的密度為

礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增大，但變動值很小，可以認為是常值。我國采用20℃時的密度作為油液的標準密度。

1.1液壓傳動的工作介質1.1.2液壓油的主要物理性質2.黏性液體在外力作用下，液層間作相對運動時產生內摩擦力的性質，稱為黏性。摩擦阻力是液體黏性的表現形式。黏性是液體固有的物理特性，但是液體只有在流動(或有流動趨勢)時才會呈現出黏性，靜止的液體是不呈現黏性的。

黏性是油液的基本屬性，對液壓元件的性能和系統的工作特性有極大影響。黏性也是選擇液壓用油的重要依據1.1液壓傳動的工作介質1.1.2液壓油的主要物理性質（1）牛頓內摩擦定律（N）

1.1液壓傳動的工作介質1.1.2液壓油的主要物理性質（2）黏性的度量黏性的大小用黏度來表示。黏度可用動力黏度、運動黏度和相對黏度三種形式來量度。①動力黏度

也稱絕對黏度，是指液體在單位速度梯度下流動時單位面積上產生的內摩擦力。

②運動黏度

油液的動力黏度與密度之比，即③相對黏度

也稱條件黏度，是使用特定的黏度計在規定條件下可直接測量的黏度。我國采用的相對黏度為恩氏黏度（m2/s）

1.1液壓傳動的工作介質1.1.2液壓油的主要物理性質油液的黏性與壓力、溫度的關系

一般而言，油液所受壓力增大，其黏性變大，在高壓時，壓力對黏性的影響表現尤為突出，而在中、低壓時并不顯著。

油液黏性對溫度十分敏感。當油液溫度升高時，黏性下降，這種影響在低溫時更為突出。1.1液壓傳動的工作介質1.1.2液壓油的主要物理性質3.壓縮性液體體積隨壓力的變化而變化。在一定溫度下，每增加一個單位壓力，液體體積的相對變化值，稱為液體的壓縮性。壓縮性大小用壓縮系數表示，即

在液壓傳動中，常以液體的體積彈性系數K（也稱體積彈性模量），即的倒數來表示油液的壓縮性：1.1液壓傳動的工作介質1.1.3液壓油的選用液壓系統對液壓油的要求：（1）具有良好的黏溫特性及適宜的黏度。（2）具有良好的潤滑性能。（3）空氣分離壓、飽和蒸汽壓要低；閃點、燃點要高；凝點要低。（4）具有良好的化學穩定性，即對熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩定性，在高溫下與空氣長時間接觸以及高速通過縫隙后仍能保持原有的化學成分不變。（5）具有良好的防腐蝕性，不腐蝕金屬及密封材料。（6）對人體無害，質地純凈。

1.1液壓傳動的工作介質1.1.4液壓油的污染及其控制

1965年，美國國家流體協會就做出了“液壓系統的故障至少有75%是由于油液的污染所造成”的結論。

污染問題直接影響著液壓系統的使用壽命。

如何正確使用與維護液壓系統，有效地控制污染，保證油液的清潔，是液壓系統日常維護和使用中的一項重要工作，也是確保液壓系統安全可靠運行的關鍵。1.1液壓傳動的工作介質固體污染物：主要有金屬切屑、毛刺、硅砂、磨料、焊渣、銹片、添加劑、粉塵、沙粒，纖維物、氧化生成物和灰塵等固體顆粒。液體污染物：一般包括不符合系統要求的油液（新舊油及異種油的交叉污染）、水、涂料和氯及其鹵化物等。氣體污染物：主要是混入系統中的空氣。1.液壓污染物的種類1.1.4液壓油的污染及其控制1.1液壓傳動的工作介質1.1.4液壓油的污染及其控制2.污染產生的原因及危害污染產生的原因：（1）液壓油本身的變質所產生的粘度變化和酸值變化；（2）外界污染物混入液壓油內（包括制作、安裝過程中潛伏在液壓系統內部的污染物；或者在液壓系統工作過程中產生的污染物）。

1.1液壓傳動的工作介質1.1.4液壓油的污染及其控制污染帶來的危害：（1）使節流閥和壓力阻尼孔時堵時通。（2）使得液壓泵及馬達、閥組等元件的運動副磨損加劇。（3）混入液壓油中的水分會導致液壓油變質老化。（4）使吸油過濾器嚴重阻塞。（5）污物進入滑閥間隙，可能使滑閥卡住。（6）影響潤滑性能。（7）影響環保效益。2.污染產生的原因及危害1.1液壓傳動的工作介質1.1.4液壓油的污染及其控制3.污染的控制常用的液壓油清潔度等級標準有：

GB/T14039一93（等效于ISO/DIS4406）

NAS1638污染度等級標準。污染控制的措施：★液壓油污染的控制★液壓系統在制作、安裝過程中的污染控制★液壓系統在使用過程中的污染控制

1.1液壓傳動的工作介質1.1.4液壓油的污染及其控制3.污染的控制一般液壓油清潔度的要求：★在大間隙、低壓液壓系統中，采用NAS10-NAS12，大約相當于ISO19/16-ISO21/18。這表示每毫升油液中≥5μm的顆粒數大約在2500～20000之間；每毫升油液中≥15μm的顆粒數大約在320～2500之間。★在普通中、高壓液壓系統中，采用NAS7-NAS9，大約相當于ISO16/13-ISO18/15。這表示每毫升油液中≥5μm的顆粒數大約在320～2500之間；每毫升油液中≥15μm的顆粒數大約在40～320之間。★在敏感及伺服、高壓液壓系統中，采用NAS4-NAS6，大約相當于ISO13/10-ISO15/12。這表示每毫升油液中≥5μm的顆粒數大約在40～320之間；每毫升油液中≥15μm的顆粒數大約在5～40之間。1.2液體靜力學1.2.1靜壓力及其特性質量力作用在液體所有質點上的力，其大小與受作用的液體質量成正比。作用在液體上的力表面力作用在所研究液體的外表面上，并與液體表面積成正比的力。

1.2液體靜力學1.2.1靜壓力及其特性

靜壓力總是沿著液體作用面的內法線方向，即靜壓力總是垂直于受壓面

液體靜壓力的基本特性

液體中任一點靜壓力的大小與作用面的方位無關。

1.2液體靜力學1.2.2靜力學基本方程圖1-3重力作用下的靜止液體靜力學分析靜力學基本方程

式中，p為靜止液體中任意點的壓力；p0為液面壓力；h為液體中任意點到液面的距離，稱為淹沒深度；為液體密度1.2液體靜力學1.2.2靜力學基本方程1靜止液體內任一點的靜壓力p由液面壓力p0。和重力引起的壓力ρgh兩部分組成。2靜止液體內的壓力p隨淹沒深度h的增加按線性規律遞增，斜率由液體的密度ρ決定3在重力作用下，液體內任意點的壓力與所處位置有關，在同一深度處的靜壓力相等；壓力相等的所有點組成的面叫做等壓面1.2液體靜力學1.2.3壓力表示法1單位面積上的作用力，采用國際單位：帕(Pa=N／m2)

2工程大氣壓(at)3液柱高，如米水柱(mH2O)、毫米汞柱(mmHg)等壓力單位常采用下面三種形式：以上三種形式的壓力單位換算關系為：1at=105Pa=0.1MPa=10mH2O=735.5mmHg1.2液體靜力學1.2.3壓力表示法絕對壓力、相對壓力和真空度

以絕對零值為基準測得的壓力稱為絕對壓力

以當地大氣壓力為基準測得的壓力稱為相對壓力絕對壓力低于大氣壓力則稱為真空，并以真空度來表示

相對壓力＝絕對壓力－大氣壓力1.2液體靜力學1.2.4帕斯卡原理在密閉容器內，施加在靜止液體邊界上的壓力可以等值地向液體內所有方向傳遞。各類液壓機就是帕斯卡原理的具體工程應用

圖1-6帕斯卡原理的示意圖1.2液體靜力學1.2.5靜止液體對固體壁面的作用力1．液體對平面的作用力2．液體對曲面的作用

靜止液體作用在曲面上某一方向的分力，等于液體靜壓力與曲面在該方向的垂直平面上的投影面積的乘積。靜止液體對平面的作用力等于靜壓力與平面面積的乘積，其作用點在平面形心處，方向垂直于平面。

1.2液體靜力學1.2.5靜止液體對固體壁面的作用力例2冷軋機支承輥平衡系統

例1

靜止油液對錐閥芯的作用力計算1.3液體動力學1.3.1基本概念理想液體及定常流動流動液體的壓力

流量、平均流速跡線、流線、過流斷面流量及平均流速1.3液體動力學1.3.2連續性方程圖1-10流體在管中定常流動

=常數

1.3液體動力學1.3.3伯努利方程1．理想液體的伯努利方程理想液體伯努利方程的物理意義：理想流體在定常流動時，各截面上具有的總機械能由位能、壓力能和動能組成，三者可相互轉化但三者之和保持不變。

1.3液體動力學1.3.3伯努利方程2．實際液體的伯努利方程實際液體在管道中流動時，流速在過流斷面上的分布不是均勻的，如果用平均流速來表示動能，則需引入動能修正系數，層流時=2，紊流時=1；同時由于黏性的存在，流動過程中要消耗一部分能量，即存在能量損失項

1.3液體動力學1.3.3伯努利方程應用伯努利方程時的注意事項：（1）z和p是指所取過流斷面同一點上的兩個參數。（2）液流應是定常流動，不可壓縮，均質，且僅受重力作用。（3）列方程所需的兩個過流斷面，一個應取在條件已知處，另一個應取在需要求解的參數處。（4）流量在兩個過流斷面之間沿程不變，即沒有分流。（5）適當地選取基準面，可使得列出的方程更加簡潔。一般取液平面為基準面，這時p一般等于大氣壓，平均流速可約取為零。（6）各斷面上的壓力應取同一種表示法。壓力小于大氣壓時，則表壓力為負值，但用真空度表示時要寫正值。如絕對壓力為0.03MPa，則表壓力為-0.07MPa，真空度為0.07MPa。（7）不要忘記動能修正系數以及能量損失項1.3液體動力學1.3.4動量方程使用動量方程時的注意事項：（1）與前面的幾個基本方程不同，動量方程是矢量方程。因此，在使用時一般需要將速度、力等矢量分別沿水平和垂直方向分解，在水平及垂直方向上分別列出動量方程。（2）動量方程中的F是在流動液體中所取的控制體積所受的所有外力之和。因此，運動液體對固體壁面的作用力與F的關系是作用力與反作用力的關系。（3）正確地選擇控制體積，可以使動量方程簡化。1.4液體流動時的能量損失1.4.1層流、紊流、雷諾判據

液體質點沒有橫向脈動，互不干擾作定向而不混雜的有層次的運動，稱為層流。

在液體流速大于某一數值后，液體除交錯而又混亂的沿某一方向運動外，還有一個脈動的橫向速度，這種運動稱為紊流。

液體在管道內流動時存在層流和紊流兩種流動狀態，不同流態對能量損失的影響也不相同。1.4液體流動時的能量損失1.4.1層流、紊流、雷諾判據

液體是作層流運動還是作紊流運動，與流速、管徑及液體的黏性有關。雷諾歸納出一個綜合量——雷諾數Re來判斷液體的運動狀態。雷諾數是液體慣性力與黏性力之比的無量綱數。當雷諾數Re<Rer時，為層流；

當雷諾數Re>Rer

時，為紊流。Rer稱為臨界雷諾數例如，在光滑金屬圓管中，Re<2000~2320為層流；Re>2000~2320為紊流。

1.4液體流動時的能量損失1.4.1層流、紊流、雷諾判據對于圓形斷面管：

DH=d(管道內徑)對于非圓形斷面管：流道過流斷面形狀例如，過流斷面是內、外直徑分別為d及D的環形，則開度為x的滑閥閥口

1.4液體流動時的能量損失1.4.2沿程能量損失沿程能量損失計算公式：

液體在等徑直管內，沿流動方向各流層之間的內摩擦而產生的能量損失稱為沿程能量損失。

它主要取決于管道長度l、管徑d、液體流速，液體黏度以及液體在管中的流動狀態。、式中，hl為以液柱高表示的沿程能量損失；為液體密度；g為重力加速度；為沿程壓力損失系數，不同的流態，有不同的值1.4液體流動時的能量損失1.4.2沿程能量損失圓管層流時沿程能量損失系數的選取：（1）水的層流運動：（2）金屬管中油的層流運動：（3）橡膠軟管中油的層流運動：1．圓管層流運動的能量損失

1.4液體流動時的能量損失1.4.2沿程能量損失2．圓管紊流運動的能量損失實驗證明，在紊流狀態下，沿程壓力損失系數不僅與雷諾數Re有關，而且還與管道內壁的表面粗糙度有關。

-管道內壁表面絕對粗糙度的平均值

-近壁層流層的厚度

1.4液體流動時的能量損失1.4.2沿程能量損失圓管紊流時沿程能量損失系數的選取：（1）對于同一根管道，同樣的工作液體，根據流動狀態的不同，這根管道可能為紊流光滑管也可能為紊流粗糙管：（2）所有紊流時的沿程能量損失系數的計算公式都是在實驗基礎上歸納的經驗公式。1.4液體流動時的能量損失1.4.3局部能量損失

液體在流動中，由于遇到局部障礙而產生的阻力損失，稱為局部能量損失。

局部壓力損失計算公式：

式中，hm為以液柱高表示的局部能量損失；g為重力加速度；為局部壓力損失系數，為液體過流斷面上的平均速度局部能量損失系數一般根據實驗值選取1.4液體流動時的能量損失1.4.4管路系統總能量損失

管路系統中總能量損失等于所有支管的沿程能量損失和所有局部裝置產生的局部能量損失之和。即

1.5孔口和縫隙流動1.5.1小孔出流及節流特性方程1.5孔口和縫隙流動1.5.1小孔出流及節流特性方程薄壁孔口孔口的長徑比l／d0≤0.5時，稱為薄壁孔口，如圖2-24a所示，其特點如下。(1)收縮在孔外C—C處，即斷面2—2就是收縮斷面C—C，(2)無沿程損失，只有進口處的局部損失。厚壁孔口當小孔長徑比0.5<l／d0≤4時，稱為厚壁孔（短管），如圖2-24b所示，其特點如下。(1)收縮在孔內，對出口而言，Cc=A2/A0=1；(2)局部能量損失包括進口損失和收縮以后的擴散損失兩部分；(3)l0段為沿程損失。細長孔小孔長徑比l／d0>4時，稱為細長孔。液流通過細長孔的流動為層流運動

1.5孔口和縫隙流動1.5.1小孔出流及節流特性方程節流特性方程式中：A為節流器的通流面積。△p是節流器前后的壓力差。m是由節流器形狀決定的指數。薄壁小孔時m=0.5，細長孔時m=1，厚壁孔時0.5＜m＜1。k是與節流器形狀、尺寸和液體性質相關的節流系數。薄壁小孔時細長孔時

1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動縫隙高度相對其長度和寬度而言要小很多縫隙流動通常屬于層流范疇

液體在兩個邊界壁面所夾著的狹窄空間內的流動，稱為縫隙流動。

縫隙流動具有如下兩個特點：1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動1.平行平板縫隙流動(1)壓差流動兩固定平行壁面間壓差流動的流量ql與縫隙高度的三次方成正比，可見縫隙大小對泄漏量影響極大。

1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動(2)剪切流動1.平行平板縫隙流動1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動1.平行平板縫隙流動(3)壓差與剪切聯合作用下的混合縫隙流動

1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動2.圓柱環狀縫隙流動(1)同心環狀縫隙流動

1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動2.圓柱環狀縫隙流動(2)偏心環狀縫隙流動

為偏心比。從上式可以看出，偏心只對壓差流動有影響，而對剪切流動無影響。q

1.5孔口和縫隙流動1.5.2縫隙流動3．平行圓盤縫隙流動

液體經中心孔沿徑向向四周流出(源流)，或者從四周徑向流入中心(匯流)，這兩種情況都稱為平行圓盤縫隙流動。因為液體沿徑向流動，所以又稱為軸對稱流動，它具有平行平板縫隙流動的所有特點。

1.6液壓沖擊和氣蝕現象1.6.1液壓沖擊

液壓系統中，由于某一元件工作狀態突變而引起油壓瞬時急劇上升，產生很高的壓力峰值，出現沖擊波的傳遞過程，這種現象稱為液壓沖擊。

1．物理本質

2．沖擊壓力

3．液壓沖擊波的傳遞速度c為壓力波傳遞速度，即聲速

Ke為管道有效體積彈性系數

1.6液壓沖擊和氣蝕現象1.6.1液壓沖擊減小液壓沖擊的措施：(1)緩慢開閉閥門以增長關閉油路的時間，或減慢閥芯的換向速度；(2)加大油管直徑以降低液流速度；(3)在系統中設置蓄能器和安全閥；(4)在液壓元件中設置緩沖裝置；(5)采用橡膠軟管吸收液壓沖擊時的能量液壓沖擊的危害：液壓系統在沖擊壓力作用下，將產生劇烈振動、噪音，引起設備如管道、液壓元件及密封裝置等損壞，導致嚴重泄漏，降低使用壽命，還會使某些元件動作失靈造成事故，影響正常工作。特別在高壓、大流量系統中，其破壞性更加嚴重。應采取適當措施來減少液壓沖擊。1.6液壓沖擊和氣蝕現象1.6.2氣穴與氣蝕現象1．氣穴和氣蝕

在液流中，由于壓力降低到有氣泡形成的現象統稱為氣穴現象。

當氣泡隨著流動的液體被帶到高壓區時，氣泡體積急劇縮小或潰滅，并又重新混入或溶于油液中凝結成液體。在氣泡凝結處瞬間局部壓力和溫度急劇上升，產生液壓沖擊，還伴隨有噪音和振動，油氧化變質。如果在反復的液壓沖擊和高溫作用下，在從油液中游離出來的氧氣侵蝕下，管壁或液壓元件表面將產生剝落破壞，這種因氣穴現象而產生的零件剝蝕稱為氣蝕現象。2．氣穴和氣蝕的危害性1.6.2氣穴與氣蝕現象1.6液壓沖擊和氣蝕現象(1)由氣穴現象產生出的大量氣泡，有的會聚集在管道的最高處或通流的狹窄處形成氣塞，使油流不暢，甚至堵塞，從而使系統不能正常工作；(2)系統容積效率降低，使系統性能特別是動態性能變壞；(3)氣蝕會使材料破壞，降低液壓元件的使用壽命。預防氣穴與氣蝕的措施

(1)減小流經節流口及縫隙處的壓力降，一般希望節流口或縫隙前后壓力比小于3.5；(2)正確設計管路，限制泵的吸油口離油面高度；(3)提高管道的密封性能，防止空氣滲入；(4)提高零件的機械強度和降低零件的表面粗糙度，采用抗腐蝕能力強的金屬材料，以提高元件抗氣蝕能力1.7.1帕斯卡原理應用——冷軋機的支承輥平衡系統1.7工程實例圖1-19冷軋機的支承輥平衡系統1.7.2伯努利方程的應用——液壓泵安裝高度確定1.7工程實例圖1-20泵的安裝高度1.7.3動力學基本方程綜合應用——水力清砂高壓水槍1.7工程實例圖1-21水力清砂高壓水槍本章小結【本章小結】1．理解黏性、雷諾數、沿程能量損失、局部能量損失、縫隙流動、液壓沖擊、氣穴與氣蝕等一系列液壓流體力學的基本概念。2．掌握靜力學、連續性、能量、動量、節流特性等5個基本方程的物理概念及其在液壓技術中的應用。液壓泵與液壓馬達的性能參數齒輪泵與齒輪馬達葉片泵與葉片馬達柱塞泵與柱塞馬達液壓泵與液壓馬達的選用2.1液壓泵與液壓馬達的性能參數2.1．1液壓泵與液壓馬達的基本工作原理液壓泵的基本工作原理

液壓泵是依靠其密封工作腔容積大小交替變化的原理來完成吸油、排油工作的，故一般稱為容積式液壓泵。2.1液壓泵與液壓馬達的性能參數2.1．1液壓泵與液壓馬達的基本工作原理2.構成液壓泵的基本條件（1）具有若干個密封工作腔，且可以周期性交替變化。（2）油箱內液體的絕對壓力必須等于或大于大氣壓力。（3）具有相應的配流裝置。2.1液壓泵與液壓馬達的性能參數2.1．1液壓泵與液壓馬達的基本工作原理3.液壓馬達的基本工作原理

液壓馬達是以旋轉運動的方式，將輸入的液壓能轉換成機械能的液壓動力元件，其輸入是具有一定壓力和流量的液體，輸出為所需的轉矩和轉速。2.1液壓泵與液壓馬達的性能參數2.1．1液壓泵與液壓馬達的基本工作原理4.液壓泵與液壓馬達的分類和圖形符號☆按結構分：柱塞式、葉片式和齒輪式☆按排量是否可變分：定量和變量☆按變量調節方式分：手動式和自動式，自動式又分限壓式、恒功率式、恒壓式和恒流式等。☆按自吸能力分：自吸式合非自吸式2.1液壓泵與液壓馬達的性能參數2.1．1液壓泵與液壓馬達的基本工作原理4.液壓泵與液壓馬達的分類和圖形符號2.1液壓泵與液壓馬達的性能參數2.1．2液壓泵的主要性能參數流量：排量、理論流量、實際流量壓力：工作壓力、額定壓力、最高壓力效率：機械效率、容積效率、總效率功率：輸入功率（機械）、輸出功率（液壓）2.1液壓泵和液壓馬達的性能參數2.1．2液壓泵的主要性能參數圖3-2液壓泵的性能曲線2.1液壓泵和液壓馬達的性能參數2.1．3液壓馬達的主要性能參數流量：排量、理論流量、實際流量壓力：工作壓力、額定壓力、最高壓力轉速：理論轉速、實際轉速扭矩：理論扭矩、實際扭矩；輸出扭矩、啟動扭矩效率：機械效率、容積效率、總效率功率：輸入功率（液壓）、輸出功率（機械）滑轉速度2.2齒輪泵與齒輪馬達

齒輪泵結構簡單，制造方便，外形尺寸小，重量輕，造價低，自吸性能好，對油液的污染不敏感，工作可靠。由于齒輪泵中的嚙合齒輪是軸對稱的旋轉體，因此允許轉速較高。齒輪泵的缺點是流量和壓力脈動大，噪聲高，排量不能調節。2.2齒輪泵與齒輪馬達2.2．1外嚙合齒輪泵1.工作原理2.2齒輪泵與齒輪馬達2.2．1外嚙合齒輪泵圖2-4CB—B齒輪泵的結構1-軸承擋圈2-壓蓋3-滾針軸承4-后泵蓋5-鍵6-齒輪7-殼體8-前泵蓋9-螺釘10-壓環11-密封環12-主動軸13-鍵14-泄油孔15-從動軸16-卸荷槽17-定位銷2.2齒輪泵與齒輪馬達2.排量與流量2.2．1外嚙合齒輪泵排量：理論流量：實際流量：2.2齒輪泵與齒輪馬達2.泄漏2.2．1外嚙合齒輪泵泄漏的途徑：齒輪端面與端蓋端面之間的軸向間隙（約占總泄漏量的70％～80％）；齒輪外圓與泵體內表面之間的徑向間隙（約占總泄漏量的12％）；齒輪嚙合處的間隙。2.2齒輪泵與齒輪馬達4.困油現象2.2．1外嚙合齒輪泵2.2齒輪泵與齒輪馬達5.徑向不平衡力2.2．1外嚙合齒輪泵2.2齒輪泵與齒輪馬達6.齒輪泵提高壓力等級的途徑2.2.1外嚙合齒輪泵2.2.2內嚙合齒輪泵2.2齒輪泵與齒輪馬達2.2．3齒輪馬達2.2齒輪泵與齒輪馬達外嚙合漸開線齒輪馬達2.2．3齒輪馬達2.2齒輪泵與齒輪馬達2.2．3齒輪馬達2.2齒輪泵與齒輪馬達內嚙合擺線齒輪馬達2.3葉片泵與葉片馬達

葉片泵具有流量均勻，運轉平穩，噪聲低，體積小，重量輕，易實現變量等優點；缺點是對油液的污染比齒輪泵敏感2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達1.工作原理2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達2.排量與流量排量：實際流量：2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達2.配流盤2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達4.定子曲線2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達5.葉片的傾角2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達6.中高壓雙作用葉片泵2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達6.中高壓雙作用葉片泵2.2.1雙作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達6.中高壓雙作用葉片泵2.2.2單作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達1.工作原理2.2.2單作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達2.排量與流量實際流量：排量：2.2.2單作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達2.變量葉片泵圖2-14內反饋式變量葉片泵的原理1—轉子；2—定子；3—極限流量調節螺釘；4—彈簧；5—調壓螺釘2.2.2單作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達圖2-15外反饋式變量葉片泵的原理1—轉子；2—定子；3—極限流量調節螺釘；4—變量活塞；5—彈簧；6—調壓螺釘2.變量葉片泵2.2.2單作用葉片泵2.3葉片泵與葉片馬達限壓式變量葉片泵的應用場合圖3-24限壓式變量葉片泵的特性曲線

限壓式變量葉片泵適合低壓快速行程和高壓慢速行程的應用場合。當執行元件快速運動時，就需要大流量，工作壓力低，正好使用特性曲線的AB段；當執行元件慢速時，負載壓力升高，需要流量減小，正好使用圖3-24中特性曲線的BC段，因而合理調整轉折點的壓力PB至關重要。2.2.3葉片馬達2.3葉片泵與葉片馬達圖3-25雙作用葉片馬達的工作原理2.3葉片泵與葉片馬達葉片馬達與葉片泵的主要區別葉片底部有彈簧，保證在初始條件下葉片貼近內表面，形成密封容積；泵殼內含有兩個單向閥。進、回油腔的壓力經單向閥選擇后再進葉片底部。葉片槽是徑向的。這是因為液壓馬達需要雙向旋轉之故。2.4柱塞泵與柱塞馬達

柱塞泵可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩大類。軸向柱塞泵因其柱塞的軸線與缸體軸線平行（或基本平行）而得名。徑向柱塞泵柱塞的軸線與缸體的軸線垂直，其軸向尺寸短，徑向尺寸大。2.4．1軸向柱塞泵2.4柱塞泵與柱塞馬達

軸向柱塞泵具有結構緊湊，工作壓力高，高壓下仍能保持較高的效率，容易實現變量等優點，廣泛應用于高壓、大流量、大功率的液壓系統中。軸向柱塞泵的缺點是對油液的污染比較敏感，對材質和加工精