第十七章液壓傳動17.1液壓傳動基本知識

17.2液壓動力元件17.3液壓執行元件17.4液壓控制元件17.5液壓輔助元件17.6液壓基本回路17.7液壓系統應用舉例第十七章液壓傳動學習目標：1.了解主要液壓元件，并熟悉其工作原理；2.掌握液壓基本回路的工作原理；3.能夠識讀基礎液壓傳動系統圖；4.熟悉液壓傳動在汽車中的應用。17.1液壓傳動基本知識17.1.1液壓傳動的工作原理

17.1.2液壓傳動系統的圖形符號及組成17.1.3液壓油17.1.4液壓傳動的力學基礎

17.1.1液壓傳動的工作原理1.液壓傳動是利用密閉容積中受壓液體來傳遞運動和動力的一種傳動方式。

2.液壓傳動的工作原理有以下幾個要點（1）液壓傳動是以密封容積中的有壓液體作為傳遞動力和運動的工作介質。（2）執行元件所能承載的大小與油液壓力和液壓缸活塞有效作用面積有關，它的運動速度取決于單位時間內進入缸內油液容積的多少。（3）液壓傳動裝置本質上是一種能量轉換裝置，液壓泵先把機械能轉換為便于輸送的液壓能，通過液壓回路，執行元件又將液壓能轉換為機械能輸出做功。17.1.2液壓傳動系統的圖形符號及組成1.液壓圖形符號的含義

2.液壓系統的組成

（1）動力元件。一般是液壓泵（2）執行元件。一般指作直線運動的液壓缸、作回轉運動的液壓馬達。（3）控制元件。指各種閥類元件。（4）輔助元件。（5）傳動介質。3.液壓系統的特點17.1.3液壓油液壓傳動是以液體（通常是液壓油）作為工作介質來進行能量傳遞的。1．液壓油的物質性質1）粘性液體在外力作用下流動時，分子間的內聚力要阻止分子間的相對運動，因而產生一種內摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。（1）動力粘度動力粘度的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動時，接觸液層間單位面積上的內摩擦力。（2）運動粘度在相同溫度下，液體的動力粘度和它的密度的比值稱為運動粘度。我國生產的液壓油采用40°C時的運動粘度值（mm2/s）為其粘度等級標號，即油的牌號。2）粘度和溫度的關系油的粘度隨溫度變化的性質稱為油液的粘溫特性。

2．液壓油的選擇為減小油液的泄漏損失，在使用溫度較高、壓力較高或轉速較低時，應采用粘度較大的液壓油；

17.1.4液壓傳動的力學基礎1．壓力在液壓傳動中，習慣將液體的壓強p稱為壓力。液壓缸中的工作壓力p隨外界負載的變化而變化。2．流量單位時間內流過管道某一截面的液體體積稱為體積流量q活塞運動速度的大小由輸入液壓缸的流量來決定。17.2液壓動力元件17.2.1液壓泵的基本概念17.2.2齒輪泵17.2.3葉片泵17.2.4柱塞泵17.2.5液壓泵的使用17.2.1液壓泵的基本概念1.液壓泵的用途和分類液壓泵是液壓傳動系統中的動力元件。它的作用是將原動機輸入的機械能轉化成液壓能，給系統提供具有一定壓力和流量的工作液體。2液壓泵的工作原理17.2.2齒輪泵齒間所形成的密封容積逐漸增大，出現了部分真空，因此油箱中的油液就在大氣壓力的作用下，經吸油管和齒輪泵入口進入吸油腔。隨著壓油腔輪齒的逐漸嚙合，密封容積逐漸減小，油液就被擠出。17.2.3葉片泵1．單作用葉片泵的工作原理這種葉片泵轉子每轉一周，每個工作空間只完成一次吸油和壓油，因此稱為單作用葉片泵。偏心量的改變會引起葉片泵輸油量的相應變化，偏心量增大，輸油量也會隨之增大。單作用式葉片泵是變量液壓泵2.雙作用葉片泵的工作原理定子內表面軸向曲線近似為橢圓，該曲線由四段圓弧和四段過渡曲線所組成。

轉子每轉一周，每個工作空間要完成兩次吸油和壓油，所以稱之為雙作用葉片泵。雙作用式葉片泵的流量不可調，是定量泵。17.2.4柱塞泵柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復運動，使密封容積發生變化來實現吸油與壓油的。泵的輸油量決定于柱塞往復運動的行程長度，也就是決定于斜盤的傾角γ，γ越大，輸油量也就越大。17.2.5液壓泵的使用齒輪泵每一對齒輪嚙合過程中的容積變化是不均勻的，這就形成較大的流量脈動，并產生振動和噪聲。一般只能用于低壓、輕載系統。葉片泵的輸油量均勻，壓力脈動較小，容積效率較高。軸向柱塞泵能在高壓和高轉速下工作，并具有較高的容積效率，因此在高壓系統中應用較多。17.3液壓執行元件17.3.1液壓馬達17.3.2液壓缸17.3.1液壓馬達1.齒輪馬達由于a和b均小于齒高h，所以在兩個齒輪I、Ⅱ上受到的液壓力并不平衡（如圖所示），在這兩個力的作用下，齒輪就可以按圖示方向輸出轉矩2.葉片式液壓馬達由于液壓力的作用而產生的推力差也都形成力矩。這些力矩的方向相同，它們的總和是推動轉子沿順時針方向轉動的總力矩。液壓馬達（或液壓泵）的每轉排油量稱為排量，以V表示，單位為m3／r或cm3／r

17.3.2液壓缸液壓缸將液壓能轉變成直線運動或擺動的機械能1．活塞式液壓缸在無桿腔進油時，因活塞有效面積大，所以速度小，推力大；在有桿腔進油時，因活塞有效面積小，所以速度大，推力小。2.液壓缸差動連接當單桿液壓缸兩腔互通并接入壓力油時，活塞可作差動快速運動。液壓缸的這種油路連接，稱為差動連接。液壓缸的差動連接是在不增加液壓泵流量的情況下實現快速運動的有效方法。17.4液壓控制元件17.4.1液壓控制閥概述17.4.2方向控制閥17.4.3壓力控制閥17.4.4流量控制閥17.4.1液壓控制閥概述液壓閥可分為三大類：方向控制閥，如單向閥、換向閥等；壓力控制閥，如溢流閥、順序閥、減壓閥和壓力繼電器等；流量控制閥，如節流閥、調速閥等。液壓控制閥應滿足以下基本要求。（1）動作靈敏，工作平穩可靠，沖擊、振動和噪聲盡可能小。（2）油液流經閥時的阻力損失要小。（3）密封性要求良好，泄漏量小。（4）結構要簡單緊湊，體積小，通用性強，壽命長。17.4.2方向控制閥方向控制閥在液壓系統中主要是用來連通油路或切換油流的方向，從而控制執行元件的啟動、停止或改變其運動方向。1．單向閥1）普通單向閥：普通單向閥控制油液只能按一個方向流動而反向截止，故稱單向閥。一般單向閥的開啟壓力約在0.035～0.05MPa，用作背壓閥時，開啟壓力一般在0.2～0.6MPa。2）液控單向閥與普通單向閥相比，增加了一個控制油口X當控制油口X處無壓力油通入時，液控單向閥起普通單向閥的作用；當控制油口X通入壓力油時，進、出油口接通，油液可以反向流動。2．換向閥

1）換向閥工作原理滑閥式換向閥是利用閥芯在閥體內做軸向滑動來實現換向作用的。不同的位數和通數是由閥體上的沉割槽和閥芯上臺肩的不同組合而成的2）換向閥圖形符號位數用方格（一般為正方格，五通閥用長方格）數表示；

在一個方格內，箭頭、封閉符號“⊥”或“┳”與方格的交點數為油口通路數，即“通”數。三位閥常態位各油口的連通方式稱為中位機能。3）幾種常見的換向閥電磁換向閥是利用電磁鐵吸力操縱閥芯換位來控制液流方向的控制閥。液動換向閥依靠油壓作用于滑閥閥芯的位置，以實現油路的切換。電液換向閥是由電磁閥和液動閥組合而成。17.4.3壓力控制閥在液壓系統中，壓力控制閥主要用來控制系統或回路的壓力，或利用壓力作為信號來控制其他元件的動作。這類閥工作原理的共同特點是利用作用在閥芯上的液壓力與彈簧力相平衡來進行工作。1.溢流閥溢流閥的主要功用是控制和調整液壓系統的壓力，以保證系統在一定的壓力或安全壓力下工作。1）直動式溢流閥直動式溢流閥是依靠系統中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，以控制閥芯的啟閉動作。2）先導式溢流閥先導閥內的彈簧用來調定主閥的溢流壓力，主閥控制溢流量。2.順序閥順序閥是以壓力為信號自動控制油路通斷的壓力控制閥，常用于控制系統中多個執行元件動作的先后順序。1）直動式溢流閥由于閥出油口接壓力油路，因此其上端彈簧處的泄油口必須另接一油管通油箱，這種連接方式稱為外泄，泄漏油由閥的出油口流回油箱，這種連接方式稱為內泄。2）先導式順序閥順序閥與溢流閥的不同之處是：順序閥的出油口通向系統的另一壓力油路即工作油路，而溢流閥出口接油箱。3.減壓閥1）減壓閥作用和類型減壓閥是利用液流流經縫隙產生壓力降的原理，使得出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥，減壓閥縫隙越小，壓力損失越大，減壓作用就越強。2）減壓閥與溢流閥的主要區別（1）減壓閥利用出口油壓與彈簧力平衡；而溢流閥則利用進口油壓與彈簧力平衡。（2）減壓閥的進、出油口均有壓力，所以彈簧腔的泄油需要從外部單獨接回油箱（稱外部回油）；而溢流閥的泄油可沿內部通道經回油口流回油箱（稱內部回油）。（3）非工作狀態時，減壓閥的閥口常開（為最大開口）；而溢流閥則是常閉的。4.壓力繼電器壓力繼電器是將系統或回路中的壓力信號轉換為電信號的轉換裝置。它可利用液壓力來啟閉電氣觸點發生電信號，從而控制電氣元件（如電機、電磁鐵和繼電器等）的動作，實現電機啟停、液壓泵卸荷等。17.4.4流量控制閥利用改變閥口通流截面的大小或通流通道的長短來改變液阻（液阻即為小孔縫隙對液體流動產生的阻力），以達到調節通過閥口的流量的目的。1.節流閥只適用于負載和溫度變化不大或速度穩定性要求不高的場合2.調速閥調速閥與節流閥的不同之處是帶有壓力補償裝置，調速閥是由定差減壓閥與節流閥串聯而成的組合閥。無論負載如何變化，只要節流閥通流面積不變，液壓缸的速度亦會保持基本恒定。17.5液壓輔助元件液壓傳動系統的輔助裝置包括油管、管接頭、油箱、濾油器、蓄能器、密封元件、冷卻器和熱交換器等。1油管與管接頭2濾油器線隙式過濾器，過濾精度較低，多用于吸液管路和回液管路。燒結式過濾器，過濾精度高，適用于精濾。3．蓄能器蓄能器是儲存壓力油的一種容器。它在系統中的作用是：在短時間內供應大量壓力油，以實現執行機構的快速運動；補償泄露以保持系統壓力；消除壓力脈動；緩和液壓沖擊。4．密封裝置在液壓系統中，密封裝置是用來防止工作介質的泄漏和外界灰塵、氣體等的侵入。17.6液壓基本回路17.6.1方向控制回路17.6.2壓力控制回路17.6.3流量控制回路17.6.1方向控制回路在液壓系統中，利用方向閥控制油液通斷和換向，使執行元件啟動、停止或變換運動方向，稱為方向控制回路。1.啟停回路泵輸出的油液經二位三通電磁閥回油箱，使泵在很低的壓力工況下運轉（稱為卸荷）2.鎖緊回路最簡單的方法是利用三位換向閥的M型或O型中位機能封閉液壓缸兩腔，活塞即被鎖緊。最常用的方法是采用液控單向閥實現鎖緊。

17.6.2壓力控制回路1.調壓回路

多級調壓回路2.減壓回路當某個執行元件或某一支油路所需要的工作壓力低于系統主油路的工作壓力或要求有較穩定的工作壓力時，可采用減壓回路。3.增壓回路

當液壓系統的某一支油路需要壓力較高而流量又不大的壓力油時可采用增壓回路4.保壓回路

使系統在液壓缸不動或僅有微小位移的情況下穩定地維持壓力。5.卸荷回路

當液壓系統中的執行元件停止運動后，液壓泵輸出的油液在低壓下流回油箱，稱為液壓泵的卸荷。1）換向閥卸荷回路用換向閥中位機能的卸荷回路，卸荷方法比較簡單，當壓力較高，流量較大時，容易產生沖擊，故適用于低壓、小流量液壓系統2）復合泵的卸荷回路當工作負載小時，雙泵共同向系統供油，實現輕載快速運動；當工作負載增大時，由泵1單獨向系統供油，實現重載慢速運動。17.6.3速度控制回路1.節流調速回路

利用改變通流截面積大小的方法調節進入執行元件的流量，達到改變執行元件運動速度的目的，稱為節流調速。1）進油節流調速回路溢流閥處于常開狀態，泵的出口壓力恒定。2）旁路節流調速回路在調速過程中，泵的出口壓力基本等于負載壓力，因而效率較高。2.容積調速回路

依靠改變變量泵或變量馬達的排量來調節執行元件運動速度的回路。17.7液壓系統應用舉例1.汽車液壓轉向系統當汽車直線行駛或等半徑轉向行駛時，方向盤不動。液壓缸的兩腔均與回油路相通，液壓缸活塞處于平衡狀態，不起助力作用。左轉方向盤，螺桿隨之向左轉動，滑閥相對閥體向左移動，改變油路通道；當向右打方向盤時，滑閥右移，活塞右移，通過機械裝置作用使車輪右轉。放松方向盤，滑閥在中位彈簧的作用下恢