第二節(jié) 液壓傳動
一、液壓傳動的工作原理
依靠液體壓介質(zhì)的靜壓力來傳遞能量的液體傳動。
液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來傳動的一種傳動方式，它依靠密閉容積的變化傳遞運動，依靠液體內(nèi)部的壓力（由外界負(fù)載所引起）傳遞動力。
液壓裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，隨后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能做功。
二、液壓傳動系統(tǒng)組成
1.動力部分：把機械能轉(zhuǎn)換成油液壓力能，用此壓力推動整個液壓系統(tǒng)工作，如液壓泵；
2.執(zhí)行部分：把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能輸出的裝置，如液壓馬達(dá)、液壓缸等；
3.控制部分：對系統(tǒng)中液體的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制或調(diào)解的裝置，如各種閥；
4.輔助部分：保證液壓系統(tǒng)正常工作的上述三種以外的裝置，如油箱、蓄能器、過濾器等。
三、液壓傳動的優(yōu)缺點
（一）優(yōu)點
1.在輸出功率相同的條件下，體積小，重量輕、布局安裝比較靈活；
2.傳遞運動平穩(wěn)，吸振能力強；
3.操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制和過載保護；
4.液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，便于設(shè)計和推廣。
（二）缺點
1.泄漏不可避免，因此不能實現(xiàn)嚴(yán)格的傳動比；
2.對溫度敏感，在低溫和高溫的環(huán)境下，傳動有一定的困難；
3.液壓元件精度要求高，使用和維修要求高。
【例題·多選題】（2008年）與機械傳動相比較，液壓傳動的主要缺點有（?。?BR> A.不能嚴(yán)格地保證傳動比
B.難以組成復(fù)雜系統(tǒng)
C.不易實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁換向
D.受溫度影響比較大
E.液壓元件要求制造精度較高
『正確答案』ADE
『答案解析』BC是液壓傳動相對于機械傳動的優(yōu)點。
四、液壓傳動的基本參數(shù)
（一）壓力
1.壓力強度（ ）是作用在單位面積上的液體壓力。單位是帕（ ）和兆帕（ ）。在液壓傳動中所講的壓力就是指的p（即物理學(xué)中的壓強），而力F則常被稱為液壓推力。
【注意】密封容器內(nèi)的液體當(dāng)任一處受到壓力作用時，這個壓力就會通過液體傳到容器內(nèi)的任何部位，而且壓力強度處處相等。（帕斯卡原理，也稱為靜壓傳遞原理）
液壓傳動的壓力取決于負(fù)載。液體壓力隨負(fù)載的變化而變化，而與流入液體的多少無關(guān)。（越強則強，越弱則弱）
壓力分級如下表所示：
表2－2 壓力分級
壓力分級
低 壓
中 壓
中高壓
高 壓
超高壓
壓力范圍（兆帕）
0～2.5
＞2.5～8（2.5～23）
＞8～16
（23～24）
＞16～32
（24～25）
＞32
（25）
【例2－4】有一個重3×105N的物體，用液壓缸將其頂起一定的高度。已知液壓缸活塞直徑D＝0.25m，求輸入液壓缸的壓力。
『答案解析』根據(jù)壓力公式p＝F/A
活塞面積為：
壓力為：p＝F/A＝3×105/0.0491＝6.12×106＝6.12（MPa）
【例題·單選題】（2007年）額定壓力為l5MPa的液壓泵按標(biāo)準(zhǔn)壓力分級屬于（?。┮簤罕?。
A.低壓 B.中壓
C.中高壓 D.高壓
『正確答案』C
（二）流量
1.單位時間內(nèi)流過管道或液壓缸某一截面的液體體積。流量的單位是米3/秒（m3/s）和升/分（L/min）。
2.活塞的運動速度取決于進(jìn)入液壓缸的流量，而與液體壓力的大小無關(guān)。
五、液壓泵
功能：將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能。
液壓泵必須具有一個運動部件和非運動部件所構(gòu)成的封閉容積，該容積的大小隨運動件的運動發(fā)生周期性變化。
密閉容積增大形成負(fù)壓完成吸油，密閉容積減小則排油，所以稱之為容積式泵。
液壓泵的分類
分類標(biāo)準(zhǔn)
分類
結(jié)構(gòu)形式
齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等。
壓力
低壓泵、中壓泵和高壓泵。
流量特征
定量泵和變量泵。
定量泵是指轉(zhuǎn)速不變時，流量不能改變；而變量泵則是在轉(zhuǎn)速不變時，可以調(diào)節(jié)從而得到不同的流量。
液壓泵性能的主要參數(shù)
壓力
工作壓力
實際工作時輸出油液的壓力，也稱為輸出壓力。
額定壓力
連續(xù)運轉(zhuǎn)時允許使用的工作壓力。額定壓力取決于密封程度、效率和使用壽命等因素的影響。
壓力
液壓泵本身強度允許值和允許的泄漏量的工作壓力
排量和流量
排量
泵軸旋轉(zhuǎn)一周排出油液的體積，用q 表示。
理論流量
單位時間內(nèi)理論上可以排出的液體體積，用QT 表示。QT=qn
實際流量
等于理論流量減去泵的泄漏量。
Q＝QT－△Q
額定流量
額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下實際輸出的流量。
功率和效率
輸入功率
作用在液壓泵主軸上的機械功。 （注意是角速度）
輸出功率
液壓泵的輸出功率P是指液壓泵在工作過程中的實際吸、壓油口的壓差ΔP和實際輸出流量Q的乘積，即：
P＝Δpω； （注意單位）
效率
容積效率：實際流量與理論流量之比
總效率：容積效率與機械效率的乘積。η＝ηVηm
（一）齒輪泵
殼體、端蓋和齒輪的各齒間槽共同形成封閉的工作空間?！ ?BR> 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、工作可靠，維修方便，常用于壓力不高的液壓系統(tǒng)中。
缺點：漏油較多，軸承載荷大，所以壓力不高。
（二）葉片泵
密封工作空間由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、泵體和端蓋共同形成。
1.雙作用葉片泵
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸油和排油，故稱之為雙作用葉片泵。
泵的流量固定，是定量泵。
2.單作用葉片泵
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成一次吸油和排油，故稱之為單作用葉片泵。
改變轉(zhuǎn)子和定子的偏心距，可以改變泵的流量，變量泵。葉片泵特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、吸油條件苛刻、轉(zhuǎn)速有一定的限制、對油液污染比較敏感。
【提示】雙作用和單作用相比，由于它徑向力是平衡的，受力情況比較好，應(yīng)用較廣。
（三）柱塞泵
根據(jù)柱塞排列方向不同，分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。
徑向柱塞泵由定子、轉(zhuǎn)子（缸體）、配油軸、襯套和柱塞組成。
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞底部容積完成一次吸油、壓油。轉(zhuǎn)子連續(xù)運轉(zhuǎn)，即完成泵的吸油、壓油工作。
徑向柱塞的流量因偏心e的大小而不同。若偏心量做成可調(diào)的，就成為變量泵。
柱塞泵具有壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量能調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
液壓泵特點比較
液壓泵
組成
是否定量
特點
齒輪泵
殼體、端蓋和齒輪
定量
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、工作可靠，維修方便。
缺點：漏油較多，軸承載荷大，所以壓力不高。
葉片泵
定子、轉(zhuǎn)子、葉片、泵體和端蓋
單作用：變量
雙作用：定量
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。
缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、吸油條件苛刻、轉(zhuǎn)速有一定的限制、對油液污染比較敏感。
雙作用受力情況好，應(yīng)用廣。
徑向柱塞泵
定子、轉(zhuǎn)子、配油軸、襯套、柱塞
變量
優(yōu)點：壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量能調(diào)節(jié)
缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜
【要求】掌握表格內(nèi)容及工作原理即可。
一、液壓傳動的工作原理
依靠液體壓介質(zhì)的靜壓力來傳遞能量的液體傳動。
液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來傳動的一種傳動方式，它依靠密閉容積的變化傳遞運動，依靠液體內(nèi)部的壓力（由外界負(fù)載所引起）傳遞動力。
液壓裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，隨后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能做功。
二、液壓傳動系統(tǒng)組成
1.動力部分：把機械能轉(zhuǎn)換成油液壓力能，用此壓力推動整個液壓系統(tǒng)工作，如液壓泵；
2.執(zhí)行部分：把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能輸出的裝置，如液壓馬達(dá)、液壓缸等；
3.控制部分：對系統(tǒng)中液體的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制或調(diào)解的裝置，如各種閥；
4.輔助部分：保證液壓系統(tǒng)正常工作的上述三種以外的裝置，如油箱、蓄能器、過濾器等。
三、液壓傳動的優(yōu)缺點
（一）優(yōu)點
1.在輸出功率相同的條件下，體積小，重量輕、布局安裝比較靈活；
2.傳遞運動平穩(wěn)，吸振能力強；
3.操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制和過載保護；
4.液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，便于設(shè)計和推廣。
（二）缺點
1.泄漏不可避免，因此不能實現(xiàn)嚴(yán)格的傳動比；
2.對溫度敏感，在低溫和高溫的環(huán)境下，傳動有一定的困難；
3.液壓元件精度要求高，使用和維修要求高。
【例題·多選題】（2008年）與機械傳動相比較，液壓傳動的主要缺點有（?。?BR> A.不能嚴(yán)格地保證傳動比
B.難以組成復(fù)雜系統(tǒng)
C.不易實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁換向
D.受溫度影響比較大
E.液壓元件要求制造精度較高
『正確答案』ADE
『答案解析』BC是液壓傳動相對于機械傳動的優(yōu)點。
四、液壓傳動的基本參數(shù)
（一）壓力
1.壓力強度（ ）是作用在單位面積上的液體壓力。單位是帕（ ）和兆帕（ ）。在液壓傳動中所講的壓力就是指的p（即物理學(xué)中的壓強），而力F則常被稱為液壓推力。
【注意】密封容器內(nèi)的液體當(dāng)任一處受到壓力作用時，這個壓力就會通過液體傳到容器內(nèi)的任何部位，而且壓力強度處處相等。（帕斯卡原理，也稱為靜壓傳遞原理）
液壓傳動的壓力取決于負(fù)載。液體壓力隨負(fù)載的變化而變化，而與流入液體的多少無關(guān)。（越強則強，越弱則弱）
壓力分級如下表所示：
表2－2 壓力分級
壓力分級
低 壓
中 壓
中高壓
高 壓
超高壓
壓力范圍（兆帕）
0～2.5
＞2.5～8（2.5～23）
＞8～16
（23～24）
＞16～32
（24～25）
＞32
（25）
【例2－4】有一個重3×105N的物體，用液壓缸將其頂起一定的高度。已知液壓缸活塞直徑D＝0.25m，求輸入液壓缸的壓力。
『答案解析』根據(jù)壓力公式p＝F/A
活塞面積為：
壓力為：p＝F/A＝3×105/0.0491＝6.12×106＝6.12（MPa）
【例題·單選題】（2007年）額定壓力為l5MPa的液壓泵按標(biāo)準(zhǔn)壓力分級屬于（?。┮簤罕?。
A.低壓 B.中壓
C.中高壓 D.高壓
『正確答案』C
（二）流量
1.單位時間內(nèi)流過管道或液壓缸某一截面的液體體積。流量的單位是米3/秒（m3/s）和升/分（L/min）。
2.活塞的運動速度取決于進(jìn)入液壓缸的流量，而與液體壓力的大小無關(guān)。
五、液壓泵
功能：將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能。
液壓泵必須具有一個運動部件和非運動部件所構(gòu)成的封閉容積，該容積的大小隨運動件的運動發(fā)生周期性變化。
密閉容積增大形成負(fù)壓完成吸油，密閉容積減小則排油，所以稱之為容積式泵。
液壓泵的分類
分類標(biāo)準(zhǔn)
分類
結(jié)構(gòu)形式
齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等。
壓力
低壓泵、中壓泵和高壓泵。
流量特征
定量泵和變量泵。
定量泵是指轉(zhuǎn)速不變時，流量不能改變；而變量泵則是在轉(zhuǎn)速不變時，可以調(diào)節(jié)從而得到不同的流量。
液壓泵性能的主要參數(shù)
壓力
工作壓力
實際工作時輸出油液的壓力，也稱為輸出壓力。
額定壓力
連續(xù)運轉(zhuǎn)時允許使用的工作壓力。額定壓力取決于密封程度、效率和使用壽命等因素的影響。
壓力
液壓泵本身強度允許值和允許的泄漏量的工作壓力
排量和流量
排量
泵軸旋轉(zhuǎn)一周排出油液的體積，用q 表示。
理論流量
單位時間內(nèi)理論上可以排出的液體體積，用QT 表示。QT=qn
實際流量
等于理論流量減去泵的泄漏量。
Q＝QT－△Q
額定流量
額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下實際輸出的流量。
功率和效率
輸入功率
作用在液壓泵主軸上的機械功。 （注意是角速度）
輸出功率
液壓泵的輸出功率P是指液壓泵在工作過程中的實際吸、壓油口的壓差ΔP和實際輸出流量Q的乘積，即：
P＝Δpω； （注意單位）
效率
容積效率：實際流量與理論流量之比
總效率：容積效率與機械效率的乘積。η＝ηVηm
（一）齒輪泵
殼體、端蓋和齒輪的各齒間槽共同形成封閉的工作空間?！ ?BR> 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、工作可靠，維修方便，常用于壓力不高的液壓系統(tǒng)中。
缺點：漏油較多，軸承載荷大，所以壓力不高。
（二）葉片泵
密封工作空間由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、泵體和端蓋共同形成。
1.雙作用葉片泵
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸油和排油，故稱之為雙作用葉片泵。
泵的流量固定，是定量泵。
2.單作用葉片泵
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成一次吸油和排油，故稱之為單作用葉片泵。
改變轉(zhuǎn)子和定子的偏心距，可以改變泵的流量，變量泵。葉片泵特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、吸油條件苛刻、轉(zhuǎn)速有一定的限制、對油液污染比較敏感。
【提示】雙作用和單作用相比，由于它徑向力是平衡的，受力情況比較好，應(yīng)用較廣。
（三）柱塞泵
根據(jù)柱塞排列方向不同，分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。
徑向柱塞泵由定子、轉(zhuǎn)子（缸體）、配油軸、襯套和柱塞組成。
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞底部容積完成一次吸油、壓油。轉(zhuǎn)子連續(xù)運轉(zhuǎn)，即完成泵的吸油、壓油工作。
徑向柱塞的流量因偏心e的大小而不同。若偏心量做成可調(diào)的，就成為變量泵。
柱塞泵具有壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量能調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
液壓泵特點比較
液壓泵
組成
是否定量
特點
齒輪泵
殼體、端蓋和齒輪
定量
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、工作可靠，維修方便。
缺點：漏油較多，軸承載荷大，所以壓力不高。
葉片泵
定子、轉(zhuǎn)子、葉片、泵體和端蓋
單作用：變量
雙作用：定量
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。
缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、吸油條件苛刻、轉(zhuǎn)速有一定的限制、對油液污染比較敏感。
雙作用受力情況好，應(yīng)用廣。
徑向柱塞泵
定子、轉(zhuǎn)子、配油軸、襯套、柱塞
變量
優(yōu)點：壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量能調(diào)節(jié)
缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜
【要求】掌握表格內(nèi)容及工作原理即可。