液压与气压传动.pdf

普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材 液压与气压传动 刘仕平 姚林晓 主 编 内 容 简 介 本书是根据教育部机电类专业本科教育人才培养目标和培养方案及课程教学大纲要求编写的。全书共分 12 章，第 1 章绪论主要介绍流体传动，包括液压传动、气压传动和液力传动的工作原理、特点和应用场合，第 2 章介绍液压流体力学基础，第 3 章6 章介绍液压系统中常用液压元件的结构、工作原理、性能等，第 7、8 章介绍液压基本回路和典型液压系统的组成、功能、特点及应用情况，第 9 章介绍液压系统的设计计算方法及液压系统 CAD，第 10 章介绍气压传动的基本知识、气压传动元件、气压传动基本回路和气压传动系统，第 11 章和第 12 章介绍液力传动的力学基础，液力耦合器和液力变矩器的工作原理、特性、功用及其选用等。本书在编写的过程中，力求贯彻少而精和理论联系实际的原则，紧密结合流体传动最新成果，重点介绍流体传动在机床、工程机械、橡塑机械等不同行业设备的应用实例。本书元件的图形符号、回路和系统原理图采用了最新的 2009 液压与气动元件图形符号标准。本书适用于普通工科院校机械类、自动化类各专业学生，也适用于各类成人高校、自学考试等有关机械类、自动化类各专业的学生，也可以供从事流体传动与控制的工程技术人员参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容 版权所有，侵权必究 图书在版编目（CIP）数据 液压与气压传动刘仕平，姚林晓主编北京：电子工业出版社，2015.6 普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材 ISBN 978-7-121-26097-1 I.液 II.刘 姚 .液压传动高等学校教材 气压传动高等学校教材 .TH137 TH138 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2015)第 103813 号 策划编辑：郭穗娟 特约编辑：孙志明 责任编辑：郭穗娟 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：17.5 字数：445 千字 版 次：2015 年 6 月第 1 版 印 次：2015 年 6 月第 1 次印刷 定 价：45.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：(010)88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：(010)88258888。普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材 专 家 编 审 委 员 会 主 任 委 员 黄传真 副主任委员 许崇海 张德勤 魏绍亮 朱林森 委 员（排名不分先后）李养良 高 荣 刘良文 郭宏亮 刘 军 史岩彬 张玉伟 王 毅 杨玉璋 赵润平 张建国 张 静 张永清 包春江 于文强 李西兵 刘元朋 褚 忠 庄宿涛 惠鸿忠 康宝来 宫建红 宁淑荣 许树勤 马言召 沈洪雷 陈 原 安虎平 赵建琴 高 进 王国星 张铁军 马明亮 张丽丽 楚晓华 魏列江 关跃奇 沈 浩 鲁 杰 胡启国 陈树海 王宗彦 刘占军 李长河 杨建军 刘琨明 刘仕平 姚林晓 前 言 液压与气压传动是机电类各专业开设的一门重要的技术基础课程，该部分知识在机电类专业的知识结构中占有举足轻重的位置，本教材内容涉及液压传动、气压传动和液力传动三部分，概括了全部流体传动的内容，并以液压传动为主。本教材是根据教育部机电类专业本科教育人才培养目标、培养方案及课程教学大纲要求编写的。全书共分 12 章，第 1 章绪论主要介绍流体传动，包括液压传动、气压传动和液力传动的工作原理、特点和应用场合，第 2 章介绍液压流体力学基础，第 3 章第 6 章介绍液压元件的结构、工作原理、性能等，第7、8 章介绍液压基本回路和典型液压系统的组成、功能、特点及应用情况，第9 章介绍液压系统的设计计算方法及液压系统CAD，第10 章介绍气压传动的基本知识、气压传动元件、气压传动基本回路和气压传动系统，第 11 章和第 12 章介绍液力传动的力学基础，液力耦合器和液力变矩器的工作原理、特性、功用及其选用等。在本书编写过程中，根据 21 世纪高等教育的发展现状和人才培养目标，对传统的基础理论介绍时，贯彻少而精和理论联系实际的原则，引用了机械行业多方面的实例，不仅有机床、工程机械、起重运输机械、橡塑机械和钢铁生产机械等行业的应用实例；作为工程机械特色，还增加了液力传动部分。在进行结构分析、系统分析时，尽量反映国内、外最新成就和发展趋势，同时加入了新的技术成果，如计算机辅助设计等。在元件选择上，引入新型液压阀内容，包括代表液压发展方向的电液伺服阀、电液比例阀等。考虑到对工程技术应用方面人才的培养，文中对纯理论分析结合了更多的实例，并适当淡化，加强了学生创新能力的培养。本书元件的图形符号、回路和系统原理图采用了最新的 2009 年液压与气动元件图形符号标准。为便于读者学习，每章正文前面附有“教学要求”，后面附有“本章小结”，并在每章最后附有“思考与练习”以巩固所学内容。每章有引例并配有生动活泼的图片，使每章知识更生动、形象，增加了可读性。本书的另一个特色，是用框图的形式把繁杂的内容加以概括，使读者思路更加清晰、更加有条理，细心的读者将这个特点利用好，会有更多的收获。本书适用于普通工科院校机械类、自动化类各专业的学生。不仅可以作为机电类各专业本科教材，也可以作为行业培训教材，还可以作为从事流体传动与控制工程技术人员设计、维护参考用书。参加本书编写人员：华北水利水电大学刘仕平、姚林晓、许兰贵、郑淑娟、贾建涛、马子领，青岛工学院王淑芳和周君君，辽宁石油化工大学王静波，河南经济贸易高级技工学校侯守峰。本书由刘仕平和姚林晓担任主编。第 1 章、第 7 章、第 8 章由姚林晓编写，第 2 章由贾建涛编写，第 3 章、第 10 章由马子领编写，第 4 章、第 6 章由郑淑娟编写，第 5 章由侯守峰编写，第 9 章由王静波编写，第 11 章、第 12 章由许兰贵编写。刘仕平教授对全书进行统稿，青岛工学院王淑芳和周君君也参加了部分整理工作。由于编者水平有限，书中不免存在疏漏和欠妥之处，敬请广大读者批评指正。编 者 2015 年 3 月 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 流体传动系统的基本原理 2 1.1.1 液压与气压传动系统基本原理 2 1.1.2 液压与气压传动系统的组成 4 1.1.3 液压传动职能符号 4 1.1.4 液力传动基本原理 5 1.2 流体传动优缺点 6 1.2.1 流体传动优点 6 1.2.2 流体传动缺点 6 1.3 流体传动应用与发展 7 1.3.1 液压与气压传动应用与发展 7 1.3.2 液力传动的应用与发展 8 1.4 本书内容安排 8 本章小结 9 思考与练习 9 第 2 章 液压流体力学 10 2.1 液体的主要物理性质 10 2.1.1 密度 10 2.1.2 压缩性和膨胀性 10 2.1.3 黏性 11 2.2 静止液体力学的基本规律 12 2.2.1 液体所受的作用力 12 2.2.2 静止液体微分方程的推导 13 2.2.3 静止液体微分方程的应用 14 2.2.4 压力的表示方法 15 2.3 流动液体力学的基本规律 16 2.3.1 经典流体力学研究方法介绍 16 2.3.2 流动液体力学的基本概念 17 2.3.3 流动液体的连续性方程 18 2.3.4 理想液体流动的微分方程 18 2.3.5 伯努利方程 19 2.3.6 动量方程 19 2.4 液体在流动中的能量损失 20 2.4.1 流态试验和雷诺数 20 2.4.2 液体流动中的沿程损失 21 2.4.3 液体流动中的局部损失 21 2.4.4 管路系统中的总压力损失和 压力效率 22 2.5 液体在小孔和缝隙中的流动 23 2.5.1 液体在小孔中的流动 23 2.5.2 液体在缝隙中的流动 24 2.6 液压卡紧问题 27 2.6.1 液压卡紧的概念 27 2.6.2 液压卡紧现象的原因分析 27 2.6.3 解决液压卡进现象的措施 28 2.7 液压冲击 28 2.7.1 阀门突然关闭引起液压冲击的 物理过程 29 2.7.2 液压冲击压力的计算 29 2.7.3 减轻液压冲击的措施 30 2.8 空穴与气蚀现象 30 2.8.1 空气分离压 30 2.8.2 饱和蒸汽压 30 2.8.3 空穴现象 30 2.8.4 气蚀现象 31 本章小结 31 思考与练习 32 第 3 章 液压泵和液压马达 34 3.1 概述 35 3.1.1 工作原理 35 3.1.2 液压泵、液压马达的分类 35 3.1.3 液压泵和液压马达基本参数 36 3.2 齿轮泵 39 3.2.1 工作原理 39 3.2.2 流量计算和流量脉动 40 3.2.3 外啮合齿轮泵的结构特点和 优缺点 41 3.2.4 齿轮液压马达 43 3.3 叶片泵 44 3.3.1 单作用叶片泵工作原理 44 VI 液压与气压传动 3.3.2 双作用叶片泵 45 3.3.3 叶片马达 47 3.4 轴向柱塞泵 48 3.4.1 轴向柱塞泵工作原理 48 3.4.2 斜盘式轴向柱塞泵典型结构 49 3.4.3 总功率变量泵 55 3.5 内曲线低速大扭矩马达 56 3.5.1 结构组成 56 3.5.2 工作原理 57 本章小结 57 思考与练习 58 第 4 章 液压缸 59 4.1 液压缸的分类和工作原理 59 4.1.1 液压缸分类 59 4.1.2 液压缸工作原理 61 4.2 液压缸典型结构 64 4.2.1 液压缸结构组成 64 4.2.2 液压缸的主要零件及装置 65 4.3 液压缸的设计和计算 69 4.3.1 液压缸设计中应注意的问题 69 4.3.2 液压缸主要尺寸确定 70 4.3.3 液压缸强度校核 70 4.3.4 液压缸稳定性校核 71 4.3.5 缓冲计算 72 4.3.6 拉杆计算 73 本章小结 74 思考与练习 74 第 5 章 液压控制阀 76 5.1 概述 76 5.1.1 液压控制阀按功用分类 77 5.1.2 液压控制阀按控制方式分类 77 5.1.3 液压控制阀按控制信号 形式分类 77 5.1.4 液压控制阀按结构形式分类 77 5.1.5 液压控制阀按连接方式分类 78 5.2 方向控制阀 78 5.2.1 单向阀 78 5.2.2 换向阀 80 5.3 压力控制阀 89 5.3.1 溢流阀 89 5.3.2 减压阀 93 5.3.3 顺序阀 95 5.3.4 平衡阀及起重机专用平衡阀 97 5.3.5 压力继电器 100 5.4 流量控制阀 100 5.4.1 节流阀和单向节流阀 100 5.4.2 调速阀 102 5.4.3 分流集流阀 104 5.4.4 单路稳流阀 106 5.5 工程机械常用液压阀 108 5.5.1 多路换向阀 108 5.5.2 减压阀式先导控制阀 110 5.6 新型液压阀介绍 111 5.6.1 电液伺服阀 111 5.6.2 电液比例阀 113 5.6.3 电液数字阀 114 5.6.4 插装阀和叠加阀 115 本章小结 120 思考与练习 121 第 6 章 液压油和液压系统辅助元件 124 6.1 液压油 125 6.1.1 液压系统对液压油的 基本要求 125 6.1.2 液压油的特性 125 6.1.3 液压油的选择和使用 126 6.1.4 液压油液的污染及其控制 128 6.2 蓄能器 129 6.2.1 蓄能器的作用和分类 129 6.2.2 蓄能器容量计算 130 6.2.3 蓄能器的使用和安装 132 6.3 滤油器 132 6.3.1 滤油器的分类 132 6.3.2 滤油器的选用和安装 134 6.4 油箱和热交换器 135 6.4.1 油箱 135 6.4.2 热交换器 137 6.5 密封件 139 6.5.1 密封基本知识 139 6.5.2 密封件 1