流体传动

一个完整的流体传动系统通常要包括五个组成部分：

(1)动力元件：即能源装置，液压系统一般是液压泵或蓄能器、气动系统是空气压缩机和贮气罐，其作用是将原动机输出的机械能转换成流体压力能，并向系统或用气点供给压力流体。

(2)执行元件：包括液压缸或气缸、液压马达或气马达，前者实现往复运动，后者实现旋转运动，其作用是将流体压力能转化成机械能，输出到工作机构上。

(3)控制元件：包括压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等，其作用是控制和调节流体系统的压力、流量和液流方向及信号转换、逻辑运算、放大等功能，以保证执行元件能够得到所要求的力（或转矩）、速度（或转速）和运动方向（或旋转方向）。

(4)辅助元件：包括油箱、管路、管接头、过滤器、消声器、油雾器、滤气器及各种仪表等，这些元件也是流体系统所必不可少的。

(5)工作介质：用以传递能量，同时还起散热和润滑作用。液压系统用液压油作为工作介质，气动系统用压缩空气作为工作介质。

流体传动广泛应用于金属切削机床也不过近百年的历史，航空工业在1930年以后才开始应用。但是，流体传动具有独特的特点和技术优势，成为了现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素，在各种工业行业中的应用与日俱增，越来越广泛。

在国防军事工业中，海、陆、空各种作战武器常采用液压和气动技术。如飞机起落架和机翼动作及控制，舰艇炮塔运动及控制，导弹导向飞行及控制，雷达动作及控制等。

在工程建设施工设备方面，从挖掘机、装载机、推土机、铲运机、平地机到混凝土泵车、振动压路机等都实现了液压和气动化。这些机械采用流体技术后外形尺寸减小、重量减轻、产品性能提高、操作简化轻巧、灵便，提高了作业效率和作业质量，尤其是提高了机械设备的使用可靠性、操作安全性、舒适性和使用寿命，使其适应性更强。

在机床上，磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、转塔车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床等的工作台进给运动也都采用了液压传动；龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动；仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工常采用液压伺服系统来完成，其精度可达0.01～0.02mm；机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，也采用气压或液压机构。在机床上采用液压和气压机构利于简化机床结构，提高机床自动化程度。尤其是近年来，微电子技术在流体技术上的应用，使各类机械装置的综合自动化水平越来越高，提升了机械设备的使用可靠性、操作安全。 2100433B

流体分可压缩流体和不可压缩流体两类，可压缩流体是气体，不可压缩流体是液体，它们都是可以用做能量传递的介质。流体通过各种元件组成的不同功能的基本回路，形成具有一定功能的传动系统。

在各类机械设备上，传动是将指能量或动力由发动机向工作装置的传递，通过不同的传动方式使发动机的转动变为各种工作装置的不同运动形式。根据传递能量的工作媒介不同，传动可分为机械传动、电气传动、流体传动等。流体传动是以流体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式，是利用流体的压力能来传递能量的，具体分为液压传动（Hydraulics）和气压传动（Pneumatics）。

流体传动相对于机械传动而言还是一门较新的学科，从17世纪中叶法国人帕斯卡（B.Pascal）提出液体压力传递的基本定律算起，液压传动已有近四百年的发展历史。这期间随着科学技术的不断发展，流体传动技术本身也在不断发展，18世纪末(1795年)英国人制造出世界上第一台液压机，1905年美国人Janney首先将矿物油作为传动介质引入液体传动，改善了液压元件的摩擦和润滑，并研制了第一台轴向柱塞泵。特别是在第二次世界大战期间及战后，由于军事及民用需求的刺激，流体传动技术得到了迅猛发展，出现了以电液伺服系统为代表的反应快、精度高的液压元件和控制系统。20世纪50年代以后，随着战后世界各国经济的恢复和发展、生产过程自动化的不断增长，流体传动技术很快转入民用工业。。流体传动随着原子能技术、空间技术、计算机技术的产生而迅速发展。

流体传动技术在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，如建设工程机械、机械制造业、航空航天、石油化工等都离不开流体传动技术。流体传动技术的发展水平和应用程度已经成为衡量一个国家工业化程度的重要标志之一。

1、流体传动的优点

1)液压和气压传动操作控制方便，易于实现无级调速而且调速范围大，调速范围可达数百，最大至2000:1。

2)液压传动的单位功率的质量轻，单位质量输出功率大，质量一般只有同功率电动机的十分之一，容易获得较大的力和力矩，具有运动惯性小、动态性能好的优点。因而起动、制动迅速，运动平稳，利于相关部件和控制系统的小型化和微型化。如轴向柱塞泵的质量仅是同功率直流发电机质量的10%～20%，前者尺寸仅为后者的12%～13%。对于工程建设机械，这个优点表现得尤为突出。

3)可以简便地与电控部分结合，组成电液控制或气电控制或气液控制的传动和控制一体化系统，实现各种自动控制优势互补，这种控制既具有流体传动输出功率适应范围大的特点，又具有电子控制方便灵活的特点。现代机械装备已越来越多地采用了这种方法。

4)工作安全性好，具有实现过载保护功能，并有自润滑作用。

5)易于实现标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。

2、流体传动的主要缺点

1)液压和气压传动经过两次能量转换，传动效率低，再加上受泄漏和流动阻力的影响，其传动效率一般为75%～85%。

2)液压与气动元件的制造和维护要求较高，价格也较贵，液压系统容易泄漏，液压和气压传动系统出现故障时检修困难。

3)液压传动的性能受温度影响大，不能在高温情况下工作，温度波动影响其工作性能，当油液中有空气和水分时会影响系统的传动比。

本书为普通高等教育“十三五”规划教材，是针对21世纪人才培养和教学改革的需要，配合教育部实施的“质量工程”，在总结国内外众多院校教学实践和科学研究成果的基础上编写的，并配有多媒体课件。全书共分为16章。第1章概述液压与气压传动的工作原理、组成、图形符号、优缺点、应用和发展； 第2章讲述液压传动工作介质的性质和选用等； 第3章介绍液压流体力学基础知识； 第4～7章分别讲述液压动力元件、液压执行元件、液压控制元件和液压辅助元件； 第8章讲述液压传动基本回路；第9章讲述典型液压传动系统分析；第10章讲述液压传动系统的设计与计算；第11～16章分别讲述气压传动基础知识、气源装置与辅助元件、气动执行元件、气动控制元件、气动基本回路和控制系统分析。每章都有学习指南、能力培养目标、案例教学实例、重点和难点课堂讨论及小结，每章后附有思考题和习题。附录A中简明扼要地介绍了最新国家推荐性标准GB/T786.1—2009中规定的部分液压与气压传动图形符号，附录B为关键词和术语的中英文对照。

第1章绪论

1.1流体力学研究的内容和方法

1.2液压与气压传动的研究内容

1.3液压与气压传动的工作原理及基本特征

1.3.1液压与气压传动的工作原理

1.3.2液压与气压传动的基本特征

1.4液压传动系统的组成

1.5液压传动系统的图形符号表示

1.6液压传动的控制方式

1.7液压传动的优缺点

1.8液压传动技术的历史进展和发展趋势

1.8.1液压传动技术的历史进展

1.8.2液压传动技术的发展趋势

1.9液压传动的应用

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第2章液压传动工作介质

2.1液压传动工作介质的性质和选用

2.1.1液压传动工作介质的种类

2.1.2液压传动工作介质的物理性质

2.1.3液压传动工作介质的化学性质

2.1.4液压传动系统对工作介质的主要性能要求

2.1.5液压传动工作介质的选择

2.1.6液压传动工作介质的使用

2.2液压传动工作介质的污染和控制

2.2.1液压传动工作介质污染物的种类

2.2.2液压传动工作介质污染的原因

2.2.3液压传动工作介质污染度的等级

2.2.4液压传动工作介质污染度的测定

2.2.5液压传动工作介质污染的危害

2.2.6液压传动工作介质污染的控制及措施

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第3章液压流体力学基础知识

3.1液体静力学基础知识

3.1.1液体静压力及特征

3.1.2重力作用下静止液体中的压力分布和静力学基本方程

3.1.3液体静压力的传递

3.1.4绝对压力、相对压力和真空度

3.1.5液体静压力作用在固体壁面上的力

3.2液体动力学基础知识

3.2.1流动液体的基本概念

3.2.2流量连续性方程

3.2.3伯努利方程

3.2.4动量方程

3.3液体在管路中流动时的压力损失

3.3.1层流、紊流和雷诺数

3.3.2沿程压力损失

3.3.3局部压力损失

3.3.4管路系统总压力损失

3.4液体流经小孔的流量

3.5液体流经缝隙的流量

3.6空穴现象

3.7液压冲击

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第4章液压动力元件

4.1液压泵概述

4.1.1液压泵的工作原理

4.1.2液压泵的分类

4.1.3液压泵的图形符号

4.1.4液压泵的基本性能参数和计算公式

4.1.5液压泵的特性曲线和检测

4.2齿轮泵

4.2.1外啮合齿轮泵的工作原理

4.2.2外啮合齿轮泵的排量和流量公式

4.2.3外啮合齿轮泵的结构特点分析

4.2.4提高外啮合齿轮泵工作压力的措施

4.2.5渐开线内啮合齿轮泵

4.2.6摆线内啮合齿轮泵

4.2.7配装有溢流阀的内啮合齿轮泵

4.2.8齿轮泵的主要性能

4.2.9齿轮泵的优缺点

4.2.10螺杆泵

4.3叶片泵

4.3.1单作用叶片泵

4.3.2限压式变量叶片泵

4.3.3双作用叶片泵

4.3.4叶片泵的主要性能

4.3.5叶片泵的优缺点

4.4柱塞泵

4.4.1径向柱塞泵

4.4.2斜盘式轴向柱塞泵

4.4.3斜轴式轴向柱塞泵

4.4.4通轴式轴向柱塞泵

4.4.5柱塞泵的主要性能

4.4.6柱塞泵的优缺点

4.5各类液压泵的主要性能及应用

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第5章液压执行元件

5.1液压缸

5.1.1液压缸的分类及特点

5.1.2液压缸的结构形式及安装方式

5.1.3液压缸的设计与计算

5.1.4液压缸的安装和常见故障分析及排除方法

5.2数字控制液压缸和模拟控制液压缸

5.2.1数字控制液压缸

5.2.2模拟控制液压缸

5.3液压马达概述

5.3.1液压马达的特点和分类

5.3.2液压马达的基本性能参数

5.4高速液压马达

5.4.1齿轮液压马达

5.4.2叶片液压马达

5.4.3轴向柱塞液压马达

5.5低速液压马达

5.5.1单作用曲轴连杆径向柱塞液压马达

5.5.2多作用内曲线径向柱塞液压马达

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第6章液压控制元件

6.1液压控制阀概述

6.1.1液压控制阀的基本结构和工作原理

6.1.2液压控制阀的分类

6.1.3液压控制阀的基本性能参数

6.1.4对液压控制阀的基本要求

6.2压力控制阀

6.2.1溢流阀

6.2.2顺序阀

6.2.3减压阀

6.2.4压力继电器

6.3方向控制阀

6.3.1单向阀

6.3.2换向阀

6.4流量控制阀

6.4.1节流口的形式和流量特性

6.4.2节流阀

6.4.3调速阀

6.4.4溢流节流阀

6.4.5分流集流阀

6.4.6限速切断阀

6.5插装阀

6.5.1插装阀的概述与优点

6.5.2插装阀的组成和工作原理

6.5.3插装压力阀

6.5.4插装方向阀

6.5.5插装流量阀

6.6叠加阀

6.7多路阀

6.8电液伺服控制阀

6.8.1伺服控制元件的基本类型

6.8.2电液伺服控制阀

6.8.3机液伺服控制阀

6.9电液比例控制阀

6.9.1电液比例控制阀的主要性能指标

6.9.2电液比例压力控制阀

6.9.3电液比例方向控制阀

6.9.4电液比例流量控制阀

6.10电液数字控制阀

6.10.1电液数字控制阀的特点及分类

6.10.2增量式电液数字控制阀

6.10.3脉宽调制式电液数字控制阀

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第7章液压辅助元件

7.1过滤器

7.1.1过滤器的基本性能参数

7.1.2过滤器的分类和结构特点

7.1.3过滤器的选用

7.1.4过滤器的安装

7.2蓄能器

7.2.1蓄能器的类型、结构和工作原理

7.2.2蓄能器参数的计算

7.2.3蓄能器的安装和使用

7.2.4蓄能器的用途

7.3液压密封装置

7.3.1密封件的分类

7.3.2对密封装置的基本要求

7.3.3常用密封件的材料

7.3.4常见的密封方法

7.3.5常用密封件的结构与性能

7.4管道及管接头

7.4.1管道的种类及材料

7.4.2管道内径及壁厚的确定

7.4.3管道安装要求

7.4.4管接头

7.5液压油箱

7.5.1液压油箱的功能与类型

7.5.2液压油箱容积的计算

7.5.3液压油箱的设计要点

7.6加热器

7.7冷却器

7.7.1无冷却介质冷却器

7.7.2有冷却介质冷却器

7.7.3冷却器的计算

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第8章液压传动基本回路

8.1压力控制回路

8.1.1调压回路

8.1.2卸荷回路

8.1.3减压回路

8.1.4增压回路

8.1.5保压回路

8.1.6释压回路

8.1.7平衡回路

8.2速度控制回路

8.2.1概述

8.2.2节流调速回路

8.2.3容积调速回路

8.2.4容积节流调速回路

8.2.5快速运动回路

8.2.6速度换接回路

8.3方向控制回路

8.3.1换向回路

8.3.2浮动回路

8.3.3锁紧回路

8.3.4制动回路

8.4多执行元件运动控制回路

8.4.1顺序运动回路

8.4.2同步运动回路

8.4.3互不干扰回路

8.4.4多路换向阀控制回路

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第9章典型液压传动系统分析

9.1YT4543型组合机床动力滑台液压传动系统分析

9.1.1概述

9.1.2YT4543型组合机床动力滑台液压传动系统的工作原理

9.1.3YT4543型组合机床动力滑台液压传动系统的特点

9.23150kN液压机液压传动系统分析

9.2.1概述

9.2.2液压机液压传动系统及其工作原理

9.2.3液压机液压传动系统的主要特点

9.2.4液压机插装阀集成液压传动系统及其工作原理

9.3Q28型汽车起重机液压传动系统分析

9.3.1概述

9.3.2Q28型汽车起重机液压传动系统的工作原理

9.3.3Q28型汽车起重机液压传动系统的特点

9.4XSZY250A型塑料注射成型机液压传动系统分析

9.4.1概述

9.4.2塑料注射成型机液压传动系统及其工作原理

9.4.3塑料注射成型机液压传动系统的主要特点

9.5机电一体化液压挖掘机液压传动系统分析

9.5.1概述

9.5.2机电一体化液压挖掘机液压传动系统组成

9.5.3机电一体化液压挖掘机液压传动系统工作技术特点

9.6带钢光电液伺服跑偏控制系统分析

9.6.1概述

9.6.2带钢光电液伺服跑偏控制系统组成及工作原理

9.7液压助力器伺服控制系统分析

9.8计算机电液控制技术分析

9.8.1概述

9.8.2液压泵控制容积调速计算机电液控制系统组成

9.8.3液压泵控制容积调速计算机电液控制系统软件设计

9.8.4液压泵控制容积调速计算机电液控制系统硬件设计

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第10章液压传动系统的设计与计算

10.1液压传动系统的设计概述

10.2明确设计要求，进行工况分析

10.3确定液压传动系统的主要性能参数

10.4液压传动系统原理图的拟定

10.5液压元件的计算与选择

10.6液压传动系统的性能验算

10.7绘制工作图与编写技术文件

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第11章气压传动基础知识

11.1概述

11.1.1气压传动系统的组成及工作原理

11.1.2气压传动的优缺点

11.1.3气压传动的应用和发展

11.2气动工作介质的性质

11.2.1气动工作介质的组成

11.2.2气动工作介质的基本状态参数

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第12章气源装置和辅助元件

12.1气源装置

12.1.1气源装置的组成及工作原理

12.1.2空气压缩机

12.1.3主要压缩空气净化设备

12.2辅助元件

12.2.1分水滤气器

12.2.2油雾器

12.2.3消声器

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第13章气动执行元件

13.1气缸

13.1.1气缸的分类

13.1.2气缸的工作原理

13.1.3气缸的输出力和耗气量计算

13.2气马达

13.2.1气马达的分类

13.2.2气马达的工作原理

13.2.3气马达工作特性与工作压力的关系

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第14章气动控制元件

14.1压力控制阀

14.1.1减压阀

14.1.2安全阀

14.1.3单向顺序阀

14.2方向控制阀

14.2.1单向阀

14.2.2换向阀

14.3流量控制阀

14.3.1节流阀

14.3.2单向节流阀

14.3.3排气消声节流阀

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第15章气动基本回路

15.1压力控制回路

15.1.1一次压力控制回路

15.1.2二次压力控制回路

15.1.3高低压选择回路

15.2方向控制回路

15.2.1单作用气缸的换向回路

15.2.2双作用气缸的换向回路

15.3速度控制回路

15.3.1单作用气缸的节流调速控制回路

15.3.2双作用气缸的双向调速控制回路

15.4气液联动控制回路

15.4.1气液增压控制回路

15.4.2气液联动速度控制回路

15.4.3气液缸同步运动控制回路

15.5连续往复运动回路

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

第16章气动控制系统分析

16.1气动控制系统举例

16.1.1数控加工中心换刀气动系统分析

16.1.2工件夹紧气动系统分析

16.2气动行程程序控制系统的XD线图法设计

16.3气动控制系统的安装、调试、使用与维修

重点和难点课堂讨论

典型案例分析

本章小结

思考题和习题

附录A部分液压与气压传动图形符号

附录B液压与气压传动主要符号、关键词和术语中英文对照

参考文献

作为中国新兴的民族企业，博一致力于为中国的流体传动行业做出最大的贡献，为中国流体传动与世界同步而努力，这是中国液压人的梦想，是每一位博一人的不懈追求，我们愿与所有有志之士一起，努力实现这个梦想。2100433B