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液壓傳動(dòng)的工作原理和基本特性
液壓和氣壓傳動(dòng)是指利用液體或氣體作為工作介質(zhì)，借助液體或氣體的壓力進(jìn)行能量
傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。利用各種元件組成不同功能的基本控制回路，若干基本回路
再經(jīng)過(guò)有機(jī)組合，就形成了具有一定控制機(jī)能的液壓或氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。μ
1.1.1 液壓傳動(dòng)的工作原理
在機(jī)械傳動(dòng)中，人們利用各種機(jī)械構(gòu)件來(lái)傳遞力和運(yùn)動(dòng)，如杠桿、凸輪、軸、齒輪和皮
帶等等。在液壓傳動(dòng)中，則利用沒(méi)有固定形狀但具有
確定體積的液體來(lái)傳遞力和運(yùn)動(dòng)。圖 l-1 所示是一個(gè)簡(jiǎn)
化的液壓傳動(dòng)模型。圖中有兩個(gè)直徑不同的液壓缸 2
和 4，缸內(nèi)各有一個(gè)與內(nèi)壁緊密配合的活塞 1 和 5，假
設(shè)活塞能在缸內(nèi)自由（無(wú)摩擦力）滑動(dòng)，而液體不會(huì)
通過(guò)配合面產(chǎn)生泄漏，缸 2、4 下腔用一管道 3 連通，
其中充滿液體。這些液體是密封在缸內(nèi)壁、活塞和管
動(dòng)模型 道組成的容積中。如果活塞 5 上有重物W ，則當(dāng)在活塞I上施加的力 F 達(dá)到一定大小時(shí)，就能阻止重物W 下降，這就是說(shuō)可以利用密封容積中的液體傳遞力。當(dāng)活塞 1 在力 F 作用下向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重物將隨之上升，這說(shuō)明密封容積中液體不但可以傳遞力，還可以傳遞運(yùn)動(dòng)。所以液體是一種傳動(dòng)介質(zhì)，但必須強(qiáng)調(diào)指出，液體必須在密封容積中才能起傳動(dòng)的作用。如下圖
1.1.2 液壓傳動(dòng)的基本特性
分析上述簡(jiǎn)化的工作原理可得出兩活塞之間的力比例關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和功率關(guān)系。
1．力比例關(guān)系
大活塞下腔的油液所產(chǎn)生的壓力為 。若不計(jì)任何壓力損失，大、小活塞下腔
p =W / A
2
的壓力必然相等。小活塞上必須施加力 F ， F = pA ，因而有
1
2 液壓與氣動(dòng)技術(shù)
p = F / A =W / A
1 2
或
| W / F = A / A 2 1 |
| （1.1） | ||||||
| 式中 |
| A 、 1 |
| A ——小活塞和大活塞的作用面積； 2 |
| |||
F ——作用在小活塞上的力；W ——重物的重力。
式（1.1）是液壓傳動(dòng)中力傳遞的基本公式，由于 p =W / A ，因此，當(dāng)負(fù)載W 增大時(shí)，
2
流體工作壓力 p 也要隨之增大，亦即 F 要隨之增大。由此建立了一個(gè)很重要的基本概念，
即液壓傳動(dòng)的工作壓力（即液體的壓力）取決于負(fù)載，而與流入的流體多少無(wú)關(guān)。
2．運(yùn)動(dòng)關(guān)系
如果不考慮液體的可壓縮性、泄漏和缸體、油管的變形，則從圖 1-1 可以看出，被小
活塞壓出的油液的體積必然等于大活塞向上升起后大缸擴(kuò)大的體積。即
A h = A h
1 1 2 2
或
| h h = A A 2 / 1 1 / 2 |
| （1.2） |
式中 h 、 h ——小活塞和大活塞的位移量。
1 2
| 從式（1.2）可知，兩活塞的位移量和兩活塞的面積成反比，將 |
| A h = A h 兩端同除以 1 1 2 2 |
活塞移動(dòng)的時(shí)間t 得：
A h t = A h t
1 1 / 2 2 /
或
Aυ = A υ （1.3）
1 1 2 2
式中
υ 、υ ——小活塞和大活塞的運(yùn)動(dòng)速度。
1 2
Ah/t 或 Aυ 的物理意義是單位時(shí)間內(nèi)液體流過(guò)截面積為 A 的某一截面的體積，稱為流 量Q ，即
Q = Aυ
如果已知進(jìn)入缸體的流量Q ，則活塞的運(yùn)動(dòng)速度為
υ = Q / A （1.4）
調(diào)節(jié)進(jìn)入缸體的流量Q ，即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度υ ，這就是液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)能
實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的基本原理。從式（1.4）可得到另一個(gè)重要的基本概念，即活塞的運(yùn)動(dòng)速度
取決于進(jìn)入液壓缸的流量，而與流體壓力大小無(wú)關(guān)。
3．功率關(guān)系
由式（1.1）和式（1.3）可得：
第 1 章 緒論 3
Fυ =Wυ （1.5）
1 2
式（1.5）左端為輸入功率，右端為輸出功率，這說(shuō)明在不計(jì)損失的情況下輸入功率等
于輸出功率。由式（1.5）還可得出：
P = pAυ = pA υ = pQ （1.6）
1 1 2 2
式（1.6）表明，液壓傳動(dòng)中的功率 P 為壓力 p 與流量Q 的乘積。壓力 p 和流量Q 是液
壓傳動(dòng)中最基本、最重要的兩個(gè)參數(shù)，它們相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)中的力和速度，它們的乘積即為功率。
液壓傳動(dòng)的過(guò)程就是機(jī)械能-液壓能-機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。液壓傳動(dòng)裝置本質(zhì)上是
一種能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓傳動(dòng)的工作原理就是利用液體在密封容積發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的壓力
能來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。