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液壓與氣壓傳動(第二版) 版權信息
- ISBN:9787030565433
- 條形碼:9787030565433 ; 978-7-03-056543-3
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
液壓與氣壓傳動(第二版) 本書特色
本書是卓工教育教材升級版,新工科創新教材,新形態教材,案例版節點化編寫,動畫模型演示,微課視頻講解,精美雙色印刷。
液壓與氣壓傳動(第二版) 內容簡介
本書介紹液壓與氣壓傳動的基本概念、機械設備液壓與氣壓傳動中常用的液壓與氣動元件、基本回路,并結合大量工程實例進行典型系統的分析與設計。
全書共9章:、2章介紹液壓與氣壓傳動的基本概念與理論;第3~6章分別介紹液壓與氣壓傳動系統中動力元件、執行元件、控制元件和輔助元件的作用、原理、性能和用途;第7章介紹液壓與氣壓傳動的基本回路;第8章介紹典型液壓與氣壓系統的應用與分析;第9章介紹液壓與氣動系統的設計步驟和方法及設計應用實例;在附錄中介紹GB/T786.1—2009中規定的常用液壓與氣動元件圖形符號,FluidSIM仿真軟件及其應用,并有習題參考答案。
本書可為任課教師提供電子教案,同時還可提供液壓與氣壓傳動系統中常用的專業術語中英文對照及相關拓展閱讀材料的電子版。
液壓與氣壓傳動(第二版) 目錄
第1章 緒論 1
1.1 液壓與氣壓傳動的工作原理 3
1.1.1 液壓傳動系統的基本工作原理 3
1.1.2 氣壓傳動系統的基本工作原理 5
1.2 液壓與氣壓傳動系統的組成和表示方法 6
1.3 液壓與氣壓傳動的特點 7
1.4 液壓與氣壓傳動技術的應用與發展 8
1.5 工程應用案例:自卸車車廂舉傾機構 10
練習題 11
第2章 流體力學基礎 12
2.1 液壓與氣壓傳動的工作介質 13
2.1.1 液壓傳動的工作介質 13
2.1.2 液壓油的污染與控制 16
2.1.3 氣壓傳動的工作介質 17
2.2 液體靜力學 19
2.2.1 液體的靜壓力及其特性 19
2.2.2 靜止液體中的壓力分布 20
2.2.3 靜止液體內壓力的傳遞——帕斯卡定律 20
2.2.4 靜止液體作用在固體表面上的力 21
2.3 流體動力學 22
2.3.1 流動液體的基本概念 22
2.3.2 流動液體的質量守恒方程——連續性方程 24
2.3.3 流動液體的能量方程——伯努利方程 24
2.3.4 流動液體的動量方程 26
2.4 液體流動時的壓力損失 27
2.4.1 沿程壓力損失 28
2.4.2 局部壓力損失 29
2.4.3 管路系統的總壓力損失 29
2.5 孔口及縫隙的壓力流量特性 30
2.5.1 孔口的壓力流量特性 30
2.5.2 縫隙的壓力流量特性 31
2.6 液壓沖擊與空穴現象 33
2.6.1 液壓沖擊 33
2.6.2 空穴現象 34
2.7 氣體動力學 34
2.7.1 氣體狀態方程 34
2.7.2 氣體流動的基本方程 36
2.7.3 聲速與馬赫數 36
2.7.4 氣體管道的阻力計算 37
2.7.5 氣體的通流能力 38
2.7.6 充、放氣現象的基本方程 38
2.8 工程應用案例:液壓減振器的工作原理 40
練習題 42
第3章 液壓與氣壓傳動動力元件 44
3.1 液壓泵概述 45
3.1.1 液壓泵的基本工作原理及分類 45
3.1.2 液壓泵的性能參數及計算公式 46
3.2 齒輪泵 48
3.2.1 外嚙合齒輪泵的工作原理 48
3.2.2 外嚙合齒輪泵的排量和流量 48
3.2.3 外嚙合齒輪泵的結構特點 49
3.2.4 內嚙合齒輪泵 50
3.2.5 螺桿泵 51
3.3 葉片泵 52
3.3.1 單作用葉片泵 52
3.3.2 限壓式變量葉片泵 54
3.3.3 雙作用葉片泵 56
3.4 柱塞泵 60
3.4.1 斜盤式軸向柱塞泵 60
3.4.2 斜軸式軸向柱塞泵 66
3.4.3 徑向柱塞泵 67
3.5 各類液壓泵的性能及應用 68
3.5.1 液壓泵的選用 68
3.5.2 液壓泵所需電動機功率計算 70
3.6 氣源裝置 70
3.6.1 氣源裝置的組成及工作原理 70
3.6.2 空氣壓縮機 71
3.7 氣源凈化設備 72
3.7.1 后冷卻器 72
3.7.2 油水分離器 72
3.7.3 儲氣罐 72
3.7.4 干燥器 73
3.7.5 過濾器 74
3.7.6 氣動三大件 74
3.8 工程應用案例:船艙水密門液壓系統 77
練習題 78
第4章 液壓與氣壓傳動執行元件 80
4.1 液壓馬達 81
4.1.1 液壓馬達的特點、分類及性能參數 81
4.1.2 高速液壓馬達 83
4.1.3 低速大轉矩液壓馬達 85
4.2 氣動馬達 87
4.2.1 氣動馬達的分類及特點 87
4.2.2 常用氣動馬達 88
4.3 液壓缸 88
4.3.1 液壓缸的類型和特點 89
4.3.2 液壓缸的結構 93
4.3.3 液壓缸的設計計算 97
4.3.4 模擬控制液壓缸和數字控制液壓缸 100
4.4 氣缸 102
4.4.1 普通氣缸 102
4.4.2 特殊氣缸 103
4.5 工程應用案例:碼頭移動式登船梯 105
練習題 107
第5章 液壓控制閥與氣動控制閥 110
5.1 液壓控制閥概述 111
5.1.1 液壓閥簡介 111
5.1.2 液壓閥的分類 111
5.2 液壓方向控制閥 113
5.2.1 單向閥 113
5.2.2 換向閥 114
5.3 壓力控制閥 122
5.3.1 溢流閥 122
5.3.2 減壓閥 127
5.3.3 順序閥 129
5.3.4 壓力繼電器 131
5.4 流量控制閥 132
5.4.1 流量控制原理 132
5.4.2 節流閥 133
5.4.3 調速閥 134
5.4.4 溫度補償調速閥 136
5.4.5 分流集流閥 136
5.5 插裝閥和疊加閥 138
5.5.1 插裝閥 138
5.5.2 疊加閥 142
5.6 比例控制閥和伺服控制閥 143
5.6.1 比例控制閥 143
5.6.2 伺服控制閥 147
5.7 電液數字控制閥 149
5.7.1 增量式數字閥 149
5.7.2 高速開關型數字閥 150
5.8 氣動控制閥 151
5.8.1 氣動方向控制閥 151
5.8.2 氣動壓力控制閥 155
5.8.3 氣動流量控制閥 157
5.9 工程應用案例:汽車防抱制動系統 158
練習題 159
第6章 輔助元件 162
6.1 液壓輔助元件 163
6.1.1 蓄能器 163
6.1.2 過濾器 166
6.1.3 油箱 169
6.1.4 密封件 171
6.1.5 管道及管接頭 174
6.1.6 熱交換器 177
6.2 氣動輔助元件 178
6.2.1 消聲器和排氣潔凈器 178
6.2.2 傳感器 179
6.2.3 真空元件 181
6.3 工程應用案例:油管的設計與流量開關 183
6.3.1 油管的設計計算 183
6.3.2 流量開關的應用實例 183
練習題 185
第7章 液壓與氣壓傳動基本回路 186
7.1 方向控制回路 187
7.1.1 換向回路 187
7.1.2 鎖緊回路 189
7.2 壓力控制回路 190
7.2.1 調壓回路 190
7.2.2 減壓回路 190
7.2.3 增壓回路 191
7.2.4 保壓回路 191
7.2.5 背壓回路 193
7.2.6 卸荷回路 193
7.2.7 平衡回路 194
7.3 速度控制回路 195
7.3.1 節流調速回路 195
7.3.2 容積調速回路 199
7.3.3 容積節流調速回路 202
7.3.4 快速運動回路 203
7.3.5 速度換接回路 204
7.4 多缸動作回路 206
7.4.1 順序動作回路 206
7.4.2 同步回路 208
7.4.3 多缸工作時互不干涉回路 211
7.5 氣動基本回路 212
7.5.1 方向控制回路 212
7.5.2 壓力控制回路 212
7.5.3 速度控制回路 213
7.5.4 氣-液聯動控制回路 214
7.5.5 往復運動控制回路 215
7.5.6 其他回路 216
7.6 工程應用案例:氣動移門 217
練習題 220
第8章 典型液壓與氣壓傳動系統分析 222
8.1 組合機床動力滑臺液壓傳動系統分析 223
8.1.1 組合機床動力滑臺液壓傳動系統工作原理 224
8.1.2 組合機床動力滑臺液壓傳動系統主要特點 226
8.2 液壓機液壓傳動系統分析 226
8.2.1 液壓機液壓傳動系統工作原理 226
8.2.2 液壓機液壓傳動系統主要特點 229
8.3 塑料注塑成形機液壓傳動系統分析 229
8.3.1 塑料注塑成形機液壓傳動系統工作原理 230
8.3.2 塑料注塑成形機液壓傳動系統主要特點 234
8.4 電液伺服控制系統 234
8.5 氣動系統應用與分析 236
8.5.1 液體自動定量灌裝機氣動系統 236
8.5.2 氣動張力控制系統 238
8.5.3 氣動機械手控制系統 239
8.6 工程應用案例:挖掘機的液壓系統 241
練習題 243
第9章 液壓與氣壓傳動系統設計 248
9.1 液壓系統的設計原則與策略 248
9.1.1 液壓系統綠色設計原則 248
9.1.2 液壓系統綠色設計策略 249
9.2 液壓系統的設計內容與步驟 250
9.2.1 明確設計要求 250
9.2.2 分析工況并確定主要參數 250
9.2.3 液壓系統原理圖的確定 252
9.2.4 液壓元件的計算與選擇 254
9.2.5 液壓系統的性能驗算及校核 258
9.3 液壓系統仿真與性能分析 261
9.3.1 仿真技術在液壓系統中的應用 261
9.3.2 基于MATLAB的液壓系統仿真技術研究與應用 262
9.3.3 AMESim仿真技術及其在液壓系統中的應用 264
9.4 液壓系統裝配圖的繪制 266
9.5 典型液壓系統設計應用實例 267
9.5.1 塑料注射機液壓系統的設計要求及參數 267
9.5.2 液壓執行元件載荷力和載荷轉矩的計算 268
9.5.3 液壓系統主要參數的計算 269
9.5.4 制訂系統方案和擬定液壓系統圖 270
9.5.5 液壓元件的選擇 273
9.5.6 液壓系統性能驗算 274
9.6 氣壓傳動控制系統的設計 277
9.6.1 X-D線圖法的設計步驟 278
9.6.2 氣動順序控制回路設計舉例 278
練習題 281
附錄A 液壓與氣動圖形符號 282
附錄B FluidSIM仿真軟件及其應用 289
附錄C 主要變量及其中英文對照 293
部分練習題參考答案 294
參考文獻 296
液壓與氣壓傳動(第二版) 節選
第1章 緒論 一部完整的機器由原動機、傳動部分、控制部分和工作機構等組成。傳動部分是一個中間環節,它的作用是把原動機(電動機、內燃機等)的輸出功率傳送給工作機構。傳動有多種類型,如機械傳動、電力傳動、液體傳動、氣壓傳動以及它們的組合——復合傳動等。 以流體為工作介質進行傳動的方式為流體傳動,可分成液體傳動和氣體傳動兩種傳動形式。按照其工作原理的不同,液體傳動又可分為液壓傳動和液力傳動兩種形式,前者是以液體的壓力能進行工作的,也稱容積式液壓傳動;后者是利用液體的動能進行工作的,稱為液力傳動。 用氣體作為工作介質進行能量傳遞的傳動方式稱為氣壓傳動,包括燃氣和蒸汽。本書主要介紹以液體為介質的液壓傳動技術和以壓縮空氣為介質的氣壓傳動技術。 如圖1-1所示的液壓壓力機,是一臺較完整而又典型的液壓傳動設備,在工程實際中,可用于加工金屬、塑料、木材、皮革、橡膠等各種材料的壓力加工機械,能完成鍛壓、沖壓、折邊、成形、打包等多種工藝,用途十分廣泛。電動機將輸入的電能變成旋轉的轉矩,以機械能的方式輸出,電動機帶動液壓泵將機械能轉化為液體壓力能,液壓缸利用液體的壓力能,帶動模具實現各種規定的動作和工作循環,從而使壓力機完成工程實際中所需加工工序。 本章知識要點 (1)掌握液壓與氣壓傳動系統的基本工作原理、系統組成及其表示和特點。 (2)了解液壓與氣壓傳動的應用與國內外技術發展概況。 興趣實踐 找兩個柱塞面積不同的醫用注射器,用塑料導管將其組成連通器進行力傳遞的實驗,觀察力、位移與柱塞面積之間的關系。 探索思考 傳動形式有很多,什么情況選擇液壓傳動?什么情況選擇氣壓傳動?各有什么優勢? 預習準備 (1)預習物理學中的帕斯卡定律,理解“系統壓力取決于外負載,外負載的運動速度取決于流量”這兩個重要特征。 (2)理解千斤頂的工作原理。 1.1 液壓與氣壓傳動的工作原理 液壓系統以液體作為工作介質,而氣動系統以空氣作為工作介質。兩種工作介質的不同在于液體幾乎不可壓縮,而氣體卻具有較大的可壓縮性。液壓與氣壓傳動在基本工作原理、元件的工作機理以及回路的構成等諸方面是極為相似的。但是由于這兩種傳動系統的工作介質及其特性有很大區別,所應用的場合也不一樣。盡管這兩種系統所采用的元器件的結構原理相似,但很多元件不能互換使用。 1.1.1 液壓傳動系統的基本工作原理 液壓傳動是以液體作為介質實現各種機械量的輸出(力、位移或速度)。液壓傳動的應用極為普遍,如一個體積很小的液壓千斤頂能把幾噸重的汽車頂起,萬噸壓力機能產生上萬噸的壓力,其工作原理都是利用密閉容器中油液的壓力來傳遞能量。 現以液壓千斤頂為例(圖1-2),簡述液壓傳動的工作原理。圖1-2(b)所示為液壓千斤頂的工作原理,它由杠桿1、泵體2、小活塞3、單向閥4和7組成的手動液壓泵和大活塞8、缸體9等組成的舉升液壓缸構成。其工作過程如下:提起杠桿1,小活塞3上升,泵體2下腔的工作容積增大,形成局部真空,油箱12中的油液在大氣壓力的作用下,推開單向閥4進入泵體2的下腔(此時單向閥7關閉):當壓下杠桿1時,小活塞3下降,泵體2下腔的容積縮小,油液的壓力升高,打開單向閥7(單向閥4關閉),泵體2下腔的油液進入缸體9的下腔(此時截止閥11關閉),使大活塞8向上運動,把重物頂起。反復提壓杠桿1,就可以使重物不斷上升,達到起重的目的。當工作完畢時,打開截止閥11,使缸體9下腔的油液通過管路10直接流回油箱,大活塞8在外力和自重的作用下實現回程。 (a)液壓千斤頂外形(b)液壓千斤頂工作原理 1-杠桿;2-泵體;3-小活塞;4、7-單向閥;5-吸油管;6、10-管路;8-大活塞;9-缸體;11-截止閥;12-油箱 圖1-2 液壓千斤頂 設小活塞3和大活塞8的面積分別為 和 ,當作用在大活塞8上的負載和作用在小活塞3上的作用力為 和 時,依帕斯卡原理,大、小活塞下腔以及連接導管構成的密閉容積內的油液具有相等的壓力值(設為 )忽略活塞運動時的摩擦阻力,有 (1-1)或(1-2) 式中, 為油液作用在大活塞上的作用力, 。 式(1-1)說明,系統工作壓力p的大小由負載的大小決定,這是**個非常重要的概念。式(1-2)說明當面積 遠遠大于 時,作用在小活塞上一個很小的力 ,便可以在大活塞上產生一個很大的力 以舉起負載(重物)。這就是液壓千斤頂的原理。 若設大、小活塞移動的速度分別為 和 ,在不考慮泄漏情況下穩態工作時,有 (1-3)或(1-4) 式中,q為流量,定義為單位時間內輸出(或輸入)的液體體積。 式(1-4)說明,大缸活塞運動的速度,在缸體的結構尺寸一定時,取決于輸入的流量。這是第二個非常重要的概念。 使活塞上的負載上升所需的功率為 (1-5) 式中,液壓壓力p的單位為Pa;流量q的單位為;功率p的單位為W。由此可見,液壓系統的壓力和流量之積就是功率,稱為液壓功率。 上述例子說明,手按動杠桿使小活塞所做的機械能變成了小油缸排出流體的壓力能,而進入大油缸的液體壓力能通過大活塞轉變為驅動負載所需的機械能。所以,在液壓與氣動系統中,要發生兩次能量的轉變。 圖1-3所示為一臺用半結構式圖形繪出的驅動磨床工作臺的液壓傳動系統。這個系統可使工作機構做直線往復運動,并能克服各種阻力和調節工作機構的運動速度。在圖1-3中,液壓泵3由電動機驅動旋轉,從油箱1中吸油。油液經過濾器2進入液壓泵,當它從液壓泵輸出進入壓力管9后,通過開停(換向)閥10、節流閥13、換向閥15進入液壓缸18的左腔,推動活塞17和工作臺19向右移動。這時,液壓缸右腔的油液經換向閥和回油管14排回油箱。 如果將換向閥手柄16轉換成如圖1-3(b)所示的狀態,則壓力管9中的油液將經過開停(換向)閥10、節流閥13和換向閥15進入液壓缸18的右腔,推動活塞17和工作臺19向左移動,并使液壓缸18左腔的油液經換向閥15和回油管14排回油箱13。 工作臺移動速度由節流閥13調節。當節流閥口開大時,進入液壓缸的油液增多,工作臺移動速度增大;當節流閥口關小時,進入液壓缸油液減少,工作臺移動速度減小。 液壓泵輸出的多余油液經溢流閥7和回油管4排回油箱。 如果將換向閥手柄轉換成圖1-3(c)所示的狀態,壓力管中的油液將經溢流閥和回油管4排回油箱,不輸到液壓缸中去,這時工作臺停止運動,而系統保持溢流閥調定的壓力。 如果將開停閥手柄11轉換成圖1-3(d)所示的狀態,壓力管中的油液將經開停(換向)閥和回油管12排回油箱,不輸到液壓缸中去,這時工作臺就停止運動,而液壓泵輸出的油液直接流回油箱,使液壓系統卸荷。 1-油箱;2-過濾器;3-液壓泵;4、12、14-回油管;5-鋼球;6-彈簧;7-溢流閥;8-壓力支管;9-壓力管;10-開停(換向)閥;11-開停閥手柄;13-節流閥;15-換向閥;16-換向閥手柄;17-活塞;18-液壓缸;19-工作臺 圖1-3 磨床工作臺液壓系統結構原理 1.1.2 氣壓傳動系統的基本工作原理 以氣動剪料機(圖1-4)為例介紹氣壓傳動系統的基本工作原理。 在圖1-4所示的氣動剪料機系統中,當工料11送入剪料機并達到預定位置時,行程閥8的閥芯被向右推移,這時,換向閥9的控制腔A就與壓力氣體接通,閥芯壓縮彈簧上移,由空壓機1產生經凈化儲存在儲氣罐4中的壓縮空氣,經分水濾氣器5、減壓閥6、油霧器7、換向閥9進入氣缸10下腔,推動氣缸和活塞向上運動并使氣缸10上腔的氣體經換向閥9排入大氣,氣缸活塞帶動剪刃將工料11剪斷并隨之松開行程閥8的閥芯使之復位,換向閥9的A腔排氣,主閥芯在彈簧作用下向下移動,將排氣通道隔斷,而進氣通道接通。壓縮空氣進入氣缸10上腔,氣缸活塞向下運動并使氣缸下腔排氣。活塞的向下運動帶動剪刃復位,準備第二次下料。 由上例可知,氣動系統和液壓系統相比,所用的工作介質氣體的可壓縮性,使之在工作原理和裝置構成上有別于前者。在工作原理方面,氣缸活塞的速度并不只和進入氣缸的壓縮空氣流量有關,至少還和其膨脹過程有關。活塞的速度也不如液壓傳動那樣平穩。因此,在考慮氣缸工作過程中的壓縮空氣流量和壓力的時候,往往運用平均的概念代替液壓傳動中的穩態值概念(平均壓縮空氣耗量q(m3/s),平均氣缸工作壓力p(MPa)。氣壓傳動嚴格說也不是一種簡單的靜壓傳動。 1.2 液壓與氣壓傳動系統的組成和表示方法 1.液壓與氣壓傳動系統的組成 從上節液壓和氣壓傳動系統的工作原理圖可以看出,液壓與氣壓傳動系統大體上由以下四部分組成。 (1)動力裝置:指能將原動機的機械能轉換成液體或氣體壓力能的裝置。對液壓傳動系統來說是液壓泵,其作用是為液壓傳動系統提供壓力油;對氣壓傳動系統來說是氣壓發生裝置,也稱為氣源裝置,其作用是為氣壓傳動系統提供壓縮空氣。 (2)控制調節裝置:包括各種閥類元件,其作用是控制工作介質的流動方向、壓力和流量,以保證執行元件和工作機構按要求工作。 (3)執行元件:指油缸、氣缸或液壓馬達、氣動馬達,是將壓力能轉換為機械能的裝置,其作用是在工作介質的作用下輸出力和速度(或轉矩和轉速),以驅動工作機構做功。 (4)輔助裝置:除以上裝置以外的其他元器件都稱為輔助裝置,如油箱、過濾器、蓄能器、冷卻器、分水濾氣器、油霧器、消聲器、管件、管接頭以及各種信號轉換器等。它們是一些對完成主運動起輔助作用的元件,在系統中也是必不可少的,對保證系統正常工作有著重要的作用。 工作介質指傳動液體或傳動氣體,在液壓傳動系統中通常稱為液壓油液,在氣壓傳動系統中通常指壓縮空氣。 2.液壓與氣壓傳動系統的表示方法 在圖1-2所示的液壓千斤頂和圖1-4所示氣動剪料機系統中,各個元件是用半結構式圖形繪制出來的,用半結構式圖形繪制原理圖時直觀性強,容易理解,但繪制起來比較麻煩。所以,在工程實際中,除某些特殊情況外,一般都是用簡單的圖形符號來繪制液壓與氣壓傳動系統原理圖。我國已制定了“液壓與氣動”圖形符號標準GB/T 786.1—2009《流體傳動系統及元件圖形符號和回路圖 **部分:常規用途和數據處理的圖形符號》。標準中各元件的圖形符號不表示其具體的結構及參數,只表示元件的職能、操作(控制)方法及外部連接。用標準符號繪制的液壓系統圖表明組成系統的元件、元件間的相互關系及整個系統的工作原理,并不表示其實際安裝位置及布管。在標準GB/T 786.1—2009中,用粗實線表示主油路,虛線表示控制油路和泄漏油路;使用這些圖形符號可使系統圖簡單明了,便于繪制。當有些特殊或專用的元件無法用標準圖形表達時,仍可使用半結構示意形式。 圖1-5為圖1-3相對應的磨床工作臺液壓系統原理圖。圖1-6為圖1-4相對應的氣動剪料機系統原理圖。
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