第 十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 “十三五”国家重点出版物出版规划项目 现代机械工程系列精品教材 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 Hydraulic and Pneumatic Transmission 液压与气压传动 第④版 刘银水 许福玲⊙主编 机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
第4版前言 本书自1997年5月出版以来，始终得到广大读者的关爱和同行们的肯定，并被评为 普通高等教育“十一五”国家级规划教材。为了更好地适应高等教育教学改革发展的需 要，先后进行了第二次(2004年)和第三次(2007年)改版。转眼间，距离上一次改版 又过去了九年，液压与气动技术都发生了很多显著变化，液压元件也作为核心基础件被列 入国家工业强基战略之中。与此同时，本书在2012年又被评为“十二五”普通高等教育 本科国家级规划教材。在此前提下，编者对本书进行了再次修订，同时配有多媒体课件、 网站及《液压与气压传动学习指导与习题集（第2版）》。修订后的总体风格及结构内容 与以前保持一致，并试图将该课程打造为一个开放式的学习平台。本次修订的主要创新变 化如下： (1)更新教学内容各章节内容均做了适当增减，在保证知识点系统连贯的基础上， 删去了部分比较陈旧的内容，特别是在典型应用方面，增加了新的应用实例。 (2)完善配套网站内容读者登录网站，即可获得包括课件、试题库和背景知识等 在内的学习资料，使本书在适合课堂教学的同时，也适合读者自学（网址：http:/mse. hust.edu.cn/index.php/index/view/aid/475.html http //www.cmpedu.com)o (3)丰富学习手段液压与气动元件的结构类型繁杂，为了让读者能更直观地了解 其原理，将移动互联网应用到书中，为部分难以理解的元件配置了相应的动画，通过扫描 书中的二维码，即可从网上获得相关内容的动画和更加详实的资料，以期提高读者的学习 兴趣和参与感。 参加本书编写工作的有：刘银水（绪论、第二、三、五章)，罗小辉（第一、六、八 章)，朱碧海（第四、七章），余祖耀（第九、十一、十三章），唐晓群（第十、十二 章)。附录部分引用赵曼琳等人起草的国家标准《流体传动系统及元件图形符号和回路图 第1部分：用于常规用途和数据处理的图形符号》(GB/T786.1一2009)。全书由刘银水、 许福玲任主编并统稿，朱碧海任副主编。 本书特别邀请了中国工程院院士、浙江大学杨华勇教授担任主审。杨院士对本书编写 的总体思路和具体内容均提出了很多建设性的意见，在此表示衷心感谢。研究生李帆、庞 浩在网站建立和资料整理方面做了大量工作，本书还得到了华中科技大学教材建设项目的 支持，在此一并表示感谢。 限于编者水平，书中难免存在不当之处，恳请广大读者批评指正。 编者 于华中科技大学
第3版前言 本书第1版于1997年5月出版。2004年7月编者对全书进行了整理和更新，出版了 第2版。与此同时配备了多媒体光盘和学习指导与习题集。本书多年来始终得到广大读者 的关爱和同行们的肯定，在被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材后，为更好 地适应高等教育教学改革发展的需要，现对第2版进行再次修订。 此次修订的宗旨是一方面保持教材原有风格，以保证读者使用的稳定性；另一方面加 强教材的先进性和系统性，力争做到传授知识与培养能力并重。此次修订的重点放在气压 传动篇和液压马达部分。气压传动篇主要结合近年来气动技术的发展，增加了一些新技术 和新内容，同时在文字叙述、内容编排上尽量与液压传动篇相对应；液压马达部分则以液 压泵作为比对全面改写，这样既节省了篇幅，又便于理解。我们相信，经过此次修订，教 材将会更加完善，更有利于本课程的教与学。 本书由许福玲、陈尧明任主编并统稿，唐晓群任副主编，余祖耀参加了部分编写工 作。本书由广东工业大学李定华教授和华中科技大学何存兴教授担任主审。 由于编者水平有限，书中难免存在不到之处，恳请读者批评指正。 编者 于华中科技大学
第2版前言 本书自1997年5月出版以来，由于受到广大读者的关爱，印刷达十次之多。为了适 应新世纪液压与气压传动课程教学的要求，受机械工业出版社之托，我们总结了七年来的 教学心得，并汇总了同行的宝贵意见，对全书进行了审查和整理，既更正了所发现的错 误，又在保持原教学大纲的深度及学时要求的前提下对部分内容进行了更新与调整。主要 表现在： 1.在“液压流体力学基础”中，将孔口流动与缝隙流动分为两节叙述。孔口流动强 调它的控制作用，为此引进了液阻的概念；缝隙流动从泄漏着眼，强调它对液压元件工作 性能的影响。 2.改变在“齿轮泵”一节中定义困油现象的习惯，将其作为液压泵的共性问题，提 前在液压泵概述中讲述。为与其他液压元件的讲述内容一致，去掉了液压缸有关设计的内 容，增加了液压缸安装形式等应用方面的知识。 3.增加了高压直动式溢流阀和减压阀的内容，补充了调速阀和旁通型调速阀的结构 图，以便读者对液压阀有更全面的了解。 4,用更具典型的组合机床动力滑台液压系统置换外圆磨床液压系统，而将磨床中颇 具特色的采用机液换向阀的换向回路则移到“液压基本回路”中讲述；用更先进的机电 一体化液压挖掘机系统替代继电器控制的工业机械手液压系统，以使读者对计算机控制的 机电一体化系统有一个初步认识。 5.摒弃了局限于机床液压系统的“负载分析”计算公式，增加了“液压系统方案设 计”内容，使“液压系统设计计算”一章更具通用性和适用性。 6.气动执行元件中增加了无活塞杆气缸，补充了有别于液压缸的气缸工作特性；为 突出气压传动的特点，对“气动逻辑元件”与“气动传感器及气动仪表”进行了改写， 对插图进行了调整，使文、图更为和谐。 另外，本书还配备了多媒体课件及《液压与气压传动学习指导与习题集》，以作辅助 教学使用。我们希望继续得到广大读者的关心和指正。 本书的修订整理、多媒体光盘及习题集均由许福玲、陈尧明共同完成。 编者 于华中科技大学
第1版前言 本书是根据1994年11月底机械工业部在沈阳召开的机械电子工程（机电一体化）专业 教学教材研讨会精神，由机械工业部教材编辑室组织编写的机电一体化专业统编教材。 液压与气压传动技术是机电一体化人才所应具备的控制与伺服驱动技术的组成部分。 “液压与气压传动”课程的任务是使学生掌握液压与气压传动的基础知识和各种液压、气 动元件的工作原理、特点、应用及选用方法，熟悉各类液压与气动基本回路的功用、组成 和应用场合，了解国内外先进技术成果在机械设备中的应用。 本书在编写过程中，力求贯彻少而精和理论联系实际的原则，针对机械电子工程专业 的需要，着重考虑了以下几个辩证关系： (1)液压与气动以液压为主，将伺服控制作为液压的有机组成部分，使之融为 体，气动部分则强调其特点。 (2)元件与系统在讲透元件工作原理的基础上，着重其在系统中的作用，使元件与 系统有机结合。 (3)通用与专用重在通用元件、回路的工作原理及应用，某些专用的元件及回路则 在习题中有所补充。 (4)传统体系与发展观点保留了“元件一回路一系统”的传统体系，但顺应液压 与气动技术的发展趋势，改变了一些传统提法，如低压、高压。 书中元件图形符号、回路及系统原理图采用中华人民共和国新标准GB/T786.1 1993绘制。 本书适用于普通工科院校机械类各专业，也适用于各类成人高校、自学考试等有关机 械类学生，也可供从事流体传动及控制技术的工程技术人员参考。 参加本书编写的有：许福玲（华中科技大学，绪论、第六、七章），陈尧明（华中科 技大学，第二、四章)，杨文生（河北理工学院，第一、八章），高常识（哈尔滨理工大 学，第三、五章)，唐晓群（华中科技大学，第十、十二章），单根立、丁万荣（河北机 电学院，第九、十一、十三章)。本书由许福玲、陈尧明任主编并统稿，杨文生任副主编。 本书由广东工业大学李定华教授主审，参加审稿的还有司徒忠教授、罗勇武副教授、 查晓春副教授、刘强副教授。在编写过程中，华中科技大学邓星钟教授、唐仕梅副教授给 予了很大的帮助，在此一并表示感谢。 限于编者水平，书中难免存在缺点和错误，恳请广大读者批评指正。 编者 于武汉
目 录 第4版前言 第3版前言 第2版前言 第1版前言 三、液压与气压传动的优缺点…3 绪论 1 四、液压与气动技术的应用和发展概况…4 一、液压与气压传动的工作原理及特征…1 习题………5 二、液压与气压传动系统的组成…2 第一篇 液压传动 第一章液压流体力学基础 四、液压卡紧现象………29 第七节液压冲击和气穴现象…… 31 第一节液压油液………………7 一、液压冲击………31 一、液压油液的性质…7 二、气穴现象……… 32 二、对液压油液的要求和选用……10 习题……33 第二节液体静力学…… 白 36 一、静压力及其特性 …12 第二章液压泵 二、静压力基本方程式及压力的表示 第一节液压泵概述………36 方法与单位… 12 一、液压泵的基本工作原理…… 36 三、帕斯卡原理……14 二、液压泵的主要性能参数 37 四、静压力对固体壁面的作用力…… 14 三、液压泵的性能曲线…… 38 第三节液体动力学…………… 15 四、液压泵的分类和选用…… 38 一、基本概念…………… 15 五、液压泵的图形符号…39 二、流量连续性方程……16 第二节柱塞泵……………… 39 三、伯努利方程………17 一、配流轴式径向柱塞泵…… 40 四、动量方程……… 8 二、斜盘式轴向柱塞泵……… 41 第四节管道流动………… 20 三、斜轴式无铰轴向柱塞泵… 43 一、流态与雷诺数……… 20 第三节叶片泵……………44 二、圆管流动的沿程压力损失 21 一、双作用叶片泵… … 45 三、管道流动的局部压力损失……… 23 二、单作用叶片泵…………… 为 第五节孔口流动…23 第四节齿轮泵………50 一、薄壁小孔……24 一、外啮合齿轮泵……… 二、滑阀阀口…… 二、内啮合齿轮泵………… 53 三、锥阀阀口… 25 三、螺杆泵…………… 54 四、短孔和细长孔… 26 习题……… 55 五、液阻………26 3 第三章液压马达与液压缸 56 第六节缝隙流动……一 一、平板缝隙…27 第一节液压马达…………56 二、圆柱环形缝隙……28 一、液压马达概述…… 56 三、圆锥环形间隙……29 二、高速液压马达……………58
Ⅷ液压与气压传动第4版 三、低速液压马达………59 四、蓄能器的选用与安装……… 118 第二节液压缸…63 第二节过滤器 1111141 118 一、常用液压缸及其速度推力特性…64 一、液压油液的污染及其控制…118 二、其他形式液压缸… 67 二、过滤器的功用和类型…… 119 三、液压缸的技术特点…… 69 三、过滤器的选用 4044444444…4…4504… 120 四、摆动液压马达…………71 四、过滤器的安装………121 习题……… 72 第三节油箱、热交换器及压力表辅件……121 121 第四章液压控制阀 74 一、油箱 二、热交换器 122 第一节液压控制阀概述…74 三、压力表辅件 123 一、液压阀的基本结构与原理……74 第四节管件 124 二、液压阀的分类…74 一、油管……… 124 三、液压阀的性能参数………76 二、管接头 125 四、对液压阀的基本要求……76 第五节密封装置… 128 第二节方向控制阀…………76 一、对密封装置的要求 128 一、单向阀…… 76 二、密封装置的分类及特点 128 二、换向阀…78 习题… 131 第三节压力控制阀…………… 85 一、溢流阀…… $ 第六章液压基本回路 132 二、诚压阀…… 90 第一节压力控制回路 132 三、顺序阀………… 92 一、调压回路…………… 132 四、压力继电器……93 二、卸荷回路 +044…444440+*++4小444440444444 133 第四节流量控制阀………93 三、减压回路 4………4444小44小4…4… 134 一、 流量控制原理………… 93 四、增压回路 134 二、节流阀…… 94 五、平衡回路 0+00+04++0+++0++0++0++0++0￥+44+0++0+ 135 三、调速阀…… 94 六、保压回路 136 四、分流集流阀…… 98 七、泄压回路 137 第五节插装阀和叠加阀……………… 99 第二节速度控制回路（一）—调速 一、插装阀… g9 回路… 138 二、叠加阀 104 一、定量泵节流调速回路 138 第六节伺服阀…………………… 104 二、变量泵容积调速回路 40.00… 144 一、电液伺服阀… 104 第三节速度控制回路（二）一快速 二、机液伺服阀 106 运动和速度换接回路 148 三、同服阀的性能与特点 ……………107 一、快速运动回路…… 148 第七节电液比例阀……108 二、速度换接回路 ………………… 151 一、电液比例压力阀 108 第四节方向控制回路 152 二、电液比例流量阀 4……4……109 一、换向回路 152 三、电液比例换向阀 111 二、锁紧回路 153 第八节电液数字阀 111 三、制动回路 154 一、电液数字阀的工作原理与组成 ……112 第五节多执行元件控制回路 155 二、电液数字阀的典型结构 …112 一、顺序动作回路 155 习题……… 113 二、同步回路 156 157 第五章液压辅件 116 三、互不干扰回路 四、多路换向阀控制回路 ……159 第一节蓄能器…116 习题… 160 一、蓄能器的分类及特征 44…116 第七章典型液压系统 164 二、蓄能器的功用……………………117 三、蓄能器的容量计算……………118 第一节组合机床液压动力滑台液压系统…164
目录X 一、概述 二、YW-60型履带式挖掘机液压系统的 二、YT4543型动力滑台液压系统的工作 特点………178 原理………16 习题 178 三、YT4543型动力滑台液压系统的 第八章液压系统的设计计算 182 特点……166 第二节压力机液压系统…………… 167 第一节液压系统的设计步骤 +……………182 一、概述 ………………4…167 一、液压系统使用要求及速度负载分析…182 二、3150kN通用液压机液压系统的工作 二、液压系统方案设计 183 原理及特点……………………… 167 三、液压系统的参数计算 4++………中* 184 三、3150kN液压机插装阀集成系统 四、液压元件和装置的选择 185 原理…………169 五、验算液压系统性能… 187 第三节塑料注射成型机液压系统 171 六、绘制工作图、编制技术文件 …189 一、概述…… 171 第二节液压系统的设计计算举例 189 二、SZ-250A型注塑机液压系统的工作 一、负载分析…………… 189 原理…………………171 二、液压系统方案设计 190 三、SZ-250A型注塑机液压系统的特点…174 三、液压系统的参数计算 191 第四节液压挖掘机系统…174 四、液压元件的选择………………… 194 一、YW-60型履带式挖掘机液压系统的 五、验算液压系统性能 4…4…0…4 194 工作原理……………………175 习题…………… 196 第二篇 气压传动 t……t… 214 第九章气压传动基础知识 198 三、管道系统 四、气动三大件 214 第一节空气的物理性质 ……198 第二节气动执行元件 218 一、空气的组成……… 198 一、气缸…… 218 二、气体的基本状态参数 0+0…。 198 二、气马达 223 三、空气的密度 198 第三节气动控制阀……………225 四、空气的黏性 44…444+044199 第四节气动辅件 227 五、气体（空气）的易变特性 199 一、 消声器 40……0…4…4 227 六、湿空气…199 二、管道连接件 227 第二节气体的状态变化 201 三、气液转换器 227 一、理想气体的状态方程… 201 第五节真空元件 228 二、气体状态变化过程及其规律 一、真空发生器 228 (质量不变)………小…… 201 二、真空吸盘……… 229 三、气压传动系统中的快速充、放气 第六节气动逻辑元件 229 过程…………44……202 一、气动逻辑元件的分类及特点… 230 第三节气体的流动规律…………… 204 二、 高压截止式逻辑元件 230 一、气体流动的基本方程…… 204 三、其他逻辑元件 0…” 233 二、声速和马赫数………………205 四、逻辑元件的应用 234 三、气体通过收缩喷嘴的流动 206 第七节气动传感器及气动仪表 234 四、气动元件和管道的有效截面面积…208 一、气动传感器 234 习题…4……*…4*…4… 209 二、 气动变送器 235 237 第十章气源装置及气动元件 210 三、气动调节器 习题 238 第一节气源装置… 210 一、气压发生装置… 第十一章气动回路 239 211 二、压缩空气的净化装置和设备…211 第一节压力控制回路与力控制回路 …239
X液压与气压传动第4版 一、压力控制回路……239 二、气动行程程序控制系统设计概述…252 二、力控制回路…… 240 三、程序的校正设计……………… 254 第二节换向回路……………240 四、标准程序设计方法 …。。+。+g 257 一、单作用气缸换向回路…240 习题 264 二、双作用气缸换向回路…… 240 三、气马达换向回路…………… 第十三章气压传动系统实例 265 241 第三节速度控制回路……………241 第一节气控机械手…………265 一、气阀调速回路……241 一、用信号-动作状态线图法设计的气控 二、气液联动速度控制回路……242 回路*……………………………266 第四节气动逻辑回路……243 二、用卡诺图图解法设计的气控回路…267 第五节其他常用回路 244 第二节气动计量系统……… 267 一、安全保护回路……… 244 一、概述……… 267 二、多位缸位置控制回路……245 二、气动控制系统……268 三、同步动作回路 …………4…246 第三节气动自动钻床……… 269 四、冲击气缸回路……246 一、概述…………… 269 五、真空吸附回路……………… 247 二、控制系统分析 习题4………4… 247 习题 271 第十二章气动逻辑系统设计 248 附录 272 第一节非时序逻辑系统设计……248 附录A液压控制元件图形符号（摘自 一、非时序逻辑问题及设计步骤 248 GB/T786.1-2009）..… 272 二、逻辑代数设计法…… 248 附录B气动控制元件图形符号（摘自 三、卡诺图设计法……250 GB/T786.1-2009)…285 四、非时序逻辑问题设计举例………251 参考文献 298 第二节时序逻辑控制系统设计…252 一、时序逻辑控制的特点…… 252
绪论 液压与气压传动是以流体（液体或气体）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形 式。它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定 控制功能的传动系统，是工程装备中广泛应用的一种动力传动和控制方式。 一、液压与气压传动的工作原理及特征 液压与气压传动的基本工作原理是相似的。现以图0-1所示液压千斤顶来简述液压传动 的工作原理。 在图0-1中，当向上抬起杠杆时，小液压 缸1的小活塞向上运动，其下腔容积增大形成 局部真空，排油单向阀2关闭，油箱4中的油 液在大气压作用下经吸油管顶开吸油单向阀3 进入小液压缸下腔。当向下压杠杆时，小液压 缸下腔容积减小，油液受挤压，压力升高，关 闭吸油单向阀3，顶开排油单向阀2，油液经排 油管进入大液压缸6的下腔，推动大活塞上移 顶起重物。如此不断上下扳动杠杆，则不断有 油液进入大液压缸下腔，使重物逐渐举升。如 杠杆停止动作，大液压缸下腔油液压力将使排 图0-1液压千斤顶工作原理图 油单向阀2关闭，大活塞连同重物一起被自锁 (扫描二维码获得原理动画) 不动，停止在举升位置。如打开截止阀5，大 1一小液压缸2一排油单向阀3一吸油单向阀 液压缸下腔通油箱，大活塞将在自重作用下向 4一油箱5一截止阀6一大液压缸 下移动，迅速回复到原始位置。 由液压千斤顶的工作原理得知，小液压缸1与排油单向阀2、吸油单向阀3一起完成吸油与 排油，将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为（手动）液压泵。大液压缸6将油液的 压力能转换为机械能输出，拾起重物，称为（举升）液压缸。在这里大、小液压缸组成了最简 单的液压传动系统，实现了力和运动的传递。 1.力的传递 设液压缸活塞的有效作用面积为A2,作用在活塞上的负载力为F2。该力在液压缸中所产 生的液体压力P2=F2/A2。根据帕斯卡原理，“在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以 等值同时传递到液体各点”，液压泵的排油压力P1应等于液压缸中的液体压力，即P1=P2=P, 液压泵的排油压力又称为系统压力。 为了克服负载力使液压缸活塞运动，作用在液压泵活塞上的作用力F,应为