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液壓傳動的工作原理和基本特性
液壓和氣壓傳動是指利用液體或氣體作為工作介質，借助液體或氣體的壓力進行能量
傳遞和控制的一種傳動形式。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
再經過有機組合，就形成了具有一定控制機能的液壓或氣壓傳動系統。μ
1.1.1 液壓傳動的工作原理
在機械傳動中，人們利用各種機械構件來傳遞力和運動，如杠桿、凸輪、軸、齒輪和皮
帶等等。在液壓傳動中，則利用沒有固定形狀但具有
確定體積的液體來傳遞力和運動。圖 l-1 所示是一個簡
化的液壓傳動模型。圖中有兩個直徑不同的液壓缸 2
和 4，缸內各有一個與內壁緊密配合的活塞 1 和 5，假
設活塞能在缸內自由（無摩擦力）滑動，而液體不會
通過配合面產生泄漏，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壁、活塞和管
動模型 道組成的容積中。如果活塞 5 上有重物W ，則當在活塞I上施加的力 F 達到一定大小時，就能阻止重物W 下降，這就是說可以利用密封容積中的液體傳遞力。當活塞 1 在力 F 作用下向下運動時，重物將隨之上升，這說明密封容積中液體不但可以傳遞力，還可以傳遞運動。所以液體是一種傳動介質，但必須強調指出，液體必須在密封容積中才能起傳動的作用。如下圖
1.1.2 液壓傳動的基本特性
分析上述簡化的工作原理可得出兩活塞之間的力比例關系、運動關系和功率關系。
1．力比例關系
大活塞下腔的油液所產生的壓力為 。若不計任何壓力損失，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 液壓與氣動技術
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）是液壓傳動中力傳遞的基本公式，由于 p =W / A ，因此，當負載W 增大時，
2
流體工作壓力 p 也要隨之增大，亦即 F 要隨之增大。由此建立了一個很重要的基本概念，
即液壓傳動的工作壓力（即液體的壓力）取決于負載，而與流入的流體多少無關。
2．運動關系
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 |
活塞移動的時間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動速度。
1 2
Ah/t 或 Aυ 的物理意義是單位時間內液體流過截面積為 A 的某一截面的體積，稱為流 量Q ，即
Q = Aυ
如果已知進入缸體的流量Q ，則活塞的運動速度為
υ = Q / A （1.4）
調節進入缸體的流量Q ，即可調節活塞的運動速度υ ，這就是液壓傳動與氣壓傳動能
實現無級調速的基本原理。從式（1.4）可得到另一個重要的基本概念，即活塞的運動速度
取決于進入液壓缸的流量，而與流體壓力大小無關。
3．功率關系
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，這說明在不計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
壓傳動中最基本、最重要的兩個參數，它們相當于機械傳動中的力和速度，它們的乘積即為功率。
液壓傳動的過程就是機械能-液壓能-機械能的能量轉換過程。液壓傳動裝置本質上是
一種能量轉換裝置。液壓傳動的工作原理就是利用液體在密封容積發生變化時產生的壓力
能來實現運動和動力的傳遞。