本書是產(chǎn)教融合課程教材，主要內(nèi)容包括緒論、液壓流體力學基礎(chǔ)、液壓動力元件、液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件、液壓輔助元件、液壓傳動基本回路、液壓傳動系統(tǒng)分類與典型系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計、電液伺服與比例控制、氣壓傳動基礎(chǔ)、氣源裝置與氣動元件、氣壓傳動基本回路、典型氣動系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)設(shè)計、液壓與氣動系統(tǒng)建模仿真等15章。主要章節(jié)按照一般理論闡述和工程實例展示的框架撰寫，選材囊括了當今行業(yè)領(lǐng)域的科技發(fā)展新成果。內(nèi)容闡述直白和直觀；注重基礎(chǔ)和一般性規(guī)律的歸納；強調(diào)產(chǎn)學融合的工程實踐性；注重新方法和新手段的應(yīng)用。本書不僅適合機械類專業(yè)的初學者，對已有較多液壓氣動行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗的工程技術(shù)人員同樣有幫助。可作為高等院校的專業(yè)教材，也可供液壓氣動行業(yè)工程技術(shù)人員參考。
本書是產(chǎn)教融合課程教材，內(nèi)容闡述直白和直觀；注重基礎(chǔ)和一般性規(guī)律的歸納；強調(diào)產(chǎn)學融合的工程實踐性；注重新方法和新手段的應(yīng)用。
前言近些年，移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使其成為信息傳播的主渠道，年輕一代習慣于從手機或平板計算機上查看問題答案。有人調(diào)侃，手機是身體的一部分。目前Chat GPT 產(chǎn)生的大眾熱度還在持續(xù)，人們向其提問的任何專業(yè)領(lǐng)域問題都可以得到具有一定合理性的回答。計算機端或手機端均可以訪問AI大模型入口。依靠移動互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等，人們獲得回答或答案變得容易且廉價。當前，工業(yè)4.0已經(jīng)有了長足的進程，后工業(yè)時代撲面而來，世界處于一個科技快速變革的時期。知識及其價值被重新定義，知識或數(shù)據(jù)的傳播方式與以往相比有了很大的不同。產(chǎn)業(yè)界對從業(yè)者的知識儲備需求發(fā)生了變化，對從業(yè)者的技能需求也發(fā)生了改變。為此，肩負人類職業(yè)啟蒙重任的大學教育需要改變，以便適應(yīng)社會的新需求。與大學課程教學改革相配套的教材也需要改變，從而更好地服務(wù)于社會發(fā)展的需要，滿足人才培養(yǎng)的需求，幫助學生的成長與發(fā)展。液壓與氣動領(lǐng)域也不能幸免。在上述背景下，面向新讀者和新需求，作者立足于當代液壓與氣壓傳動的現(xiàn)實和成果，再次重溫20世紀70年代以來液壓與氣壓傳動方面的書籍，嘗試理解行業(yè)發(fā)展的規(guī)律與脈絡(luò)，編寫一本用于液壓與氣壓傳動課程日常教學的新書。試圖在有限的學時內(nèi)幫助讀者掌握必要的液壓與氣動專業(yè)基礎(chǔ)知識，拓展讀者對現(xiàn)代液壓與氣動行業(yè)科技現(xiàn)狀的認知。本書主要特色如下：（1）梳理主干，提綱攜領(lǐng)概括闡述每種液壓元件，將其共性內(nèi)容精煉為一般性理論，便于讀者迅速抓住事物的理論本質(zhì)，如主要結(jié)構(gòu)、基本原理和關(guān)鍵技術(shù)等。（2）產(chǎn)品解析，產(chǎn)學融合結(jié)合液壓與氣動行業(yè)現(xiàn)狀講述元件的主要技術(shù)參數(shù)和典型液壓與氣動元件，幫助讀者認知工程應(yīng)用的基礎(chǔ)條件，切實實施產(chǎn)學融合的教材建設(shè)。（3）特性曲線，技術(shù)現(xiàn)實介紹典型液壓氣動元件產(chǎn)品的特性曲線，藉以表達該液壓氣動元件當前的技術(shù)現(xiàn)狀。（4）點明關(guān)鍵，理解全局受限于篇幅和學時計劃，面對初學者的零基礎(chǔ)，需要點明液壓元件案例的技術(shù)關(guān)鍵，為他們的繼續(xù)深入學習點亮一座燈塔，創(chuàng)造機遇，幫助讀者理解液壓與氣壓傳動技術(shù)的全貌。（5）基礎(chǔ)扎實，結(jié)合仿真既講述液壓與氣壓傳動系統(tǒng)手工設(shè)計的流程與方法，也闡述液壓與氣壓傳動系統(tǒng)計算機仿真的理論與方法。在第1章引入液壓系統(tǒng)定量分析與數(shù)學建模知識；在第15章集中闡述液壓系統(tǒng)計算機仿真的理論與方法，并結(jié)合仿真軟件展示了液壓與氣壓系統(tǒng)仿真案例。（6）深講滑閥，喻插裝閥相比較，螺紋插裝閥是新型液壓元件，它們的原理與普通液壓閥相同或相似，但結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，直接向初學者講解螺紋插裝閥結(jié)構(gòu)則需要較多篇幅和課時。本書通過深入闡述滑閥的一般理論，提高讀者認知其他類型閥的能力，直至融會貫通螺紋插裝閥。（7）深耕理論，課程交叉基礎(chǔ)理論深挖與新知識層面拓展相結(jié)合。例如，用方塊圖闡述壓力控制閥的工作原理，表明壓力控制閥和調(diào)速閥的反饋控制機理，提升讀者對其工作原理的認知深度，幫助讀者理解液壓閥嘯叫現(xiàn)象的物理本質(zhì)。（8）跟進國標，圖文并茂符號、術(shù)語等闡述執(zhí)行現(xiàn)行標準。液壓氣動元件及回路的圖形符號執(zhí)行現(xiàn)行國際和國家標準。術(shù)語、概念和文字描述等也參考現(xiàn)行標準進行規(guī)范化和標準化處理。通過附錄的中文與英文術(shù)語對照，幫助讀者準確地理解中文術(shù)語的含義。（9）展示先進，繼往開來在可行的限度內(nèi)，盡量多采用先進液壓技術(shù)內(nèi)容替換陳舊內(nèi)容，呈現(xiàn)液壓行業(yè)的現(xiàn)代科技氛圍。汲取20世紀70年代以來的典型教材之精華，傳承液壓與氣壓傳動的經(jīng)典，開拓教材的現(xiàn)代化。實施產(chǎn)教融合課程教材建議，哈爾濱第一機械集團研究員級高級工程師李清波審閱書稿。張東煜編寫第11～14章，其余章節(jié)由常同立編寫，常同立統(tǒng)稿并任主編。限于編者的水平，書中難免有錯誤與不妥之處。實事求是地說，這本書稿與編者的理想尚有距離，本著分享素材和方便教學工作的目的，將書稿付印，歡迎讀者、同仁、學友、師長多多批評指正。參考文獻在書中多數(shù)非直接引用，多用作啟示和指導(dǎo)，體現(xiàn)在書中的思想方法等方面。編者盡量將一些案頭常讀參考文獻都列于書后，但難免會有遺漏，這里一并對文獻作者的貢獻表示感謝！編者2025.5
常同立，教授，早期在國有企業(yè)軍品研究所從事裝甲車輛（動力傳動和液壓系統(tǒng)及元件）設(shè)計、試驗等研發(fā)工作。從教以后，曾擔任機械電子工程專業(yè)主任，努力從事專業(yè)建設(shè)和課程建設(shè)工作。目前開設(shè)本科雙語課程2門，碩士雙語課程2門。本科課程：工程流體力學，液壓與氣壓傳動，液壓比例與伺服控制技術(shù)（雙語），機電仿真系統(tǒng)技術(shù)與MATLAB（雙語），工程實訓(xùn)I，工程實訓(xùn)II碩士課程：伺服驅(qū)動與控制（雙語），機電液一體化系統(tǒng)仿真技術(shù)（雙語）
目錄前言第1章緒論11.1液壓傳動、氣壓傳動與動力傳動11.1.1機器的動力傳動11.1.2液壓傳動與液壓技術(shù)的基本概念41.2液壓傳動的工作原理及系統(tǒng)組成51.2.1液壓傳動的工作原理61.2.2液壓傳動系統(tǒng)的組成61.2.3液壓傳動元件的圖形符號71.3液壓傳動系統(tǒng)定量分析與數(shù)學建模71.3.1理解液壓傳動系統(tǒng)的兩條基本觀念91.3.2液壓傳動系統(tǒng)數(shù)學模型101.3.3液壓傳動系統(tǒng)定量分析與數(shù)學建模小結(jié)111.4液壓與氣壓等傳動方式特點111.4.1液壓傳動的特點111.4.2氣壓傳動的特點131.4.3機械與電力傳動的特點141.5液壓與氣壓傳動發(fā)展歷程及趨勢161.5.1發(fā)展歷程161.5.2液壓技術(shù)的工業(yè)4.0201.5.3發(fā)展趨勢201.6液壓與氣壓傳動的應(yīng)用211.6.1應(yīng)用分析221.6.2典型液壓傳動應(yīng)用案例241.6.3典型氣壓傳動應(yīng)用案例261.7本章小結(jié)30思考題與習題30第2章液壓流體力學基礎(chǔ)312.1液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)312.1.1液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的性質(zhì)312.1.2對液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的要求352.1.3液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的分類與選用352.1.4液壓系統(tǒng)的污染度控制382.2液體靜力學432.2.1液體靜壓力及其特性432.2.2液體靜力學基本方程432.2.3壓力的表示方法及單位452.2.4帕斯卡原理472.2.5液體靜壓力對固體壁面的作用力472.3液體運動學482.3.1基本概念482.3.2連續(xù)性方程512.4液體動力學522.4.1伯努利方程522.4.2動量方程582.5管路流動602.5.1流態(tài)、雷諾數(shù)602.5.2直管中液體層流流動時的壓力損失632.5.3直管中液體紊流流動時的壓力損失642.5.4局部壓力損失652.5.5管路系統(tǒng)中的總壓力損失與壓力效率652.6孔口流動662.6.1流經(jīng)薄壁小孔的流量662.6.2流經(jīng)細長小孔的流量672.6.3液壓閥口682.7縫隙流動692.7.1平行平板的間隙流動692.7.2圓柱環(huán)形間隙流動722.7.3流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量742.7.4圓錐狀環(huán)形間隙流動752.8空穴與氣蝕752.8.1液壓油液的空氣分離壓和飽和蒸氣壓752.8.2液壓元件中的空穴現(xiàn)象機理762.8.3減小空穴現(xiàn)象的措施772.9液壓沖擊782.9.1液壓沖擊產(chǎn)生的原因782.9.2閥門迅速關(guān)閉液體運動突然改變產(chǎn)生的液壓沖擊782.9.3運動部件制動產(chǎn)生的液壓沖擊802.9.4減小液壓沖擊的措施812.10本章小結(jié)81思考題與習題81第3章液壓動力元件843.1液壓泵一般理論843.1.1功用與分類843.1.2主要結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)關(guān)鍵853.1.3產(chǎn)品性能描述主要技術(shù)參數(shù)913.2柱塞泵973.2.1軸向柱塞泵973.2.2徑向柱塞泵1043.3葉片泵1073.3.1雙作用葉片泵1073.3.2單作用葉片泵1103.4齒輪泵1123.4.1外嚙合齒輪泵1123.4.2漸開線內(nèi)嚙合齒輪泵1163.4.3擺線內(nèi)嚙合齒輪泵1183.4.4螺桿泵1203.5變量泵的變量調(diào)節(jié)1223.5.1外反饋限壓式變量葉片泵1233.5.2恒壓柱塞變量泵1253.5.3流量控制柱塞變量泵1263.5.4恒功率柱塞變量泵1273.5.5變量泵的變量調(diào)節(jié)小結(jié)1283.6液壓源1293.7本章小結(jié)129思考題與習題130第4章液壓執(zhí)行元件1314.1液壓馬達1314.1.1液壓馬達一般理論1314.1.2液壓馬達主要技術(shù)參數(shù)1354.1.3典型液壓馬達1414.2液壓缸1444.2.1液壓缸一般理論1444.2.2液壓缸主要技術(shù)參數(shù)1514.2.3典型液壓缸1564.3本章小結(jié)160思考題與習題160第5章液壓控制元件1625.1液壓閥一般理論1625.1.1液壓閥的功能與分類1625.1.2性能期望1635.1.3基本技術(shù)參數(shù)1645.1.4液壓閥的連接與閥組1655.2單向閥和梭閥1705.2.1普通單向閥1705.2.2液控單向閥1715.2.3梭閥1745.2.4雙液控單向閥（雙向液壓鎖閥）1745.2.5充液閥1755.2.6單向閥和梭閥小結(jié)1775.3方向控制閥1775.3.1方向閥一般理論1775.3.2典型滑閥式方向閥1905.3.3多路方向閥1925.3.4方向控制閥小結(jié)1945.4壓力控制閥1945.4.1溢流閥、安全閥1955.4.2減壓閥2045.4.3順序閥2135.4.4減壓溢流閥2215.4.5壓力開關(guān)（壓力繼電器）2235.4.6壓力控制閥小結(jié)2245.5流量控制閥2245.5.1節(jié)流孔口的流量特性及調(diào)速原理2255.5.2普通節(jié)流閥2275.5.3調(diào)速閥2305.5.4截止閥2355.5.5流量控制閥小結(jié)2365.6本章小結(jié)236思考題與習題237第6章液壓輔助元件2386.1液壓油箱2386.1.1功能、分類和結(jié)構(gòu)2386.1.2設(shè)計關(guān)鍵2406.2蓄能器2416.2.1功能、分類和工作原理2426.2.2主要性能與參數(shù)2466.2.3蓄能器的容量計算2466.2.4選用與安裝2476.3過濾器2486.3.1功能、工作原理、分類和結(jié)構(gòu)特征2486.3.2主要性能與參數(shù)2526.3.3安裝位置與選型2546.4熱交換器2556.4.1冷卻器2556.4.2加熱器2566.5管道及管接頭2576.5.1管材2576.5.2管接頭2596.6密封2606.6.1密封裝置的要求2606.6.2密封裝置的類型與特點2606.7本章小結(jié)264思考題與習題264第7章液壓傳動基本回路2657.1壓力控制回路2667.1.1調(diào)壓回路2667.1.2減壓回路2687.1.3增壓回路2697.1.4卸荷回路2707.1.5保壓回路2727.1.6平衡回路2737.2速度換接與調(diào)節(jié)回路2757.2.1速度換接與調(diào)節(jié)原理2757.2.2速度換接回路2767.2.3節(jié)流控制回路（減速回路）2797.2.4容積調(diào)速回路2897.2.5容積節(jié)流控制回路2957.3單液壓執(zhí)行元件動作控制回路2987.3.1換向回路2987.3.2浮動回路2997.3.3鎖緊回路2997.4多液壓執(zhí)行元件動作控制回路3007.4.1同步回路3017.4.2順序動作回路3027.4.3互不干擾回路3047.4.4多路閥控制回路3057.5本章小結(jié)306思考題與習題306第8章液壓傳動系統(tǒng)分類與典型系統(tǒng)3088.1液壓傳動系統(tǒng)分類3088.1.1開式回路和閉式回路3088.1.2單泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)3108.1.3液壓回路的集成連接3118.2典型液壓傳動系統(tǒng)3148.2.1單面臥式銑削組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)3148.2.2鋼包絞車液壓傳動系統(tǒng)3178.2.3CTL600t壓力機的液壓傳動系統(tǒng)3198.3本章小結(jié)323思考題與習題324第9章液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計3269.1液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計一般流程3269.2方案設(shè)計3279.2.1明確設(shè)計任務(wù)3279.2.2擬定系統(tǒng)方案，繪制液壓系統(tǒng)原理圖3309.3液壓傳動系統(tǒng)手工參數(shù)設(shè)計3349.3.1液壓執(zhí)行元件規(guī)格參數(shù)設(shè)計與元件選型3349.3.2液壓泵參數(shù)設(shè)計與元件選型3369.3.3液壓控制元件參數(shù)設(shè)計與選型3379.3.4管道參數(shù)設(shè)計3389.3.5液壓傳動系統(tǒng)的壓力損失驗算3389.3.6液壓傳動系統(tǒng)的總效率3399.3.7液壓傳動系統(tǒng)的熱計算3409.4液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算案例3409.4.1單面臥式銑削組合機床工作臺液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計3409.4.2鋼包絞車液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算3489.4.3壓力機液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計3519.5本章小結(jié)355思考題與習題355第10章電液伺服與比例控制35810.1電液伺服控制35810.1.1電液伺服控制系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)35910.1.2電液伺服閥36110.1.3位置電液伺服控制系統(tǒng)36810.1.4其他電液伺服控制系統(tǒng)37210.2電液比例控制概述37410.2.1電液比例控制及其分類37510.2.2電液比例控制產(chǎn)生及發(fā)展37610.2.3電液比例控制與液壓傳動（液壓開關(guān)控制）的比較37710.2.4電液比例控制與電液伺服控制及液壓傳動的比較37810.3液壓比例閥與比例放大器37910.3.1比例電磁鐵37910.3.2比例方向閥38210.3.3比例壓力閥38310.3.4比例流量閥38410.3.5比例放大器38610.4比例液壓回路38710.4.1比例壓力控制回路38710.4.2比例運動控制回路38910.4.3比例節(jié)流控制回路39410.5典型比例控制系統(tǒng)39510.5.1裝備工作原理39510.5.2比例控制系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu)分析39910.5.3比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點40010.6伺服與比例液壓控制系統(tǒng)設(shè)計40110.6.1電液伺服控制的一般設(shè)計流程40110.6.2開環(huán)電液比例運動控制的一般設(shè)計流程40110.6.3閉環(huán)電液比例運動控制的一般設(shè)計流程40210.7本章小結(jié)403思考題與習題404第11章氣壓傳動基礎(chǔ)40511.1空氣的物理性質(zhì)40511.1.1空氣40511.1.2濕空氣40711.2氣體的狀態(tài)變化40711.2.1理想氣體狀態(tài)變化方程40811.2.2氣體狀態(tài)變化過程及規(guī)律40811.3氣體的流動規(guī)律40911.3.1氣體流動的基本方程40911.3.2聲速和馬赫數(shù)41011.4本章小結(jié)411思考題與習題411第12章氣源裝置與氣動元件41212.1氣源裝置41212.1.1氣體加壓裝置41312.1.2壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備41412.1.3壓縮空氣的存儲設(shè)備41612.1.4輸氣管道系統(tǒng)41712.1.5設(shè)備空氣處理裝置41812.2氣動執(zhí)行元件41912.2.1氣馬達42012.2.2氣缸42212.3氣動控制閥42512.3.1方向控制閥42512.3.2壓力控制閥42912.3.3流量控制閥43012.3.4單向閥、梭閥、雙壓閥與快速排氣閥43112.4氣動輔助元件43312.5氣動邏輯元件43412.5.1分類和特點43412.5.2氣動邏輯元件功能43512.5.3邏輯元件的實現(xiàn)與應(yīng)用43612.6真空元件43712.6.1真空發(fā)生器43712.6.2真空吸盤43812.7本章小結(jié)439思考題與習題439第13章氣壓傳動基本回路44013.1氣動壓力與力控制回路44013.1.1氣動壓力控制回路44013.1.2氣動力控制回路44213.2氣動換向回路44313.2.1單作用氣缸換向回路44313.2.2雙作用氣缸換向回路44313.2.3氣馬達換向回路44313.3氣動速度調(diào)節(jié)與控制回路44313.3.1氣閥調(diào)速回路44413.3.2氣液聯(lián)動速度控制回路44613.4其他氣動回路44713.4.1安全保護回路44713.4.2往復(fù)回路44813.4.3多缸多位置控制回路44813.4.4同步回路44913.4.5延遲回路44913.4.6計數(shù)回路45013.4.7沖擊回路45013.4.8真空吸附回路45113.5本章小結(jié)451思考題與習題451第14章典型氣動系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)設(shè)計45314.1典型氣壓傳動系統(tǒng)45314.1.1氣動機械手氣壓傳動系統(tǒng)45314.1.2全自動氣動鉆床氣壓傳動系統(tǒng)45614.2氣動系統(tǒng)設(shè)計一般設(shè)計流程46014.3氣動行程控制邏輯回路設(shè)計46214.3.1氣動邏輯回路設(shè)計任務(wù)46214.3.2信號-動作線圖設(shè)計方法46414.3.3障礙信號去除方法46614.3.4邏輯原理圖繪制46714.3.5氣動系統(tǒng)回路原理圖繪制46814.4本章小結(jié)469思考題與習題469第15章液壓與氣動系統(tǒng)建模仿真47115.1系統(tǒng)仿真和液壓與氣動系統(tǒng)仿真47115.1.1系統(tǒng)仿真概念與類型47115.1.2系統(tǒng)的研究與設(shè)計方法47215.1.3系統(tǒng)仿真對液壓與氣動系統(tǒng)分析設(shè)計方法的變革47415.1.4液壓與氣動系統(tǒng)仿真發(fā)展簡史47515.1.5液壓與氣動系統(tǒng)仿真軟件特點47615.1.6液壓與氣動系統(tǒng)建模仿真過程47715.2仿真模型與實際系統(tǒng)47715.3液壓與氣壓傳動系統(tǒng)Simscape軟件仿真47815.3.1概述47915.3.2Simscape軟件使用方法48015.3.3建模仿真過程48015.3.4案例一：液壓傳動系統(tǒng)仿真48115.3.5案例二：氣壓傳動系統(tǒng)仿真48515.3.6液壓與氣壓傳動系統(tǒng)Simscape軟件仿真小結(jié)48915.4液壓與氣壓傳動系統(tǒng)AMESim軟件仿真48915.4.1AMESim軟件概述48915.4.2AMESim軟件使用方法49115.4.3建模仿真過程49215.4.4案例一：液壓傳動系統(tǒng)仿真49215.4.5案例二：氣壓傳動系統(tǒng)仿真49615.4.6液壓與氣壓傳動系統(tǒng)AMESim軟件仿真小結(jié)49915.5其他液壓與氣壓傳動系統(tǒng)軟件簡介49915.5.1Automation Studio49915.5.220-sim50115.5.3FluidSIM50215.6本章小結(jié)503思考題與習題503附錄504附錄A極簡的反饋控制基本理論504附錄B常用液壓與氣動元件圖形符號506附錄C常用單位換算表513附錄DNAS1638516附錄EISO 4406517附錄F常用術(shù)語中英文對照518參考文獻524
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