液壓與氣壓傳動(dòng)1

1、本章重點(diǎn)內(nèi)容 1)液壓油的物理性質(zhì)，液壓油的選用 。 2)液壓傳動(dòng)的基本原理，即連續(xù)性方程 和伯努力方程，液體流經(jīng)管路的壓力損 失等。 3)孔口流動(dòng)特性。 本章目錄本章目錄 第一節(jié)第一節(jié) 液壓油液液壓油液 第二節(jié)第二節(jié) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) 第三節(jié)第三節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué) 第四節(jié)第四節(jié) 管道流動(dòng)管道流動(dòng) 第五節(jié)第五節(jié) 孔口流動(dòng)孔口流動(dòng) 第六節(jié)第六節(jié) 縫隙流動(dòng)縫隙流動(dòng) 第一節(jié) 液壓油液 在液壓系統(tǒng)中，最常用的工作介質(zhì)是 液壓油，液壓油是傳遞信號(hào)和能量的工作 介質(zhì)。同時(shí)，還起到潤(rùn)滑，冷卻和防銹等 方面的作用。液壓系統(tǒng)能否可靠和有效地 工作，在很大程度上取決于液壓油。 一、液壓油液的性質(zhì) （一）

2、密度和重度： 密度：?jiǎn)挝?Kg/m3 對(duì)勻質(zhì)液體：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所含的質(zhì)量。 = m/V 在液壓系統(tǒng)中一般液壓油的密度： = 900 Kg/m3 重度 ：?jiǎn)挝?N/m3 對(duì)勻質(zhì)液體：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所含的重量。 = G/V 重度與密度的關(guān)系： = G/V = mg/V = g 則： = /g 則: = g = 9009.81= 8.8103 N/m3 （二）可壓縮性 體積壓縮系數(shù)： 受壓液體在單位壓力變化 下的液體體積相對(duì)變化量。 液體體積彈性模量K： 產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化量所 需要的壓力增量。 0 3 1 1.2 210 Vp K V KMPa 則： V 0 1V p V （三）粘性 粘性：流體在外力

3、作用下流動(dòng)時(shí)， 分子間的內(nèi)聚力為了阻礙分子的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力。 dy du AF f 1、粘性的意義 式中：比例常數(shù)，稱粘度系數(shù)或動(dòng)力粘度。 du/dy 速度梯度，即液層相對(duì)速度對(duì)液層 距離的變化率。 相鄰兩油層間的內(nèi)摩擦力 切應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的摩擦力 （1）動(dòng)力粘度 ： f F du Ady 2、液體的粘度 當(dāng)：du/dy =1時(shí)， = 由此可知?jiǎng)恿φ扯?：是指它在單位速度梯 度下流動(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。 du dy 動(dòng)力粘度的單位： CGS制中常用 P（泊） 1cP（厘泊）=10-2 P （泊） SI單位： Pas（帕秒） 1 Pas =1 Ns/m2 換算關(guān)系： 1

4、 Pas =10 P =103 cP （2） 運(yùn)動(dòng)粘度 ： 液體動(dòng)力粘度與其密度的比值，稱為運(yùn)動(dòng)粘度。 = / 運(yùn)動(dòng)粘度的單位： CGS制中常用 cm2 /s ：st（沲） 1cst（厘沲）=1mm2/s = 10-2 st（沲）=10 -2 cm2 /s SI單位： m2 /s 1 m2 /s = 104 St = 106 cst 3、相對(duì)粘度：相對(duì)粘度又稱條件粘度，是 工程上常用一種簡(jiǎn)便的測(cè)定方法，我國(guó)用的 是恩氏粘度： 0 1 2 t t E t 式中： t1200cm3 的被測(cè)液體，在溫度為t （ 液壓油為20、 50 、100 ）下，通過(guò)=2.8mm小孔所需時(shí)間。 t2200cm3

5、的蒸餾水，在溫度為20 下，通過(guò)同一 小孔所需時(shí)間。 則： 2 006 (7.316.31/) 10 m EE s 粘度與壓力、溫度的關(guān)系： 壓力增加，粘度增大。但在液壓系統(tǒng)使用的 壓力范圍內(nèi)，增大數(shù)值很小，可忽略不計(jì)。 溫度升高,粘度下降不同的油液有不同的粘 度溫度變化關(guān)系，這種關(guān)系叫做油液的粘溫特性。 油液粘度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄 漏量, 因此希望粘度隨溫度的變化越小越好。 粘度與溫度的關(guān)系： 二、對(duì)液壓油的要求和選用： （一）要求 1）粘度適宜，粘溫特性要好； 2）油液純凈，不含雜質(zhì)（化學(xué)及機(jī)械雜質(zhì)）； 3）凝固點(diǎn)要低，以防寒冷凝固； 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)要高，以防燃燒； 4）潤(rùn)滑性能

6、好； 5）其它： 抗泡沫性和抗乳化 性好； 材料相容性好； 無(wú)毒，價(jià)格便宜。 （二）選用 1）工作壓力： 高選粘度大的，低選粘度小的； 2）環(huán)境溫度： 高選粘度大的，低選粘度小的； 3）工作部件的運(yùn)動(dòng)速度： 高選粘度小的，低選粘度大的。 4）液壓泵的類型： 各類泵適用的粘度范圍見(jiàn)書(shū)中表14。 返回目錄 第二節(jié) 流體靜力學(xué) hydrostatics 一、液體靜壓力及其性質(zhì)： 1、液體壓力（靜壓力） p： 液體內(nèi)某點(diǎn)處單位面積上所 受的法向力，叫液體的壓力： 對(duì)于均布受力的液體，其靜壓力為： p=F/A A F p N A 0 lim 4）靜壓力基本方程式的物理意義： 000 ()ppgzpg h

7、h 說(shuō)明靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能和勢(shì)能 可以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量保持不變，即 能量守恒。 設(shè)：以大地為基準(zhǔn)，由靜 壓力基本方程式可得： 0 0 pp hh gg 常數(shù) p hg 式中： 靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能 單位質(zhì)量液體的勢(shì)能 0 0 pp h ghg 常數(shù) 2、靜壓力的兩個(gè)重要性質(zhì)： 1）液體靜壓力總是垂直指向承壓面， 其方向 與該面的內(nèi)法線方向一致。 2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的靜壓力在各個(gè)方向 都相等。 二、液體靜壓力基本方程 （一）靜壓力基本方程： pA = p0A FG = p0AghA 則：p = p0 gh p0 p0A pA FG hh A 上式說(shuō)明： 1）靜止

8、液體內(nèi)某點(diǎn)處的壓力由兩部分組成：一部分是液體 表面上的壓力p0，另一部分是g與該點(diǎn)離液面深度h的 乘積。 2）靜止液體內(nèi)的壓力沿液深呈直線規(guī)律分布。 3）離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力都相等，壓力相等的點(diǎn)組 成的面叫等壓面。 同一種液體于連通器內(nèi) 連通但不是同一種液體 汞 水 空氣 水 （二）壓力的表示法及單位： 壓力的表示法有二種： 1）絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為零點(diǎn)而計(jì)量的壓力。 p絕 = pa+gh pa 大氣壓 2）相對(duì)壓力：以大氣壓為零點(diǎn)而計(jì)量的壓力。 p = p絕 pa 真空度：如果絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，低于大氣壓的數(shù)值 稱為真空度。 p真 = pap絕 記住 壓力的單位 常用的單位有：

9、工程制at：kgf/cm2 1 kgf/cm2 =9.8104 N/m2 液柱高： 10m水柱=1 kgf/cm2 =9.8104 N/m2 1m水柱=0.1 kgf/cm2 =9.8103 N/m2 1mm汞柱=1.33 102 N/m2 國(guó)際單位：Pa 因Pa的單位太小，故常用MPa 1Pa=1N/m2 1MPa=106 N/m2 目前還采用的壓力單位有巴，符號(hào)為bar，即 1bar105N/m2 例1：已知=900kg/m3 , F=1000N, A=1 10-3 m2 , 求h=0.5m處的靜壓力p=? F A h p 解：由壓力計(jì)算式求得： gh A F ghpp 0 5 . 081

10、. 9900 101 1000 3 PamN 626 66 10)/(10 )100044.010( 由上例知：在外界壓力作用下，由自重產(chǎn)生的那 部分靜壓力gh很小，可忽略不計(jì)，可認(rèn)為靜止 液體內(nèi)各處的壓力都是相等的。 三、帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）： 帕斯卡原理：在密閉容 器內(nèi)，施加于靜止液體 表面上的壓力將等值地 同時(shí)傳遞到液體內(nèi)各點(diǎn)。 12 h2 h1 F A 1點(diǎn)：p1=F/A+gh1 2點(diǎn)：p2=F/A+gh2 由此可見(jiàn)：液壓系統(tǒng)的壓力是由外負(fù)載決定的。這一概念 一定要建立起來(lái)。 1 1 1 2 2 2 p A F A F p 四、靜壓力對(duì)固體壁面的作用力 1、作用在平面上的力： 因

11、為作用于平面時(shí)壓力方向垂直平面，所以： 作用在平面上的力 = 靜壓力承壓面積 即： F= pA=gh A h A 2、作用在曲面上的力： 取球面單元dA，則在dA上的 微小作用力為： dF= pdA 其在垂直方向的投影為： dF=pdAcos 積分后： F = p dAcos = pA 作用在曲面某一方向上 的力= 靜壓力曲面在 該方向上的投影面積。 4 2 D pF D 設(shè)球直徑為D，則： 例2： 某安全閥如圖所示。閥芯為 圓錐形，閥座孔徑d10mm， 閥芯最大直徑D15mm。當(dāng)油 液壓力P18MPa時(shí)，壓力油 克服彈簧力頂開(kāi)閥芯而溢油， 出油腔有背壓P2=0.4MPa。試 求閥內(nèi)彈簧的預(yù)緊

12、力。 解: 1)壓力p1、p2向上作用在閥芯錐面上的投影 面積分別為 ： 44 222 dDd 和 故閥芯受到的向上作用力為 2 22 1 2 1 44 p dD p d F 4 2 D 則閥芯受到向下的作用力: 2 2 2 4 p D F S FFF 21 S Fp D p dD p d 2 2 2 22 1 2 4 44 NFS597 返回目錄 第三節(jié) 流體動(dòng)力學(xué) hydrodynamics 一、基本概念： (一)理想液體和恒定流動(dòng) 理想液體： 既無(wú)粘性又不可壓縮的液體為理 想液體。 恒定流動(dòng)： 液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和 密度都不隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱為 恒定流動(dòng)。反之如果壓力、速度 和密

13、度中有一個(gè)隨時(shí)間變化的流 動(dòng)就稱為非恒定流動(dòng)。 (二)通流截面、流量和平均流速： 通流截面： 液體在管道中流動(dòng)時(shí)，垂直于流動(dòng)方向的截面即為通流截 面。 通流截面通流截面 流量： 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一通流截面的液體體積。 q m3/s L/min 對(duì)微小流束而言，其截面積為dA，則微小流 量為：dq = u dA 積分后： A udAq 在液壓系統(tǒng)中常用平均速度來(lái)求液體的流 量 A q vvAudAq A 二、流量連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律 在管中作恒定流動(dòng)的理想 液體，既不能增多，也不 能減少，即符合物質(zhì)不滅 定律。因此在單位時(shí)間內(nèi) 流過(guò)管中任一截面的液體 質(zhì)量流量應(yīng)相等： 即： 1v1A1=2v2

14、A2 因?yàn)椋?=const 所以： v1A1=v2A2 或： vA= q = const 1 2 v1 v2 A1 A2 1 2 例題： 如圖所示，己知流量q125L/min，小活塞桿直徑 d120mm，小活塞直徑D175mm，大活塞桿直徑 d240 mm，大活塞直徑D 2125mm，假設(shè)沒(méi)有泄 漏流量，求大小活塞的運(yùn)動(dòng)速度v1、v2。 解： 根據(jù)液流連續(xù)性方程qvA，求大小 活塞的運(yùn)動(dòng)速度v1和v2分別為： sm dD q v /102.0 02.0075.060 10254 4 22 3 2 1 2 1 1 1 sm D Dv v D v D v /037.0 125.0 102.0075

15、.0 4 4 44 2 2 2 2 2 11 2 2 1 1 2 2 2 三、伯努利方程能量守恒定律 11 2 2 12 2 2 22 pp z gg uu z 22 1122 12 22 pupu z gz g 2 2 pu zg 常數(shù) 由于兩截面是任取的，故上式可變?yōu)?即為理想液體（單位質(zhì)量液體）的伯努利方程 p/ 壓力能 m2/s2 u2/2 動(dòng)能 m2/s2 z g 勢(shì)能 m2/s2 物理意義：在密閉管道中作恒定流動(dòng)的理想液體具有三 種形式的能量：壓力能、動(dòng)能和勢(shì)能。三者之間可以互 相轉(zhuǎn)化，但任一通流截面處三者之和為一常數(shù)。 2、實(shí)際流體的伯努利方程： 由于實(shí)際流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)必然

16、產(chǎn)生內(nèi)摩擦力且 造成能量的損失，使總能量沿流體的流向逐漸減小， 而不再是一個(gè)常數(shù)；另一方面由于液體在管道過(guò)流截 面上的速度分布并不均勻，在計(jì)算中用的是平均流速， 必然會(huì)產(chǎn)生誤差，為了修正這一誤差引入了動(dòng)能修正 系數(shù) 。 所以，實(shí)際的伯努利方程應(yīng)為 22 11 122 2 12 22 w pvpv z gz gh g 式中：動(dòng)能修正系數(shù) 層流時(shí)=2； 紊流時(shí)=1.1，實(shí)際計(jì)算時(shí)取1 hwg g為截面1到截面2單位質(zhì)量流體的能量損失 22 111222 12 22 w pvpv z gz gh g 舉例： 有一水箱足夠大，且通大氣，各處尺寸如圖所示， （理想液體）求：1）流出的流量q 2）截面2-

17、2處的壓力p2 解：1）列0-0和1-1截面的伯努利方程，以箱底管 子中心為基準(zhǔn)： 1 2 11 0 2 00 22 z g v g p z g v g p 4 22 2 000 2 1 111 2 1 00110 d gHAvqgHv g v H vHZZppp a 則：由于： 解：2）列0-0和2-2截面的伯努利方程，以2-2截面 為基準(zhǔn)： 2 2 22 0 2 00 22 Z g v g p Z g v g p ) 24 ( 24 0 4 00 2 2 2 2 22 0 020 g vH gp g v g pH v H ZZp 則： 由于： 由流量連續(xù)性方程： g d d v H gp

18、2 )( 4 2 2 2 2 1 1 2 則： 2 2 2 1 1 2 1 122211 d d v A A vvAvAv 由此可知，液壓泵吸油口的真空度由三部分組成，包括由此可知，液壓泵吸油口的真空度由三部分組成，包括產(chǎn)生一定流速所需的產(chǎn)生一定流速所需的 壓力壓力，把油液提升到一定高度所需的壓力把油液提升到一定高度所需的壓力和和吸油管內(nèi)的壓力損失吸油管內(nèi)的壓力損失 例：應(yīng)用伯努利方程分析液壓泵正常吸油的條件，如圖所示， 設(shè)液壓泵吸油口處的絕對(duì)壓力為p2，油箱液面壓力為大氣壓， 泵吸油口至油箱液面高度為H。 解：列11與22截面的伯努利方程， 以油箱液面為基準(zhǔn)： 22 11 1222 12 1

19、211 12 2 22 2 2 22 00 1 1 2 1 2 w a aw pvpv h gh gh g hhHppv ppvgHgHghvp 式中： ?。?則： 泵吸油口處的真空度不能太大，即泵的絕對(duì)壓力 不能小因?yàn)槿绫梦涂谔幍慕^對(duì)壓力低于液體 在該溫度下的空氣分離壓，溶解在流體內(nèi)的空氣 就會(huì)析出，形成氣穴現(xiàn)象,為此要限制液壓泵吸油 口的真空度小于0.3105 Pa； 安裝高度：一般泵的吸油高度h0.5m，有時(shí)為使 吸油條件改善，將泵安裝在油箱液面下面，使泵 的吸油高度小于零。 使用伯努利方程解決問(wèn)題時(shí)的步驟： (1)選取適當(dāng)?shù)乃交鶞?zhǔn)面； (2)選取兩截面，其中一個(gè)截面的參數(shù)為已知，另

20、一個(gè)為所 求參數(shù)的截面； (3)按照流動(dòng)方向列出伯努利方程； (4)未知量多于方程數(shù)，則必須列出其它的輔助方程，如連 續(xù)性方程、動(dòng)量方程，并聯(lián)立解之。 四、動(dòng)量方程： 動(dòng)量方程可以用來(lái)計(jì)算流動(dòng)液體作用于限制其流動(dòng)的固體壁面上的 總作用力。 作用在物體上的力的大小，等于物體在力所作用方向上的動(dòng) 量變化率： t um F 12 1122 2121 )()( )()()( utqutq umum umumum 任意取兩個(gè)通流截面1和2，兩截面之間所限 制的液體體積稱之為控制體，此控制體積經(jīng) t 時(shí)刻后流至位置1和2 若液體做恒定流動(dòng)，則動(dòng) 量變化率為 21 () () mu Fq uu t 由于實(shí)際

21、液體的速度分布是不均勻的，在 工程實(shí)際中常用平均速度v代替實(shí)際速度u計(jì)算 動(dòng)量，必然會(huì)產(chǎn)生誤差，其誤差由動(dòng)量修正系 數(shù)來(lái)加以修正 )( 1122 vvqF 上式看出：液體在不同控制表面上具有不同速度所 引起的力，稱為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，簡(jiǎn)稱液動(dòng)力 式中：動(dòng)量修正系數(shù) 層流時(shí)：=1.33； 紊流時(shí)：=1 計(jì)算時(shí)取 =1 應(yīng)用動(dòng)量方程取正確的控制體十分關(guān)鍵。所取控 制體應(yīng)完全包含受要求作用力影響的全部流體，且在 控制體的流入和流出界面上流體的壓力與速度是已知 的。 例： 如圖所示的滑閥，當(dāng)液流 通過(guò)閥芯時(shí)，試求液流對(duì) 閥芯的作用力。 解：(a)設(shè)：閥芯對(duì)液體的力 為F，則： 2211 11 (coscos

22、) cos Fq vv qv 11 cosFFqv 方向向左，而液體對(duì) 閥芯的力為： 方向向右 由此可知：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力對(duì)滑閥來(lái)說(shuō)總是力圖使閥芯關(guān)閉的。 2211 22 : (coscos) cos bF Fqvv qv 設(shè)閥芯對(duì)液體的力為 ，則： 22 cosFFqv 方向向左 而液體對(duì)閥芯的力為： 方向向右 例15：計(jì)算如圖所示液體對(duì)彎管的作用力 解：取截面11和22間的液體為 控制體積，首先分析作用在控制 體積上的外力，在控制表面上液 體受到的總壓力為 11 Fp A 22 Fp A 設(shè)彎管對(duì)控制液體的作用力為F, 列出x方向和y方向的動(dòng)量方程： X方向： 12 cos( cos) x FF

23、Fq Y方向： 2 sin( sin0) y FFq 21 cos(1cos) x FFqF 2 sinsin y FqF 22 xy FFF arc y x tg F F 所以液體對(duì)彎管的作用力 FF 方向與F相反 返回目錄 第四節(jié) 管道流動(dòng) 由于流動(dòng)液體具有粘性，以及流動(dòng)時(shí)突然由于流動(dòng)液體具有粘性，以及流動(dòng)時(shí)突然轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎 或通過(guò)閥口會(huì)產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動(dòng)時(shí)必或通過(guò)閥口會(huì)產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動(dòng)時(shí)必 然會(huì)產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，流動(dòng)液體會(huì)損耗一然會(huì)產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，流動(dòng)液體會(huì)損耗一 部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來(lái)表部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來(lái)表 示

24、。壓力損失即是伯努利方程中的示。壓力損失即是伯努利方程中的hw項(xiàng)。項(xiàng)。 壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部 分組成。分組成。 液流在管道中流動(dòng)時(shí)的壓力損失和液流運(yùn)動(dòng)狀液流在管道中流動(dòng)時(shí)的壓力損失和液流運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)有關(guān)。態(tài)有關(guān)。 一、流態(tài)與雷諾數(shù) ： (一)流態(tài) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動(dòng)時(shí)存在通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動(dòng)時(shí)存在 兩種流動(dòng)狀態(tài)兩種流動(dòng)狀態(tài): : 層流層流粘性力起主導(dǎo)作用粘性力起主導(dǎo)作用 紊流紊流慣性力起主導(dǎo)作用慣性力起主導(dǎo)作用 液體的流動(dòng)狀態(tài)用雷諾數(shù)來(lái)判斷。液體的流動(dòng)狀態(tài)用雷諾數(shù)來(lái)判斷。 實(shí)驗(yàn)證明液體的流動(dòng)狀態(tài)與速度v、管徑d及 運(yùn)動(dòng)

25、粘度有關(guān)，由v、d、 組成的數(shù)稱為 雷諾數(shù)，記作： 該式僅用于圓管 Re是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù) vd Re 這說(shuō)明只要Re相同，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就相同；由層流變紊 流時(shí)過(guò)渡狀態(tài)的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)： Recr 當(dāng)： ReRecr 時(shí)為紊流 對(duì)金屬圓管： Recr =2320 對(duì)于非圓管：對(duì)于非圓管：Re = 4Rv/ 式中：式中：R 水力半徑水力半徑 R = = 有效面積有效面積/ /濕周濕周 = = A/x 2 4 4 d d R d 園： 2 44 aa R a 方： 例1：某輸油管，d=25.4mm ，q=2.64 L/min =4 cm2 /s ，判斷流動(dòng)狀態(tài)。 s cm dA q v 69.8

26、54.214.360 1064.24 60 1064.24 2 3 2 3 解： 8.69 2.54 Re5.522320 4 vd 為層流 二、等直管中的壓力損失沿程壓力損失 （一）層流時(shí)：（一）層流時(shí)： 1、圓管中速度分布：圓管中速度分布： 圓柱體上向右的作用力：圓柱體上向右的作用力： F1=( p1p2 ) r2 外圓柱面上的摩擦力：外圓柱面上的摩擦力： Ff =Adu/dy=2rldu/dr 因受力平衡：因受力平衡： F1 = Ff 則：則：du/dr = (p1p2) r/2l =pr/2l d l p2 p1 Ff r r dr u u-du 22 m ax 416 Rd upp

27、ll 由此可知：r =0 處，即管中心處速度最大： p l rR u 4 22 積分整理后得：(代入邊界條件：當(dāng) r = R 時(shí) u = 0 ) 2 dur p drl 2、圓管中層流流量公式： 微小環(huán)形面積：dA= 2rdr 通過(guò)微環(huán)形面積得流量： 22 () 2 p dqudARrr dr l p l d p l R dqq R 1288 4 0 4 積分得： d l p2 p1 Ff r r dr u u-du max 22 2 4 2 1 328 8 3 u l pd l Rp R p l R A q v 、平均流速： 4 、沿程壓力損失沿程壓力損失: 2 32lv p d Re vd

28、 222 6464 2Re22 lvlvlv p vd ddd 式中：摩擦阻力系數(shù)； 油 =75/Re 水 =64/Re 橡膠管 =80/Re 2 2 plv h gdg 2 2 lv p d 已 求 出 ： 記記 住住 例2、一直徑為 d=305mm 的管道，輸送重油，其 密度 =980 kg/m3 運(yùn)動(dòng)粘度 = 4 cm2/s 流量 q=60 L/s 管道起點(diǎn)高 z1 =85m 終點(diǎn)高 z2 =105m 管長(zhǎng) L=1800m 求：管道中重油起點(diǎn)至終點(diǎn)的壓力降 p1p2 =？ 解：列起點(diǎn)與終點(diǎn)間的伯努利方程，以大地為基準(zhǔn)，則： 22 111222 12 22 pvpv z gz gh g 2

29、1 1221 () vv ppgzzh 式 中 ： 因 為則 ： 2 4 22 4 0.06 0.822 0.305 0.822 0.305 Re6252320 4 10 75 18000.822 24.2 2Re 0.305 2 9.81 q m v s A vd lv hm dg 為層流 重油柱 則： 1221 2 () 9809.81 (1058524.2) 426150 0.4 ppg zzh N m MPa （二）紊流 由雷諾實(shí)驗(yàn)知： Re 臨界雷諾時(shí)為紊流 沿程損失計(jì)算式仍用：只是的取值不同 2 2 lv h dg 2 2 lv p d 紊流時(shí)的計(jì)算式： 2320Re105 =0.

30、3164Re0.25 105Re106 =0. 032+0.221Re0.237 Re900(d /) = 2lg (/d )1.742 值的選?。?鋼管：0.04mm 銅管：0.00150.01mm 鋁管：0.00150.06mm 橡膠軟管：0.03mm 三、局部壓力損失： 局部壓力損失計(jì)算式： 2 2 2 2 v p p v h gg 四、管路系統(tǒng)中總壓力損失： 管路系統(tǒng)中總壓力損失等于所有沿程壓力損失和局部壓力損失的 總和： 22 22 22 22 () 22 22 w w hhh lvv dgg lvv pg dgg lvv d 五、系統(tǒng)中總工作壓力： w ppp 總工作 例3： 某一

31、發(fā)動(dòng)機(jī)所需潤(rùn)滑油流 量 q=0.4cm3/s，油從高位 油箱經(jīng)直徑d=6mm，長(zhǎng) L=5m 的輸油管供給，輸 油管終端為大氣壓，油的 運(yùn)動(dòng)粘度= 1.5 cm2/s ， 求： 1、管路中的沿程損失h 和總阻力損失hw 2、油箱液面高度h 已知： 進(jìn)=0.5 彎=0.3 出=1 解1： 2 22 22 2 40.4 1.4 0.6 1.40.6 Re0.562320 1.5 7550.014 1.11 20.56 0.006 29.81 ( 22 0.014 1.11(0.50.31) 29.81 1.11 1.80.00000991.11 w q cm v s A vd lv hm dg lv

32、v hhh dgg m 進(jìn)出彎 層流 油柱 ） 油柱 解2、列油箱液面與油管終端的伯努利方程，以 終端中心為基準(zhǔn)： w hz g v g p z g v g p 2 2 222 1 2 111 22 油柱 式中： m h g v h zhz vppp w a 11. 111. 10000198. 0 11. 1 81. 92 014. 02 2 0 00 22 22 21 121 返回目錄 第五節(jié) 孔口流動(dòng) 在液壓元件特別是液壓控制閥中，對(duì)液流在液壓元件特別是液壓控制閥中，對(duì)液流 壓力、流量及方向的控制通常是通過(guò)特定的孔壓力、流量及方向的控制通常是通過(guò)特定的孔 口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們對(duì)液流形成阻力，

33、使其產(chǎn)生口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們對(duì)液流形成阻力，使其產(chǎn)生 壓力降，其作用類似電阻，稱其為液阻。壓力降，其作用類似電阻，稱其為液阻。 “孔口流動(dòng)孔口流動(dòng)”主要介紹孔口的流量公式及主要介紹孔口的流量公式及 液阻特性。液阻特性。 一、薄壁小孔：的孔5 . 0 d l 截面收縮系數(shù)：cc=Ac/A0 則：Ac=cc A0 列11與22截面的伯 努利方程，以中心為基 準(zhǔn)，則： 22 1122 22 pvpv h gggg 由圖知最小收縮截面為Ac ，小孔面積為A0 v1 = v2 ，則 ： 12 pp h gg 12 hhh 12 h gg pp 對(duì)于不同的裝置具有不同的對(duì)于不同的裝置具有不同的： 2 12 (

34、1) 2 c v h g hh 12 1 1 22 () vc vpcpp 000 22 ccccvcd qA vc A vc c Apc Ap 式中：式中：cv 小孔速度系數(shù)小孔速度系數(shù) cd = cccv 流量系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)確定。流量系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)確定。 重 點(diǎn) 2 cv vcp 通過(guò)孔口的流量公式通過(guò)孔口的流量公式: cd =0.600.61 const 當(dāng)D/dp2 p= p1p2 由壓差引起的流動(dòng)。 3 (152) 12 bh qp l 求 得 ： 兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的間隙流動(dòng)：兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的間隙流動(dòng)： 一板固定，一板以速度 u0運(yùn)動(dòng)，當(dāng)p =0時(shí)，液體也會(huì)被 帶著

35、流動(dòng)，這種流動(dòng)稱為剪切流。 0 (1 53) 2 u qb h 求得： 3、即有壓差流又有剪切流的流動(dòng)： hb v p l bh q 212 3 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 泄露流量泄露流量 q與縫隙值與縫隙值h的三次方正比，所以為了減少平板縫隙泄露，的三次方正比，所以為了減少平板縫隙泄露， 就必須嚴(yán)格控制間隙就必須嚴(yán)格控制間隙h 在縫隙一定時(shí)，泄漏量與平行平板兩端壓差成正比，壓差越大，泄漏在縫隙一定時(shí)，泄漏量與平行平板兩端壓差成正比，壓差越大，泄漏 量越大。量越大。 二、園柱環(huán)形縫縫： 1 1、同心園環(huán)縫隙：、同心園環(huán)縫隙： 3 0 122 udh qpd h l 當(dāng)當(dāng) h 較小時(shí)，可看作較小時(shí)，可看作

36、b=d 的平板縫隙：的平板縫隙： 2、偏心園環(huán)縫隙： 0 0 2 3 0 2 5 . 11 12 u dh l pdh q h0內(nèi)外園同心時(shí)的縫隙值內(nèi)外園同心時(shí)的縫隙值 e/h0 =相對(duì)偏心量相對(duì)偏心量 當(dāng)內(nèi)外園間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)內(nèi)外園間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即 u0=0時(shí)時(shí)： 同心環(huán) 時(shí)偏心距最大：即當(dāng) q l pdh q he l pdh q 5.2 12 5.2 1 5.11 12 3 0 0 2 3 0 特點(diǎn)：偏心量 e 對(duì)通過(guò)偏心園環(huán)縫隙的流量影響極大， 為了減少泄漏，就要減小偏心量，即要提高液壓元件 園柱表面的配合精度。 三、三、圓錐環(huán)形縫隙及液壓卡緊現(xiàn)圓錐環(huán)形縫隙及液壓卡緊現(xiàn) 閥芯大端

37、為高壓，液流由大端流向小端，稱為倒錐閥芯大端為高壓，液流由大端流向小端，稱為倒錐; 閥芯小端為高壓，液流由小端流向大端，稱為順錐。閥芯小端為高壓，液流由小端流向大端，稱為順錐。 閥芯存在錐度不僅影響流經(jīng)間隙的流量，而且影閥芯存在錐度不僅影響流經(jīng)間隙的流量，而且影 響縫隙中的壓力分布。如果閥芯在閥體孔內(nèi)出現(xiàn)偏心，響縫隙中的壓力分布。如果閥芯在閥體孔內(nèi)出現(xiàn)偏心， 作用在閥芯一側(cè)的壓力將大于另一側(cè)的壓力，使閥芯作用在閥芯一側(cè)的壓力將大于另一側(cè)的壓力，使閥芯 受到一個(gè)液壓側(cè)向力的作用。受到一個(gè)液壓側(cè)向力的作用。 倒錐的液壓側(cè)向力使偏心距加大，當(dāng)液壓側(cè)向力倒錐的液壓側(cè)向力使偏心距加大，當(dāng)液壓側(cè)向力 足夠

38、大時(shí)，閥芯將緊貼孔的壁面，產(chǎn)生所謂液壓卡緊足夠大時(shí)，閥芯將緊貼孔的壁面，產(chǎn)生所謂液壓卡緊 現(xiàn)象；而順錐的液壓側(cè)向力則力圖使偏心距減小，不現(xiàn)象；而順錐的液壓側(cè)向力則力圖使偏心距減小，不 會(huì)出現(xiàn)液壓卡緊現(xiàn)象。會(huì)出現(xiàn)液壓卡緊現(xiàn)象。 為減少液壓側(cè)向力，一般在閥芯或柱塞的圓為減少液壓側(cè)向力，一般在閥芯或柱塞的圓 柱面開(kāi)徑向均壓槽，使槽內(nèi)液體壓力在圓周柱面開(kāi)徑向均壓槽，使槽內(nèi)液體壓力在圓周 方向處處相等，槽深和寬為方向處處相等，槽深和寬為0.31.0mm。 第六節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 因某些原因液體壓力在一瞬因某些原因液體壓力在一瞬 間會(huì)突然升高，產(chǎn)生很高的間會(huì)突然升高，產(chǎn)生很高的 壓力峰值壓力峰值 ，這

39、種現(xiàn)象稱為液，這種現(xiàn)象稱為液 壓沖擊。瞬間壓力沖擊不僅壓沖擊。瞬間壓力沖擊不僅 引起振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)損引起振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)損 壞密封裝置、管道、元件，壞密封裝置、管道、元件， 造成設(shè)備事故。造成設(shè)備事故。 液壓沖擊的類型液壓沖擊的類型: 管道閥門(mén)管道閥門(mén)突然關(guān)閉突然關(guān)閉時(shí)的液壓沖擊時(shí)的液壓沖擊 運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊 減少液壓沖擊的措施：減少液壓沖擊的措施： 1 、延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。、延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。 2 、限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件的速度。、限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件的速度。 3 、適當(dāng)增大管徑，以減小沖擊波的傳播速度。

40、、適當(dāng)增大管徑，以減小沖擊波的傳播速度。 4 、盡量縮短管道長(zhǎng)度，減小壓力波的傳播時(shí)間。、盡量縮短管道長(zhǎng)度，減小壓力波的傳播時(shí)間。 5 、用橡膠軟管或設(shè)置蓄能器吸收沖擊的能量。、用橡膠軟管或設(shè)置蓄能器吸收沖擊的能量。 6 、在易引起沖擊的裝置前加設(shè)安全閥或緩沖裝置。、在易引起沖擊的裝置前加設(shè)安全閥或緩沖裝置。 空穴現(xiàn)象 空穴現(xiàn)象空穴現(xiàn)象液壓系統(tǒng)中，某點(diǎn)壓力低于液壓油液所在溫度下的空氣分離壓液壓系統(tǒng)中，某點(diǎn)壓力低于液壓油液所在溫度下的空氣分離壓 時(shí)，原先溶于液體中的空氣會(huì)分離出來(lái)，使液體產(chǎn)生大量的氣泡，這種現(xiàn)象時(shí)，原先溶于液體中的空氣會(huì)分離出來(lái)，使液體產(chǎn)生大量的氣泡，這種現(xiàn)象 稱為稱為空穴現(xiàn)象空

41、穴現(xiàn)象。當(dāng)壓力進(jìn)一步減小低于液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將迅速汽。當(dāng)壓力進(jìn)一步減小低于液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將迅速汽 化，產(chǎn)生大量蒸汽氣泡使氣穴現(xiàn)象更加嚴(yán)重。空穴現(xiàn)象多發(fā)生在閥口和泵的化，產(chǎn)生大量蒸汽氣泡使氣穴現(xiàn)象更加嚴(yán)重?？昭ìF(xiàn)象多發(fā)生在閥口和泵的 吸油口。吸油口。 空穴現(xiàn)象的危害空穴現(xiàn)象的危害 大量氣泡使液流的流動(dòng)特性變壞，造成流量和壓力不穩(wěn)大量氣泡使液流的流動(dòng)特性變壞，造成流量和壓力不穩(wěn) 定；氣泡進(jìn)入高壓區(qū)，高壓會(huì)使氣泡迅速崩潰，使局部產(chǎn)生非常高的溫度和定；氣泡進(jìn)入高壓區(qū)，高壓會(huì)使氣泡迅速崩潰，使局部產(chǎn)生非常高的溫度和 沖擊壓力，引起振動(dòng)和噪聲；當(dāng)附著在金屬表面的氣泡破滅時(shí)，局部產(chǎn)生的沖擊

42、壓力，引起振動(dòng)和噪聲；當(dāng)附著在金屬表面的氣泡破滅時(shí)，局部產(chǎn)生的 高溫和高壓會(huì)使金屬表面疲勞，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)造成金屬表面的侵蝕、剝落，甚高溫和高壓會(huì)使金屬表面疲勞，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)造成金屬表面的侵蝕、剝落，甚 至出現(xiàn)海綿狀的小洞穴，這種至出現(xiàn)海綿狀的小洞穴，這種氣蝕作用氣蝕作用會(huì)縮短元件的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造會(huì)縮短元件的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造 成故障。成故障。 減少空穴現(xiàn)象的措施減少空穴現(xiàn)象的措施 1、 減小閥孔前后的壓力降，減小閥孔前后的壓力降， 一般使壓力比一般使壓力比 : p1/p23.5。 2、盡量降低泵的吸油高度，減少吸油管道阻力。盡量降低泵的吸油高度，減少吸油管道阻力。 3、各元件聯(lián)接處要密封可靠，防止空氣進(jìn)入。各元件聯(lián)接處要密封可靠，防止空氣進(jìn)入。 4、增強(qiáng)容易產(chǎn)生氣蝕的元件的機(jī)械強(qiáng)度。增強(qiáng)容易產(chǎn)生氣蝕的元件的機(jī)械強(qiáng)度。 小結(jié)：小結(jié)： 本章主要介紹了：本章主要介紹了： 1、液壓油：、液壓油：重點(diǎn)了解油的粘性重點(diǎn)了解油的粘性。 2 2、液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)：主要掌握主要掌握靜壓力及其特性；靜壓力基本方靜壓力及其特性；靜壓力基本方 程式；帕斯卡原理；靜壓力對(duì)固體壁面的作用力。程式；帕斯卡原理；靜壓力對(duì)固體壁面的作用力。 3 3、液體動(dòng)力學(xué)：液體動(dòng)力學(xué)：重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握三個(gè)基本方程的實(shí)際應(yīng)用。三個(gè)基本方程的實(shí)際應(yīng)用。 4 4、管道流動(dòng)：。、管道流動(dòng)：