液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)

1、第二章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ) 液壓系統(tǒng)中完全靠液壓油把能量從液壓泵經(jīng)管路、控制閥傳遞到執(zhí)行元件，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，許多液壓設(shè)備的故障，皆起因于液壓油的使用不當(dāng)，故應(yīng)對(duì)液壓油要有充分的了解。 1.5液壓油 1 1、液壓油的用途、液壓油的用途（1） 傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力：傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力：將泵的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能并傳至各處，將泵的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能并傳至各處，由于油本身具有粘度，在傳遞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的由于油本身具有粘度，在傳遞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)力損失動(dòng)力損失。（2）潤(rùn)滑潤(rùn)滑：液壓元件內(nèi)各移動(dòng)部位，都可受到液壓油充分潤(rùn)滑，從而減液壓元件內(nèi)各移動(dòng)部位，都可受到液壓油充分潤(rùn)滑，從而減低元件磨耗。低元件磨耗。

2、（3）密封密封：油本身的粘性對(duì)細(xì)小的間隙有密封的作用。油本身的粘性對(duì)細(xì)小的間隙有密封的作用。（4）冷卻冷卻：系統(tǒng)損失的能量會(huì)變成熱，被油帶出。系統(tǒng)損失的能量會(huì)變成熱，被油帶出。1.5液壓油 2 2、液壓油的種類：、液壓油的種類：液壓油主要有下列二種液壓油主要有下列二種（1 1）礦物油系液壓油（可燃性）：礦物油系液壓油（可燃性）：主要由石臘基（主要由石臘基（paraffin baseparaffin base）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最多的一種；的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最多的一種；其缺點(diǎn)為耐火性差其缺點(diǎn)為耐火性差。（2）耐火性液壓油（難燃性）：耐火性液壓油

3、（難燃性）：專用于防止有引起火災(zāi)危險(xiǎn)的乳化型專用于防止有引起火災(zāi)危險(xiǎn)的乳化型液壓油。有水中油滴型（液壓油。有水中油滴型（o/w）和油中水滴形（）和油中水滴形（w/o）兩種，水中）兩種，水中油滴型（油滴型（o/w）的潤(rùn)滑性差，會(huì)侵蝕油封和金屬；油中水滴形）的潤(rùn)滑性差，會(huì)侵蝕油封和金屬；油中水滴形（w/o）化學(xué)穩(wěn)定性很差。）化學(xué)穩(wěn)定性很差。（3）專用液壓油：航空、艦船、炮用及車輛制動(dòng)用液壓油。）專用液壓油：航空、艦船、炮用及車輛制動(dòng)用液壓油。 1.5液壓油 3 3、液壓油的性質(zhì)、液壓油的性質(zhì)（1）密度，比重越大，泵吸入性越差。（2）閃火點(diǎn)：油溫升高時(shí)，部分的油會(huì)蒸發(fā)而與空氣混合成油氣，此油氣所能點(diǎn)

4、火的最低溫度稱為閃火點(diǎn)，如繼續(xù)加熱，則會(huì)連續(xù)燃燒，此溫度稱為燃燒點(diǎn)。（3）粘度：流體流動(dòng)時(shí)，沿其邊界面會(huì)產(chǎn)生一種阻止其運(yùn)動(dòng)的流體磨擦作用，這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性。（4）壓縮性：有體積壓縮系數(shù)或其倒數(shù)體積彈性模數(shù)k表示。 液壓油還有其他一些性質(zhì)，如穩(wěn)定性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤(rùn)滑性、以及相容性等。1.5液壓油 pvv0/1k式中： 剪應(yīng)力（） 動(dòng)力粘度（單位是pa.s;1 pa.s=10p,一般用p（泊dyn.s/cm2）；cp（厘泊）來(lái)表示，）將液體動(dòng)力粘度與液體密度之比稱為運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度也是絕對(duì)粘度，單位為m2/s,1 m2/s =106 mm2/s(厘斯，cst)動(dòng)力粘

5、度的物理意義：當(dāng)速度梯度為1時(shí)，接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。相對(duì)粘度又稱條件粘度。常用的有恩氏粘度：200ml，直徑2.8mm，同一溫度下與蒸餾水的時(shí)間比較。中國(guó)、俄羅斯及德國(guó)采用。美國(guó)、英國(guó)采用通用賽氏秒和商用雷氏秒。1.5液壓油 dyduv 粘性：液壓油粘性對(duì)機(jī)械效率、磨耗、壓力損失、容積效率、漏油及泵的吸入性影響很大。粘性可分為動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度兩種。粘度是液壓油的性能指標(biāo)。習(xí)慣上使用運(yùn)動(dòng)粘度標(biāo)志液體的粘度，例如機(jī)械油的牌號(hào)就是用其在400c時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度（mm/s2）為其標(biāo)號(hào)。 油的粘性易受溫度影響，溫度上升，粘度降低，造成泄漏、磨損增加、效率降低等問(wèn)題，溫度下降，粘度增加，造成

6、流動(dòng)困難及泵轉(zhuǎn)動(dòng)不易等問(wèn)題，如運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油液溫度超過(guò)60度，就必須加裝冷卻器，因油溫在60度以上，每超過(guò)10度，油的劣化速度就會(huì)加倍 。1.5液壓油 4 4、對(duì)液壓油的要求、對(duì)液壓油的要求（1） 適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿匦裕唬?）有良好的化學(xué)穩(wěn)定性（氧化安定性，熱安定性及不易氧化、變質(zhì)）（3）良好的潤(rùn)滑性，以減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)間的磨損（4）良好的抗泡沫性（起泡少，消泡快）（5）體積膨脹系數(shù)低，閃點(diǎn)及燃點(diǎn)高（6）成分純凈，不含腐蝕性物質(zhì)，具有足夠的清潔度（7）對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，價(jià)格便宜1.5液壓油 5 5、液壓油的選用、液壓油的選用 液壓油有很多品種，可根據(jù)不同的使用場(chǎng)合選用合適的品種，在品種確定的

7、情況下，最主要考慮的是油液的粘度，其選擇考慮的因素如下。（1） 液壓系統(tǒng)的工作壓力：工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄露；反之便選用粘度較低的油。例如，當(dāng)壓力p = 7.020.0mpa時(shí)，宜選用n46n100的液壓油；當(dāng)壓力p7.0mpa時(shí)宜選用n32n68的液壓油。（2）運(yùn)動(dòng)速度：執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，為了減小液流的功率損失，宜選用粘度較低的液壓油。（3）液壓泵的類型：在液壓系統(tǒng)中，對(duì)液壓泵的潤(rùn)滑要求苛刻，不同類型的泵對(duì)油的粘度有不同的要求，具體可參見有關(guān)資料。（4）工作環(huán)境溫度高時(shí)選用粘度較高的液壓油，減少容積損失。1.5液壓油 6、液壓油的污染與保養(yǎng) 液壓油使用一段時(shí)

8、間后會(huì)受到污染，常使閥內(nèi)的閥芯卡死，并使油封加速磨耗及液壓缸內(nèi)壁磨損。造成液壓油污染的原因有三方面：1）污染：（1）外部侵入的污物；（2）外部生成的不純物2）惡化：液壓油的惡化速度與含水量、氣泡、壓力、油溫、金屬粉末等有關(guān)，其中以溫度影響最大，故液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，須特別注意油溫之變化。3）泄漏：液壓設(shè)備因配管不良，油封破損是造成泄漏的原因，泄漏發(fā)生時(shí)空氣、水、塵埃便可輕易的侵入油中，故當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，必須立即加以排除。 液壓油經(jīng)長(zhǎng)期使用，油質(zhì)必會(huì)惡化，一般皆用目視法判定油質(zhì)是否惡化，當(dāng)油顏色混蝕并有異味時(shí)，須立即更換；保養(yǎng)方法有二種：一為定期更換（約為5000-20000小時(shí)），其次是使用過(guò)濾器定

9、期過(guò)濾。也可采用在線監(jiān)控液壓油是否達(dá)到規(guī)定值，定期抽查液壓油。液壓油的粘度、酸值、水分及雜質(zhì)是確定液壓油是否更換的重要指標(biāo)。 1.5液壓油 2. 1 液壓油2.1.1 液壓油的物理性質(zhì)1、液體的密度密度： = m/v kg/ m3 2、液體的粘性液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力，這一特性稱為粘性。dydu液體粘性示意圖f=a 式中：比例常數(shù)，稱為粘性系數(shù)或粘度； 速度梯度 f=adydu 2. 1 液壓油粘度的分類：粘度是衡量流體粘性的指標(biāo)。常用的粘度有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度在物理意義上講，是當(dāng)速度梯度du/

10、dz=1時(shí)，單位面積上的內(nèi)摩擦力的大小，即： 它直接表示流體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小。運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度是動(dòng)力粘度與液體密度的比值,即：=/ 運(yùn)動(dòng)粘度沒有什么明確的物理意義，因在理論分析和計(jì)算中常遇到/的比值，為方便起見用表示。相對(duì)粘度相對(duì)粘度又稱條件粘度。各國(guó)采用的相對(duì)粘度單位有所不同。有的用賽氏粘度，有的用雷氏粘度，我國(guó)采用恩氏粘度。3、液體的可壓縮性當(dāng)液體受壓力作用二體積減小的特性稱為液體的可壓縮性?？蓧嚎s性用體積壓縮系數(shù) 4、其它性質(zhì)1）壓力對(duì)粘度的影響 在一般情況下，壓力對(duì)粘度的影響比較小。當(dāng)液體所受的壓力加大時(shí)，分子之間的距離縮小，內(nèi)聚力增大，其粘度也隨之增大。 2）溫度對(duì)粘度的影響

11、液壓油粘度對(duì)溫度的變化是十分敏感的，當(dāng)溫度升高時(shí)，其分子之間的內(nèi)聚力減小，粘度就隨之降低。2. 1 液壓油選用正確而合理地選用液壓油，乃是保證液壓設(shè)備高效率正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。選用液壓油時(shí)，可根據(jù)液壓元件生產(chǎn)廠樣本和說(shuō)明書所推薦的品種號(hào)數(shù)來(lái)選用液壓油，或者根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、工作溫度、液壓元件種類及經(jīng)濟(jì)性等因素全面考慮，一般是先確定適用的粘度范圍，再選擇合適的液壓油品種。同時(shí)還要考慮液壓系統(tǒng)工作條件的特殊要求，如在寒冷地區(qū)工作的系統(tǒng)則要求油的粘度指數(shù)高、低溫流動(dòng)性好、凝固點(diǎn)低；伺服系統(tǒng)則要求油質(zhì)純、壓縮性小；高壓系統(tǒng)則要求油液抗磨性好。1 1、液體靜壓力：、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受

12、的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱壓力,在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。如何定義液體中某點(diǎn)的壓力？2.液體靜壓力有兩個(gè)重要特性:（1）液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。這是由于液體質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力很小,不能受拉只能受壓之故。為什么？（2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個(gè)方向上都相等。為什么？如果某點(diǎn)受到的壓力在某個(gè)方向上不相等,那么液體就會(huì)流動(dòng),這就違背了液體靜止的條件。2. 2 流體靜力學(xué)3 3、液體、液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程 pa=po a+ gha 式中，gha為小液柱的重力， 液體的密度上式化簡(jiǎn)后得：p=p0+gh 2. 2 流體靜力學(xué)3 3、液體、液體靜壓力

13、基本方程靜壓力基本方程說(shuō)明什么問(wèn)題：說(shuō)明什么問(wèn)題：（1） 靜止液體中任何一點(diǎn)的靜壓力為作用在液面的壓力po和液體重力所產(chǎn)生的壓力gh之和。（2） 液體中的靜壓力隨著深度h 而線性增加。 （3）在連通器里，靜止液體中只要深度h 相同其壓力都相等。 p=p0+gh2. 2 流體靜力學(xué)3 3、應(yīng)用液體、應(yīng)用液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程： 例1-1 如圖1-3所示，容器內(nèi)盛油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力f=1000n，活塞的面積a=110-3m2，假設(shè)活塞的重量忽略不計(jì)。問(wèn)活塞下方深度為h=0.5m處的壓力等于多少？ 2. 2 流體靜力學(xué)解: 活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布

14、，有根據(jù)靜壓力的基本方程式（1-3），深度為h處的液體壓力 =106 +9009.80.5 =1.0044106(n/m2)106(pa) 從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力gh相對(duì)甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?jì)，因而可近似認(rèn)為整個(gè)液體內(nèi)部的壓力是相等的。以后我們?cè)诜治鲆簤合到y(tǒng)的壓力時(shí)，一般都采用這種結(jié)論。26230/101011000mnmnafpghppa2. 2 流體靜力學(xué)4 4、 絕對(duì)壓力、表壓力及真空度絕對(duì)壓力、表壓力及真空度 根據(jù)度量方法的不同有所謂的表壓力又稱相對(duì)壓力（gauge pressure）和絕對(duì)壓力（absolute pressur

15、e）之分。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?atomosphere)為基準(zhǔn)所表示的壓力稱為表壓力。以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力稱為絕對(duì)壓力。 如液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，這時(shí)該點(diǎn)的絕對(duì)壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以 真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力2. 2 流體靜力學(xué)4 4、 絕對(duì)壓力、表絕對(duì)壓力、表壓力及真空度壓力及真空度 有關(guān)表壓力、絕對(duì)壓力和真空度的關(guān)系見圖1-4。2. 2 流體靜力學(xué)12afawp5 5、帕斯卡原理帕斯卡原理（pascals principle） 圖所示建立了一個(gè)很重要的概念，即在液壓傳動(dòng)中工作的壓力取決于負(fù)載，而與流入的流體多少無(wú)關(guān)。2. 2 流體靜力學(xué)6 6

16、、連續(xù)定理、連續(xù)定理(principle of continuity) 液體在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時(shí)間改變的流動(dòng)稱為穩(wěn)流，反之速度、壓力和密度其中一項(xiàng)隨時(shí)間而變，就稱為非穩(wěn)流。 對(duì)穩(wěn)流而言，液體以穩(wěn)流流動(dòng)通過(guò)管內(nèi)任一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖1-6所示管內(nèi)兩個(gè)流通截面面積為a1和a2，流速分別為v1和v2，則通過(guò)任一截面的流量q如（16）式表示。 q=av=a1v1=a2v2=常量 （16）式（16）即連續(xù)定理，此式還得出另一個(gè)重要的基本概念，即運(yùn)動(dòng)速度取決于流量，而與流體的壓力無(wú)關(guān)。2. 3 流體動(dòng)力學(xué)6 6、連續(xù)定理、連續(xù)定理(principle of con

17、tinuity)應(yīng)應(yīng)用及帕斯卡原理應(yīng)用：用及帕斯卡原理應(yīng)用：例例1-2 1-2 圖17所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑d=100mm, 小缸內(nèi)徑d=20mm,大活塞上放上質(zhì)量為5000kg的物體。問(wèn):1.在小活塞上所加的力f有多大才能使大活塞頂起重物？2.若小活塞下壓速度為0.2m/s，試求大活塞上升速度？ 圖17 帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例2. 3 流體動(dòng)力學(xué)6 6、連續(xù)定理、連續(xù)定理(principle of continuity)：解：解：1物體的重力為g=mg=5000kg9.8m/s2=49000kgm/s2=49000n根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相等，即故為了頂起重物

18、應(yīng)在小活塞上加力為 = 49000n=1960n2.由連續(xù)定理：q=av=常數(shù)得出：故大活塞上升速度： 本例說(shuō)明了液壓千斤頂?shù)纫簤浩鹬貦C(jī)械的工作原理，體現(xiàn)了液壓裝置的力放大作用。 4422dgdfgddf22222210020mmmm大小vdvd4422)/(008. 02 . 0100202222smvddv小大2. 3 流體動(dòng)力學(xué)7 7、液體流動(dòng)中的壓力和流量的損失液體流動(dòng)中的壓力和流量的損失（1）壓力損失：由于液體具有粘性，在管路中流動(dòng)時(shí)又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動(dòng)過(guò)程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。 壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當(dāng)液

19、體在直徑不變的直管中流過(guò)一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失和局部損失之和。 由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個(gè)1.31.5的系數(shù)來(lái)估算。2. 4 壓力損失計(jì)算7 7、液體流動(dòng)中的壓力和流量的損失液體流動(dòng)中的壓力和流量的損失（2）流量損失 在液壓系統(tǒng)中,各被壓元件都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面,如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面，因?yàn)橐邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng),所以它們之間都有一定的間隙,如果間隙的一邊為高壓油,另一邊為低壓油,則高壓油就會(huì)經(jīng)間隙流向低壓區(qū)從而造成泄漏。同時(shí)由于液壓元件密封不完善，一部分油液也會(huì)向外部泄漏。這種泄漏造成實(shí)際流量有所減少,這就是我們所說(shuō)的流量損失。 流量損失影響運(yùn)動(dòng)速度，而泄漏又難以絕對(duì)避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個(gè)l.11.3的系數(shù)來(lái)估算。 2. 4 壓力損失計(jì)算8 8、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 （1）液壓沖擊：