第1章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)知識

1、液壓油液壓油1.1流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ)1.2流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ)1.3孔口流動孔口流動1.5液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象1.6管道流動管道流動1.41.1.1 液壓油的作用和種類液壓油的作用和種類1液壓油的用途液壓油的用途（1）傳遞運動與動力。）傳遞運動與動力。（2）潤滑。）潤滑。（3）密封。）密封。（4）冷卻。）冷卻。種類種類牌號牌號原名原名用途用途油名油名代號代號普通液壓油普通液壓油N32號液壓油號液壓油N68G號液壓油號液壓油YA-N32YA-N6820號精密機床液壓油號精密機床液壓油40號液壓號液壓導(dǎo)軌油導(dǎo)軌油用于環(huán)境溫度用于環(huán)境溫度045工作的各類液工作的各類

2、液壓泵的中、低壓液壓泵的中、低壓液壓系統(tǒng)壓系統(tǒng)抗磨液壓油抗磨液壓油N32號抗磨液壓油號抗磨液壓油N150號號抗磨液壓油抗磨液壓油N168K號抗磨液號抗磨液壓油壓油YA-N32 YA-N150 YA-N168 K20抗磨液壓油抗磨液壓油80抗磨液壓油抗磨液壓油40抗磨液壓油抗磨液壓油用 于 環(huán) 境 溫 度用 于 環(huán) 境 溫 度1040工作的工作的高壓柱塞泵或其他高壓柱塞泵或其他泵的中、高壓系統(tǒng)泵的中、高壓系統(tǒng)低溫液壓油低溫液壓油N15號低溫液壓油號低溫液壓油N46D號低溫液壓油號低溫液壓油YA-N15 YA-N46 D低凝液壓油低凝液壓油工程液壓油工程液壓油用 于 環(huán) 境 溫 度用 于 環(huán) 境

3、溫 度20至高于至高于40工作的各類高壓油工作的各類高壓油泵系統(tǒng)泵系統(tǒng)高黏度指數(shù)液壓油高黏度指數(shù)液壓油N32H號高黏度指數(shù)號高黏度指數(shù)液壓油液壓油YD-N32 D用于溫度變化不用于溫度變化不大且對黏溫性能要大且對黏溫性能要求更高的液壓系統(tǒng)求更高的液壓系統(tǒng)表表1-1常見液壓油系列品種及用途常見液壓油系列品種及用途 液壓油主要分為下列兩類。液壓油主要分為下列兩類。1密度密度（1-1）2可壓縮性可壓縮性 則液體在單位壓力變化下的體積相則液體在單位壓力變化下的體積相對變化量為對變化量為，即，即（1-2）mV1 VPV 體積彈性模量體積彈性模量K，簡稱體積模量，即，簡稱體積模量，即（1-3）1 VKPV

4、液壓油種類液壓油種類石油基石油基水水乙二醇基乙二醇基乳化液型乳化液型磷酸酯型磷酸酯型體積模量體積模量K/Pa(1.42.0) 1093.15 1091.95 1092.65 109表表1-2各種液壓油液的體積模量（各種液壓油液的體積模量（20，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）圖圖1-2 油液彈簧的剛度計算簡圖油液彈簧的剛度計算簡圖 圖圖1-3 液體的黏性示意圖液體的黏性示意圖 流體層間的內(nèi)摩擦力流體層間的內(nèi)摩擦力F與流體層的接觸與流體層的接觸面積面積A及流體層的相對流速及流體層的相對流速du成正比，而與成正比，而與此二流體層間的距離此二流體層間的距離dy成反比，即成反比，即（1-5） 若以單位面積上

5、的內(nèi)摩擦力若以單位面積上的內(nèi)摩擦力 （ ）表示切應(yīng)力，則有表示切應(yīng)力，則有（1-6）dduFAy/F Adduy 動力黏度的物理意義，是：當(dāng)速度動力黏度的物理意義，是：當(dāng)速度梯度梯度du/dy=1時，單位面積上內(nèi)摩擦力時，單位面積上內(nèi)摩擦力大小，即大小，即（1-7）ddddFAyy 動力黏度動力黏度與其密度與其密度的比值，稱為的比值，稱為液體的運動黏度，用符號液體的運動黏度，用符號 表示，即表示，即（1-8）2461ms10 St10 cSt 被測液體溫度被測液體溫度 時的恩氏黏度，記時的恩氏黏度，記為為 ，即，即（1-9）（1-10）（1-11）tEAtBtEt66.317.3110EE12

6、12()100 Ea Eb Ec EEa/%102030405060708090b/%908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517表表1-3系數(shù)系數(shù)C的值的值圖圖1-4 幾種國產(chǎn)液壓油的黏度幾種國產(chǎn)液壓油的黏度溫度曲線溫度曲線50/mm2s12.56.59.512213038455260n1.391.591.721.791.992.132.242.322.422.49表表1-4黏溫指數(shù)黏溫指數(shù)1對液壓油液的要求對液壓油液的要求適宜適宜的的黏度。黏度。 潤滑性能好。潤滑性能好。 良好的化學(xué)穩(wěn)定性。良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 對液壓裝置及相對運動的元

7、件具有良對液壓裝置及相對運動的元件具有良好的潤滑性。好的潤滑性。 對金屬材料具有防銹性和防腐性。對金屬材料具有防銹性和防腐性。 比熱、熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小。比熱、熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小。 抗泡沫性好，抗乳化性好。抗泡沫性好，抗乳化性好。 油液純凈，含雜質(zhì)量少。油液純凈，含雜質(zhì)量少。 流動點和凝固點低，閃點（明火能使流動點和凝固點低，閃點（明火能使油面上的油蒸氣內(nèi)燃，但油本身不燃燒油面上的油蒸氣內(nèi)燃，但油本身不燃燒時油液的溫度）和燃點高。時油液的溫度）和燃點高。 黏度是一個重要的參數(shù)。黏度是一個重要的參數(shù)。 黏度的高低將影響運動部件的潤滑、黏度的高低將影響運動部件的潤滑、縫隙的泄漏以及流動

8、時的壓力損失、系統(tǒng)縫隙的泄漏以及流動時的壓力損失、系統(tǒng)的發(fā)熱溫升等。的發(fā)熱溫升等。1污染原因污染原因 （1）液壓系統(tǒng)的管道及液壓元件內(nèi)的型）液壓系統(tǒng)的管道及液壓元件內(nèi)的型砂、切屑、磨料、焊渣、銹片、灰塵等砂、切屑、磨料、焊渣、銹片、灰塵等污垢在系統(tǒng)使用前沖洗時未被洗干凈，污垢在系統(tǒng)使用前沖洗時未被洗干凈，在液壓系統(tǒng)工作時，這些污垢就進(jìn)入到在液壓系統(tǒng)工作時，這些污垢就進(jìn)入到液壓油里。液壓油里。 （2）外界的灰塵、砂粒等在液壓系統(tǒng)工）外界的灰塵、砂粒等在液壓系統(tǒng)工作過程中通過往復(fù)伸縮的活塞桿、流回作過程中通過往復(fù)伸縮的活塞桿、流回油箱的漏油等進(jìn)入液壓油里。油箱的漏油等進(jìn)入液壓油里。 （3）液壓系統(tǒng)

9、本身也不斷地產(chǎn)生污垢，）液壓系統(tǒng)本身也不斷地產(chǎn)生污垢，直接進(jìn)入液壓油里，如金屬和密封材料直接進(jìn)入液壓油里，如金屬和密封材料的磨損顆粒，過濾材料脫落的顆粒或纖的磨損顆粒，過濾材料脫落的顆?；蚶w維，及油液因油溫升高氧化變質(zhì)而生成維，及油液因油溫升高氧化變質(zhì)而生成的膠狀物等。的膠狀物等。2油液污染的危害油液污染的危害3防止污染的措施防止污染的措施 （1）液壓油在使用前保持清潔。液壓油在運）液壓油在使用前保持清潔。液壓油在運輸和保管過程中都會受到外界污染，新買來輸和保管過程中都會受到外界污染，新買來的液壓油看上去很清潔，其實很的液壓油看上去很清潔，其實很“臟臟”，必，必須將其靜放數(shù)天后經(jīng)過濾再加入液壓

10、系統(tǒng)中須將其靜放數(shù)天后經(jīng)過濾再加入液壓系統(tǒng)中使用。使用。 （2）液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前保持清）液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前保持清潔。液壓元件在加工和裝配過程中必須潔。液壓元件在加工和裝配過程中必須清洗干凈，液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前清洗干凈，液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前應(yīng)徹底進(jìn)行清洗，最好用系統(tǒng)工作中使應(yīng)徹底進(jìn)行清洗，最好用系統(tǒng)工作中使用的油液清洗。用的油液清洗。 （3）液壓油在工作中保持清潔。液壓油）液壓油在工作中保持清潔。液壓油在工作過程中會受到環(huán)境污染，因此應(yīng)在工作過程中會受到環(huán)境污染，因此應(yīng)盡量防止工作中空氣和水分的侵入。盡量防止工作中空氣和水分的侵入。（4）采用合適的過濾器。）采用合適的過濾

11、器。（5）定期更換液壓油。）定期更換液壓油。（6）控制液壓油的工作溫度。）控制液壓油的工作溫度。1.2.1 液體靜壓力及其特性液體靜壓力及其特性1壓力的定義壓力的定義（1-13） 若法向力若法向力F均勻地作用在面積均勻地作用在面積A上，上，則壓力表示為則壓力表示為（1-14）0lim AFpAFpA1流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程圖圖1-5 重力作用下的靜止液體重力作用下的靜止液體 A點所受的壓力為點所受的壓力為（1-15）0ppgh（1-16）00ppZZgg常數(shù)1壓力的表示方法壓力的表示方法 絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為：絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為：絕對壓力絕對壓力 = 相對壓力相對壓

12、力 + 大氣壓力大氣壓力 絕對壓力小于大氣壓時，相對壓力絕對壓力小于大氣壓時，相對壓力負(fù)值部分叫做真空度。即負(fù)值部分叫做真空度。即真空度真空度 = 大氣壓大氣壓 絕對壓力絕對壓力 = （絕對（絕對壓力壓力 大氣壓）大氣壓）圖圖1-6 絕對壓力、表壓力和真空度的關(guān)系絕對壓力、表壓力和真空度的關(guān)系221bar1.02kgf cm10 kPa0.1MPa圖圖1-8 帕斯卡原理帕斯卡原理 容器內(nèi)的液體各點壓力為容器內(nèi)的液體各點壓力為（1-17）21WFpAA 如壓力油作用在直徑為如壓力油作用在直徑為D的柱塞上，的柱塞上，則有則有F=PA=PD2/4。F=PA=PD2/4 （1-18）圖圖1-10 液壓

13、力作用在曲面上的力液壓力作用在曲面上的力1.3.1 基本概念基本概念1理想液體、定常流動理想液體、定常流動（l）理想液體）理想液體（2）定常流動）定常流動（3）非定常流動）非定常流動圖圖1-11 定常流動和非定常流動定常流動和非定常流動（1）跡線）跡線（2）流線）流線（3）流管）流管（4）流束）流束（5）通流截面）通流截面圖圖1-13 流量和平均流速流量和平均流速 靜止液體內(nèi)任意點處的壓力在各個靜止液體內(nèi)任意點處的壓力在各個方向上都是相等的。方向上都是相等的。 =常數(shù)常數(shù)（1-21）1 122qAAA 圖圖1-14 流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程 1理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程（1-

14、22） （1-23）2211221222pphhgggg2212221222wpphhhgggg 常數(shù)圖圖1-16 伯努利方程伯努利方程2實際液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程（1-25）3應(yīng)用伯努利方程應(yīng)注意事項應(yīng)用伯努利方程應(yīng)注意事項2211 12221222 wpphhhgggg（1-26） 分別將動量系數(shù)（分別將動量系數(shù)（ 、 ）帶入上式，）帶入上式，則得則得（1-27）221 12121()mmm VFqtV t122211()Fq 1.4.1 流態(tài)與雷諾數(shù)流態(tài)與雷諾數(shù)1液體的流態(tài)液體的流態(tài) （1）層流：在液體運動時，如果質(zhì)點沒）層流：在液體運動時，如果質(zhì)點沒有橫向脈動，則不引起液

15、體質(zhì)點混雜，有橫向脈動，則不引起液體質(zhì)點混雜，顯示層次分明，能夠維持安定的流束狀顯示層次分明，能夠維持安定的流束狀態(tài)的流動。態(tài)的流動。 （2）紊流：如果液體流動時質(zhì)點具有脈）紊流：如果液體流動時質(zhì)點具有脈動速度，則引起流層間質(zhì)點相互錯雜交動速度，則引起流層間質(zhì)點相互錯雜交換的流動。換的流動。（1-28） 如液流的雷諾數(shù)相同，則其流動狀如液流的雷諾數(shù)相同，則其流動狀態(tài)也相同。態(tài)也相同。 當(dāng)液流的雷諾數(shù)當(dāng)液流的雷諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，液流為層流；反之為紊流。時，液流為層流；反之為紊流。Red 1沿程壓力損失沿程壓力損失（1-29）22flPd圖圖1-19 突然擴大處的局部損失突然

16、擴大處的局部損失 局部壓力損失的計算表達(dá)式為局部壓力損失的計算表達(dá)式為（1-30）22rP （1-31）2222frlPPPd 1.5.1 液流流經(jīng)薄壁小孔的流量液流流經(jīng)薄壁小孔的流量（1-32）2dTpqC A圖圖1-20 液體在薄壁小孔中的流動液體在薄壁小孔中的流動（1-33）（1-34）（1-35）422128324 TdddqppCApll4128lqPdmTqCAP1.6.1 液壓沖擊液壓沖擊 （1）緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強度。）緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強度。 （2）在閥門前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳）在閥門前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離。播的距離。 （3）應(yīng)將管中流速限

17、制在適當(dāng)范圍內(nèi)，或采）應(yīng)將管中流速限制在適當(dāng)范圍內(nèi)，或采用橡膠軟管，也可以減小液壓沖擊。用橡膠軟管，也可以減小液壓沖擊。 （4）在系統(tǒng)中設(shè)置安全閥，可起卸載作用。）在系統(tǒng)中設(shè)置安全閥，可起卸載作用。 （1）限制泵吸油口高出油面的距離，泵）限制泵吸油口高出油面的距離，泵吸油口要有足夠的管徑，過濾器壓力損吸油口要有足夠的管徑，過濾器壓力損失要小，自吸能力差的泵用輔助供油。失要小，自吸能力差的泵用輔助供油。 （2）管路密封要好，防止空氣滲入。）管路密封要好，防止空氣滲入。 （3）節(jié)流口壓力降要小，一般控制節(jié)流）節(jié)流口壓力降要小，一般控制節(jié)流口前后壓差比口前后壓差比P1P23.5。 本章是全書的基礎(chǔ)部分，主要介紹本章是全書的基礎(chǔ)部分，主要介紹了液壓流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識，包括液壓了液壓流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識，包括液壓油的作用、種類、要求及選用；流體靜油的作用、種類、要求及選用；流體靜力學(xué)、動力學(xué)方程及基本應(yīng)用；管道流力學(xué)、動力學(xué)方程及基本應(yīng)用；管道流動狀態(tài)、孔口流動及液壓沖擊和空