湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1、湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師授課教案課程名稱：液壓與氣動(dòng)班級(jí)：20 08年至20 09年第 一學(xué)期第 月次課日編制日期：2008 年教學(xué)單兀（章節(jié)）：第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)目的要求：（1）了解液壓油的物理性能，液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的要求，工作介質(zhì) 的選用原則。（2） 理解液體靜壓力及其特性，液壓沖擊，空穴現(xiàn)象。（3）掌握液體靜力學(xué)基本方程，液流連續(xù)性方程，伯努利方程，沿程壓力 損失、局部壓力損失、閥的壓力損失、管路系統(tǒng)的總壓力損失的計(jì)算，液體流 經(jīng)小孔、間隙的流量。知識(shí)要點(diǎn)：一液壓油的主要物理性質(zhì)，液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的要求，工作介質(zhì)的選用原則， 液體靜壓力及其特性，液體流經(jīng)其它縫隙的流量計(jì)算公式，液

2、壓沖擊和空穴現(xiàn)象。液壓沖 擊，空穴現(xiàn)象。技能要點(diǎn)：液體靜力學(xué)基本方程，液流連續(xù)性方程，伯努利方程，沿程壓力損失、局部壓 力損失、閥的壓力損失、管路系統(tǒng)的總壓力損失的計(jì)算方法以及液體流經(jīng)薄壁小孔和細(xì)長(zhǎng) 小孔的流量計(jì)算公式。教學(xué)步驟：回顧舊知識(shí)，鞏固新知識(shí)。教具及教學(xué)手段：PPT及板書作業(yè)布置情況:課后分析與小結(jié):授課教師：陳傳艷授課日期：20年月日第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容：研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用。 靜止液體：指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至于液體整體完全可 以象剛體一樣做各種運(yùn)動(dòng)。1. 壓力的定義 液體的壓力：液體單位面積上所受的法向力，即物理學(xué)中的壓強(qiáng)。 液體

3、靜壓力：靜止液體在單位面積上所受的法向力。公式：P=F/A單位：在 SI 制中:Pa 或 N/m2 1Pa= 1N/m26工程中：KPa和 MPa（常用）1MPa=10 Pa 外國(guó)：bar（巴）1bar=10 Pa工廠里：kgf/cm 2（老式）2 21 kgf/cm =9.8 N/10-4m =1.02 bar 1 bar 液體靜壓力有兩個(gè)基本特性：（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。（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。原因：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. 壓力的表示方法及單位 壓力有兩種表示

4、方法：絕對(duì)壓力一以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)所測(cè)相對(duì)壓力一以大氣壓力為基準(zhǔn)所測(cè)人（大代壓力）筆對(duì)壓力絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力的關(guān)系：相對(duì)壓力（表壓力）=絕對(duì)壓力 -大氣壓力（注：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所測(cè)壓力均為相對(duì)壓力，即表壓力）真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力靜壓力基本方程1. 靜壓力基本方程推導(dǎo)II"昇面"一一一.Ji *一 erf 仇=-=i液體靜壓力基本方程pAA=Po A + p ghAA化簡(jiǎn)后得：p=p0+ p gh液體靜壓力基本方程說(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 力所產(chǎn)生的壓力p gh之和。(2) 液體中的靜壓力隨著深度h而線性增加。(3) 同一液體中，

5、離液面深度相等的各點(diǎn)壓力相等。p=p0+ p gh例2.1試確定圖2.7所示的兩個(gè)容器中的壓力差，已知 計(jì)中 h=650mm。Po和液體重U形水銀測(cè)壓解:Pi 訕 gh兩容器中壓力差為P2 -口 = ( 1 - Jgh= (13.6 103 -1 103) 9.8 0.653=80.262 10應(yīng)用液體靜壓力基本方程：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=1 X 10-3m2，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？解：活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布，有F 二 1000N-3

6、 2A 1 10 m62=10 N /m根據(jù)靜壓力的基本方程式(1-3),深度為h處的液體壓力p = Po + Pgh = 106+900 X 9.8X 0.5 =1.0044 X 106(N/m2)曰06(Pa)從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所團(tuán)1-3靜止破棒內(nèi)的壓力形成的那部分壓力；-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。帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將等值地同時(shí)傳遞 到液體內(nèi)部所有各點(diǎn)。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力處處相等。靜壓

7、力傳遞原理帕斯卡原理應(yīng)用：D=100mm,例1-2圖1.2所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑小缸內(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F2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，求大活塞上升速度？解: 1.物體的重力為 F仁mg=5000kg X 9.8m/s2=49000kg m/s2=49OO0N根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相故為了頂起重物應(yīng)在小活塞上加力為F-i兀d2P仁P2，即F2二 D2d 220224F2 = - F, =0 mm X 49000N=1960N22122D 100 mm本例說(shuō)明了液壓

8、千斤頂?shù)纫簤浩鹬貦C(jī)械的工作原理, 裝置的力放大作用。解: 2.T V 二 A1S1 二 A2S2q = Avi = A2V2V f st t_ A2 A20220.2 =1002體現(xiàn)了液壓_負(fù)載，ULIp = F/AF fF J統(tǒng)的工作結(jié)論：液壓并且隨著負(fù)載的變化而變化。液體作用于容器壁面上的力1、作用在平面上的總作用力2、作用在曲面上的總作用力p = 0 P f p J取決于4三丨1 r1作用在平面上的總作用力：F = p A如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D,貝U F = p A = p n D2/4 2、作用在曲面上的總作用力：2 Fx = p Ax = p n d /4結(jié)論：曲面在某一方向上

9、所受的作用力，等于液體壓力與曲面在該方 向的垂直投影面積的乘積。例2.2圖2.10為某安全閥受力簡(jiǎn)圖，閥芯為圓錐形，閥座孔徑d=10mm , 閥芯最大直徑 D=15mm。當(dāng)油液壓力 pl = 8MPa時(shí)，壓力油克服彈簧 力頂開閥芯而溢油，出油腔有背壓(回油壓力)p2= 0.4MPa。試求閥內(nèi)彈簧的預(yù)緊力。解：閥芯受到的向上的作用力為2 '2 2F-d Pi ：(D -d)P244壓力p2向下作用在閥芯平面上的向下作用力為':二 2F2D p24彈簧壓緊力Fs應(yīng)等于閥芯兩側(cè)作用力之差。閥芯受力平衡方程式為1 2 ' 2 '2 2FsD P2 二 d pi (D-d

10、 b444整理后得Fs = 燈2(口-卩2)=泊 0.012 (8-0.4) 106=597(N)442.3流動(dòng)液體力學(xué)基礎(chǔ)目的任務(wù)：了解流動(dòng)液體特性、傳遞規(guī)律、掌握動(dòng)力學(xué)兩大方程、流量和結(jié)論重點(diǎn)難點(diǎn)：流量與流速關(guān)系及結(jié)論、 兩大方程及結(jié)論、物理意義主要內(nèi)容一、基本概念二、液流連續(xù)性方程三、伯努利方程四、動(dòng)量方程基本概念理想液體、恒定流動(dòng)和一維流動(dòng) 理想液體：既無(wú)粘性又不可壓縮的液體。 恒定流動(dòng)（穩(wěn)定流動(dòng)、定常流動(dòng)） 不隨時(shí)間而變化流動(dòng)。動(dòng)畫演示： 一維流動(dòng)：液體整個(gè)作線形流動(dòng)流線、流束、:流動(dòng)液體中任一點(diǎn)的（恒定流動(dòng)）o流管和通流截面流線：是液流中一條條標(biāo)志其各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的曲線。（可能相

11、交，也不可能突然轉(zhuǎn)折，它只能是一條條光滑的曲線。 流束：流線的集合。流管：流束表面。通流截面：液體在液壓管道中流動(dòng)時(shí)，垂直于流動(dòng)方向的截面流量和平均流速流量一單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某通流截面液體體積q= V/t （ m3/s 或 L/min ）1 m3/s =6 x 104 L/min流速一是指液流質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的距離U二s/t平均流速一通流截面上各點(diǎn)均勻分布假想流速v二q / Ap、u（流線之間不）（非恒定流動(dòng)）v = q/Aq fq J結(jié)論：液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入液壓缸的流量，并且隨著流量的 變化而變化。（ 記?。┝髁窟B續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用）連續(xù)性原理一理想液體在管道

12、中恒定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律, 液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，因此單位時(shí)間內(nèi)流入液體的 質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量。動(dòng)畫演示（理想液體）連續(xù)性方程m!=m2p lA ivit = p 2 A2V2t若忽略液體可壓縮性p 1= p 2 = p貝 U viAi = v 2A2=q或q = vA =常數(shù)（ 記?。┙Y(jié)論：液體在管道中流動(dòng)時(shí)，流過(guò)各個(gè)通流截面的流量是相等的， 因而流速和通流截面成反比。如液壓系統(tǒng)中。（見動(dòng)畫演示）T,T,應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意的問(wèn)題（1） 斷面1、2需順流向選?。ǚ駝t p為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的過(guò) 流斷面上。（2） 斷面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，h取正值；反之取負(fù)值。

13、通常選取特 殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面。例2.4 液壓泵吸油裝置如圖2.19所示，設(shè)油箱液面壓力為pl，液壓泵吸油口處的絕對(duì)壓力為p2，泵吸油口距油箱液面的高度為h，吸油管路上的總能量損失為hw，不考慮液體流動(dòng)狀態(tài)的影響，取動(dòng)能修正系數(shù)a =1。試確定液壓泵吸油口處的真空度。解:列方程：1 2 1 2-卜縞w：?gh| p12v2gh2 p2p2 2得:Pa - P2 = Pgh+ Ap2結(jié)論：1）當(dāng)泵的安裝高度 H>0時(shí)，等式右邊均>0,即P2<Pa形成真空 產(chǎn)生吸力油箱中的油在其液面上大氣壓力的作用下被泵吸入液壓系統(tǒng)中2） 因P2不能太低，故右邊三項(xiàng)不能太大。 泵的吸油高度

14、 H越小, 泵越容易吸油，所以在一般情況下，泵的安裝高度H不應(yīng)大于0.5m ； 而為了減小液體的流動(dòng)速度 v2和油管的壓力損失 p,液壓泵一般應(yīng) 采用直徑較粗的吸油管。動(dòng)量方程（動(dòng)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用）動(dòng)量方程主要是研究液體運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)量的變化與所有作用在液體上 的外力之間的關(guān)系。即：被研究的液體質(zhì)點(diǎn)系上所受外力的合力等于其動(dòng)量的增量。實(shí)際液體：F -2' 2q2V21QlV1 (2.37)不可壓縮液體： ' f 二 y（2V2 一 M）（2.39）例2.6液壓滑閥上的液動(dòng)力液流通過(guò)閥口時(shí)，會(huì)對(duì)閥芯產(chǎn)生液動(dòng)力，將影響這些液壓閥的 工作性能。穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力Fs是閥芯移動(dòng)完畢開口固定以后， 液流流過(guò)閥口時(shí), 因動(dòng)量變化而作用在閥芯上的力。取閥體與閥芯兩凸肩間形成的容積作為控制體，其中的液體質(zhì)點(diǎn) 系作為研究對(duì)象。作用在閥芯上的力為F。則L圖a)b)F = :?q( vcos八 _0v0cos90) = ;?q COSJ圖 b) f = :?q 0v0 c