縫隙流動、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象y

1、縫隙流動縫隙流動縫隙流動縫隙流動-泄漏泄漏l 液壓元件內(nèi)各零件間有相對運(yùn)動，必須要有適當(dāng)間隙。液壓元件內(nèi)各零件間有相對運(yùn)動，必須要有適當(dāng)間隙。l 間隙過大，會造成泄漏；間隙過小，會使零件卡死。間隙過大，會造成泄漏；間隙過小，會使零件卡死。內(nèi)泄漏內(nèi)泄漏:的損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油溫升高，的損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油溫升高，外泄漏外泄漏:污染環(huán)境，兩者均影響系統(tǒng)的性能與效率，污染環(huán)境，兩者均影響系統(tǒng)的性能與效率，縫隙流動縫隙流動-泄漏泄漏l 泄漏是由泄漏是由壓差和間隙壓差和間隙造成的。造成的。l 壓差造成的流動稱壓差造成的流動稱壓差流動壓差流動，l 相對運(yùn)動造成的流動稱相對運(yùn)動造成的流動稱剪切流動剪切流動，

2、l 在壓差與剪切同時作用下的流動。在壓差與剪切同時作用下的流動。l 間隙中的流動一般為層流，間隙中的流動一般為層流，l 研究液體流經(jīng)間隙的泄漏量、壓差與間隙量之間的關(guān)系，對提高元件研究液體流經(jīng)間隙的泄漏量、壓差與間隙量之間的關(guān)系，對提高元件性能及保證系統(tǒng)正常工作是必要的。性能及保證系統(tǒng)正常工作是必要的?？p隙流動縫隙流動l 1、平行平板的間隙流動、平行平板的間隙流動:如下情況如下情況 l 固定平行平板間隙流動（壓差流動）固定平行平板間隙流動（壓差流動） 兩平行平板有相對運(yùn)動，但無壓差（純剪切流動）兩平行平板有相對運(yùn)動，但無壓差（純剪切流動）兩平行平板既有相對運(yùn)動，兩端又存在壓差時的流動兩平行平板

3、既有相對運(yùn)動，兩端又存在壓差時的流動 l 2、圓柱環(huán)形間隙流動：、圓柱環(huán)形間隙流動：如下三種情況如下三種情況 同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動 偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動 內(nèi)外圓柱表面有相對運(yùn)動又存在壓差的流動內(nèi)外圓柱表面有相對運(yùn)動又存在壓差的流動 l 3、流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量、流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量 l 4、圓錐狀環(huán)形間隙流動、圓錐狀環(huán)形間隙流動 1 1、平行平板的間隙流動、平行平板的間隙流動 微小單元體微小單元體dxdy的受力平衡方程為的受力平衡方程為 1壓差流動：上下兩平板固定不動，液體在間隙兩端壓差作用下而

4、在間隙壓差流動：上下兩平板固定不動，液體在間隙兩端壓差作用下而在間隙中流動。中流動。 由邊界條件：由邊界條件：y = 0時，時，u = 0； y = h 時，時，u = 0。dp/dx = p/l， 可得可得 ()()pdyddxpdp dydxdxdpdyud.122u22ydxdp12Cy C+ dxdpyyhhu)(2q lbh123p 1 1、平行平板的間隙流動、平行平板的間隙流動2純剪切流動純剪切流動:兩平板有相對運(yùn)動速兩平板有相對運(yùn)動速度度v，但無壓差。，但無壓差。由邊界條件：由邊界條件：y = 0時，時，u = 0； y = h 時，時，u = v。及。及dp/dx = p/l，

5、 可得可得 3 兩平板即有相對運(yùn)動，兩端又有壓差的流動。以上兩種的線形疊加：兩平板即有相對運(yùn)動，兩端又有壓差的流動。以上兩種的線形疊加： 以上兩式中的正負(fù)號確定：長平板相對短平以上兩式中的正負(fù)號確定：長平板相對短平板運(yùn)動方向與壓差流動方向一致時，取板運(yùn)動方向與壓差流動方向一致時，取“+”；反之，取反之，取“-”。 間隙間隙h越小，泄漏功率損失越小，泄漏功率損失也越小。但是也越小。但是h的減小會使的減小會使液壓元件中的摩擦功率損液壓元件中的摩擦功率損失增大，因而間隙失增大，因而間隙h有一個有一個使這兩種功率損失之和達(dá)使這兩種功率損失之和達(dá)到最小的最佳值，并不是到最小的最佳值，并不是越小越好。越小

6、越好。 u yhuoqAudAh0yhuody2bh0u2、圓柱環(huán)形間隙流動、圓柱環(huán)形間隙流動 同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動。同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動。當(dāng)當(dāng)h/r1時，可以將環(huán)形間隙間的流動近時，可以將環(huán)形間隙間的流動近似地看作是平行平板間隙間的流動，只要似地看作是平行平板間隙間的流動，只要將將bd代入式代入式(2-69)，就可得到這種情況，就可得到這種情況下的流動，即：下的流動，即：03212udhpldhq3、圓柱偏心環(huán)形間隙流動、圓柱偏心環(huán)形間隙流動偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動。液壓元件偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動。液壓元件中經(jīng)常出現(xiàn)偏心環(huán)狀的情況，例如活塞與油缸中經(jīng)常出現(xiàn)偏

7、心環(huán)狀的情況，例如活塞與油缸不同心時就形成了偏向環(huán)狀間隙。圖表示了偏不同心時就形成了偏向環(huán)狀間隙。圖表示了偏心環(huán)狀間隙的簡圖。心環(huán)狀間隙的簡圖?？装霃綖榭装霃綖镽，其圓心為，其圓心為O，軸半徑為，軸半徑為r，其圓心，其圓心為為O1，偏心距，偏心距e，設(shè)半徑在任一角度，設(shè)半徑在任一角度時，兩圓時，兩圓柱表面間隙為柱表面間隙為h， ( coscos )hRrea因為因為很小，很小，cos1，(cos )hRrealpbhq123因為因為b相當(dāng)于相當(dāng)于Rd，于是得，于是得 2330(cos )1212RPRPdqh dRredll203203)cos(1212derRlPRdhlPRq令令R-rh0

8、(同心時半徑間隙量同心時半徑間隙量)，e/h0(相對偏心率相對偏心率)，則有：，則有： 3、圓柱偏心環(huán)形間隙流動、圓柱偏心環(huán)形間隙流動00coscos(1cos )Rreaheaha s 令令d2R，于是，于是 23200033(1- e cos ) d(1 1.5) 1212hR pdhpqll當(dāng)當(dāng)0即為同心環(huán)狀間隙。當(dāng)即為同心環(huán)狀間隙。當(dāng)1，即最大偏心，即最大偏心eh0時，其流量為同時，其流量為同心時流量的心時流量的2.5倍，這說明偏心對泄漏量的影響。所以對液壓元件的同心倍，這說明偏心對泄漏量的影響。所以對液壓元件的同心度應(yīng)有適當(dāng)要求。度應(yīng)有適當(dāng)要求。內(nèi)外圓柱表面有相對運(yùn)動且又存在壓差的流

9、動可得到內(nèi)外圓柱表面有相對運(yùn)動且又存在壓差的流動可得到： 002302)5 . 11 (12udhlpdhq 柱塞受柱塞受F F=100N=100N的固定力作用而下落，缸中油液經(jīng)縫隙泄出。的固定力作用而下落，缸中油液經(jīng)縫隙泄出。設(shè)縫隙厚度設(shè)縫隙厚度 =0.05=0.05，縫隙長度，縫隙長度L L=70=70，柱塞直徑，柱塞直徑d d=20=20，油，油的動力粘度的動力粘度 =50=501010-3 -3 PasPas。試計算當(dāng)柱塞和缸孔同心時，下。試計算當(dāng)柱塞和缸孔同心時，下落落0.1m0.1m所需時間是多少所需時間是多少? ?例例解解:根據(jù)柱塞運(yùn)動狀態(tài)有根據(jù)柱塞運(yùn)動狀態(tài)有21203dhupl

10、dhtVq其中其中柱塞下降柱塞下降0.1m排排出的體積出的體積柱塞下降的柱塞下降的運(yùn)動速度運(yùn)動速度HdV244/2dFptHu 0mmh05. 0有有:lphddhHHdt12214322)2(4332hdFhHld33600005. 010041 . 002. 01070503s55274、流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量、流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量 l 如圖所示，兩平行圓盤如圖所示，兩平行圓盤A和和B之間的間隙之間的間隙為為h，液流由圓盤中心孔流入，在壓差的，液流由圓盤中心孔流入，在壓差的作用下向四周徑向流出。作用下向四周徑向流出。l 由于間隙很小，液流呈層流，因為流動是由于間隙很小，液

11、流呈層流，因為流動是徑向的，所以對稱于中心軸線。柱塞泵的徑向的，所以對稱于中心軸線。柱塞泵的滑履與斜盤之間以及某些端面推力靜壓軸滑履與斜盤之間以及某些端面推力靜壓軸承均屬這種情況。承均屬這種情況。在半徑在半徑r處取寬度為處取寬度為dr的液層，將液層展開，的液層，將液層展開，可近似看作平行平板間的間隙流動，在可近似看作平行平板間的間隙流動，在r處處的流速為的流速為ur，因此有，因此有dydpyyhlur)(21流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量 dydpyyhlur)(213000122()2()226hhhrdpr dprhdyqurdyhy yrdyhy dyldr

12、drdr 36rhpdrdp236lnqprch 2236lnqCrph 2236lnrqpphr212316lnrqppphr 123ln6rrphq5、圓錐環(huán)形縫隙、圓錐環(huán)形縫隙若將這一間隙展開成平面，則是一個若將這一間隙展開成平面，則是一個扇形，相當(dāng)于平行圓盤間隙的一部分，扇形，相當(dāng)于平行圓盤間隙的一部分，所以可根據(jù)平行圓盤間隙流動的流量所以可根據(jù)平行圓盤間隙流動的流量公式，導(dǎo)出這種流動的流量公式為：公式，導(dǎo)出這種流動的流量公式為： 123ln6sinrrhq5、圓錐環(huán)形縫隙、圓錐環(huán)形縫隙21203dhupldhqlpdxdptandhdx tan1xhh303tan6tan12hdhu

13、hdhdqdp0212121221)()()(6uhhhdhphhhhldq6、液壓卡緊力、液壓卡緊力phhhhpp221211)(1)(1303tan6tan12hdhuhdhdqdp)11(6)11(6102211hhtguhhdtgqpp)()(6)(1)(121220221211hhhhhuphhhhppphhhhpp1)(1)(221211液壓卡緊力液壓卡緊力h1h2eFh1h2eFl第七節(jié)第七節(jié) 液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊一、液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時，致使在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時，致使液流速度急速地改變液流速度急速

14、地改變(變向或停止變向或停止)，由于流動液體的慣性，由于流動液體的慣性或運(yùn)動部件的慣性，會使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降或運(yùn)動部件的慣性，會使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降低，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊低，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊 一、液壓沖擊一、液壓沖擊l 當(dāng)閥門當(dāng)閥門K瞬間關(guān)閉時瞬間關(guān)閉時，管道中便產(chǎn)生液壓沖擊液壓沖擊的，管道中便產(chǎn)生液壓沖擊液壓沖擊的實質(zhì)主要是管道中的液體因突然停止運(yùn)動而導(dǎo)致動能向壓實質(zhì)主要是管道中的液體因突然停止運(yùn)動而導(dǎo)致動能向壓力能的瞬時轉(zhuǎn)變。力能的瞬時轉(zhuǎn)變。 l 液壓系統(tǒng)中運(yùn)動著的工作部件突然制動或換向時液壓系統(tǒng)中運(yùn)動著的工作部件突然制動或換向時，由工作，由工作部件的動能將引起

15、液壓執(zhí)行元件的回油腔和管路內(nèi)的油液部件的動能將引起液壓執(zhí)行元件的回油腔和管路內(nèi)的油液產(chǎn)生液壓激振，導(dǎo)致液壓沖擊。產(chǎn)生液壓激振，導(dǎo)致液壓沖擊。 l 液壓系統(tǒng)中某些元件的動作不夠靈敏，也會產(chǎn)生液壓沖液壓系統(tǒng)中某些元件的動作不夠靈敏，也會產(chǎn)生液壓沖擊，如系統(tǒng)壓力突然升高，但溢流閥反應(yīng)遲鈍，不能迅速擊，如系統(tǒng)壓力突然升高，但溢流閥反應(yīng)遲鈍，不能迅速打開時，便產(chǎn)生壓力超調(diào)。也即液壓沖擊。打開時，便產(chǎn)生壓力超調(diào)。也即液壓沖擊。 l 1、閥門突然關(guān)閉、閥門突然關(guān)閉lC-壓力沖擊波傳播速度壓力沖擊波傳播速度0pA tA lv 00cvvtlp0()PC vc vv 1、閥門突然關(guān)閉、閥門突然關(guān)閉l 如果通道關(guān)

16、閉的時間如果通道關(guān)閉的時間tT，這種情況稱為瞬時關(guān)閉，這時液流由于速，這種情況稱為瞬時關(guān)閉，這時液流由于速度改變所引起的能量化全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，這種液壓沖擊稱為完全沖度改變所引起的能量化全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，這種液壓沖擊稱為完全沖擊擊(即直接液壓沖擊即直接液壓沖擊)。l 如果通道關(guān)閉的時間如果通道關(guān)閉的時間tT，這種情況稱為逐漸關(guān)閉。實際上，一般閥，這種情況稱為逐漸關(guān)閉。實際上，一般閥門關(guān)閉時間還是較大的，此時沖擊波折回到閥門時，閥門尚未完全關(guān)門關(guān)閉時間還是較大的，此時沖擊波折回到閥門時，閥門尚未完全關(guān)閉。所以液流由于速度改變所引起的能量變化僅有一部分閉。所以液流由于速度改變所引起的能量變化僅有一

17、部分(相當(dāng)于相當(dāng)于T/t的部分的部分)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，這種液壓沖擊稱為非完全沖擊轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，這種液壓沖擊稱為非完全沖擊(即間接液壓沖即間接液壓沖擊擊)。這時液壓沖擊的沖擊壓力可按下述公式計算：。這時液壓沖擊的沖擊壓力可按下述公式計算： 21Tc 0Tpcvt 在液壓系統(tǒng)工作過程中，由于在液壓系統(tǒng)工作過程中，由于運(yùn)動部件急速換向或關(guān)閉油路，運(yùn)動部件急速換向或關(guān)閉油路，因液流和運(yùn)動部件的慣性作用，因液流和運(yùn)動部件的慣性作用，使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生很高的瞬時壓力使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生很高的瞬時壓力峰值。峰值。振動振動沖擊沖擊的實質(zhì)：系統(tǒng)中能量反復(fù)相互轉(zhuǎn)換的結(jié)果。的實質(zhì)：系統(tǒng)中能量反復(fù)相互轉(zhuǎn)換的結(jié)果?？蓧嚎s性液體中的振動

18、。由于存在能量交換，動能可壓縮性液體中的振動。由于存在能量交換，動能壓力能壓力能彈性能，彈性能，因而產(chǎn)生振動。液壓沖擊是液體中能量瞬時轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的。因而產(chǎn)生振動。液壓沖擊是液體中能量瞬時轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的。 液壓沖擊的危害液壓沖擊的危害 引起振動、產(chǎn)生噪聲；引起振動、產(chǎn)生噪聲； 引起系統(tǒng)誤動作；引起系統(tǒng)誤動作； 損壞密封裝置、管道和液壓元件。損壞密封裝置、管道和液壓元件。減小液壓沖擊的措施減小液壓沖擊的措施 緩慢關(guān)閉閥門；緩慢關(guān)閉閥門； 在沖擊源前設(shè)置蓄能器，在沖擊源前設(shè)置蓄能器，減小沖擊波傳遞距離；減小沖擊波傳遞距離； 在沖擊源附近設(shè)置安全閥；在沖擊源附近設(shè)置安全閥； 限制管中流速。限制管中流速。

19、0Tpcvt 1.幾個術(shù)語幾個術(shù)語空氣在液體中以兩種方空氣在液體中以兩種方式存在：式存在：混入、溶入?；烊?、溶入。 含氣量：液體中所含空氣的體積百分比；含氣量：液體中所含空氣的體積百分比； 空氣分離壓：當(dāng)壓力降低到某一壓力時，過飽和的空氣空氣分離壓：當(dāng)壓力降低到某一壓力時，過飽和的空氣從液體中析出而形成氣泡，此壓力稱為空氣分離壓。從液體中析出而形成氣泡，此壓力稱為空氣分離壓。 飽和蒸氣壓：在一定溫度下，壓力降低到某一值時，液體飽和蒸氣壓：在一定溫度下，壓力降低到某一值時，液體發(fā)生汽化，這個壓力稱為飽和蒸氣壓。發(fā)生汽化，這個壓力稱為飽和蒸氣壓。2.氣穴氣穴流動液體中，由于流速變化引起壓力降低而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。流動液體中，由于流速變化引起壓力降低而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。輕微氣穴輕微氣穴析出混入型空氣；析出混入型空氣； 嚴(yán)重氣穴嚴(yán)重氣穴析出溶入型空氣；析出溶入型空氣；強(qiáng)烈氣穴強(qiáng)烈氣穴油液汽化。油液汽化。3. 3. 氣穴程度的度量氣穴程度的度量氣穴系數(shù)氣穴系數(shù) 4. 4. 氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象 5. 5. 解決措施解決措施 減小閥口上的壓力降，前后壓力比減小閥口上的壓力降，前后壓力比3.53.5；限制管中流速，減小壓力損失；限制管中流速，減小壓力損失；提高液壓元件和管道的密封性能；提高液壓元件和管道的密封性能；提高元件抗氣蝕的能力。提高元件抗氣蝕的能力。 氣泡從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)，瞬間潰滅