第2章液壓傳動基礎(chǔ)知識

1、1第二章第二章 液壓傳動基礎(chǔ)知識液壓傳動基礎(chǔ)知識2.1 工作介質(zhì)-液壓油2.2 液體靜力學3.3 液體動力學2液壓介質(zhì)功能： 1、傳遞能量和信號； 2、潤滑液壓元件，減少摩擦和磨損； 3、散熱； 4、防銹； 5、密封液壓元件對偶摩擦副中的間隙； 6、傳輸、分離和沉淀非可溶性污染物； 7、為元件和系統(tǒng)失效提供診斷信息等等。 液壓油視頻介紹液壓油視頻介紹2.1 2.1 液壓油液壓油3一、一、液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)3(/)mkg mV1 密度一般認為是常值當tp 但很小國家標準以20時為油液的標準密度 記為20 常用工作介質(zhì)的密度（單位kg/m3 ）種 類20種 類20石油基液壓油8509

2、00增粘高水基液1003水包油乳化液998水-乙二醇1060油包水乳化液932磷酸酯液115042、可壓縮性：體積壓縮系數(shù) 液體分子間存在一定間隙，受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。 主要指液體受壓力作用而發(fā)生體積縮小的性質(zhì)。 通常用體積壓縮系數(shù)來表示。 52、可壓縮性：體積壓縮系數(shù)定義： 體積為v的液體，當壓力增大p時，體積減小v,則液體在單位壓力變化下體積的相對變化量。 10pVV:液體的體積壓縮系數(shù)， =(57)10-10m2/NV0：液體加壓前的體積（m3）V：加壓后液體體積變化量（m3）；p：液體壓力變化量（N/ m2）；6一、一、液壓油的物理性質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)2、

3、可壓縮性：體積壓縮系數(shù) 10pVV p v為保證為保證為正值，式中須加為正值，式中須加負號負號7lAFVVpVK22、可壓縮性、可壓縮性:彈性模量彈性模量 純凈液壓油的體積彈性模量K=（1.42.0）103MPa。 液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計或分析時不考慮，分析液壓系統(tǒng)動態(tài)特性時才考慮液體可壓縮性。的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，以以K表示表示 ：83、液體的粘性：、液體的粘性： 1 1）粘性粘性的意義：的意義： 液體在外力作用下流動時，液體分子間的內(nèi)聚力（吸引力）會阻礙其分子的相對運動，即具有一定的內(nèi)摩擦力，這種性質(zhì)稱為液體的粘性。 在流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性；在流動時產(chǎn)生

4、內(nèi)摩擦力的特性； 靜止液體則不顯示粘性靜止液體則不顯示粘性 . .92 2）液體的粘度液體的粘度： 粘性的大小用粘度表示。 常用的粘度有三種： 動力粘度 運動粘度 相對粘度 103、液體的粘性：、液體的粘性：牛頓液體內(nèi)摩擦定律牛頓液體內(nèi)摩擦定律:稱為動力粘度系數(shù)（Pas） :單位面積上的摩擦力（即剪切應(yīng)力）du/dy :速度梯度，即液層間速度對液層距離的 變化率。dyduAFdyduAF113 3）液體的粘度液體的粘度：動力粘度動力粘度 動力粘度又稱絕對粘度 n動力粘度的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動時，流動液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。n單位為： Ns/ 或 Pasn由于的單位中具有力、

5、長度、時間的量綱，即具有動力學的量綱，故稱為動力粘度。=Fd uAd y12運動粘度運動粘度 動力粘度與該液體密度的比值叫運動粘度，用表示 單位：/sn1/s=1042/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt） 由于的單位中只有運動學要素，故稱為運動粘度。 液壓油的粘度等級就是以其40C時運動粘度的某一平均值來表示，如：L-HM32液壓油的粘度等級為32，則40C時其運動粘度的平均值為32mm2/s 。單位？13（3）相對粘度（恩式粘度）相對粘度（恩式粘度） 相對粘度又叫條件粘度，它是采用特定的粘度計在規(guī)定的條件下測量出來的的粘度。由于測量條件不同，各國所用的相對粘度也

6、不同。中國、德國和俄中國、德國和俄羅斯等一些國家采用恩氏粘度羅斯等一些國家采用恩氏粘度，美國用賽氏粘度，英國用雷氏粘度。21ttEt式中：t1200ml被測液體從恩氏粘度計流出時間 t2200ml同溫度純水從恩氏粘度計流出時間l工業(yè)上常用20C、50C和100C作為測定恩式粘度的標準溫度，分別以20、50、100表示。l恩氏粘度與運動粘度之間的換算關(guān)系式為：7 31631.()EEcSttt14（4 4）粘度與壓力的關(guān)系）粘度與壓力的關(guān)系 液體所受的壓力增大時，其分子間的距離將減小，內(nèi)摩擦力增大，粘度亦隨之增大。 P，F(xiàn)， 隨隨p而而，壓力較小時忽略，壓力較小時忽略，32Mpa以上才考慮以上才

7、考慮 （5 5）粘度與溫度的關(guān)系）粘度與溫度的關(guān)系 油液的粘度對溫度的變化極為敏感，溫度升高，油的粘度即顯著降低。油的粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱粘溫特性。 溫度溫度，內(nèi)聚力，內(nèi)聚力， 粘度隨溫度變化的關(guān)系叫粘溫特性，粘度隨溫度的變化粘度隨溫度變化的關(guān)系叫粘溫特性，粘度隨溫度的變化較小，即粘溫特性較好。較小，即粘溫特性較好。155、其他性質(zhì)、其他性質(zhì)抗氧化性（氧化安定性）：減少油品衷變速度，延長換油期抗泡沫性和空氣釋放性：保證系統(tǒng)靈敏，準確平穩(wěn)傳遞靜壓能抗乳化性（過濾性）：混入油中的水分迅速分離，最大限度地減少過濾器堵塞，保證油品正常潤滑?？鼓バ裕簻p緩設(shè)備磨損，有效延長泵及系統(tǒng)的使用壽命。粘溫性好：

8、保證液壓元件在工作壓力和溫度發(fā)生變化的條件下得到良好的潤滑、冷卻、密封。相容性：指對密封材料不侵蝕、不溶脹的性質(zhì)。16二、對二、對液壓油的要求液壓油的要求合適的粘度 40=1568cst 良好的粘溫特性 選擇油的最重要因素良好的潤滑性良好的防蝕性,防銹性和相容性良好的化學穩(wěn)定性良好的抗泡性,抗乳化性17三、液壓油三、液壓油的的種類種類和和選用選用石油型石油型機械油機械油汽輪機油汽輪機油普通液壓油普通液壓油抗磨液壓油抗磨液壓油 低溫液壓油低溫液壓油液壓導軌油液壓導軌油高粘度指數(shù)液壓油高粘度指數(shù)液壓油其他專用液壓油其他專用液壓油難燃型難燃型乳化型乳化型水包油乳化液水包油乳化液油包水乳化液油包水乳化

9、液合成型合成型水乙二醇液水乙二醇液磷酸脂液磷酸脂液其他其他18液壓油的分類液壓油的分類19步驟一：步驟一：選擇液壓油的品種選擇液壓油的品種 首先根據(jù)工作條件首先根據(jù)工作條件 （v、p 、T）和元件類型（液壓泵等）選）和元件類型（液壓泵等）選擇油液品種；擇油液品種； 步驟二：步驟二：選擇液壓油的粘度等級選擇液壓油的粘度等級 慢速、高壓、高溫：慢速、高壓、高溫：大（以大（以q） 快速、低壓、低溫：快速、低壓、低溫：?。ㄒ孕。ㄒ訮）液壓油液的選擇過程20a.系統(tǒng)的工作壓力：壓力高粘度大，以減少泄漏b.環(huán)境溫度:溫度高粘度大c.運動速度:速度高粘度低，以減少摩擦損失d. 精密度：精密高粘度低，避免溫升

10、引起的機件變形，影響 工作精度液壓油液的選擇過程21環(huán)境溫度5 40 40 80 粘 度40 粘度(mm2/s)40 粘度(mm2/s) 液 壓 泵 類 型齒 輪 泵 3070 11054 葉 片 泵 p 7 MPa 3050 4075 葉 片 泵 p7 MPa 5070 5590軸 向 式 柱 塞 泵 4075 70150 徑 向 式 柱 塞 泵 308065240 液壓油的推薦使用粘度范圍液壓油的推薦使用粘度范圍 2222# 液壓油液的污染是系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因,嚴重影響系統(tǒng)的可靠性及液壓元件的壽命。四、液壓油的污染及控制四、液壓油的污染及控制231 1、污染的原因、污染的原因外部已被污

11、染的新油：運輸、儲存殘留污染：生產(chǎn)裝配和沖洗侵入污染：液壓油箱密封不好或者 液壓缸防塵部分損壞內(nèi)部生成污染密封件損壞運動元件磨損、剝離油液老化生成膠質(zhì)物四、液壓油的污染及控制四、液壓油的污染及控制242 2、污染的種類和危害、污染的種類和危害1)1)固體顆粒、膠狀生成物：固體顆粒、膠狀生成物： 磨損元件 填塞系統(tǒng)2)2)水份、空氣：水份、空氣：水解氧化 產(chǎn)生膠質(zhì) 填塞元件3)3)化學物質(zhì)及微生物：化學物質(zhì)及微生物：油液變質(zhì) 元件腐蝕253、固體顆粒污染物的測定固體顆粒污染物的測定 污染度的測定方法有以下兩種：(1)(1)稱重法：稱重法：把100mL的工作液體樣品進行真空過濾并烘干后，在精密天平

12、上稱出顆粒的重量，按標準定出污染等級。 適用于工作液體日常性的質(zhì)量管理。(2)(2)顆粒計數(shù)法：顆粒計數(shù)法：是測定單位容積工作液體中含有某給定尺寸范圍的顆粒數(shù)。其測定方法有以下兩種：a顯微鏡顆粒計數(shù)法b自動顆粒計數(shù)法26（1）防止油液被污染 倉儲管理 加工、裝配要清洗，油箱做好密封 定期檢查、定期更換工作介質(zhì)、清洗濾網(wǎng)、濾芯（2）控制系統(tǒng)工作溫度： T，黏度，泄漏，容積效率 T，潤滑性能變壞，增加磨損4、液壓介質(zhì)的污染控制、液壓介質(zhì)的污染控制 系統(tǒng)工作時，一般應(yīng)將工作液體的溫度控制在65以下。工作液體溫度過高會加速氧化，產(chǎn)生各種生成物。 27（3）注意密封 防塵 防水 及時補充油液 油箱呼吸孔

13、上裝空氣濾清器或采用隔離式油箱，防止塵土、磨料和冷卻水侵入。工作液體必須通過濾油器注入系統(tǒng)。 隨時排出進入液壓系統(tǒng)的空氣。5液壓介質(zhì)的污染控制液壓介質(zhì)的污染控制28研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：研究液體處于靜止狀態(tài)的力學規(guī)律和這研究液體處于靜止狀態(tài)的力學規(guī)律和這些規(guī)律的實際應(yīng)用。些規(guī)律的實際應(yīng)用。靜止液體靜止液體: 指液體內(nèi)部質(zhì)點之間沒有相對運動，至于液體指液體內(nèi)部質(zhì)點之間沒有相對運動，至于液體整體完全可以象剛體一樣做各種運動。整體完全可以象剛體一樣做各種運動。2.2 2.2 液體靜力學液體靜力學29一、液體的靜壓力及特性一、液體的靜壓力及特性作用于液體上的力：作用于液體上的力：質(zhì)量力質(zhì)量力（重力、慣性

14、力）（重力、慣性力） 作用于液體的所有質(zhì)點。作用于液體的所有質(zhì)點。表面力表面力（法向力、切向力、其它物體或容器對液體、（法向力、切向力、其它物體或容器對液體、一部分液體作用于另一部分液體等）一部分液體作用于另一部分液體等）作用于作用于 液體的表面液體的表面 。 2.2 2.2 液體靜力學液體靜力學301、液體的靜壓力定義、液體的靜壓力定義: 液體單位面積上所受的法向力，物理學中稱液體單位面積上所受的法向力，物理學中稱壓強壓強，液壓傳動中習慣稱壓力。液壓傳動中習慣稱壓力。一、液體的靜壓力及特性一、液體的靜壓力及特性AFpA0lim壓力與流量視頻壓力與流量視頻2.2 2.2 液體靜力學液體靜力學3

15、12、液體靜壓力特性：、液體靜壓力特性：靜止液體的壓力稱為靜壓力。（1）垂直并指向于承壓表面）垂直并指向于承壓表面（沿內(nèi)法線方向作用于承壓表面）（沿內(nèi)法線方向作用于承壓表面） 液體在靜止狀態(tài)下不呈現(xiàn)粘性 內(nèi)部不存在切向剪應(yīng)力而只有法向應(yīng)力 （2）各向壓力相等：）各向壓力相等：靜止液體內(nèi)任一點的壓力，在各個方向上都相等。 有一向壓力不等，液體就會流動 各向壓力必須相等一、液體的靜壓力及特性一、液體的靜壓力及特性2.2 2.2 液體靜力學液體靜力學323、液體靜力學基本方程、液體靜力學基本方程P0h GPAdA4、重力作用下靜止液體壓力分布特征、重力作用下靜止液體壓力分布特征（1）靜止液體中任一點

16、處的壓力由兩部分）靜止液體中任一點處的壓力由兩部分 液面上的壓力液面上的壓力p0 組成組成 該點以上液體自重所形成的壓力該點以上液體自重所形成的壓力gh 當液面上承受大氣壓力當液面上承受大氣壓力Pa作用時，液體內(nèi)任一點處的壓力為作用時，液體內(nèi)任一點處的壓力為（2) 靜止液體內(nèi)壓力沿液深呈線性規(guī)律分布靜止液體內(nèi)壓力沿液深呈線性規(guī)律分布（3) 離液面深度相同處各點的壓力均相等，壓力相等的點組成的離液面深度相同處各點的壓力均相等，壓力相等的點組成的 面叫等壓面面叫等壓面.例：計算靜止液體內(nèi)任意點例：計算靜止液體內(nèi)任意點A處的壓力處的壓力p pdA=p0dA+G= p0dA+ghdA p = p0+g

17、h ghppa2.2 2.2 液體靜力學液體靜力學33測壓兩基準：測壓兩基準： 絕對壓力絕對壓力以絕對零壓為基準所測以絕對零壓為基準所測 相對壓力相對壓力以大氣壓力為基準所測以大氣壓力為基準所測 注注 ：液壓傳動系統(tǒng)中所測壓力均為相對壓力即表壓力。：液壓傳動系統(tǒng)中所測壓力均為相對壓力即表壓力。 二、壓力的表示方法及單位二、壓力的表示方法及單位l 空氣、液體壓力可以用壓力、表壓力和真空度等來衡量。l如果液體中某點的絕對壓力小于大氣壓力，這時，比大氣壓力小的那部分數(shù)值叫做真空度。34 絕對壓力總是正值，相對壓力則可正可負，這個負值就是不足大氣壓的數(shù)值，稱為真空度。 真空度真空度 = 大氣壓力大氣壓

18、力 絕對壓力絕對壓力 3510.07psibar36液體的靜壓力定義 我國法定的壓力單位為牛頓我國法定的壓力單位為牛頓/ /米米2 2(N/m(N/m2 2) )，稱為帕斯卡，簡稱帕稱為帕斯卡，簡稱帕(Pa)(Pa)。 在液壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位在液壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位有巴有巴(bar)(bar)和工程大氣壓、千克力每平方米和工程大氣壓、千克力每平方米(kgf/m(kgf/m2 2 ) )等。等。37二、壓力的表示方法及單位二、壓力的表示方法及單位l 壓力常用單位為Pa（帕，N/）、MPa（兆帕，N/），bar（巴）、PSI(pounds per square inch,磅每

19、平方英寸） 常用壓力單位之間換算關(guān)系為：1MPa=106 Pa，1bar=105 Pa。 1atm=101325Pa (atm表示一個標準大氣壓作為參考量) 1atm=14.5PSI（近似值，用于粗略計算） 1bar=0.1MPa=1.0197 Kgf/cm2 因為單位相差很小，在要求不高場合近似計算為： 1atm=1bar=1 Kgf/cm2=100KPa=0.1MPa=760mmHg38液壓系統(tǒng)壓力形成液壓系統(tǒng)壓力形成 結(jié)論：結(jié)論：液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負載，液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負載，并且隨著負載的變化而變化。并且隨著負載的變化而變化。FA帕斯卡原理帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）（靜壓傳

20、遞原理）在密閉容器內(nèi)，液體表面的在密閉容器內(nèi)，液體表面的壓力可等值傳遞到液體內(nèi)部所有各點。壓力可等值傳遞到液體內(nèi)部所有各點。 根據(jù)帕斯卡原理：根據(jù)帕斯卡原理： p = F/A三、靜壓傳遞原理三、靜壓傳遞原理 p = F/A F = 0 p = 0 F p F p 靜止液體內(nèi)壓力的傳遞。39作用在平面上的總作用力作用在平面上的總作用力 作用在平面上的總作用力作用在平面上的總作用力F = pA 如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D,則則 F = pA = pD2/4 40dFx=dFcos=pdAcos=plrcosd 四、液體對固體壁面的作用力四、液體對固體壁面的作用力xpAp

21、lr 22222cosdplrdFFxx41作用在曲面上的總作用力作用在曲面上的總作用力 作用在曲面上的總作用力作用在曲面上的總作用力 Fx = pAx結(jié)論：曲面在某一方向上所受的作用力，結(jié)論：曲面在某一方向上所受的作用力， 等于液體壓力與曲面在該方向的等于液體壓力與曲面在該方向的 垂直投影面積之乘積。垂直投影面積之乘積。 如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D,則則F = pA = pD2/4 F = pA42例題 某容器內(nèi)裝有液體，當液體內(nèi)部某點的絕對壓力為0.4105Pa時，試求其真空度。解： 若取大氣壓為P0=1105Pa，其相對壓力為 P=0.4105-1105=-0

22、.6105Pa所以，該點真空度為0.6105Pa43例題 如圖所示：在兩個相互連通的液壓缸中，已知大缸內(nèi)徑D=100mm，小缸內(nèi)徑d=20mm，大缸活塞放置的物體重量為5000kg。問：在小缸活塞上所加的力F有多大才能使大活塞頂重物？12111221960FFmg AFNAAA解：44 如下圖球面和錐面所受液壓力是多少？如下圖球面和錐面所受液壓力是多少？ d d為承壓部分曲面投影圓的直徑。為承壓部分曲面投影圓的直徑。要計算出球面和錐面在垂直方向受力要計算出球面和錐面在垂直方向受力F F，只要先計算出曲，只要先計算出曲面在垂直方向的投影面積面在垂直方向的投影面積A A，然后再與壓力，然后再與壓力

23、p p相乘，即：相乘，即： F= pA= pd F= pA= pd2 2/4/42.2 2.2 液體靜力學液體靜力學45壓力、流速、流量之間的關(guān)系流動液體與固體壁面之間的相互作用力一、基本概念一、基本概念二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程三、能量方程三、能量方程 四、動量方程四、動量方程五、管路壓力損失計算五、管路壓力損失計算六、小孔和縫隙的流量六、小孔和縫隙的流量七、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象七、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象 2.3 2.3 液體動力學液體動力學46一、一、 基本概念基本概念1、理想液體、恒定流動、理想液體、恒定流動l理想液體：理想液體：一種假想的既無粘性又不可壓縮的液體。一種假想的既無粘性又不可壓

24、縮的液體。l恒定流動恒定流動：液體流動時，液體中任一點處的壓力：液體流動時，液體中任一點處的壓力p 、速度、速度v和密度和密度等參數(shù)都不隨時間而變化。等參數(shù)都不隨時間而變化。 （或稱定常流動、非時（或稱定常流動、非時變流動）變流動）l反之，只要壓力、速度或密度中有一個參數(shù)隨時間變化，就反之，只要壓力、速度或密度中有一個參數(shù)隨時間變化，就稱稱非恒定流動非恒定流動（或稱非定常流動、時變流動）。（或稱非定常流動、時變流動）。472、跡線、流線、流束、跡線、流線、流束 流束：流束：流管內(nèi)所有流線的集合。 流束中與所有流線垂直的橫截面稱為通流截面，可能是平面或者曲面。 流線：流線：某一瞬間液流中一條曲線

25、。 流管流管：在流場內(nèi)作一條封閉曲線，過該曲線的所有流線所構(gòu)成的管狀表面。48vVqt式中式中 流量，在液壓傳動中流量流量，在液壓傳動中流量 常用單位常用單位； 液體的體積；液體的體積； 流過液體體積流過液體體積 所需的時間所需的時間 。3. 通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速 液體在管道中流動時，其垂直于流動方向的液體在管道中流動時，其垂直于流動方向的稱為稱為（或過流截面）。（或過流截面）。稱為稱為，常用，常用表示表示 ， 即：即：49 由于由于，因此液體在管道內(nèi)流動時，通流截，因此液體在管道內(nèi)流動時，通流截面上各點的流速是不相等的。面上各點的流速是不相等的。，流速分布如，流速

26、分布如所示。所示。 在通流截面在通流截面A上取一微小流束的截面上取一微小流束的截面（），則通過），則通過的微小的微小流量為流量為 ：vddqu A對上式進行積分，便可得到流經(jīng)整個通流截面對上式進行積分，便可得到流經(jīng)整個通流截面A的流量：的流量：vdAqu A50 可見，要求得 的值，必須先知道在整個上的分布規(guī)律。實際上這是比較困難的，因為粘性液體流速u在管道中的分布規(guī)律是很復(fù)雜的。所以，為方便起見，在液壓傳動中常采用一種假想的來求流量，即：vdAqu AvA由此得出通流截面上的平均流速為 ：vqvA51液體的流動狀態(tài)液體的流動狀態(tài)層流和紊流層流和紊流 19世紀末，英國物理學家世紀末，英國物理學

27、家首先通過實驗觀察了水在圓首先通過實驗觀察了水在圓管內(nèi)的流動情況，發(fā)現(xiàn)液體有兩種流動狀態(tài)：管內(nèi)的流動情況，發(fā)現(xiàn)液體有兩種流動狀態(tài)：和和。實驗結(jié)果表明，實驗結(jié)果表明，層流：液體質(zhì)點互不干擾，液體的流動呈線性或?qū)訝睿移叫袑恿鳎阂后w質(zhì)點互不干擾，液體的流動呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；于管道軸線；紊流紊流:液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動外，還存在著劇烈的橫向運動。外，還存在著劇烈的橫向運動。52液體的流動狀態(tài)液體的流動狀態(tài) 層流和紊流層流和紊流 層層 流：流： 液體的流動是分層的，層與層之間互不液體的流動是分層的，層與層之間互不

28、干擾干擾 。 紊流（湍流）：液體流動不分層，做混雜紊亂流紊流（湍流）：液體流動不分層，做混雜紊亂流 動。動。53雷諾數(shù)實驗雷諾數(shù)實驗動畫演示動畫演示和和是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。層流：液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，層流：液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，；紊流：液體流速較高，粘性的制約作用減弱，紊流：液體流速較高，粘性的制約作用減弱，。用用54雷諾數(shù)雷諾數(shù)圓形管道雷諾數(shù)：圓形管道雷諾數(shù)： Re = dv/ 非圓管道截面雷諾數(shù)：非圓管道截面雷諾數(shù)： Re = dHv/ 過流斷面水力直徑：過流斷面水力直徑： dH = 4A/ 水力直徑大，液流阻力小，通流能

29、力大。水力直徑大，液流阻力小，通流能力大。 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Rec ：判斷液體流態(tài)依據(jù)。：判斷液體流態(tài)依據(jù)。 Re Rec為紊流為紊流 雷諾數(shù)物理意義：液流的慣性力對粘性力的無因次比。雷諾數(shù)物理意義：液流的慣性力對粘性力的無因次比。 55幾種常用管道的幾種常用管道的管道截管道截面形狀面形狀圖圖 示示水力直徑水力直徑dH臨界雷諾臨界雷諾數(shù)數(shù)Recr管道截管道截面形狀面形狀圖圖 示示水力直徑水力直徑dH臨界雷諾臨界雷諾數(shù)數(shù)Recr圓圓D2000同心同心圓環(huán)圓環(huán)21100正方形正方形b2100滑閥滑閥閥口閥口2x260長方形長方形1500圓圓（橡膠）（橡膠）d1600長方形長方形縫縫 隙隙140

30、0baab 2 256靜止的液體：任意點處的壓力在各個方向上都是相等的。靜止的液體：任意點處的壓力在各個方向上都是相等的。流動的液體：由于慣性力和粘性力的影響，任意點處在各個流動的液體：由于慣性力和粘性力的影響，任意點處在各個方向上的壓力并不相等，但數(shù)值相差甚微。方向上的壓力并不相等，但數(shù)值相差甚微。 當慣性力很小，且把液體當理想液體時，當慣性力很小，且把液體當理想液體時，流動液體內(nèi)任意點流動液體內(nèi)任意點處的壓力在各個方向上的數(shù)值可以看成是相等的。處的壓力在各個方向上的數(shù)值可以看成是相等的。4. 流動液體的壓力流動液體的壓力57二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律在流體力學中的應(yīng)用質(zhì)量守恒

31、定律在流體力學中的應(yīng)用 2 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 m1 =m2若忽略液體可壓縮性若忽略液體可壓縮性 1=2 = 則則 v1A1 = v 2A2 或或 q = vA = 常數(shù)常數(shù) 1 11222v Av A2.3 2.3 液體動力學液體動力學58，故有：，故有：vqA 常常量量意義：意義： ，。1122vvAA59連續(xù)性方程連續(xù)性方程說明：說明：1 1、在同一管路中無論通流面積怎么變化，只要沒有、在同一管路中無論通流面積怎么變化，只要沒有泄漏，液體通過任意截面的流量是相等的；泄漏，液體通過任意截面的流量是相等的；2 2、同時還說明了在同一管路中通流面積大的地方液、同時還說明了在同一管路中通流面積

32、大的地方液體流速小。通流面積小的地方則液體流速大；此外，體流速小。通流面積小的地方則液體流速大；此外，當通流面積一定時，通過的液體流量越大，其流速也當通流面積一定時，通過的液體流量越大，其流速也越大。越大。 Q Q Q2 Q1 Q2 Q1 右圖的分支油路，右圖的分支油路，顯然流進的流量應(yīng)等于流顯然流進的流量應(yīng)等于流出的流量，故有出的流量，故有Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2。vqA常數(shù)60液壓缸的運動速度液壓缸的運動速度結(jié)論：結(jié)論：液壓缸的運動速度取決于進入液液壓缸的運動速度取決于進入液壓缸的流量，并且隨著流量的變化而壓缸的流量，并且隨著流量的變化而變化。變化。 （控制流量可以實現(xiàn)無極調(diào)速）（

33、控制流量可以實現(xiàn)無極調(diào)速）vqAAv = q/A q = 0 v = 0 q v q v6162連續(xù)性方程的應(yīng)用n已知：qv1=20L/min,A1=20cm2,A2=80cm2 ，求v1，v2。12Wv1v2qv1A1A2解： 根據(jù)流量方程：v111qvAv1121q20L/minvA20cm33-4220 10m /s600.167m/s20 10 m根據(jù)連續(xù)性方程：v111v222qvAqvA1221vAvA1212A20Vv0.167m / sA80=0.0418m/s63例題例題 如如圖所示，兩個結(jié)構(gòu)相同的液壓缸相互串聯(lián)，無桿腔的面圖所示，兩個結(jié)構(gòu)相同的液壓缸相互串聯(lián)，無桿腔的面積積

34、A1100c，有桿腔的面積，有桿腔的面積A280c，缸，缸l的輸入壓力的輸入壓力 p1=0.9MPa，輸入流量，輸入流量 q12L/min，不計摩擦損失和泄漏，不計摩擦損失和泄漏，求：求：(1)兩缸承受相同負載（兩缸承受相同負載（F1=F2）時，該負載的數(shù)值及兩缸的運）時，該負載的數(shù)值及兩缸的運動速度。動速度。(2)p 2=0.5p1時，兩液壓缸各能承受的負載時，兩液壓缸各能承受的負載F1 ，F(xiàn)2是多少是多少? (3)若缸若缸1不承受負載不承受負載(F1=0)時，缸時，缸2能承受負載能承受負載F2是多少是多少? F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q64解：A1 100c =10

35、010-4，A2 80c =8010-4 F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q)(500010080110100109 . 01461211212112222111NAAAPFFFFAPFAPAPF314112 100.02/60 100 10qvm sA42214180 100.020.016/100 10Avvm sA(1)(1)65(2)(2)NAPAPAPAPF5400108109 . 05 . 010109 . 05 . 03626211122111NAPF450010109 . 05 . 026122 F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q66(3)(

36、3)(1125010100109 . 0801000461121212222111NAPAAFAPFAPAPF F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q67三、能量方程（三、能量方程（又稱： 理想液體在管道中穩(wěn)定流動時，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等?；颍和饬ξ矬w所做的功應(yīng)該等于該物體機械能的變化量。 2.3 2.3 液體動力學液體動力學68212pghv常常數(shù)數(shù)p:單位體積液體的壓力能gh：單位體積液體相對于水平參考面的位能 （常稱速度水頭）：單位體積的液體的動能。 在密閉管道內(nèi)作作在密閉管道內(nèi)作作的理想液體時具有三種形式的的理想液體時具有三種形式的能量

37、，即能量，即、和和，在流動過程中，三種能量，在流動過程中，三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化，但各個過流斷面上三之間可以互相轉(zhuǎn)化，但各個過流斷面上三，即，即 。理想液體伯努利方程理想液體伯努利方程 理想液體伯努利方程的物理意義理想液體伯努利方程的物理意義212v6922111 1222 21122wpghvpghvp動能修正系數(shù)：單位時間內(nèi)截面處液流的實際動能和按平均流速計算出的動能之比。層流=2，紊流=1 實際液體具有粘性實際液體具有粘性 液體流動時會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，從而損耗能量液體流動時會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，從而損耗能量 故故 應(yīng)考慮能應(yīng)考慮能量損失量損失 ，并考慮動能修正系數(shù)，并考慮動能修正系數(shù), 則實際

38、液體伯努利方則實際液體伯努利方程程為為： wp70 計算計算 液壓泵吸油裝置如液壓泵吸油裝置如所示。所示。，為為，為為 以油箱液面為基準，并定為以油箱液面為基準，并定為，泵的吸油口處為，泵的吸油口處為。取動能修。取動能修正系數(shù)正系數(shù)對對和和截面建立實際截面建立實際液體的能量方程，則有液體的能量方程，則有 ：22121222wvvppg hp 71液壓泵吸油裝置液壓泵吸油裝置圖示圖示，故，故為大氣壓力，即為大氣壓力，即； 為油箱為油箱液面下降速度，由于液面下降速度，由于,故故可近似為零；可近似為零； 為泵吸油口處液為泵吸油口處液體的流速，它等于流體在吸油管體的流速，它等于流體在吸油管內(nèi)的流速；內(nèi)

39、的流速； 為吸油管路的能為吸油管路的能量損失。因此，上式可簡化量損失。因此，上式可簡化 為：為：22a22wvppghp72液壓泵吸油裝置液壓泵吸油裝置所以所以為：為： 222w12appghvp由此可見，液壓泵吸油口處的真空度由此可見，液壓泵吸油口處的真空度由由組成：把組成：把、將、將和和 。當 泵進口處的絕對壓力小于大氣壓力，形成真空，油靠大氣壓力壓入泵內(nèi)。為使真空度不致過大，一般泵的高度不大于0.5m。 0h 73 ,即：即：21mvmvFtt考慮動量修正問題，對于作考慮動量修正問題，對于作的液體，有的液體，有 ：2 21 1()vFqvv四、動量方程四、動量方程動量修正系數(shù)：液體流過某

40、截面的實際動量與平均流速過截面的動動量修正系數(shù)：液體流過某截面的實際動量與平均流速過截面的動量之比。量之比。 液體流速較大且分布均勻（湍流）時液體流速較大且分布均勻（湍流）時 =1 液體流速較低且分布不均勻（層流）時液體流速較低且分布不均勻（層流）時=1.3374五、管路壓力損失計算五、管路壓力損失計算 實際液體具有粘性實際液體具有粘性 流動中必有阻力，為克服阻力，須消耗能量，造成流動中必有阻力，為克服阻力，須消耗能量，造成能量損失能量損失(即壓力損失）。即壓力損失）。 分類：沿程壓力損失、局部壓力損失分類：沿程壓力損失、局部壓力損失2.3 2.3 液體動力學液體動力學75沿程壓力損失沿程壓力

41、損失（粘性損失）定定 義義: 液體沿等徑直管流動時，由于液體液體沿等徑直管流動時，由于液體的粘性摩擦和質(zhì)點的相互擾動作用，而的粘性摩擦和質(zhì)點的相互擾動作用，而產(chǎn)生的壓力損失。產(chǎn)生的壓力損失。76沿程壓力損失產(chǎn)生原因沿程壓力損失產(chǎn)生原因 內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦因粘性，液體分子間摩擦因粘性，液體分子間摩擦 。摩擦摩擦 外摩擦外摩擦液體與管壁間液體與管壁間 。77圓管層流時沿程壓力損失計算圓管層流時沿程壓力損失計算沿程阻力系數(shù)。沿程阻力系數(shù)。理論值：理論值： 64 / Re 實際值實際值: 金屬管金屬管75 / Re 橡膠軟管橡膠軟管80/ Re22lvpd785.圓管紊流的壓力損失圓管紊流的壓力損失22lv

42、pd350.25Re100.3164ReRe0.040.0015-0.010.0015-0.060.03mmmmmmmm光滑管：當2.32 10時，；粗糙管： 根據(jù)和管壁粗糙度 取值。管壁絕對粗糙度 ：鋼管銅管鋁管橡膠軟管79局部壓力損失局部壓力損失定義定義 : 液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時，液流會產(chǎn)生旋渦，并閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時，液流會產(chǎn)生旋渦，并發(fā)生強烈的紊動現(xiàn)象，由此而產(chǎn)生的損失稱為局發(fā)生強烈的紊動現(xiàn)象，由此而產(chǎn)生的損失稱為局部損失。部損失。80局部壓力損失產(chǎn)生原因局部壓力損失產(chǎn)生原因 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 碰撞、旋

43、渦（突變管、彎管碰撞、旋渦（突變管、彎管) 產(chǎn)生附加摩擦；產(chǎn)生附加摩擦； 81局部壓力損失公式22vp局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)。一般由實驗確定，也可查閱有關(guān)液壓傳動設(shè)計手冊；為液體的平均流速。82標準閥類元件局部壓力損失標準閥類元件局部壓力損失2vvvnnqppq nvvnnpqqq閥在額定流量 下的壓力損失通過閥的實際流量閥的額定流量 對于閥和過濾器等液壓元件往往并不應(yīng)用前面的式子來計算對于閥和過濾器等液壓元件往往并不應(yīng)用前面的式子來計算其其，因為液流情況比較復(fù)雜，難以計算。它們的壓，因為液流情況比較復(fù)雜，難以計算。它們的壓力損失數(shù)值可從產(chǎn)品樣本提供的曲線中直接查到。力損失數(shù)值可從產(chǎn)品樣本

44、提供的曲線中直接查到。83管路系統(tǒng)的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失 管路系統(tǒng)中的總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損失和局部壓力損失之和，即 p 熱能熱能 T q泄露泄露 效率效率 散逸散逸 污染污染 2222lvvpd 84減小減小p的措施的措施 1 盡量縮短管道的盡量縮短管道的長度長度，減少管道截面突變，減少管道截面突變 ；2 提高管道加工質(zhì)量，力求光滑，提高管道加工質(zhì)量，力求光滑，合適；合適；3 A，v 過高過高 p pv2 其中其中v的影響最大的影響最大 過低過低 尺寸尺寸 成本成本 一般有推薦流速可供參考，見有關(guān)手冊。一般有推薦流速可供參考，見有關(guān)手冊。 2222lvvpd 85

45、考慮到存在壓力損失，一般液壓系統(tǒng)中液壓泵的工作壓力Pp應(yīng)比執(zhí)行元件的工作壓力1 p。 通常情況下，液壓系統(tǒng)的管路并不長，所以沿程壓力損失比較小，而閥等元件的局部壓力損失卻較大。因此管路總的壓力損失一般以局部損失為主。高86六、小孔和縫隙的流量六、小孔和縫隙的流量概述：概述： 孔口和縫隙流量在液壓技術(shù)中占有孔口和縫隙流量在液壓技術(shù)中占有很重要的地位，它涉及液壓元件的密封很重要的地位，它涉及液壓元件的密封性，系統(tǒng)的容積效率，更為重要的是它性，系統(tǒng)的容積效率，更為重要的是它是設(shè)計計算的基礎(chǔ)。是設(shè)計計算的基礎(chǔ)。2.3 2.3 液體動力學液體動力學87六、小孔和縫隙的流量六、小孔和縫隙的流量（一）液體流

46、過小孔的流量（一）液體流過小孔的流量 當小孔的長徑比 l/d0.5時，稱為薄壁孔； l/d4時，稱為細長孔； 0.5l/d4時，稱為短孔。88小孔流量通用方程小孔流量通用方程vTqCAP2/ 322 /0.51qTCCdlCCAp由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，細長孔 ；薄壁孔、短孔 小孔過流斷面面積小孔兩端壓力差由孔的長徑比決定的指數(shù)，薄壁孔，細長孔89三種節(jié)流口的流量特性曲線為：三種節(jié)流口的流量特性曲線為：90小孔流量通用方程小孔流量通用方程vTqCAP2/ 322 /0.51qTCCdlCCAp由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，細長孔 ；薄壁孔、短孔 小孔過流斷面面積小孔兩端壓

47、力差由孔的長徑比決定的指數(shù)，薄壁孔，細長孔91n配合間隙配合間隙 液壓元件的各零件之間要保證正常的相對運動，液壓元件的各零件之間要保證正常的相對運動，必須保持一定的間隙。必須保持一定的間隙。 油液流過縫隙就會產(chǎn)生泄漏，這就是縫隙流量。油液流過縫隙就會產(chǎn)生泄漏，這就是縫隙流量。2.3 2.3 液體動力學液體動力學9293泄漏泄漏: 當流體流經(jīng)間隙時就會發(fā)生從壓力高處經(jīng)過間隙流到系統(tǒng)中壓力低處或直接進入大氣的現(xiàn)象(前者稱為內(nèi)泄漏，后者稱為外泄漏) n油液在間隙中的流動狀態(tài)一般是層流油液在間隙中的流動狀態(tài)一般是層流 。2.3 2.3 液體動力學液體動力學94縫隙流動縫隙流動: 壓差流動： 由縫隙兩端的壓力差造成的流動。 剪切流動： 形成縫隙的兩壁面作相對運動所造成的流動。 這兩種流動經(jīng)常同時存在。2.3 2.3 液體動力學液體動力學95(二二)液體流過縫隙的流量液體流過縫隙的流量 一）液體流過平行平板縫隙的流量1、流過固定平行平板縫隙的流量（壓差流動 ） 312bqpl 在壓差作用下，流過固定平行平板縫隙的流量與縫