液壓與氣壓傳動課件——緒論

1、液壓與氣壓傳動 緒論緒論機(jī)車車輛教研室曹楚君課程介紹課程介紹 考試課考試課 考核方式：期末考試考核方式：期末考試70%70% 平時作業(yè)平時作業(yè)30%30%輪對軸承壓裝機(jī)輪對軸承壓裝機(jī)緒緒 論論 液壓與氣壓傳動是以流體（液壓油或壓縮空氣）為工液壓與氣壓傳動是以流體（液壓油或壓縮空氣）為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動形式。作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動形式。 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1了解液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成；了解液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成； 2了解液壓與氣壓傳動的基本工作原理。了解液壓與氣壓傳動的基本工作原理。 利用各種液壓與氣動元件組成不同功能的基本回路，利用各種液壓與氣

2、動元件組成不同功能的基本回路，再由若干個基本回路有機(jī)地組合成能完成一定控制功能的再由若干個基本回路有機(jī)地組合成能完成一定控制功能的動系統(tǒng)，以滿足機(jī)電設(shè)備對各種運(yùn)動和動力的要求動系統(tǒng)，以滿足機(jī)電設(shè)備對各種運(yùn)動和動力的要求。 一、液壓與氣壓傳動的工作原理一、液壓與氣壓傳動的工作原理（1）液壓千斤頂）液壓千斤頂 工作原理：工作原理：1、液壓傳動的工作原理、液壓傳動的工作原理 由液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程可知，小液壓缸與單向閥4和7一起完成吸油與壓油，將杠杠的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能輸出，稱為（手動）液壓泵。 大液壓缸將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，頂起重物，稱為執(zhí)行元件。大、小液壓缸組成了最簡單的液壓系統(tǒng)

3、，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動和動力的傳遞。 由油箱1、過濾器2、液壓泵3、溢流閥4、換向閥5、節(jié)流閥6、換向閥7、液壓缸8以及連接這些元件的油管、接頭等組成。（2） 機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 工作原理：工作原理： 電動機(jī)驅(qū)動液壓泵旋轉(zhuǎn)，從油箱經(jīng)過濾器吸油，泵輸出的壓力油換向閥5節(jié)流閥6換向閥7液壓缸8左腔，推動活塞使工作臺9向右運(yùn)動。 液壓缸8右腔油液換向閥7回油管油箱。 將換向閥手柄轉(zhuǎn)換成圖所示狀態(tài)，壓力油換向閥7液 液壓缸右腔；液壓缸左腔換向閥7回油管油箱。推動活塞使工作臺向左運(yùn)動。 工作臺速度由節(jié)流閥工作臺速度由節(jié)流閥6來調(diào)節(jié)。改變節(jié)流閥開口大小，可以來調(diào)節(jié)。改變節(jié)流閥開口大

4、小，可以改變進(jìn)入液壓缸的流量，從而控制液壓缸活塞的運(yùn)動速度。改變進(jìn)入液壓缸的流量，從而控制液壓缸活塞的運(yùn)動速度。 工作臺受到的各種阻力越大，缸中的油液壓力就越高；阻力工作臺受到的各種阻力越大，缸中的油液壓力就越高；阻力小，壓力就低。這就說明了液壓傳動的一個基本原理，即壓力小，壓力就低。這就說明了液壓傳動的一個基本原理，即壓力取決于負(fù)載。取決于負(fù)載。 溢流閥的作用是調(diào)節(jié)和穩(wěn)定系統(tǒng)的最大工作壓力，并溢出定溢流閥的作用是調(diào)節(jié)和穩(wěn)定系統(tǒng)的最大工作壓力，并溢出定量泵多余的油液。量泵多余的油液。 將換向閥5手柄轉(zhuǎn)換成圖所示狀態(tài)，泵輸出的壓力油換向閥5回油管油箱。工作臺停止運(yùn)動，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。 目前各國

5、均用元件的圖形符號來繪制液壓和氣壓系統(tǒng)圖。 這些符號只表示元件的這些符號只表示元件的職能及連接通路，而不表職能及連接通路，而不表示其結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)。示其結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)。 液壓系統(tǒng)的圖形符號圖液壓系統(tǒng)的圖形符號圖 2. 氣壓傳動的工作原理氣壓傳動的工作原理 氣動剪切機(jī)的工作原理氣動剪切機(jī)的工作原理 空壓機(jī)1輸出的壓縮空氣冷卻器2油水分離器3（降溫及初步凈化）貯氣罐4分水濾氣器5（再次凈化）減壓閥6油霧器7換向閥9氣缸10。此時換向閥腔壓縮空氣將閥心推到上位，使氣缸上腔充壓，活塞處于下位，剪口張開，處于預(yù)備工作狀態(tài)。 當(dāng)送料機(jī)構(gòu)將工料11送入剪切機(jī)到達(dá)規(guī)定位置時，工料將閥8的閥心向右推動，閥腔經(jīng)閥

6、8與大氣相通，換向閥閥心在彈簧的用下移到下位，氣缸上腔與大氣連通，下腔與壓縮空氣連通。此時活塞帶動剪刀快速向上運(yùn)動將工料切下。 工料被切下后，即與行程閥脫開，行程閥閥心在彈簧作用下復(fù)位，將排氣口封死，換向閥腔壓力上升，閥心上移，氣路換向。氣缸上腔進(jìn)壓縮空氣，下腔排氣，活塞帶動剪刀向下運(yùn)動，系統(tǒng)又恢復(fù)到圖示預(yù)備狀態(tài)，待第二次進(jìn)料剪切。 想一想一想想 想一想你在日常生活中見到過哪些是用液壓或氣壓傳動的機(jī)想一想你在日常生活中見到過哪些是用液壓或氣壓傳動的機(jī)械設(shè)備？試舉出幾個實(shí)例說明。械設(shè)備？試舉出幾個實(shí)例說明。 從上面例子可以看到：從上面例子可以看到：液壓泵（空氣壓縮機(jī)）將電動機(jī)液壓泵（空氣壓縮機(jī)）

7、將電動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的壓力能，然后通過液壓缸或液壓馬達(dá)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的壓力能，然后通過液壓缸或液壓馬達(dá)（氣缸或氣馬達(dá)）將流體的壓力能再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以推動負(fù)載（氣缸或氣馬達(dá)）將流體的壓力能再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以推動負(fù)載運(yùn)動。運(yùn)動。 液壓與氣壓傳動的過程：液壓與氣壓傳動的過程： 機(jī)械能機(jī)械能（電動機(jī)）（電動機(jī)） 液體壓力能液體壓力能（液壓泵，空壓機(jī)）（液壓泵，空壓機(jī)） 機(jī)械能機(jī)械能（液壓（氣）缸（液壓（氣）缸 ，液（氣）馬達(dá)），液（氣）馬達(dá)） 二、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成二、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成 （1）能源裝置：）能源裝置：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能裝置。一般常見的是液壓泵或空氣壓縮機(jī)。

8、（2）執(zhí)行元件：）執(zhí)行元件： 把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。 可以是作直線運(yùn)動的液壓缸或氣缸，也可與是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá)或氣壓馬達(dá)。 （3）控制調(diào)節(jié)元件：）控制調(diào)節(jié)元件： 對系統(tǒng)中流體壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、流量閥、換向閥等。 （4）輔助元件：）輔助元件： 保證系統(tǒng)正常工作所需的上述三種以外的裝置。如油箱、過濾器、分水濾氣器、油霧器、消聲器、蓄能器、管件等。 （5）傳動介質(zhì)：）傳動介質(zhì)： 傳遞能量的流體，即液壓油或壓縮空氣。 三、液壓與氣壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)三、液壓與氣壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 與機(jī)械傳動和電力拖動系統(tǒng)相比液壓與氣壓傳動具有以下優(yōu)缺點(diǎn): 1. 液壓與氣壓傳動

9、的優(yōu)點(diǎn)液壓與氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn): 2. 液壓與氣壓傳動的缺點(diǎn)液壓與氣壓傳動的缺點(diǎn): 總的來說，液壓與氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是主要的，其缺點(diǎn)將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷得到克服。 例如，將液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動、機(jī)械傳動合理例如，將液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動、機(jī)械傳動合理地聯(lián)合使用，構(gòu)成氣地聯(lián)合使用，構(gòu)成氣液，電液，電液（氣），機(jī)液（氣），機(jī)液（氣）等聯(lián)合液（氣）等聯(lián)合傳動，傳動，以進(jìn)一步發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)某些不足，因此，在工程以進(jìn)一步發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)某些不足，因此，在工程實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。3.液壓與氣壓傳動的各自特點(diǎn)：液壓與氣壓傳動的各自特點(diǎn)： 液壓傳動在機(jī)床、工程機(jī)械

10、、礦山機(jī)械、壓力機(jī)械和航空工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、節(jié)能高效、低噪聲、長液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、節(jié)能高效、低噪聲、長壽命、高集成化等方面發(fā)展。同時，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算壽命、高集成化等方面發(fā)展。同時，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計（機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助測試（）、計算機(jī)輔助測試（CAT）、計算機(jī)實(shí)時）、計算機(jī)實(shí)時控制也是當(dāng)前液壓技術(shù)的發(fā)展方向?？刂埔彩钱?dāng)前液壓技術(shù)的發(fā)展方向。 氣壓傳動在電子工業(yè)、包裝機(jī)械、印染機(jī)械、食品機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 氣動控制技術(shù)以提高系統(tǒng)的可靠性、降低總成本為目標(biāo)，研氣動控制技術(shù)以提高系統(tǒng)的可靠性、降低總成本為

11、目標(biāo)，研究和開發(fā)系統(tǒng)控制技術(shù)和機(jī)、電、液、氣綜合技術(shù)。顯然，氣動究和開發(fā)系統(tǒng)控制技術(shù)和機(jī)、電、液、氣綜合技術(shù)。顯然，氣動元件的微型化、節(jié)能化、無油化、位置控制高精度化以及與電子元件的微型化、節(jié)能化、無油化、位置控制高精度化以及與電子相結(jié)合的應(yīng)用元件是當(dāng)前的發(fā)展特點(diǎn)和研究方向。相結(jié)合的應(yīng)用元件是當(dāng)前的發(fā)展特點(diǎn)和研究方向。 四、了解液壓與氣動技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展四、了解液壓與氣動技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展 第一章第一章 液壓液壓與氣壓傳動基本知識液壓液壓與氣壓傳動基本知識 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1. 液壓油的物理性質(zhì)；液壓油的物理性質(zhì)； 2. 液壓傳動的基本原理，即連續(xù)性方程和伯努力方程，液壓傳動的基本原理，即連續(xù)

12、性方程和伯努力方程，液體流經(jīng)管路的壓力損失等液體流經(jīng)管路的壓力損失等; 3. 液壓油的選用液壓油的選用; 4. 空氣的基本性質(zhì)及氣壓傳動對高職介質(zhì)的要求?？諝獾幕拘再|(zhì)及氣壓傳動對高職介質(zhì)的要求。 液壓傳動的工作介質(zhì)是液體。液壓傳動的工作介質(zhì)是液體。最常用的是液壓油。此外還有乳化型傳動液和合成型傳動液等。最常用的是液壓油。此外還有乳化型傳動液和合成型傳動液等。 氣壓傳動的工作介質(zhì)是壓縮空氣。氣壓傳動的工作介質(zhì)是壓縮空氣。 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ) 流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì) 流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ) 流體流動時的壓力損失流體流動時的壓力損失 流體流經(jīng)孔

13、口和縫隙的流量流體流經(jīng)孔口和縫隙的流量 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 一、密度密度 式中 液體的質(zhì)量（kg）； 液體的體積（m）。 mV液體的密度：液體的密度： 單位體積液體的質(zhì)量，即單位體積液體的質(zhì)量，即Vm（11） 第一第一 節(jié)節(jié) 液體的主要物理性質(zhì)液體的主要物理性質(zhì) 礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增加，但變動值很小，可忽略不計。常用液壓油的密度為 。3/900mKg1. 粘性的意義粘性的意義 二、粘二、粘 性性 液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚力要分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運(yùn)動而產(chǎn)生一種內(nèi)阻止分子相對運(yùn)動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這

14、種現(xiàn)象叫液體的粘性。摩擦力，這種現(xiàn)象叫液體的粘性。液體只有在流動（或有流動趨勢）液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會呈現(xiàn)出粘性時才會呈現(xiàn)出粘性，粘性使流動液體內(nèi)部各處的速度不相等， 靜止液體不呈現(xiàn)粘性。靜止液體不呈現(xiàn)粘性。 兩平行平板間充滿流體，下平板不動，上平板以速度向右平動。由于流體的粘性，使緊靠下平板和上平板的流體層速度分別為零和 ，而中間各流層的速度則從上到下按遞減規(guī)律，呈線性分布。0u0u 實(shí)驗測定表明，流體流動時相鄰流層間的內(nèi)摩擦力F與流層接觸面積A、流層間相對運(yùn)動的速度梯度du/dy成正比dyduAF（12）式中，是比例常數(shù)，稱為動力粘度。若以表示內(nèi)摩擦切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩

15、擦力，則dyduAF（13） 這就是牛頓流體內(nèi)摩擦定律。這就是牛頓流體內(nèi)摩擦定律。2. 液體的粘度液體的粘度 流體粘性的大小用粘度來表示。流體粘性的大小用粘度來表示。 （1）動力粘度：）動力粘度： 動力粘度又稱絕對粘度，它是表征流體流動層間單位面積上產(chǎn)生的 內(nèi)摩擦力，單位為 N.m/m或Pas（帕秒）。 （2）運(yùn)動粘度）運(yùn)動粘度 是動力粘度與其密度的比值，即 ，單 位為 。 /sm /2(3）相對粘度）相對粘度 （又稱條件粘度）（又稱條件粘度） 美國采用賽氏粘度（SSU）；英國采用雷氏粘度（R）；我國和一些歐洲國家采用恩氏粘度E。恩氏粘度E用恩氏粘度計測定。 恩氏粘度與運(yùn)動粘度（恩氏粘度與運(yùn)動

16、粘度（m/s）的換算關(guān)系為）的換算關(guān)系為 （14） 210ttEt 當(dāng)當(dāng)1.35E3.2時時6106488EE當(dāng)當(dāng)E3.2時時610467EE(15)(16)(4）調(diào)合油的粘度）調(diào)合油的粘度 將同一型號兩種粘度不同的油按適當(dāng)?shù)谋壤旌掀饋硎褂?，將同一型號兩種粘度不同的油按適當(dāng)?shù)谋壤旌掀饋硎褂?，稱為調(diào)合油。稱為調(diào)合油。 式中式中 E1、E2混合前兩種油液的恩氏粘度，取 E1E2； E混合后的調(diào)合油的恩氏粘度； a1、a2兩種油液各占的百分?jǐn)?shù)（a1+a2=100%）； c實(shí)驗系數(shù)，見表2-1。100)(212211EEcEaEaE(17)3. 粘度與溫度的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系 液壓油粘度對溫度的

17、液壓油粘度對溫度的變化十分敏感。變化十分敏感。圖示： 溫度升高，粘度下降。油液粘度隨溫度變化的質(zhì)油液粘度隨溫度變化的質(zhì)稱為粘溫特性。稱為粘溫特性。不同種類的液壓油有不同的粘溫特性。由圖可見，溫度對液壓油粘度影響較大，必須引起重視。由圖可見，溫度對液壓油粘度影響較大，必須引起重視。 液體受壓力作用而使其體積發(fā)生變化的性質(zhì)，稱為液體液體受壓力作用而使其體積發(fā)生變化的性質(zhì)，稱為液體的可壓縮性。的可壓縮性。 對于一般液壓系統(tǒng)壓力不高時，液體的可壓縮性很小，因此可認(rèn)為液體是不可壓縮的， 在壓力變化很大的高壓系統(tǒng)中，以及當(dāng)液體混入空氣時，其可壓縮將顯著增加， 就必須考慮液體可壓縮性的影響。 三、液體的可壓

18、縮性三、液體的可壓縮性空氣的空氣的濕度濕度空氣的可空氣的可壓縮性壓縮性氣阻與氣阻與氣容氣容高速流動高速流動及噪聲及噪聲 空氣由78%的氮?dú)狻?1%氧氣、15%其他氣體以及一些水蒸氣組成。含水蒸氣的空氣稱濕空氣；不含水蒸氣空氣稱干空氣?？諝飧蓾癯潭葘ο到y(tǒng)的穩(wěn)定和壽命有直接影響。 空氣體積受溫度壓力的影響較大，有可壓縮性。溫度和壓力越高，壓縮性越大。只有在氣流速度較低，溫度變化不大，可將氣體看作不可壓縮。 體積小、阻力大的流通部件為氣阻。如節(jié)流閥。傳動系統(tǒng)中儲存或放出氣體的空間稱為氣容。如管道、氣缸、氣罐等。為提高氣壓信號傳輸速度應(yīng)限制氣容；為延時、緩沖應(yīng)設(shè)置氣容 氣壓設(shè)備在工作時，常出現(xiàn)氣體的高

19、速流動，而產(chǎn)生噪聲。噪聲的強(qiáng)弱與排氣量、排氣速度、排氣通道的形狀有關(guān)。四、空氣的基本性質(zhì)四、空氣的基本性質(zhì) 想一想想一想 （2）液壓油的粘度是否受溫度的影響？如何影響？）液壓油的粘度是否受溫度的影響？如何影響？舉例說明。舉例說明。 （1）把分別盛有水和某種油液的兩個容器放在桌面上，）把分別盛有水和某種油液的兩個容器放在桌面上，試問這兩種液體哪種粘度大？為什么？試問這兩種液體哪種粘度大？為什么？想一想想一想 1 234 空氣的濕度對氣壓傳動系統(tǒng)有何影響？如何防止它的負(fù)面影響？ 液壓傳動與氣壓傳動系統(tǒng)相比較，哪個傳動更為平穩(wěn)？為什么？ 家庭中常用的燃?xì)庹?、罐及相關(guān)的部件，哪些是氣阻，哪些是氣容，各

20、有什么作用？高速氣流在經(jīng)過排氣通道排出時會發(fā)出刺耳的聲音，你有什么辦法可以降低噪聲？方法越多越好。 1）適當(dāng)?shù)恼扯龋^好的粘溫特性。 2）潤滑性能好。在工作壓力和溫度發(fā)生變化時，應(yīng)具有較高的油膜強(qiáng)度。 3）成分純，雜質(zhì)少。 4）對金屬和密封件有良好的相容性。 5）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱安定性，油液不易氧化、不易變質(zhì)。 6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。 7）流動點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)（明火能使油面上油蒸氣燃，但油本身不燃燒時的溫度）和燃點(diǎn)高。 8）對人體無害，成本低。1. 對液壓油的要求對液壓油的要求 五、液壓油的種類和選用五、液壓油的種類和選用2. 液壓油的種類和選用液壓油的種類

21、和選用（1）液壓油的種類）液壓油的種類主要有石油型、合成型和乳化型三類。主要有石油型、合成型和乳化型三類。 （2）液壓油的選用）液壓油的選用 1）液壓油的類型 應(yīng)根據(jù)其工作性質(zhì)和工作環(huán)境要求來選擇。 2）液壓油的牌號 主要是根據(jù)工作條件選用適宜的粘度。選擇時應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)在以下幾方面的情況： a）工作壓力 工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較大的液壓油，以減少泄漏。 b）運(yùn)動速度 當(dāng)液壓系統(tǒng)的工作部件運(yùn)動速度較高時，宜選用粘度較小的液壓油，以減輕液流的摩擦損失。 c）環(huán)境溫度 環(huán)境溫度較高時宜選用粘度較大的液壓油。因為環(huán)境溫度高會使油的粘度下降。 另外，也可根據(jù)液壓泵的類型及工作情況選擇液壓油的粘度

22、。 第二節(jié)第二節(jié) 流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ) 一、液體靜壓力及其特性一、液體靜壓力及其特性 （1）液體靜壓力）液體靜壓力 當(dāng)液體相對靜止時，液體單位面積上所當(dāng)液體相對靜止時，液體單位面積上所受的法向力稱為壓力，相當(dāng)于物理學(xué)中的壓強(qiáng)，受的法向力稱為壓力，相當(dāng)于物理學(xué)中的壓強(qiáng)，即即 p式中 液體靜壓力，單位為N/m2或Pa（帕斯卡）。 pAFp （18） 工程中也常采用工程中也常采用 （千帕）或（千帕）或 （兆帕）。（兆帕）。 換算關(guān)系為：換算關(guān)系為： 。KPaMPaPaKPaMPa6310101 當(dāng)液體受到外力的作用時，就形成液體的壓力，如圖所示。（2）液體靜壓力的特性）液體靜壓力的特性1）液

23、體靜壓力的方向總是沿液體靜壓力的方向總是沿 作用面的內(nèi)法線方向。作用面的內(nèi)法線方向。2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的靜靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的靜 壓力在各個方向上都相等。壓力在各個方向上都相等。二、液體靜力學(xué)基本方程二、液體靜力學(xué)基本方程 如圖所示，計算距液面深度為h處某點(diǎn)的壓力 ,假想在液體內(nèi)取出一個底面包含點(diǎn)，底面積為A的一微小液柱來研究，液柱處于平衡狀態(tài)時有 pAghApAp0ghpp0（19）ghppa(110）0pgh由上式可知：由上式可知： 1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成：分組成： 液面上的壓力液面上的壓力 ， 液柱的重力所產(chǎn)生的壓力液柱的重力所產(chǎn)生的

24、壓力 。當(dāng)液面上只受大氣壓力當(dāng)液面上只受大氣壓力 時，故時，故ap2）靜壓力隨液體深度呈線性規(guī)律遞增。）靜壓力隨液體深度呈線性規(guī)律遞增。 3）離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，由壓力相等的點(diǎn)組）離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，由壓力相等的點(diǎn)組 成的面稱為等壓面，此等壓面為一水平面。成的面稱為等壓面，此等壓面為一水平面。 三、壓力的測量與表示方法三、壓力的測量與表示方法1）絕對壓力：）絕對壓力：是以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力。是以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力。2）相對壓力：）相對壓力：是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。絕對壓力和相對壓力關(guān)系如下絕對壓力和相對

25、壓力關(guān)系如下 ： 絕對壓力絕對壓力=相對壓力大氣壓力相對壓力大氣壓力 當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值稱為比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值稱為真空度，真空度，真空度真空度=大氣壓力大氣壓力絕對絕對壓力壓力 四、壓力的形成與傳遞四、壓力的形成與傳遞 在密閉容器中的靜止液體，當(dāng)一處受到外力作用而產(chǎn)生在密閉容器中的靜止液體，當(dāng)一處受到外力作用而產(chǎn)生壓力時，這個壓力將通過液體等值傳遞到液體內(nèi)部的所有各壓力時，這個壓力將通過液體等值傳遞到液體內(nèi)部的所有各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理又稱帕斯卡原理。點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理又稱帕斯卡原理。 如圖所示密閉連通器中，各容器上壓力表指

26、示的數(shù)值都相同。例例1-1 圖示為相互連通的兩個液壓缸，已知大缸內(nèi)徑D=100mm，小缸內(nèi)徑d=30mm，大活塞上放一重物G=2000N。問在小活塞上應(yīng)加多大的力F1，才能使大活塞頂起重物？解：解：根據(jù)帕斯卡原理，由外 力產(chǎn)生壓力在兩缸中相 等，即22144DGdF故頂起重物時在小活塞上應(yīng)加的力為NNGDdF1800200001003022221 分析：分析：如果如果G=0，不論怎樣推動小活塞，也不能在液體中，不論怎樣推動小活塞，也不能在液體中形成壓力，即形成壓力，即p=0；反之，；反之，G越大，液壓缸中壓力也越大，推越大，液壓缸中壓力也越大，推力也就越大，這說明了液壓系統(tǒng)的工作壓力決定于外負(fù)

27、載。力也就越大，這說明了液壓系統(tǒng)的工作壓力決定于外負(fù)載。 綜上所述，液壓傳動是依靠液體內(nèi)部的壓力來傳遞動力的，在密閉容器中壓力是以等值傳遞的。所以靜壓傳遞原理是液壓傳動基本原理之一。 此外，液體流動時還有動壓力，但在一般液壓傳動中動壓力很小，可以不計。所以在液體流動時，主要是考慮靜壓力。五、流體作用于固體壁面上的力五、流體作用于固體壁面上的力pAF （111）pDpAF42 對于液壓缸，在無桿腔側(cè)活塞（活塞直徑為D、面積為 ）上所受的液體作用力 為FA 以可認(rèn)為作用于固體壁面上的壓力是均勻分布的。當(dāng)固體壁面為平面時，液壓力作用平面上的總作用力 等于液體靜壓力p與該平面面積 的乘機(jī)，即FA 計算

28、液體壓力作用在曲面上的力時，必須首先明確要計算的是曲面上哪一個方向的力。設(shè)該力為Fx其值等于液體壓力p與曲面在該方向投影面積Ax的乘機(jī)，xxpAF （112）24dppAFxx式中 d承壓部分曲面投影圓的直徑。 要求液體靜壓力 沿垂直方向作用在球面和圓錐體面上的力 ，就等于壓力作用于該部分曲面在垂直方向的投影面積 與壓力 的乘積，其作用點(diǎn)通過投影圓的圓心，其方向向上，即xFxApp第三節(jié)第三節(jié) 流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ) 討論液體在外力作用下流動時的運(yùn)動規(guī)律，討論液體在外力作用下流動時的運(yùn)動規(guī)律，即研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。即研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。一、基本概念一、基本

29、概念1. 理想液體和恒定流動理想液體和恒定流動 理想液體：假想既無粘性又不可壓縮的液體。實(shí)際液體：既有粘性又可壓縮的液體。 恒定流動：液體中任一點(diǎn)處的壓力、流速和密度都不隨時間變化的流動。 非恒定流動：只要壓力、流速和密度中有一個隨時間變化，流動。 tVq Aq2. 流量和平均流速流量和平均流速（1）通流截面：）通流截面： 即垂直于液體流動方向的截面。即垂直于液體流動方向的截面。（2）流量）流量 ：單位時間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積，單位時間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積， q 的單位為m3/s或L/min，換算關(guān)系為換算關(guān)系為1m3/s=6104L/min。 q（3）平均流速）平均流速 ：假

30、設(shè)通流截面上各：假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液體以此平均流點(diǎn)的流速均勻分布，液體以此平均流速流過通流截面的流量與以實(shí)際流速速流過通流截面的流量與以實(shí)際流速u流過的流量相等，這時流速流過的流量相等，這時流速 稱為平稱為平均流速，即均流速，即vv 在液壓缸中，液體的流速即為平均流速，它與活塞的運(yùn)動速度相同，當(dāng)缸的有效面積一定時，活塞運(yùn)動速度決定于輸入缸的流量。 3流態(tài)、雷諾數(shù)流態(tài)、雷諾數(shù) 1）層流：）層流：液體的各質(zhì)點(diǎn)間互不干擾，平行于管道軸線呈線液體的各質(zhì)點(diǎn)間互不干擾，平行于管道軸線呈線性或?qū)訝盍鲃?。性或?qū)訝盍鲃印?2）紊流：）紊流：液體各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動雜亂無章，除了平行于管道軸液體各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)

31、動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動。線的運(yùn)動外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動。（1）液體的流動狀態(tài)）液體的流動狀態(tài)（2）雷諾數(shù)）雷諾數(shù)Re 液體在管道中流動時是層流還是紊流，可通過雷諾數(shù)Re來判斷，即對于非圓截面的管道xAR dReR4Re 式中 通流截面的水力半徑。等于液流的有效面積 和它的濕周（通流截面上與液體接觸的周界長度） 之比，即xAR式中 平均流速； 液體的運(yùn)動粘度； 管道內(nèi)徑。 vd 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，液體流動時既不能增加，也不會減少。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，液體流動時既不能增加，也不會減少。液體流經(jīng)無分支管道時，每一通流截面上通過的質(zhì)量一定是相等的。液體流經(jīng)無分

32、支管道時，每一通流截面上通過的質(zhì)量一定是相等的。 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間內(nèi)流過兩個截面的液體質(zhì)量相等。單位時間內(nèi)流過兩個截面的液體質(zhì)量相等。 設(shè)液體作恒定流動，任取1、2兩個通流截面的面積分別為 和 ，液體密度和平均流速分別為 、 和 、2A1A1122222111AA21當(dāng)忽略液體的可壓縮性時， 211AA由于通流截面是任意選取的，故常數(shù) Aq 二、連續(xù)性原理二、連續(xù)性原理 上式表明，上式表明，液體流動時，通過管道不同截面的平均流速與其截液體流動時，通過管道不同截面的平均流速與其截面積大小成反比，即管徑粗的地方流速慢，管徑細(xì)的地方流速快。面積大小成反比，即管徑粗的地方流

33、速慢，管徑細(xì)的地方流速快。想一想想一想 1、液壓傳動中對液壓油提出哪些主要要求？液壓油為什么要定期更換？ 2、液壓缸有效面積一定時，其活塞運(yùn)動的速度由什么來決定？例例2-2 如圖所示液壓千斤頂在壓油過 程中，已知活塞1的直徑d=30mm， 活塞2的直徑D=100mm，管道5的 直徑d1=15mm。假定活塞1的下壓 速度為200mm/s，試求活塞2上升 速度和管道5內(nèi)液體的平均流速。解解 1）活塞）活塞1排出的流量排出的流量smsmdAq/1013.14/20403014. 343632121112）根據(jù)連續(xù)性原理，推動活塞）根據(jù)連續(xù)性原理，推動活塞2上升的流量，由上面公式可上升的流量，由上面公

34、式可得活塞得活塞2上升速度上升速度smsmDqAq/1081/101431013144432622222 綜上所述，液壓傳動是依靠密封容積的變化傳遞運(yùn)動的，綜上所述，液壓傳動是依靠密封容積的變化傳遞運(yùn)動的，而密封容積的變化所引起流量變化要符合等量原則，所以液而密封容積的變化所引起流量變化要符合等量原則，所以液流連續(xù)性原理也是液壓傳動的基本原理之一。流連續(xù)性原理也是液壓傳動的基本原理之一。smsmdqAq/080/015014310131444262155553）同理，在管道）同理，在管道5內(nèi)流量內(nèi)流量 ，所以，所以215qqq 三、伯努力方程三、伯努力方程 伯努力方程反映了動能、勢能、壓力能三

35、種能量的轉(zhuǎn)換。伯努力方程反映了動能、勢能、壓力能三種能量的轉(zhuǎn)換。1. 理想液體的伯努力方程理想液體的伯努力方程、根據(jù)能量守恒定律，有任取兩通流截面 、 其離基準(zhǔn)線的距離分別為 、 ，平均流速分別為 、 ，壓力分別為 、 。1A2A1h2h1p1p122222222111ghpghp1gh2gh1p2p式中 、 單位質(zhì)量液體的壓力能； 、 單位質(zhì)量液體的位能； 221222 、 單位質(zhì)量液體的動能。 兩個通流截面是任意取的，上式可寫成：常數(shù)221ghp 物理意義：物理意義：在密閉管道內(nèi)作恒定流動的理想液體具有三種形式在密閉管道內(nèi)作恒定流動的理想液體具有三種形式的能量（壓力能、位能、動能），在沿管

36、道流動過程中三種能量的能量（壓力能、位能、動能），在沿管道流動過程中三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化，但在任一截面處，三種能量的總合為一常數(shù)。之間可以互相轉(zhuǎn)化，但在任一截面處，三種能量的總合為一常數(shù)。2. 實(shí)際液體的伯努力方程實(shí)際液體的伯努力方程 實(shí)際液體在管道中流動時，由于液體有粘性，造成能量損失用平均流速 來代替實(shí)際流速計算動能時，必然會產(chǎn)生誤差，為修正這一誤差，必須引入動能修正系數(shù) 實(shí)際液體的伯努力方程：實(shí)際液體的伯努力方程：wghghpghp222222221111或或 WPghpghp22222211112121wgh式中 單位體積液體在兩截面間流動的能量損失； 12 、 動能修正系數(shù)，紊流

37、時取1，層流時取2。 例13 液壓泵裝置如圖示，油箱和大氣相通。試分析泵的吸油高度 對泵工作性能的影響。h解解 設(shè)以油箱液面基準(zhǔn)面為11截面，泵的進(jìn)油口處管道截面為22截面，流速為 、壓力為 、泵的吸油高度為 、按伯努力方程22phWpghpghp22222211112121式中： app 101h01h01h 、 、 、 代入可寫成Wapghpp222221 為泵的進(jìn)油口處的真空度。泵吸油口處的真空度由三部分組成，即 、 和 。2ppa2/222ghWp02/22Wpgh當(dāng)泵安裝高度高于液面時，即 、則0happ 2則 此時，泵的進(jìn)口處絕對壓力小于大氣壓力，形成真空，借助于大氣壓力將油壓入泵

38、內(nèi)。 當(dāng)泵的安裝高度在液面之下， 當(dāng) 時，泵進(jìn)油口不形成真空，油自行灌入泵內(nèi)。0hWpgh2/222泵的吸油高度越小，泵越易吸油，在一般泵的吸油高度越小，泵越易吸油，在一般 。mh5 . 0 液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口時，使流速液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口時，使流速的方向和大小發(fā)生劇烈變化，形成旋渦、脫流，因而使液體質(zhì)點(diǎn)的方向和大小發(fā)生劇烈變化，形成旋渦、脫流，因而使液體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，產(chǎn)生的壓力損失。相互撞擊，產(chǎn)生的壓力損失。 第四節(jié)第四節(jié) 流體流動時的壓力損失流體流動時的壓力損失 一、沿程壓力損失一、沿程壓力損失 液體在等徑直管中流動時因內(nèi)外摩擦而產(chǎn)生的壓力損失

39、。液體在等徑直管中流動時因內(nèi)外摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。它主要取決于液體的流速，粘性和管路的長度以及油管的內(nèi)徑等。它主要取決于液體的流速，粘性和管路的長度以及油管的內(nèi)徑等。 22dlp 式中 液流的平均流速； 液體的密度； 沿程阻力系數(shù)。 二、局部壓力損失二、局部壓力損失式中 閥的額定流量； 閥在額定流量下的壓力損失（可查閱閥的樣本手冊）； 通過閥的實(shí)際流量。nqnpq2nnvqqpp液體流過各種閥類的局部壓力損失常用下列經(jīng)驗公式計算。液體流過各種閥類的局部壓力損失常用下列經(jīng)驗公式計算。22p式中 局部阻力系數(shù)， 三、管路系統(tǒng)的總壓力損失三、管路系統(tǒng)的總壓力損失 管路系統(tǒng)中總的壓力損失等于所有沿程

40、壓力損失和所有局部壓管路系統(tǒng)中總的壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和。力損失之和。 Vpppp 第五節(jié)第五節(jié) 流體流經(jīng)孔口和縫隙的流量流體流經(jīng)孔口和縫隙的流量 液壓傳動中常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制流量液壓傳動中常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制流量和壓力，達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。和壓力，達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。 一、液體流過小孔的流量一、液體流過小孔的流量 根據(jù)長徑比不同，通常將小孔分為三種：當(dāng)小孔的長徑比 時，稱為薄壁孔；當(dāng) 時，稱為細(xì)長孔；當(dāng) 時，稱為短孔。 5 . 0/dl4/dl4/5 . 0dl1. 液體流過薄壁孔的流量液體流過薄壁孔的流量 液流通過小孔時要產(chǎn)生收

41、縮和擴(kuò)散現(xiàn)象，會造成很大的能量損失。當(dāng) 時，流速的收縮作用不受孔前通道內(nèi)壁的影響，這時的收縮稱為完全收縮； 7/1dd 當(dāng) 時，孔前通道對液流進(jìn)入小孔起導(dǎo)向作用，這時的收縮稱為不完全收縮。7/1dd通過薄壁小孔的流量公式通過薄壁小孔的流量公式:pACqTq2 = 0.60.62qC當(dāng)液流完全收縮時，qC當(dāng)不完全收縮時， = 0.70.8。p 小孔前后的壓力差 21pppTA 小孔通流截面面積 24dAT 液體的密度； qC流量系數(shù)，式中 2. 液體流過細(xì)長孔的流量液體流過細(xì)長孔的流量pldq1284綜合各種孔口的流量壓力特性，可以歸納出一個通用公式綜合各種孔口的流量壓力特性，可以歸納出一個通用

42、公式mTpKAqm 由孔的長徑比決定的指數(shù)，薄壁孔 5 . 0m 小孔的通流截面面積； TAp 兩端壓力差細(xì)長孔 1m短孔 15 . 0 m二、液體流過縫隙的流量二、液體流過縫隙的流量1. 平行平板縫隙的流量平行平板縫隙的流量（1）流過固定平行平板縫隙的流量間隙兩端有壓力差 ，屬于壓差流動。 21pppplbhq123（2）液體在平行平板縫隙中作剪切流動時的流量bhuAq20 在一般情況下，相對運(yùn)動平行平板縫隙中既有壓差流動，又有剪切流動。因此，流過相對運(yùn)動平板縫隙的流量為壓差流量和剪切流量二者的代數(shù)和。bhuplbhq212032. 圓環(huán)縫隙的流量圓環(huán)縫隙的流量 在液壓元件中，如液壓缸活塞和

43、缸筒之間，液壓閥的閥芯和閥體之間，都存在圓環(huán)縫隙。（1）流過同心圓環(huán)縫隙的流量）流過同心圓環(huán)縫隙的流量 21203dhupldhq00u當(dāng)相對運(yùn)動速度 時， 即為內(nèi)外表面之間無相對運(yùn)動的同心圓環(huán)縫隙流量公式pldhq123（2）流過偏心圓環(huán)縫隙的流量）流過偏心圓環(huán)縫隙的流量 若圓環(huán)的內(nèi)外圓不同心，偏心距為 ， 則形成偏心圓環(huán)縫隙。流量公式：e2)5 . 11 (12023dhulpdhqh式中 內(nèi)外圓同心時的間隙； 相對偏心率，即二圓偏心距 e和同心環(huán)縫隙 h的比值： he/當(dāng) 時，即為同心圓環(huán)縫隙流量。0，時為最大偏心，其壓差流量為同心環(huán)縫隙壓差流量的2.5倍。 隨偏心量的增大，通過的流量也隨之增加。當(dāng) ,1he即 例例14 某液壓缸活塞直徑 ， ，活塞與缸mmd100mml50體內(nèi)壁同心時的縫隙 mmh1 . 0，兩端壓力差是 aPp51040活塞移動的速度 min/60mm，方向與壓差方向相同。油的運(yùn)動粘度 smm /202，密度 ，3/900mKg試求活塞與缸體內(nèi)壁處于最大偏心時的縫隙泄漏量有多大？ 解解 同心環(huán)的壓差流量為smsmlpdhq/1016. 1/10509001020121040)101 . 0(1010012343