液壓與氣壓傳動第二章液壓油及液壓流體力學基礎

第二章液壓油及液壓流體力學基礎第一節(jié)液壓油的性質及選用一、液體密度定義：ρ=M/V單位：kg/m3密度與壓力、溫度的關系：二、液體的壓縮性1、液體的壓縮性較小2、表示方法：壓縮性系數定義：受壓液體在變化單位壓力時引起的液體體積的相對變化量三、液體的粘性和粘度1、粘性

液體分子間的內聚力阻礙分子間的相對運動而產生的一種內摩擦力。2、粘度

絕對粘度、運動粘度、相對粘度（1）絕對粘度

（動力粘度）

液體流動時相鄰液層間的內摩擦力Ff與液層的接觸面積A、液層間的相對速度du成正比，與液層間的距離dy成反比，即（2）運動粘度比例系數μ

即為粘性系數、粘度，稱為動力粘度（絕對粘度）

μ=（Ff

/A）（dy/du）單位：帕·秒Pa·S1Pa·S=10P(泊）定義：動力粘度與其密度的比值

υ=μ/ρ單位：m2/s=104cm2/s1cm2/s=1St(斯）1m2/s=104St(斯）液壓油的牌號就是以這種油液在40°C時運動粘度的平均值來命名的如：20號液壓油，則υ40=20CSt（厘斯）

（3）相對粘度液體粘度的測定可用旋轉粘度計直接測定，也可先測出液體的相對粘度，然后再根據關系式換算出動力粘度或運動粘度。相對粘度又稱條件粘度，是根據一定的測量條件測定的，中國、德國、前蘇聯等都采用恩氏粘度°E，美國用賽氏粘度SSU，英國用雷氏粘度R

恩氏粘度用恩氏粘度計測定，將200ml溫度為t的被測液體裝入粘度計的容器內，通過下部直徑為2.8mm的小孔流出，測出液體流盡所需的時間t1，與溫度為20°C的200ml蒸餾水在同一粘度計中流盡所需的時間t2(標定位)之比定義為被測液體在t下的恩氏粘度。

°E＝t1／t2

一般以20℃、50℃和100℃作為測定液體粘度的標準溫度，由此而得到的恩氏粘度分別用°E20、°E50和°E100標記。3、粘度與溫度的關系4、粘度與壓力的關系四、油液中的空氣

油液中所含空氣的體積百分數叫做含氣量?？諝庠谟鸵褐幸詢煞N形式存在，即混入和溶解。在液壓系統(tǒng)中，油液在工作循環(huán)中不斷的經受變化的壓力，空氣在油液中的溶解量和混入量也在不穩(wěn)定的變化之中，這會影響液壓系統(tǒng)和附件的正常工作，甚至產生振動和噪音。五、液壓油的化學性質1、穩(wěn)定性液壓油在溫度升高時發(fā)生化學變化的程度叫熱穩(wěn)定性，如不發(fā)生變化或變化很少則穩(wěn)定性好。2、氧化穩(wěn)定性液壓油與空氣或其他氧化物發(fā)生反應的程度叫氧化穩(wěn)定性。3、水解穩(wěn)定性液壓油遇水分解變質的程度叫水解穩(wěn)定性。4、相容性液壓油不與系統(tǒng)中其他材料起化學反應的能力叫相容性。六、對液壓油的性能要求從液壓系統(tǒng)使用油液的要求來看，對液壓油的性能要求可歸納成下面幾點：1、適宜的粘度和良好的粘溫特性。2、具有對熱、氧化、水解的良好穩(wěn)定性，油液的使用壽命要長。3、具有良好的潤滑性及很高的油膜強度，能使系統(tǒng)中的各摩擦表面獲得足夠的潤滑而不致磨損。4、與液壓系統(tǒng)所用的各種材料，包括金屬、塑料、油漆等具有良好的相容性。5、滿足防火、安全的要求，油的閃點要高。6、不得含有蒸氣、空氣及其他容易氣化和產生氣體的雜質，空氣溶解度要小，起泡性小而消泡容易。7、盡量減少油中的雜質，不允許有沉淀，以免磨損機件，堵塞通道，影響系統(tǒng)正常工作。

為了使液壓油能滿足各種不同要求，往往添加各種添加劑來改善油液的性能，以提高油液的抗氧化、抗磨損、防泡沫、防銹蝕、低凝固點和高粘度指數等性能。第二節(jié)液體靜力學一、液體的靜壓力1、液體的壓力及其性質作用在流體上的力質量力：重力表面力外力：其它物體作用在液體上的力內力：一部分液體作用在另一部分液體上的力壓力定義：液體內某點處單位面積上所受到的法向力

單位：Pa（帕）壓力性質：1、液體的靜壓力永遠指向作用面的內法線方向

2、靜止液體內任一點的壓力沿各個方向都相等P=P0+ρgh2、重力作用下靜止液體的壓力分布3、壓力的表示方法

絕對壓力、表壓力、真空度絕對壓力：以絕對真空為基準進行度量得到的壓力值表壓力：以大氣壓為基準進行度量得到的壓力值真空度：當絕對壓力小于大氣壓時，絕對壓力不足大氣壓的那部分數值叫真空度二、靜止液體內壓力的傳遞1、帕斯卡定律

在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓力將等值、同時傳到液體內所有各點。2、液壓系統(tǒng)中壓力的形成

液壓系統(tǒng)的壓力是由外界負載決定的。三、液體壓力對固體壁面的作用力1、作用在平面上的力F=PA2、作用在曲面上的力

液體壓力作用在曲面某一方向上的力等于液體壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。第三節(jié)液體動力學

——重點探討三個基本定律：質量守恒定律、能量守恒定律、動量定律一、基本概念1、兩個假設

①假設液體為沒有粘性又沒有壓縮性的理想液體

——液體流動時不存在內摩擦力

②假設液體流動時作定常流動:液體流動時，液體中任何一點的壓力、速度和密度都不隨時間而變化

③一維流動:液體整個地作線形流動2、概念

①流線:某一瞬時液流中各處質點運動狀態(tài)的一條條曲線

②流管

③流束

④通流截面:流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面

⑤流量:單位時間內通過某通流截面的液體的體積稱為流量

⑥平均流速二、連續(xù)性方程——質量守恒定律質量守恒——單位時間內流過管道任意通流截面的液體質量一定是相等的流過通流截面1與流過通流截面2的液體質量相等A1v1dtρ=A2v2dtρ=constA1v1=A2v2=const三、伯努利方程——能量守恒定律W=ΔE1、理想液體外力作的功：推力：F1=P1A1阻力：F2=P2A2外力作的功：W=F1S1-F2S2=F1v1dt-F2v2dt=P1A1v1dt-P2A2v2dt

由A1v1=A2v2

得A1v1dt=A2v2dt=V則W=P1V-P2V機械能：AB段時：E1=EAA’+EA’BA’B’段時：E2=EA’B+EBB’理想液體的伯努利方程：控制體積從AB運動到A’B’時，機械能的變化量為：

ΔE=E2-E1=EA’B+EBB’-EAA’-EA’B

=EBB’-EAA’

EBB’=1/2m2v22+m2gh2EAA’=1/2m1v12+m1gh1ΔE=1/2m2v22+m2gh2-1/2m1v12-m1gh1由W=ΔEP1V-P2V=1/2m2v22+m2gh2-1/2m1v12-m1gh1P1V+1/2m1v12+m1gh1=P2V+1/2m2v22+m2gh2PV+1/2mv2+mgh=常數P/ρg+v2/2g+h=常數P+1/2ρv2+ρgh=常數討論1）各項含義

P/ρg：單位重量液體所具壓力能——比壓能

v2/2g：單位重量液體所具動能——比動能

h：

單位重量液體所具勢能——比勢能2）物理意義：理想液體作穩(wěn)定流動時，其壓力能、動能、勢能可以相互轉化，但總和一定3）量綱：長度4）h相等時，得到P與v的關系2、實際液體的伯努利方程P/ρg+v2/2g+h=常數引進能量損失hw和動能修正系數α后，實際液體的伯努利方程表示為四、動量方程作用在物體上的外合力等于物體在力作用方向上單位時間內動量的變化量對于恒定流動的液體：液體在不同控制表面上具有不同速度所引起的穩(wěn)態(tài)液動力。第四節(jié)液體流動的壓力損失計算一、流動狀態(tài)1、雷諾實驗1）層流2）紊流2、雷諾數雷諾數Re=vd/υ（圓管）

——液體流動時的雷諾數相同，則它的流動狀態(tài)也相同臨界雷諾數Reσ

Re<Reσ時層流

Re>Reσ時紊流3、非圓斷面管道雷諾數

Re=4vR/υR:通流截面的水力半徑R=A/x二、液體在直管中流動時的壓力損失沿程能量損失1、層流沿程能量損失

hl=λ?l/d?v2/2gλ：沿層損失系數理論值：λ=64/Re2、紊流沿程能量損失

hl=λ?l/d?v2/2gλ：沿層損失系數，不同的雷諾數范圍內其值不同。四、總能量損失hw=∑hl+∑hξ

=∑λ?l/d?v2/2g+∑ξ?v2/2g

三、局部壓力損失

hξ=ξ?v2/2g△P=

ξρv2/2

ξ：局部損失系數A2——收縮斷面的面積；

Cc————收縮系數，Cc=A2/ATAT————孔口的過流斷面積，AT=πd2/4

Cq————流量系數，Cq=CvCc

，ρ——密度流量：q=A2v2=CvCcATq=CqAT圖2.19薄壁小孔液流1、薄壁小孔的流量（適合做節(jié)流器）第五節(jié)孔口和縫隙流動孔薄壁小孔：通流長度l與孔徑d之比l/d<=0.5的孔細長孔：通流長度l與孔徑d之比l/d>4的孔2、細長孔的流量Q=3、縫隙液流特性一、沖擊現象1、定義：液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起壓力在某一瞬間急劇升高，形成很高的壓力峰值的這種現象。2、原因：

1）液流突然停止運動時——油液的能量

2）運動部件制動或換向時——運動部件的慣性

3）液壓元件動作失靈或不靈敏。3、危害：

1）產生振動和噪聲

2）液壓元件產生誤動作，損壞設備。4、防止措施：

1）減少油液動能2）采取緩沖措施

3）選擇動作靈敏響應較快的元件第六節(jié)液壓沖擊和空穴現象二、空穴現象1、特性：壓力低于當時溫度下油液的空氣分離壓時壓力低于當時溫度下油液的飽和蒸氣壓時2、產生區(qū)域：

1）管細的地方

2）液壓泵吸油管處