流體傳動與控制詳解演示文稿

流體傳動與控制詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共52頁。優(yōu)選流體傳動與控制當(dāng)前2頁，總共52頁。2.1.2液壓工作介質(zhì)的性能1.可壓縮性液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。

可用體積壓縮系數(shù)表示。

液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的體積彈性模量，以表示，即：

液壓油的體積彈性模量和溫度、壓力以及含在油液中的空氣有關(guān)。

液壓油的體積彈性模量一般取β=700--1000MPa。當(dāng)前3頁，總共52頁。2.粘性1)粘度的定義及其物理意義牛頓流體內(nèi)摩擦定律：液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。

當(dāng)前4頁，總共52頁。牛頓內(nèi)摩擦定律的數(shù)學(xué)表達：

——單位面積上的內(nèi)摩擦力（切應(yīng)力）——比例常數(shù)，稱為粘性系數(shù)或動力粘度。

液體粘性的物理本質(zhì)：液體在單位速度梯度下流動時，單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。表示油液抵抗變形的能力。當(dāng)前5頁，總共52頁。2)粘度的表示方法（1）動力粘度動力粘度的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動時單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。動力粘度的單位為Pa·s（帕·秒，N·s/m2

）。以前沿用的單位為P（泊，dyne·s/cm2）。單位換算關(guān)系為:1Pa·s=10P（泊）=1000cP（厘泊）

當(dāng)前6頁，總共52頁。（2）運動粘度定義：液體的動力粘度與其密度的比值，稱為液體的運動粘度，即:

運動粘度的單位為m2/s。

工程單位為St（沲，cm2/s）。

單位換算關(guān)系為：

1m2/s=104St（沲）=106cSt（厘沲）習(xí)慣上常用運動粘度來標志液體粘度，液壓油液的粘度等級是以50℃時運動粘度（以mm2/s計）的中心值來劃分的當(dāng)前7頁，總共52頁。（3）相對粘度相對粘度又稱條件粘度，它是在一定的測量條件測定的。根據(jù)測量的方法不同，可分為恩氏粘度°E、賽氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我國和德國等國家采用恩氏粘度。

恩氏粘度測定方法：將200cm3溫度為t℃的被測液體裝入底部有2.8mm小孔的恩格勒粘度計的容器中，測出200cm3液體從小孔流出的時間t1與同體積的蒸餾水在20℃時從恩氏粘度計小孔流出時間t2的比值，為恩氏粘度。

恩氏粘度與運動粘度的換算關(guān)系：

當(dāng)前8頁，總共52頁。（4）影響粘度的主要因素液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變。對液壓油來說，壓力增大時，粘度增大，但影響很小，通常忽略不計。液壓油的粘度對溫度變化十分敏感。溫度升高時，粘度下降。在液壓技術(shù)中，希望工作液體的粘度隨溫度變化越小越好。

粘度隨溫度變化特性，可以用粘度－溫度曲線表示。當(dāng)前9頁，總共52頁。圖2-2

幾種國產(chǎn)液壓油的粘度-溫度曲線

當(dāng)前10頁，總共52頁。2.1.3對液壓工作介質(zhì)的要求

1)粘溫性能要好。2)良好的潤滑性能。3)質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少。4)對熱、氧化、水解有良好的穩(wěn)定性。5)對金屬和密封件有良好的相容性。6)抗泡沫性、抗乳化性好以及凝固點低、閃點高。

7)對人體無害，成本低。

對軋鋼機、壓鑄機、擠壓機和飛機等液壓系統(tǒng)則須突出耐高溫、熱穩(wěn)定、不腐蝕、無毒、不揮發(fā)、防火等項要求。2.1.4液壓工作介質(zhì)的選用當(dāng)前11頁，總共52頁。

流體力學(xué)-是研究液體平衡個運動的力學(xué)規(guī)律的一門科學(xué)。內(nèi)容包括

液體靜力學(xué)液體動力學(xué)管道中液流的特性孔口及縫隙的壓力流量特性液壓流體力學(xué)當(dāng)前12頁，總共52頁。

液體靜力學(xué)－主要研究液體處于靜止狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的應(yīng)用內(nèi)容包括－靜壓力及其特性－靜壓力基本方程式－帕斯卡原理－靜壓力對固體壁面的作用力2.2液體靜力學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前13頁，總共52頁。

2.2.1壓力及其特性

作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。液體內(nèi)某點處單位面積△A上所受到的法向力△F，稱為壓力p（靜壓力）。

液體的靜壓力具有兩個重要特性：(1)液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上；(2)靜止液體內(nèi)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。當(dāng)前14頁，總共52頁。2.2.2液體靜力學(xué)方程在平衡狀態(tài)下，有:

FG為液柱的重量:

則：

上式即為液體靜壓力的基本方程。當(dāng)前15頁，總共52頁。

由靜壓力基本方程得出的結(jié)論：靜止液體內(nèi)任一點處的壓力由兩部分組成，一部分是表面壓力p0，另一部分是自重形成的壓力ρgh。當(dāng)液面上只受大氣壓力pa作用時，該點處的靜壓力則為:

靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加；由壓力相等的組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面；當(dāng)前16頁，總共52頁。

2.2.3液體靜壓力的傳遞（帕斯卡原理）密閉容器內(nèi)的平衡液體中，施加于液體在一點的壓力將等值地傳遞到液體各點。(靜壓傳遞原理)

力可以放大、可以縮小、可以改變方向當(dāng)前17頁，總共52頁。壓力是由負載F決定的

如果垂直液壓缸的活塞上沒有負載，則當(dāng)略去活塞重量及其它阻力時，不論怎樣推動水平液壓缸的活塞，也不能在液體中形成壓力，這說明液壓系統(tǒng)中的壓力是由外界負載決定的。壓力的產(chǎn)生－負載F的作用當(dāng)前18頁，總共52頁。

2.2.4液體靜壓力對固體壁面的作用力

作用在平面上的靜壓力

F＝pA＝pπD2/4作用在曲面上，液體在某個方向的靜壓力等于液壓力與曲面在該方向的投影面積的乘積。

當(dāng)前19頁，總共52頁。2.1.3壓力的表示方法及單位壓力單位為帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa，1Pa=1N/m2。

1MPa=106Pa當(dāng)前20頁，總共52頁。2.3.1幾個基本概念1.理想液體和實際液體2.穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動3.通流截面、流量和平均流速2.3液體動力學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前21頁，總共52頁。2.3.2液體連續(xù)性方程

假設(shè)液體作定常流動，且不可壓縮。根據(jù)質(zhì)量守恒定律：當(dāng)前22頁，總共52頁。2.3.3伯努利方程

伯努利方程是能量守衡定律在流動液體中的表現(xiàn)形式。

1、理想液體的伯努利方程當(dāng)前23頁，總共52頁。物理意義：第一項為單位重量液體的位能，比位能（h）；第二項為單位重量液體的壓力能，比壓能（p/ρg）；第三項為單位重量液體的動能，比動能（v2/2g）。由于上述三種能量都具有長度單位，故又分別稱為壓力水頭、速度水頭和位置水頭。三者之間可以互相轉(zhuǎn)換，但總和(H稱為總水頭)為一定值。當(dāng)前24頁，總共52頁。2．實際液體的伯努利方程式中：hw---由液體粘性引起的能量損失；

α1，α2---動能修正系數(shù)。

一般在紊流時取α＝1，層流時取α＝2。

當(dāng)前25頁，總共52頁。3．伯努利方程的應(yīng)用舉例

例1：計算泵吸油腔的真空度及允許的最大吸油高度泵吸油口的真空度為允許的最大安裝高度當(dāng)前26頁，總共52頁。例2：文丘利流量計條件：p1和p2

，h為高，以小孔中心線為基準。連續(xù)性方程：伯努利方程：當(dāng)前27頁，總共52頁。設(shè)液體和水銀的密度分別為和根據(jù)液體靜壓力方程有：即：將上兩式代入伯努利方程并整理得：當(dāng)前28頁，總共52頁。2.2.4動量方程

動量定量在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用

用來計算流動液體與限制其運動的固體壁面的相互作用力

動量定理：——作用在物體上的外力矢量和等于物體在力作用方向上的動量的變化率，即：當(dāng)前29頁，總共52頁。穩(wěn)定流動液體的動量方程：

微元的動量變化是：作用在液體控制體積上的外力矢量和等于單位時間內(nèi)液體控制體積的動量之差當(dāng)前30頁，總共52頁。動量方程的應(yīng)用－計算液流流過滑閥時，對閥芯的軸向作用力作用在閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動力大小為：方向都是使閥芯關(guān)閉的方向當(dāng)前31頁，總共52頁。2.4液體在管道中的流動狀態(tài)和壓力損失2.4.1液體的流態(tài)及其判別液流狀態(tài)：層流與紊流當(dāng)前32頁，總共52頁。

層流

－液體分層流動，各層互不干擾

－粘性力起主導(dǎo)作用

紊流

－液體流動雜亂無章

－慣性力起主導(dǎo)作用當(dāng)前33頁，總共52頁。

雷諾實驗裝置1－溢流管；2－進水管；3－水杯；4－開關(guān)；5－細導(dǎo)管；6－水箱；7－波管；8－閥門當(dāng)前34頁，總共52頁。

雷諾實驗當(dāng)前35頁，總共52頁。

雷諾實驗層流狀態(tài)臨界狀態(tài)紊流狀態(tài)臨界狀態(tài)當(dāng)前36頁，總共52頁。

雷諾數(shù)Re

雷諾實驗結(jié)論：液體在管中的流動狀態(tài)與液流的平均流速v、液體的運動粘度ν、管道內(nèi)徑d有關(guān)。－雷諾數(shù)是無量綱數(shù)。－如果液流雷諾數(shù)相同，它的流動狀態(tài)也相同。雷諾數(shù)的物理意義：－

Re是液流的慣性力與粘性力的無因次比。

－

Re較小時粘性力起主要作用，Re較大是慣性

力起主要作用。當(dāng)前37頁，總共52頁。臨界雷諾數(shù)Recr－液流由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的雷諾數(shù)。流動狀態(tài)的判別

－當(dāng)實際Re＜Recr時，為層流；

－當(dāng)實際Re＞Recr時，為紊流。管道的形狀Recr管道的形狀Recr光滑的金屬圓管2000~2320帶環(huán)槽的同心環(huán)狀縫隙700橡膠軟管1600~2000帶環(huán)槽的偏心環(huán)狀縫隙400光滑的同心環(huán)狀縫隙1100圓柱形滑閥閥口260光滑的偏心環(huán)狀縫隙1000錐閥閥口20~100當(dāng)前38頁，總共52頁。2.4.2液體在管中流動的壓力損失－液體在管中流動時，將產(chǎn)生能量，這種損失可以用壓力損失來表示。

壓力損失分為兩類：沿程壓力損失－液體在等直徑管中流動時因粘性摩擦阻力引起的損失；－沿程壓力損失與液流流動狀態(tài)有關(guān)。

局部壓力損失

液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口等處時產(chǎn)生的損失。當(dāng)前39頁，總共52頁。層流時的沿程壓力損失計算受力平衡方程：對上式積分，邊界條件：r＝d/2時，u＝0由牛頓內(nèi)摩擦定律：得：當(dāng)前40頁，總共52頁。層流時的沿程壓力損失計算λ－稱為沿程阻力系數(shù)。λ的理論值為64/Re。實際中，金屬圓管λ＝75/Re，橡膠管λ＝80/Re。沿程壓力損失紊流時的沿程阻力系數(shù)λ除了與雷諾數(shù)有關(guān)，還與管道的粗糙度有關(guān)，一般用經(jīng)驗公式計算。紊流時的沿程壓力損失計算－公式與層流時的相同當(dāng)前41頁，總共52頁。局部壓力損失計算ξ稱為局部壓力損失系數(shù)當(dāng)前42頁，總共52頁。管路系統(tǒng)總的壓力損失壓力損失的危害Δp大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，造成系統(tǒng)溫度，泄漏，系統(tǒng)工作性能。影響Δp的因素v

，l

，ξ

，（Δ/d）Δp當(dāng)前43頁，總共52頁。2.5液體流經(jīng)孔口及縫隙的特性2.5.1液體流經(jīng)孔口的流量－壓差特性1．薄壁小孔（L/d≤0.5）當(dāng)前44頁，總共52頁。薄壁小孔流量公式上式表明，通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關(guān)，因而流量受液體溫度影響較小。但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的。Cc——截面收縮系數(shù)，Cc=Ac/A0；Cd——小孔流量系數(shù)Cd=CcCr完全收縮時，Cd＝0.61～0.62；不完全收縮時，Cd≈0.7～0.8。當(dāng)前45頁，總共52頁。2．細長小孔（L/d＞4）

是細長小孔的通流截面積。

液體流經(jīng)細長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。但細長小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系是線性的。當(dāng)前46頁，總共52頁。小孔流量通用公式