2-液壓油與液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)-1解析

2-液壓油與液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)-1解析第一頁，共55頁。第二章液壓油與液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)傳遞能量的。液壓系統(tǒng)中的液壓油既是傳遞功率的介質(zhì)，又是液壓元件的冷卻、防銹和潤滑劑。在工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物，也要靠液壓油帶走。液壓油的物理、化學(xué)特性將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二頁，共55頁。第一節(jié)流體的物理性質(zhì)1.液體的密度ρ

單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為V、質(zhì)量為m的液體的密度ρ為ρ＝m/V

2.液體的可壓縮性和熱膨脹性

(1)壓縮性：液體受壓后體積變小的性質(zhì)，用壓縮系數(shù)描述。

k=-(ΔV/V)/Δpm2/kg

壓縮系數(shù)的物理意義：指液體所受壓力增加一個(gè)工程大氣壓時(shí)所發(fā)生的體積相對(duì)變化率，其中V為壓縮前的體積，ΔV為體積為V的液體壓力變化Δp時(shí)體積變化量。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三頁，共55頁。

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β表示，即β＝1/k

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)。一般在分析時(shí)取β=700~1000MPa。封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況極像一個(gè)彈簧（稱為液壓彈簧）：外力增大，體積減??；外力減小，體積增大。液壓彈簧的剛度：

液體的可壓縮性很小，在一般情況下當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時(shí)可以不考慮可壓縮性的影響。但在高壓下或受壓體積較大以及對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，就需要考慮液體可壓縮性的影響。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四頁，共55頁。(2)熱膨脹：液體受熱，體積膨脹的性質(zhì)，用體積膨脹系數(shù)βt

來表示：βt=(ΔV/V)/Δt1/℃

物理意義：溫度改變1℃時(shí)，液體體積的相對(duì)變化率。一般，βt=0.000651/℃

如：油溫從20℃升到40℃，體積由14000cm3將變?yōu)?4182cm2。由此可見，液壓傳動(dòng)中，由于溫度變化引起的體積變化，是不能忽視的，尤其是對(duì)閉式系統(tǒng)。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第五頁，共55頁。3.粘度液體在外力作用流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。液體只有在流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢）時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。(1)動(dòng)力粘度μ或稱絕對(duì)粘度以τ表示切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則

τ=μdu/dz

這就是牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。

物理意義：液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。動(dòng)力粘度的單位為Pa·s（帕·秒，N·s/m2）2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第六頁，共55頁。(2)運(yùn)動(dòng)粘度ν

液體的動(dòng)力粘度μ與其密度ρ的比值，稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度ν，即ν=μ/ρ

運(yùn)動(dòng)粘度的單位為m2/s。

(3)恩氏粘度°E

相對(duì)粘度又稱條件粘度，它是按一定的測量條件制定的。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。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第七頁，共55頁。(4)溫度對(duì)粘度的影響液壓油的粘度對(duì)溫度變化十分敏感。溫度升高時(shí)，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。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第八頁，共55頁。(5)壓力對(duì)粘度的影響對(duì)液壓油來說，壓力增大時(shí)，粘度增大，但影響很小，通常忽略不計(jì)。

(6)兩種油混合，粘度的計(jì)算

a、b—兩種油占的百分比，a＋b＝100；c—實(shí)驗(yàn)系數(shù)。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第九頁，共55頁。4.液壓油的分類普通液壓油耐磨液壓油數(shù)控液壓油潔凈液壓油水一二元醇液壓油油包水水包油磷酸脂基液壓油合成液壓油(如硅酮，鹵化物等)礦物油基液壓油含水液壓油合成液壓油乳化液液壓油2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十頁，共55頁。5.液壓油的使用要求(1)適當(dāng)?shù)恼扯龋哼^大，造成水力損失增加，效率低；粘度小，漏失大，容積效率低。選擇液壓油還與具體使用條件有關(guān)。如夏天，粘度要大些，冬天則選用粘度??；南方，用高號(hào)液壓油，北方則選用低號(hào)液壓油。(2)具有良好的潤滑性能，這與形成油膜有直接關(guān)系。(3)對(duì)機(jī)件無腐蝕作用，也不會(huì)引起密封件的膨脹。(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性，要加添加劑。(5)不得含有空氣、蒸氣、水和雜質(zhì)(含有氣體會(huì)造成氣蝕，空穴會(huì)引起振動(dòng)、噪音；水等引起乳化）。(6)燃點(diǎn)高，凝點(diǎn)低。一般使用的油溫在40～50℃之間，當(dāng)油溫超過80℃，氧化加劇，油溫低于10℃時(shí)，粘度增大，啟動(dòng)困難。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十一頁，共55頁。6.液壓油的選用(1)根據(jù)液壓元件生產(chǎn)廠樣本和說明書所推薦的來選用液壓油。或者(2)初步根據(jù)液壓系統(tǒng)的使用性能和工作環(huán)境確定液壓油的類型（品種）。

選用品種時(shí)，一般要求不高的液壓系統(tǒng)可選用普通液壓油；系統(tǒng)條件要求高或?qū)Ｓ玫囊簤涸O(shè)備可選用各種專用液壓油。(3)根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度及工作部件的運(yùn)動(dòng)速度確定液壓油的粘度后，確定油的具體牌號(hào)。工作壓力、環(huán)境溫度高，而控制的工作部件運(yùn)動(dòng)速度低時(shí)，為了減少泄露，宜采用粘度較高的液壓油，反之，則采用粘度較低的液壓油。

總的來說，應(yīng)盡量選用較好的液壓油。

2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十二頁，共55頁。液壓油使用注意事項(xiàng)：(1)油箱中的液面應(yīng)保持一定高度；(2)正常工作時(shí)油箱的溫升不應(yīng)超過液壓油所允許的范圍，一般不得超過65℃；(3)為防止系統(tǒng)中進(jìn)入空氣，要做到：所有回油管都在油箱液面以下；管口切成斜斷面；油泵吸油管應(yīng)嚴(yán)格密封；油泵吸油高度應(yīng)盡可能小些，以減少油泵吸油阻力；可能情況下，應(yīng)在系統(tǒng)最高點(diǎn)設(shè)置放氣閥；定期檢查油液質(zhì)量和油面高度，以便及時(shí)更換和添加。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十三頁，共55頁。7.液壓油的污染與控制(1)用過濾的方法濾掉液壓油中的雜質(zhì)，對(duì)過渡精度有要求。液壓元件名稱過濾精度要求柱塞泵與馬達(dá)5-20葉片泵與馬達(dá)30液壓缸50齒輪泵和馬達(dá)50普通液壓控制閥30伺服閥、比例閥5-202006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十四頁，共55頁。(2)為了避免或減少系統(tǒng)運(yùn)行中的液壓油再污染，運(yùn)行中要注意油溫和油箱的油位，油溫過高，將加速液壓油老化變質(zhì)；油位過低會(huì)使吸油困難，引起噪音和氣蝕，加劇液壓油的污染。(3)液壓系統(tǒng)的密封性能良好。在油箱的通氣孔及液壓缸活塞桿處加防塵裝置；外漏油不得直接流回油箱。(4)液壓系統(tǒng)投入運(yùn)行前應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定嚴(yán)格沖洗，運(yùn)行中要按規(guī)定及時(shí)更換新油，換油時(shí)新油必須經(jīng)過過濾后才能加入系統(tǒng)中使用。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十五頁，共55頁。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)

液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時(shí)的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。所謂“液體靜止”指的是液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不呈現(xiàn)粘性。

一、液體的壓力作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。

質(zhì)量力：單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。

表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）作用在液體上的力，這是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十六頁，共55頁。

單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當(dāng)液體靜止時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。液體內(nèi)某點(diǎn)處單位面積△A上所受到的法向力△F之比，稱為壓力p（靜壓力），即

由于液體質(zhì)點(diǎn)間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所以液體的靜壓力具有兩個(gè)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(diǎn)的液體靜壓力在各個(gè)方向上都相等。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十七頁，共55頁。

二、液體靜壓力基本方程

有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有p△A=p0△A+FG，這里的FG即為液柱的重量FG=ρgh△A所以有p=p0+ρgh

液體靜壓力分布特征：

(a)一部分是液面上的壓力p0，另一部分是ρg與該點(diǎn)離液面深度h的乘積。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十八頁，共55頁。(b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加。

(c)連通器內(nèi)同一液體中深度h相同的各點(diǎn)壓力都相等。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(gè)水平面。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第十九頁，共55頁。

三、壓力表示方法

壓力的表示法有兩種：絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。

絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；

相對(duì)壓力是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對(duì)壓力，故相對(duì)壓力也稱表壓力。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為絕對(duì)壓力＝相對(duì)壓力＋大氣壓力如果液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓，這時(shí)在這個(gè)點(diǎn)上的絕對(duì)壓力比大氣壓小的部分?jǐn)?shù)值稱為真空度。即真空度＝大氣壓力－絕對(duì)壓力

2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十頁，共55頁。絕對(duì)壓力p=0(絕對(duì)真空)大氣壓力相對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度p<

pa

pap>

pa表壓力絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相對(duì)關(guān)系2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十一頁，共55頁。

壓力單位換算表壓力的單位:

我國法定壓力單位為帕斯卡，簡稱帕，符號(hào)為Pa，1Pa=1N/m2。由于Pa太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPa）來表示：1MPa=106Pa2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十二頁，共55頁。第三節(jié)液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。定常流動(dòng)：液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任何一點(diǎn)的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化，則這種流動(dòng)稱為定常流動(dòng)。否則，只要壓力、速度和密度有一個(gè)量隨時(shí)間變化，則這種流動(dòng)就稱為非定常流動(dòng)。

一維流動(dòng)：當(dāng)液體整個(gè)作線形流動(dòng)時(shí)，稱為一維流動(dòng)。

跡線：流動(dòng)液體的某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間間隔內(nèi)在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十三頁，共55頁。流線：表示某一瞬時(shí)，液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線。在此瞬時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)速度方向與該線相切。在定常流動(dòng)時(shí)，流線不隨時(shí)間而變化，這樣流線就與跡線重合。由于流動(dòng)液體中任一質(zhì)點(diǎn)在其一瞬時(shí)只能有一個(gè)速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十四頁，共55頁。流管：在一維的流動(dòng)空間中任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些流線組合的表面稱為流管。流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管和流束2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十五頁，共55頁。通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。平行流動(dòng)：流線彼此平行的流動(dòng)。緩變流動(dòng)：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動(dòng)。平行流動(dòng)和緩變流動(dòng)都可算是一維流動(dòng)。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十六頁，共55頁。

流量和平均流速：單位時(shí)間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。流量用q表示，單位m3/s或L/min。由于流動(dòng)液體粘性的作用，在通流截面上各點(diǎn)的流速u是不相等的。

在計(jì)算流過整個(gè)通流截面A的流量時(shí)，可在通流截面上取微小截面dA，并認(rèn)為在該斷面上各點(diǎn)的速度u相等，則流過該微小斷面的流量為dq=udA，流過整個(gè)通流截面A的流量為2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十七頁，共55頁。

在實(shí)際工程計(jì)算中，平均流速才具有應(yīng)用價(jià)值。液壓缸工作時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速，當(dāng)液壓缸有效面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度由輸入液壓缸的流量決定。

對(duì)于實(shí)際液體的流動(dòng)，速度u的分布規(guī)律很復(fù)雜，故按上式計(jì)算流量是困難的。因此提出一個(gè)平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過通流截面的流量等于以實(shí)際流速流過的流量，由此得出通流面積上的平均流速為2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十八頁，共55頁。層流、湍流、雷諾數(shù)

層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；湍（紊）流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)以外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。層流層流開始破壞2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第二十九頁，共55頁。

層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。

層流時(shí)，液體流速較低，質(zhì)點(diǎn)受粘性制約，不能隨意運(yùn)動(dòng)，粘性力起主導(dǎo)作用；

紊流時(shí)，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。液體流動(dòng)時(shí)，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)來判定。流動(dòng)趨于紊流紊流2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十頁，共55頁。雷諾數(shù)：實(shí)驗(yàn)表明，真正決定液流流動(dòng)狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速V、液體的運(yùn)動(dòng)粘度ν、管徑d三個(gè)數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)，即臨界雷諾數(shù)：當(dāng)液流的實(shí)際流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，液流為層流，反之液流則為紊流。常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實(shí)驗(yàn)求得。雷諾數(shù)物理意義：影響液體流動(dòng)的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對(duì)粘性力的無因次比值。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十一頁，共55頁。

對(duì)于非圓截面管道來說，Re可用下式來計(jì)算：Re＝4vR/ν

式中R為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積A和它的濕周χ（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長）之比，即R＝A/χ

水力半徑對(duì)管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大；水力半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，易堵塞。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十二頁，共55頁。連續(xù)性方程假設(shè)液體作定常流動(dòng)，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截面面積為A1、A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為dA1和dA2，在微小截面上各點(diǎn)的速度可以認(rèn)為是相等的，且分別為u1和u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt時(shí)間內(nèi)流入此微小流束的質(zhì)量應(yīng)等于此微小流束流出的質(zhì)量u1dA1dt＝u2dA2dtu1dA1＝u2dA2q＝vA＝常數(shù)結(jié)論：a.通過流管任一通流截面的流量相等。

b.液體的流速與管道通流截面積成反比。

c.在具有分支的管路中具有q1=q2+q3的關(guān)系。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十三頁，共55頁。能量方程：伯努利方程根據(jù)能量守恒定律，同一管道每一截面的總能量都是相等的。對(duì)靜止液體，單位質(zhì)量液體總能量為單位質(zhì)量液體的壓力能p/(ρg)和勢能hg之和；而對(duì)于流動(dòng)液體，還有單位質(zhì)量的動(dòng)能v2/(2g)。任取兩個(gè)截面A1和A2，距基準(zhǔn)水平面距離分別h1和h2，斷面平均流速分別為v1和v2，壓力分別為p1和p2，根據(jù)能量守恒定律:

因兩個(gè)截面是任意的，因此上式可寫為：2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十四頁，共55頁。物理意義：第一項(xiàng)為單位重量液體的壓力能稱為比壓能（p/ρ）；第二項(xiàng)為單位重量液體的動(dòng)能稱為比動(dòng)能（v2/2）；第三項(xiàng)為單位重量液體的位能稱為比位能（hg）。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。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十五頁，共55頁。實(shí)際液體總流的伯努利方程將微小流束擴(kuò)大到總流，由于在通流截面上速度u是一個(gè)變量，若用平均流速代替，則必然引起動(dòng)能偏差，故必須引入動(dòng)能修正系數(shù)。于是實(shí)際液體總流的伯努利方程為式中hw---由液體粘性引起的能量損失；，---動(dòng)能修正系數(shù)，一般在紊流時(shí)取＝1，層流時(shí)?。?。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十六頁，共55頁。動(dòng)量方程動(dòng)量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量的變化率，即

取分離體:微元的動(dòng)量變化是

微小流束擴(kuò)大到總流，對(duì)液體的作用力合力為

即，動(dòng)量方程：β1、β2為動(dòng)量修正系數(shù)，一般在紊流時(shí)β＝1，層流時(shí)β＝1.33。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十七頁，共55頁。第四節(jié)流體流動(dòng)時(shí)的壓力損失輸油管線

基本概念：在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，壓力損失分為兩類：沿程壓力損失和局部壓力損失沿程壓力損失：油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失，這類壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力引起的。局部壓力損失：是油液流經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、管道截面突然擴(kuò)大或收縮）時(shí)，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點(diǎn)間，以及質(zhì)點(diǎn)與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十八頁，共55頁。通流截面上的流速分布規(guī)律：取微小圓柱液體，在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受力平衡，有可見，管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)的流速在半徑方向按拋物線規(guī)律分布。令對(duì)上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當(dāng)r＝R時(shí)，u＝0，得則2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第三十九頁，共55頁。圓管中的流量對(duì)于半徑r，寬度dr的微小通流截面，面積dA＝2πrdr，通過的流量為：通過圓管的流量可由上式積分求得，即：2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十頁，共55頁。沿程壓力損失計(jì)算：圓管通流截面上的平均流速為：沿程壓力損失為：可以改寫為：λ稱為沿程阻力系數(shù)。λ的理論值為64/Re，水在作層流流動(dòng)時(shí)的實(shí)際阻力系數(shù)和理論值是很接近的。液壓油在金屬圓管中作層流流動(dòng)時(shí)，常取λ＝75/Re，在橡膠管中λ＝80/Re。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十一頁，共55頁。局部壓力損失：液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等局部阻力處所引起的壓力損失。計(jì)算公式為：v為液體的平均流速，一般情況下均指局部阻力后部的流速。ζ,局部阻力系數(shù)。對(duì)于液流通過各種標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中查到。管路中的總壓力損失為所有沿程壓力損失和局部壓力損失之和。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十二頁，共55頁。第五節(jié)液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量在液壓系統(tǒng)的管路中，裝有截面突然收縮的裝置，稱為節(jié)流裝置（節(jié)流閥）。突然收縮處的流動(dòng)叫節(jié)流，一般均采用各種形式的孔口來實(shí)現(xiàn)節(jié)流--節(jié)流口。液體流經(jīng)孔口時(shí)：薄壁小孔：l/d≤0.5；細(xì)長小孔：l/d>4；短孔：0.5<l/d≤4。

l為小孔的通流長度；d為小孔的孔徑。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十三頁，共55頁。一、液體流過小孔的流量液體在薄壁小孔中的流動(dòng)：液體質(zhì)點(diǎn)突然加速，慣性力作用；收縮截面2-2，然后再擴(kuò)散；造成能量損失，并使油液發(fā)熱；收縮截面面積A2-2和孔口截面積A的比值稱為收縮系數(shù)Cc，即Cc=A2-2/A收縮系數(shù)決定于雷諾數(shù)、孔口及其邊緣形狀、孔口離管道側(cè)壁的距離等因素。液體在薄壁小孔中的流動(dòng)

2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十四頁，共55頁。列截面1－1和2－2的伯努利方程：v1可以忽略不計(jì)，整理得：由此求得液流通過薄壁小孔的流量為：Cd＝CvCc為小孔流量系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)確定。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十五頁，共55頁。流經(jīng)細(xì)長小孔的流量計(jì)算：液體流經(jīng)細(xì)長孔時(shí)，一般都是層流狀態(tài)，可直接應(yīng)用前面已導(dǎo)出的直管流量公式來計(jì)算，當(dāng)孔口的截面積為A=πd2/4時(shí)，可寫成：

統(tǒng)一寫為：q＝KA△pm

式中A為流量截面面積，m2；△p為孔口前后的壓力差，N/m2；m為由孔口形狀決定的指數(shù)，0.5≤m≤1，當(dāng)孔口為薄壁小孔時(shí)，m＝0.5，當(dāng)孔口為細(xì)長孔時(shí)，m＝1；K為孔口的形狀系數(shù)，當(dāng)孔口為薄壁小孔時(shí)，；當(dāng)孔口為細(xì)長孔時(shí)，K＝d2/(32μl)。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十六頁，共55頁。二、液體流過縫隙的流量1.平行平板的間隙流動(dòng)：如下四種情況固定平行平板間隙流動(dòng)（壓差流動(dòng)）平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的間隙流動(dòng)兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但無壓差（純剪切流動(dòng)）兩平行平板既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩端又存在壓差時(shí)的流動(dòng)2.圓柱環(huán)形間隙流動(dòng)：如下三種情況同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動(dòng)偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動(dòng)內(nèi)外圓柱表面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)又存在壓差的流動(dòng)3.流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動(dòng)的流量4.圓錐狀環(huán)形間隙流動(dòng)2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十七頁，共55頁。第六節(jié)液壓沖擊及空穴現(xiàn)象在流動(dòng)的液體中，因某點(diǎn)處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象。在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時(shí)，過飽和的空氣將從油液中分離出來形成氣泡，這一壓力值稱為該溫度下的空氣分離壓。當(dāng)液壓油在某溫度下的壓力低于某一數(shù)值時(shí)，油液本身迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣氣泡，這時(shí)的壓力稱為液壓油在該溫度下的飽和蒸氣壓。液壓油的飽和蒸氣壓相當(dāng)小，比空氣分離壓小得多，因此，要使液壓油不產(chǎn)生大量氣泡，它的壓力最低不得低于液壓油所在溫度下的空氣分離壓。

一、空穴現(xiàn)象2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十八頁，共55頁。

空穴的產(chǎn)生：液壓泵的空穴現(xiàn)象：液壓泵吸油管直徑太小，或吸油阻力太大，或液壓泵轉(zhuǎn)速過高。由于吸油腔壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，形成氣泡。節(jié)流口處的空穴現(xiàn)象。2006-9-2山東理工大學(xué)精密模具實(shí)驗(yàn)室第四十九頁，共55頁。空穴的危害：氣蝕：這些氣泡隨著液流流到下游壓力較高的部位時(shí)，會(huì)因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動(dòng)，當(dāng)附著在金屬表面上的氣泡破滅時(shí)，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會(huì)使金屬剝落，使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。這種固體壁面的腐蝕、剝