液壓基本知識連載

液壓基本知識連載第一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三2第二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三介紹液壓流體力學--液壓傳動的力學基礎(chǔ)流體力學：研究流體平衡及運動規(guī)律的力學液壓油：液體的粘性、液壓油的選擇與使用等液體靜力學：靜壓力特性、帕斯卡原理第三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三介紹液體動力學：

1、基本概念；

2、基本方程：連續(xù)方程（質(zhì)量守恒定律）伯努利方程（能量守恒定律）動量方程（動量守恒定律）液壓沖擊和空穴現(xiàn)象第四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油一、流體的密度與比容①密度：單位體積液體內(nèi)所含有的質(zhì)量②比容：密度的倒數(shù)③重度：單位體積液體的重量第五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油二、流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù)①壓縮性：液體受壓力作用其體積會減小的性質(zhì)體積壓縮系數(shù)k②體積彈性模量K：壓縮系數(shù)的倒數(shù)第六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油二、流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù)③等效體積彈性模量Kd考慮：液體本身的可壓縮性封閉容器受壓變形引起的容積變化混入液體中的氣體的可壓縮性第七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油二、流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù)④液壓彈簧剛性系數(shù)第八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油三、液體的粘性1、粘性及其表示方法①粘性：液體在外力作用下流動時，液體分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)第九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油三、液體的粘性1、粘性及其表示方法②粘度的表示方法⑴動力粘度（絕對粘度）第十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油⑶相對粘度（恩氏粘度）或稱厘沲（cst)⑵運動粘度相對粘度與恩氏粘度的換算關(guān)系第十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油三、液體的粘性2、溫度和壓力對粘的影響液壓油的粘度隨溫度的增加而減小液壓油的粘度隨壓力的升高而變大第十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油四、對液壓油的要求和選用在機床液壓傳動中，液壓油有三方面的作用：傳遞動力的介質(zhì)運動件間的潤滑劑散熱第十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油四、對液壓油的要求和選用1、要求：粘度適當，粘溫性好可壓縮性要小潤滑性好較好的化學穩(wěn)定性雜質(zhì)少，污染度低對密封材料的影響小抗乳化性好流動點、凝固點低，燃點高第十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-1液壓油四、對液壓油的要求和選用2、選用（主要考慮粘度）工作壓力小環(huán)境溫度工作部件的運動速度液壓泵的類型經(jīng)濟性考慮因素：第十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三圖1－3國產(chǎn)液壓油粘度溫度曲線第十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三表1－2幾種國產(chǎn)液壓油的質(zhì)量指標第十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學一、靜壓力（壓力）及其性質(zhì)1、靜止液體：液體內(nèi)部質(zhì)點與質(zhì)點無相對運動2、靜壓力：單位面積上液體所受作用力單位:第十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學一、靜壓力（壓力）及其性質(zhì)3、性質(zhì)：靜止液體不呈粘性；液體靜壓力垂直于作用面，指向作用面的內(nèi)法線方向；靜止液體內(nèi)，任意點的壓力在各個方向上都相等。第十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學二、在重力作用下靜止液體中的壓力分布

第二十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學二、在重力作用下靜止液體中的壓力分布結(jié)論：靜壓力由兩部分組成：液面壓力；液柱重量產(chǎn)生的壓力；靜止液體內(nèi)的壓力沿深度呈直線規(guī)律分布；離液面深度相同處各點的壓力都相等。第二十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學三、壓力的表示方法及單位絕對壓力相對壓力真空度帕（Pa）：N/㎡絕對壓力＝相對壓力＋大氣壓力真空度＝大氣壓力－絕對壓力＝負的相對壓力第二十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學四、帕斯卡定律－－靜壓傳遞原理帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）：在密閉的容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點。第二十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學四、帕斯卡定律－－靜壓傳遞原理盛放在密封容器內(nèi)的液體，其外加壓力p0發(fā)生變化時，只要液體仍然保持原有的靜止狀態(tài)，液體中的任一點的壓力，均將發(fā)生同樣大小的變化。第二十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-2液體靜力學五、液體靜壓力作用在固體壁上的力第二十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念1、理想液體：是一種假想的沒有粘性、不可壓縮的液體。2、恒定流動：指液體運動參數(shù)僅是空間坐標的函數(shù)，不隨時間的變化，即在任何時間內(nèi)，通過空間某一固定點的各液體質(zhì)點的速度、壓力和密度等參數(shù)都保持某一常數(shù)。第二十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念3、非恒定流動：通過空間某一固定點的各液體質(zhì)點的速度、壓力和密度等任一參數(shù)只要有一個是隨時間變化的，即為非恒定流動。4、一維流動：若運動參數(shù)（流速、壓力、密度等）只是一個坐標的函數(shù)，則稱為一維流動。第二十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念5、三維流動：通常流體的運動都是在三維空間內(nèi)進行的，若運動參數(shù)是三個坐標的函數(shù)，則稱這種流動為三維流動。嚴格來說，一維流動要求液流截面上各點處的速度矢量完全相同，但當管道截面積變化很緩慢，管道軸心線的曲率不大，管道每個截面取液流速度平均值時，可近似地按一維流動處理。第二十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念6、流線：是某一瞬時液流中一條條標志其質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線，在流線上各點處的瞬時液流方向與該點的切線方向重合。對于恒定流動，流線形狀不隨時間變化。流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折，它是一條條光滑的曲線。第二十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念7、流束：如果通過某截面A上所有各點畫出流線，這些流線的集合構(gòu)成流束。第三十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念流束的特性：穩(wěn)定流動時，流束的形狀不隨時間改變；流體質(zhì)點不能穿過流束表面流入或流出；流束是一個物理概念，具有一定的質(zhì)量和能量；由于微小流束的橫斷面很小，所以在此截面上各點的運動參數(shù)可視為相同。第三十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念8、通流截面：流束中與所有流線正交的截面。9、微小流束：通流截面無限小時的流束為微小流束，微小流束截面上各點上的運動速度可以認為是相等的。第三十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念10、流量：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體體積。11、平均流速：是假想的液體運動速度，認為通流截面上所有各點的流速均等于該速度，以此流速通過通流截面的流量恰好等于以實際不均勻的流速所通過的流量。第三十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)第三十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)層流：指液體流動時，液體質(zhì)點沒有橫向運動，互不混雜，呈線狀或?qū)訝畹牧鲃印Ｎ闪鳎褐敢后w流動時，液體質(zhì)點有橫向流動（或產(chǎn)生小漩渦），作混雜紊亂的流動狀態(tài)。第三十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流動狀態(tài)。層流時粘性力起主導作用，慣性力與粘性力相比不大，液體質(zhì)點受粘性的約束，不能隨意運動；紊流時慣性力起主導作用，液體質(zhì)點在高速流動時，粘性不再能約束它。第三十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)雷諾數(shù)非圓截面管道雷諾數(shù)計算：R為通流截面的水力半徑：x為濕周（有效截面周長）第三十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)第三十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性三、連續(xù)性方程假設(shè)液體是不可壓縮的，而且是作恒定流動，則液體的流動過程遵守質(zhì)量守恒定律，即在單位時間內(nèi)流體流過通道任意截面的液體質(zhì)量相等。第三十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性三、連續(xù)性方程（例1－1）第四十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性四、伯努利方程－－能量守恒定律第四十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性1、理想流體的運動微分方程第四十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性1、理想流體的運動微分方程第四十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性2、理想流體的伯努利方程第四十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性2、理想流體的伯努利方程伯努利方程的物理意義是，理想的不可壓縮液體在重力場中作恒定流動時，沿流線上各點的位能、壓力能和動能之和是常數(shù)。第四十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性2、理想流體的伯努利方程第四十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程實際液體沿流線上各點的機械能不再保持為常數(shù)，任取兩點，伯努利方程為第四十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程緩變流動：是指流束內(nèi)的流線之間的夾角極小，幾乎平行，通流截面總是垂直于流線。否則，稱為急變流動。

。第四十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程緩變流動：

如果在緩變流動的同一截面的不同位置上裝幾根測壓管，則各測壓管中的液面將上升到同一高度（近似值）即：第四十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程第五十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程引入緩變流動和動能修正系數(shù)后，得：第五十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程第五十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性4、伯努利方程的應(yīng)用舉例第五十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性4、伯努利方程的應(yīng)用舉例第五十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性應(yīng)用伯努利方程解決實際問題的條件液體是穩(wěn)定流動：層流、紊流；液體所受質(zhì)量力只有重力；液體是連續(xù)的，不可壓縮。ρ＝常數(shù)；所選擇的兩個通流截面必須符合漸變流條件，且不考慮兩截面間的流動狀態(tài)。第五十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒動星定理指出：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上動量的變化率，即：第五十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒第五十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒(恒定流動）第五十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒（恒定流動）第五十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒（恒定流動）第六十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒（非恒定流動）對于非恒定流動，由于控制體內(nèi)各點的參數(shù)均隨時間變化，因此在dt時間內(nèi)，控制體內(nèi)的動量增量就不僅僅是流出流入控制體的動量差，且還要加上控制體內(nèi)部的動量增量，即第六十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒（非恒定流動）第六十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性五、動量守恒（非恒定流動）

當液體作非恒定流動時，作用在控制體上的力由兩部分組成：一部分是由于流體流人流出的動量變化引起的，稱為穩(wěn)態(tài)液動力。另一部分則是由于流體作非恒定流動時，在控制體內(nèi)流體產(chǎn)生加速度運動而引起的，稱為瞬態(tài)液動力結(jié)論：第六十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力穩(wěn)態(tài)液動力是閥芯移動完畢，開口固定以后，液流流過閥口時因動量變化而作用在閥芯的力第六十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-3流動液體的基本力學特性滑閥上的瞬態(tài)液動力瞬態(tài)液動力是滑閥在移動過程中（即開口大小發(fā)生變化時)閥腔中液流因加速或減速而作用在閥芯上的力第六十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性一、壓力損失沿程損失：指液體在管道中流動時因液體具有的粘性而產(chǎn)生的壓力損失；局部損失：指由于管道突然變化、液流速度大小和方向突然改變等而引起的壓力損失。第六十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性1、沿程損失（1）求水平圓管中液流的速度分布第六十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性1、沿程損失(2)求流量、平均流速第六十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性流量公式（泊肅葉公式）上式表明，液體在圓管中作層流流動時，流量與管徑的四次方成比例，壓力差(壓力損失)則與管徑的四次方成反比，可見管徑對流量及壓力損失的影響是很大的。第六十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性1、沿程損失(3)求因沿程損失造成的能量損失僅考慮沿程損失，列伯努利方程第七十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性1、沿程壓力損失油在金屬管中的層流，?。河驮谙鹉z管中的層流，?。荷鲜奖砻?，流體在管道中流動的能量損失表現(xiàn)為流體的壓力損失，即流體下游的壓力要小于上游的壓力，這個壓力差值用來克服流動中的摩擦阻力。第七十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性2、局部壓力損失產(chǎn)生原因：液體流過局部裝置時形成死水區(qū)或渦旋區(qū)，液體在此區(qū)域并不參加主流動，而是不斷的打旋，加速液體摩擦或造成質(zhì)點碰撞，產(chǎn)生局部能量損失；液體流過局部裝置時流速的大小和方向發(fā)生急劇變化，各截面上的速度分布規(guī)律也不斷變化，引起附加摩擦而消耗能量。第七十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性2、局部壓力損失截面突然擴大時的局部壓力損失：第七十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三各種局部損失系數(shù)第七十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三各種局部損失系數(shù)第七十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性管路系統(tǒng)總能量損失管路系統(tǒng)中總能量損失等于系統(tǒng)中所有直管沿程能量損失之和與局部能量損失之和的疊加第七十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式孔口形式：薄壁小孔（一般節(jié)流閥的節(jié)流口）細長孔（一般用于阻尼孔）短孔（一般用于固定節(jié)轍口）第七十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式（1）薄壁小孔的流量公式第七十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性薄壁小孔的流量公式（結(jié)論）

從公式推導可以看出：流經(jīng)薄壁小孔的流量Q與小孔前后壓差p的1／2次方成正比；由于油液流經(jīng)薄壁小孔時，摩擦阻力作用極小，所以流量受粘度的影響也很小，因而油溫變化對流量影響也很??；此外，薄壁小孔不易堵塞。這些都使得薄壁小孔（或近似薄壁小孔）在流量控制閥中表現(xiàn)出較好的性能。第七十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式第八十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性結(jié)論Re較小時，Cd隨Re的增大而迅速增大，這是由于粘性起主導作用的結(jié)果。它對收縮系數(shù)影響較小，而對速度系數(shù)Cv影響較大。Re增大時，Cd隨Re增加而緩慢增加，此時粘性作用減小而慣性作用增大，直到慣性作用起主導作用時，它對收縮系數(shù)影響較大，而對Cv影響較小。在Re增大到一定值后，粘性作用可以忽略，此時Cv趨近1，Cd也趨于某一常數(shù)。第八十一頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式（2）細長小孔的流量公式（3）短孔（厚壁孔）的流量公式厚壁孔流量計算可采用薄壁小孔的流量公式，但流量系數(shù)Cd的選取則具體情況具體確定第八十二頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性細長小孔的流量公式（結(jié)論）油液流經(jīng)細長小孔的流量Q與小孔前后壓差p的一次方成正比；由于流量公式中包含有粘度的因素，流量受油液粘性()變化的影響較大，即油溫變化引起粘度的變化，從而引起流過細長小孔的流量變化（如當溫度升高時，粘度下降，則流經(jīng)細長孔的流量增多）；此外，細長小孔較易堵塞。第八十三頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式2、縫隙流量公式在液壓傳動的元件中，適當?shù)目p隙(間隙)是零件問正常相對運動所必需的。但間隙對液壓元件的性能影響極大，液壓系統(tǒng)的泄漏主要是由間隙和壓力差決定的，泄漏的增加使系統(tǒng)油溫升高效率降低，系統(tǒng)性能受影響?？p隙流量公式見表1－4，P35第八十四頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊定義：在液壓系統(tǒng)的工作過程中，因執(zhí)行部件的突然換向或閥門突然關(guān)閉以及外負載的急劇變化而引起壓力急劇變化，出現(xiàn)壓力交替升降的波動過程，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊第八十五頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊液壓沖擊的類型:閥門突然打開或關(guān)閉，及系統(tǒng)中某些元件反應(yīng)的滯后，使液流突然停止運動而產(chǎn)生的液壓沖擊；運動部件突然啟動或停止，因其慣性使液壓缸和相連管道中壓力產(chǎn)生急劇變化而形成壓力波，產(chǎn)生液壓沖擊。第八十六頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊1、液流突然停止時的液壓沖擊第八十七頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊1、液流突然停止時的液壓沖擊液體沖擊引起的最大壓力升高值可以按能量守恒定理(或動量守恒定理)進行計算。當閥門突然關(guān)閉時，液體的動能轉(zhuǎn)化成液體的彈性能，即為沖擊波在管中的傳播速度第八十八頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊1、運動部件制動時產(chǎn)生的液壓沖擊利用能量守恒定律第八十九頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊消除或減弱液壓沖擊的措施:緩慢關(guān)閉閥門，減慢管道的換向速度；縮短管子長度；減慢換向閥關(guān)閉前的液流速度；設(shè)置蓄能器、安全閥等。第九十頁，共九十七頁，編輯于2023年，星期三§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象二、氣穴（或空穴）氣穴（空穴）在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因會產(chǎn)生低氣壓，當壓力低于液體的空氣分離壓時，液體中溶解的空氣就會分離出來，以氣泡的形式存在于液體中，使原來充滿管道的液體出現(xiàn)了氣體的空穴，這種