液壓與氣動基礎知識課件

第二章液壓與氣壓傳動的基礎知識

靜止液體的力學規(guī)律流動液體的力學規(guī)律管路系統流動分析液壓系統的氣穴與液壓沖擊現象.第二章液壓與氣壓傳動的基礎知識靜止液體的力學規(guī)律.12.1靜止液體的力學規(guī)律液體的靜壓力靜壓力基本方程靜壓力基本方程的物理意義壓力的計量單位壓力的傳遞液體靜壓力對固體壁面的作用力.2.1靜止液體的力學規(guī)律液體的靜壓力.22.1.1液體的靜壓力靜壓力:是指液體處于靜止狀態(tài)時,其單位面積上所受的法向作用力若包含液體某點的微小面積ΔA上所作用的法向力為ΔF，則該點的靜壓力p定義為：若法向力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為:.2.1.1液體的靜壓力靜壓力:是指液體處于靜止狀態(tài)時,32.1.1液體的靜壓力靜壓力的特性:液體的靜壓力的方向總是沿著作用面的內法線方向靜止液體中任何一點所受到各個方向的壓力都相等.2.1.1液體的靜壓力靜壓力的特性:.42.1.2液體靜壓力的基本方程液體靜壓力基本方程:反映了在重力作用下靜止液體中的壓力分布規(guī)律p=po+ρghp是靜止液體中深度為h處的任意點上的壓力,p0為液面上的壓力，若液面為與大氣接觸的表面，則p0等于大氣壓p。同一容器同一液體中的靜壓力隨著深度h的增加線性地增加同一液體中深度h相同的各點壓力都相等.在重力作用下靜止液體中的等壓面是深度（與液面的距離）相同的水平面

圖2—1重心作用下的靜止液體.2.1.2液體靜壓力的基本方程液體靜壓力基本方程:反映了52.1.3靜壓力基本方程物理意義p=p0+ρg(z0-z)

+z=+z0=C

Z:單位重量液體的位能,稱位置水頭:單位重量液體的壓力能,稱壓力水頭物理意義:靜止液體具有兩種能量形式，即壓力能與位能。這兩種能量形式可以相互轉換，但其總和對液體中的每一點都保持不變?yōu)楹阒担虼遂o壓力基本方程從本質上反映了靜止液體中的能量守恒關系..2.1.3靜壓力基本方程物理意義p=p0+ρg(z0-62.1.4壓力的計量單位法定單位:牛頓/米2(N/m2)即帕（Pa）

1MPa=106Pa單位換算:1工程大氣壓（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕

=0.1MPa1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa

.2.1.4壓力的計量單位法定單位:牛頓/米2(N/m272.1.4壓力的計量單位相對壓力（表壓力）:以大氣壓力為基準，測量所得的壓力是高于大氣壓的部分

絕對壓力:以絕對零壓為基準測得的壓力絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度:如果液體中某點的絕對壓力小于大氣壓力，則稱該點出現真空。此時相對壓力為負值，常將這一負相對壓力的絕對值稱為該點的真空度

真空度=|負的相對壓力|=|絕對壓力-大氣壓力|圖2—2絕對壓力、相對壓力和真空度.2.1.4壓力的計量單位相對壓力（表壓力）:圖2—282.1.5壓力的傳遞帕斯卡原理:若在處于密封容器中靜止液體的部分邊界面上施加外力使其壓力發(fā)生變化，只要液體仍保持其原來的靜止狀態(tài)不變，則液體中任一點的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化液壓傳動是依據帕斯卡原理實現力的傳遞、放大和方向變換的液壓系統的壓力完全決定于外負載圖2-4帕斯卡原理應用.2.1.5壓力的傳遞帕斯卡原理:若在處于密封容器中靜止液體92.1.6液體靜壓力對固體壁面的作用力當承受壓力的固體壁面為平面時:則作用在其上的總作用力等于壓力與該壁面面積之積

如果承受壓力的固體壁面是曲面時:曲面上總作用力在某一方向上的分力等于曲面在與該方向垂直平面內的投影面積與靜壓力的乘積。若已知曲面上總作用力在三個坐標軸方向的分量分別為Fx、Fy和Fz時，總作用力的大小為：.2.1.6液體靜壓力對固體壁面的作用力當承受壓力的固體壁面102.2流動液體的力學規(guī)律基本概念連續(xù)性方程伯努利方程.2.2流動液體的力學規(guī)律基本概念.112.2.1基本概念理想液體:既不可壓縮又無粘性的液體理想氣體:可壓縮但沒有粘性的氣體一維定常流動:即流場中速度與壓力只是空間點的位置的函數而與時間無關，則稱流場中的流動為定常流動。在定常流動條件下，如果通過適當選擇坐標（包括曲線坐標）后，使流速與壓力只是一個坐標的函數，則稱這樣的流動為一維定常流動.2.2.1基本概念理想液體:既不可壓縮又無粘性的液體.122.2.1基本概念通流截面:在流場中作一面。若該面與通過面上的每一條流線都垂直，則稱該面為通流截面

流量:單位時間內流過某通流截面的流體體積

法定單位:

米3/秒(m3/s)工程中常用升/分（L/min）通流截面上的平均流速:圖2—7流線、流束與通流截面.2.2.1基本概念通流截面:在流場中作一面。若該面與通過132.2.1基本概念流動液體中的壓力和能量:由于存在運動，所以理想流體流動時除了具有壓力能與位能外，還具有動能。即流動理想流體具有壓力能，位能和動能三種能量形式單位重量的壓力能:單位重量的位能:Z單位重量的動能:.2.2.1基本概念流動液體中的壓力和能量:由于存在運動142.2.2連續(xù)性方程:質量守恒定律在流動液體情況下的具體應用q=

A=常數

不可壓縮流體作定常流動時，通過流束（或管道）的任一通流截面的流量相等通過通流截面的流速則與通流截面的面積成反比

.2.2.2連續(xù)性方程:質量守恒定律在流動液體情況下的具體152.2.3伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流動液體中的表達形式理想液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程伯努利方程應用實例.2.2.3伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流動液體16理想液體的伯努利方程圖2-8伯努利方程推導簡圖理想液體定常流動時，液體的任一通流截面上的總比能（單位重量液體的總能量）保持為定值?？偙饶苡杀葔耗埽ǎ⒈任荒埽╖）和比動能（）組成，可以相互轉化。由于方程中的每一項均以長度為量綱，所以亦分別稱為壓力水頭，位置水頭和速度水頭靜壓力基本方程是伯努利方程的特例.理想液體的伯努利方程圖2-8伯努利方程推導簡圖.17實際液體的伯努利方程α:動能修正系數,為截面上單位時間內流過液體所具有的實際動能，與按截面上平均流速計算的動能之比（層流時α=2，紊流時α=1）:單位重量液體所消耗的能量.實際液體的伯努利方程.18伯努利方程應用實例液壓泵吸油口處的真空度是油箱液面壓力與吸油口處壓力p2之差。液壓泵吸油口處的真空度卻不能太大.實踐中一般要求液壓泵的吸油口的高度h不超過0.5米.圖2-10液壓泵從油箱吸油.伯努利方程應用實例液壓泵吸油口處的真空度是油箱圖2-10液192.3管路系統流動分析兩種流動狀態(tài)定常管流的壓力損失通過小孔的流動通過間隙的流動.2.3管路系統流動分析兩種流動狀態(tài).202.3.1兩種流動狀態(tài)層流

紊流

雷諾數:液體在圓管中的流動狀態(tài)決定于由管道中流體的平均流速υ、管道直徑d和液體運動粘度這三個參數所組成的無量綱數的大小:流動液體的雷諾數低于臨界雷諾數(由紊流轉變?yōu)閷恿?時，流動狀態(tài)為層流，反之液流的狀態(tài)為紊流雷諾數的物理意義:流動液體的慣性力與粘性力之比.2.3.1兩種流動狀態(tài)層流.212.3.2定常管流的壓力損失層流時管截面上的速度分布

圖2-14圓管中的層流.2.3.2定常管流的壓力損失層流時管截面上的速度分布圖2222.3.2定常管流的壓力損失流量

式中d:管道內徑（m）；l:管道長度（m）；

:流體的動力粘度（N·S/m2）；=p1-p2:管道兩端的壓力差（N/m2）；

.2.3.2定常管流的壓力損失流量.232.3.2定常管流的壓力損失沿程壓力損失:這種沿等直徑管流動時的壓力損失

λ:沿程壓力損失系數,其理論值為.當流動液體為液壓油時，.2.3.2定常管流的壓力損失沿程壓力損失:這種沿等直242.3.2定常管流的壓力損失局部壓力損失Δpξ:在流經閥口、管道截面變化、彎曲等處時，由于流動方向和速度變化及復雜的流動現象(旋渦，二次流等)而造成局部能量損失

ξ稱為局部壓力損失系數.2.3.2定常管流的壓力損失局部壓力損失Δpξ:在流經252.3.2定常管流的壓力損失管路系統的壓力損失和壓力效率:整個管路系統的總壓力損失是系統中所有直管的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和使用條件:管路系統中兩相鄰局部壓力損失之間距離足夠大（相連管徑的10-20倍）

系統動力元件所供的工作壓力:

管路系統的壓力效率

.2.3.2定常管流的壓力損失管路系統的壓力損失和壓力效率262.3.3通過小孔的流動

在液壓與氣壓傳動中常用通過改變閥口通流截面積或通過通流通道的長短來控制流量的節(jié)流裝置來實現流量控制。這種節(jié)流裝置的通流截面一般為不同形式的小孔。通過薄壁小孔(孔的通流長度l與孔徑d之比l/d≤0.5)的流動通過細長小孔(小孔的長徑比l/d>4)的流動.2.3.3通過小孔的流動在液壓與氣壓傳動中常用通過改27通過薄壁小孔的流動

稱為小孔流量系數通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關，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系是非線性的圖2-15液體在薄壁小孔中的流動.通過薄壁小孔的流動圖2-15液體在薄壁小孔中的流動.28通過細長小孔的流動是細長小孔的通流截面積液體流經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系是線性的.通過細長小孔的流動.292.3.3通過小孔的流動統一的經過小孔的流量公式

式中A:孔的通流截面積，Δp:孔前后壓差，m:由孔結構形式決定的指數,0.5≤m≤1k:由孔口形式有關的系數

當孔為薄壁小孔時，m=0.5,為細長小孔時m=1，

.2.3.3通過小孔的流動統一的經過小孔的流量公式.302.3.4通過間隙的流動配合間隙泄漏:當流體流經這些間隙時就會發(fā)生從壓力高處經