《液壓與氣壓傳動》全套教學(xué)課件

全套可編輯PPT課件163關(guān)鍵詞液壓與氣壓傳動；工作原理；組成；特點及區(qū)別；應(yīng)用。實例應(yīng)用

液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動方式；氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動方式。它們都是屬于自動控制領(lǐng)域的一門重要學(xué)科。液壓與氣壓傳動的應(yīng)用極為普遍，如圖0-1所示的這些機(jī)械設(shè)備都采用了液壓與氣壓傳動。（a）公交汽車中的氣動雙向擺門

（b）機(jī)械手（c）抓斗機(jī)

（d）壓力機(jī)圖0-1液壓與氣壓傳動的應(yīng)用

液壓與氣壓傳動的基本工作原理非常相似，下面以液壓千斤頂為例來介紹液壓傳動的工作原理，如圖0-2所示。想一想你看過護(hù)士打針嗎？護(hù)士手中的注射器是如何將藥液“吸入的”？一、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理1—杠桿手柄；2—小油缸；3—小活塞；4，7—單向閥；5—吸油管；6，10—管道；8—大活塞；9—大油缸；11—截止閥；12—油箱圖0-2液壓千斤頂工作原理圖第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。并且，提、壓杠桿的速度越快，單位時間內(nèi)壓入大油缸9的油液越多，重物上升的速度越快。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄1使小活塞3向上移動，小活塞3下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄1，小活塞3下移，小活塞3下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

根據(jù)圖0-2液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟恚煞治鲆簤夯驓鈮簜鲃拥膲毫εc負(fù)載，速度與流量，液壓功率與輸出功率之間的關(guān)系。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成提示

液壓千斤頂是一個簡單的液壓傳動裝置，通過對液壓千斤頂工作過程的分析，可以看出液壓傳動的基本工作原理是：以油液作為工作介質(zhì)，通過密封容積的變化來傳遞運動，通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動力。液壓傳動裝置實質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，首先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，然后再將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能做功。氣壓傳動的工作原理與液壓傳動的工作原理相似：首先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體的壓力能，然后再將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能做功。壓力與負(fù)載的關(guān)系1第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成在圖0-2中，設(shè)小活塞和大活塞的面積分別為A1和A2，當(dāng)大活塞上有重物負(fù)載G時，大活塞下腔的油液就會產(chǎn)生一定的壓力p，則。根據(jù)帕斯卡原理（在密閉容腔內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點）可知，要頂起大活塞及重物負(fù)載G，就必須在小活塞下腔產(chǎn)生一個等值的壓力p，也就是說必須在小活塞上施加力

F1，而，則

（0-1）或

（0-2）第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

由式（0-1）可知，當(dāng)負(fù)載G增大時，流體工作壓力p也要隨之增大，即

F1要隨之增大；反之，當(dāng)負(fù)載G很小時，流體壓力就很低，F(xiàn)1

也就很小。由此建立了一個很重要的基本概念，即在液壓和氣壓傳動中系統(tǒng)的工作壓力取決于外負(fù)載，而與流入的流體多少無關(guān)。式（0-2）表明，當(dāng)

時，作用在小活塞上一個很小的力F1

，便可以在大活塞上產(chǎn)生一個很大的力

F2，用以推動重物。速度與流量的關(guān)系2第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成在圖0-2中，若不計液體的泄漏、可壓縮性和系統(tǒng)的彈性變形等因素，則從小液壓缸中排出的液體體積一定等于進(jìn)入大液壓缸中的液體體積，從而推動了活塞的上升。設(shè)小液壓缸活塞和大液壓缸活塞的位移分別為，，則有

（0-3）或

（0-4）式（0-4）表明兩活塞的位移與兩活塞的面積成反比。將式（0-3）兩邊同除以活塞運動的時間t，得

（0-5）式中，v1

，v2——小活塞和大活塞的平均運動速度；q1

，q2——小液壓缸輸出的平均流量和大液壓缸輸入的平均流量。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成從式（0-5）可以得到一般公式（0-6）

式（0-6）是液壓傳動中速度調(diào)節(jié)的基本公式。它表明調(diào)節(jié)進(jìn)入缸體的流量q，即可調(diào)節(jié)活塞的運動速度v，這就是液壓與氣壓傳動能實現(xiàn)無級調(diào)速的基本原理。同時，該式還表明活塞的運動速度取決于進(jìn)入液壓（氣壓）缸（馬達(dá)）的流量，而與流體壓力大小無關(guān)。能量轉(zhuǎn)換關(guān)系3第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

由圖0-2可知，大活塞（液壓缸）工作時輸出的瞬時功率為負(fù)載與速度的乘積，即

（0-7）

式中，P——液壓缸輸出的功率。式（0-7）表明，液壓傳動的功率等于液體的壓力p和流量q的乘積。由此可知，壓力和流量是液壓傳動中的兩個重要的基本參數(shù)。它們相當(dāng)于機(jī)械傳動中的力和速度，兩者的乘積為功率。從以上分析可知，液壓傳動和氣壓傳動是以流體的壓力能來傳遞動力的。

如圖0-3所示為磨床工作臺液壓系統(tǒng)工作原理圖。其工作原理如下。液壓泵4在電動機(jī)（圖中未畫出）的帶動下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過濾器2被吸入液壓泵4，由液壓泵4輸入的壓力油通過手動換向閥9，節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動活塞17和工作臺19向右移動，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱；如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖0-3（b）所示的狀態(tài)，則壓力油進(jìn)入液壓缸18的右腔，推動活塞17和工作臺19向左移動，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。二、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成1—油箱；2—過濾器；3，12，14—回油管；4—液壓泵；5—彈簧；6—鋼球；7—溢流閥；8，10—壓力油管；9—手動換向閥；11，16—換向手柄；13—節(jié)流閥；15—換向閥；17—活塞；18—液壓缸；19—工作臺圖0-3磨床工作臺液壓傳動系統(tǒng)工作原理（a）（b）（c）第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

工作臺19的移動速度由節(jié)流閥13來調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥13開大時，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥13關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進(jìn)入節(jié)流閥13以外，其余的打開溢流閥7流回油箱。如果將手動換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖0-3（c）所示的狀態(tài)，液壓泵4輸出的油液經(jīng)手動換向閥9流回油箱，這時工作臺停止運動，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

如圖0-4所示為一個簡單的使機(jī)罩（工作件）升、降的氣動系統(tǒng)。工作時，來自氣源的壓縮空氣經(jīng)過節(jié)流閥1和手動換向閥2，進(jìn)入氣缸4的下腔，推動活塞上升并通過活塞桿將機(jī)罩3托起；換向閥換位后氣缸下腔的氣體經(jīng)換向閥排入大氣，機(jī)罩在自重作用下降回原位，這樣就完成了機(jī)罩升、降的一個工作循環(huán)。1—節(jié)流閥；2—手動換向閥；3—機(jī)罩（工作件）；4—氣缸圖0-4氣壓傳動系統(tǒng)圖第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成從上述例子可以看出，液壓與氣壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行工作的，一個完整的液壓與氣壓傳動系統(tǒng)由以下幾部分組成。

動力元件：是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是將原動機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體壓力能的元件。它是系統(tǒng)的心臟。最常見的動力元件是液壓泵或空氣壓縮機(jī)。

執(zhí)行元件：把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)的元件。執(zhí)行元件可以是作直線運動的液壓缸、氣缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達(dá)、氣動馬達(dá)。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成控制元件：是對液、氣壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置，如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。這些元件的不同組合能使系統(tǒng)完成不同的功能。

輔助元件：上述3個組成部分以外的其他元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器、油霧器、空氣過濾器、蓄能器等，它們對保證液、氣壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地工作有重大作用。

傳動介質(zhì)：傳遞能量的流體，即液壓油或壓縮空氣。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成如圖0-3（a）和圖0-4所示的液壓與氣壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強(qiáng)、容易理解，但難于繪制。在實際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用《流體傳動系統(tǒng)及元件圖形符號和回路圖》（GB/T786—2009）所規(guī)定的液壓與氣動圖形符號來繪制，如圖0-5所示為用圖形符號表示的磨床工作臺液壓系統(tǒng)圖。三、液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的圖形符號1—工作臺；2—液壓缸；3—活塞；4—換向閥；5—節(jié)流閥；6—開停閥；7—溢流閥；8—液壓泵；9—濾油器；10—油箱圖0-5磨床工作臺液壓系統(tǒng)的圖形符號圖第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成圖形符號表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在系統(tǒng)中連接上的相互關(guān)系，而不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，而不反映其過渡過程。使用圖形符號既便于繪制，又可使液壓與氣壓系統(tǒng)簡單明了。第一節(jié)

液壓與氣壓傳動的工作原理及組成

①

在功率相同的情況下，液壓傳動的體積小、質(zhì)量輕，因而動作靈敏，慣性小。

②易于在較大的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，而且調(diào)速性能好。

③

液壓傳動工作平穩(wěn)，吸振能力強(qiáng)，便于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。

④

操縱簡便，易于采用電氣、液壓聯(lián)合控制以實現(xiàn)自動化。⑤

由于采用油液為工作介質(zhì)，液壓傳動系統(tǒng)的一些零部件之間可自行潤滑，使用壽命長。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別一、液壓傳動的優(yōu)缺點液壓傳動的優(yōu)點1⑥在液壓傳動系統(tǒng)中，功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動著的油帶走，可避免機(jī)械本體溫度過高。

⑦

易于獲得很大的力或力矩，承載能力大。

⑧

液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和使用。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別①有一定的泄漏現(xiàn)象，使容積效率降低，不易實現(xiàn)定比傳動，而且會污染環(huán)境，還可能引起火災(zāi)和爆炸事故，同時對運動的平穩(wěn)性有一定的影響。②工作性能易受溫度變化的影響，不宜在很高或很低的溫度條件下工作。③維修保養(yǎng)較困難，工作量大。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，故障原因不易查找，排除較困難。④為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價高，且對油液的污染比較敏感。⑤液壓傳動中有較多的能量損失（摩擦損失、壓力損失、泄漏損失等），因而傳動效率低，不宜作遠(yuǎn)距離傳動。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別液壓傳動的缺點2①

空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運輸介質(zhì)的費用和麻煩；用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題。

②

空氣黏度小（約為液壓油的萬分之一），因而在管內(nèi)流動阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。

③與液壓傳動相比，氣壓傳動反應(yīng)快、動作迅速、維護(hù)簡單、管路不易堵塞。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別二、

氣壓傳動的優(yōu)缺點氣壓傳動的優(yōu)點1

④

氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。

⑤

氣動系統(tǒng)對工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中工作時，安全可靠性優(yōu)于液壓和電氣系統(tǒng)。

⑥空氣具有可壓縮性，使氣動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護(hù)，也便于儲氣罐貯存能量，以備急需。

⑦

排氣時氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動設(shè)備可以自動降溫，長期運行也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別

①

空氣具有可壓縮性，當(dāng)載荷變化時，氣動系統(tǒng)的動作穩(wěn)定性差，但可以采用氣液聯(lián)動裝置解決此問題。

②

工作壓力較低，結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，因而輸出功率較小。

③

空氣本身沒有潤滑性，需另加潤滑裝置。

④

排氣噪聲大，需加消聲器。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別提示

總的來說，液壓與氣壓傳動的優(yōu)點很突出，它們的缺點隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而得到克服。氣壓傳動的缺點2液壓傳動和氣壓傳動都是由若干元件組成的，都有動力元件、控制元件、執(zhí)行元件及輔助元件，都是利用介質(zhì)傳遞運動、動力和控制信號的。它們的工作原理和基本回路相同，但介質(zhì)不同，氣壓傳動采用的介質(zhì)是空氣，液壓傳動采用的介質(zhì)是液壓油。因此，液壓傳動和氣壓傳動在使用性能上存在一定差別，如表0-1所示。第二節(jié)液壓與氣壓傳動的特點及區(qū)別三、

液壓傳動和氣壓傳動的區(qū)別表0-1液壓傳動與氣壓傳動的性能比較比較項目液壓傳動氣壓傳動負(fù)載變化對傳動的影響

影響較小影響較大潤滑方式

介質(zhì)為液壓油，可直接用于潤滑，不需要設(shè)潤滑裝置需設(shè)潤滑裝置速度反應(yīng)

速度反應(yīng)較慢速度反應(yīng)較快系統(tǒng)構(gòu)造

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造相對較難結(jié)構(gòu)簡單，制造方便信號傳遞

液壓傳遞信號較難，常用于短距離控制信號傳遞較易，且易實現(xiàn)中距離控制環(huán)境要求

對溫度、污染敏感，存在泄漏現(xiàn)象，且污染環(huán)境，易燃可用于易燃、易爆、沖擊場合，不受溫度、污染的影響，存在泄漏現(xiàn)象，但不污染環(huán)境產(chǎn)生的總推力

能產(chǎn)生大推力具有中等推力節(jié)能、壽命和價格

所用介質(zhì)是液壓油，壽命相對較短，價格較貴所用介質(zhì)是空氣，其壽命長，價格低維護(hù)

維護(hù)復(fù)雜，排除故障困難維護(hù)簡單噪聲噪聲較小噪聲較大

液壓與氣壓傳動相對于機(jī)械傳動來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動原理，18世紀(jì)末英國制成第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動已有兩三百年的歷史。只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動作準(zhǔn)的液壓傳動和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制定、完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化，在工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)也得到了很大發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領(lǐng)域中去。第三節(jié)液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用由于液壓與氣壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因而在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。但各部門應(yīng)用液壓傳動的出發(fā)點不同。工程機(jī)械采用液壓傳動的原因是結(jié)構(gòu)簡單，輸出力量大；航空工業(yè)采用的原因是質(zhì)量輕、體積小；機(jī)床中采用液壓傳動技術(shù)主要是可實現(xiàn)無級調(diào)速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運動；在電子工業(yè)、包裝機(jī)械、印染機(jī)械、食品機(jī)械等方面用氣壓傳動是因為氣壓傳動操作方便，且無油、無污染的特點。液壓與氣壓傳動在機(jī)械工業(yè)部門的應(yīng)用如表0-2所示。第三節(jié)液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用一、

液壓與氣壓傳動技術(shù)的應(yīng)用表0-2液壓與氣壓傳動在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用行業(yè)名稱應(yīng)用場合舉例機(jī)床工業(yè)磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、自動機(jī)床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)等汽車工業(yè)環(huán)衛(wèi)車、自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)的控制系統(tǒng)、拖拉機(jī)的懸掛裝置等輕工、化工機(jī)械打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、膠片冷卻機(jī)、造紙機(jī)等冶金機(jī)械電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)等起重運輸機(jī)械起重機(jī)、叉車、裝卸機(jī)械、液壓千斤頂?shù)鹊V山機(jī)械開采機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等建筑機(jī)械打樁機(jī)、平地機(jī)等船舶港口機(jī)械起貨機(jī)、錨機(jī)、舵機(jī)等鑄造機(jī)械砂型壓實機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī)等

當(dāng)前液壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高度集成化、小型化及輕量化等方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)直接控制（CDC）、機(jī)電一體化技術(shù)、計算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向。第三節(jié)液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用二、

液壓與氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展液壓傳動技術(shù)的發(fā)展1

我國的液壓技術(shù)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械。自1964年從國外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)后，開始自行設(shè)計液壓產(chǎn)品。經(jīng)過幾十年的艱苦探索和發(fā)展，目前我國的液壓元件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型的液壓元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液數(shù)字控制閥等。在消化、吸收、推廣引進(jìn)國外先進(jìn)液壓技術(shù)的同時，我國正大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得更進(jìn)一步的發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用也將更加廣泛。第三節(jié)液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用氣壓傳動技術(shù)在科技飛速發(fā)展的當(dāng)今世界將更加迅速。由于空氣具有無污染、防火、防爆、防電磁干擾，吸收振動和沖擊等優(yōu)點，在60年代末，人們開始用空氣作為工作介質(zhì)來傳遞動力做功。近年來氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已從交通運輸、采礦、鋼鐵、機(jī)械等工業(yè)迅速擴(kuò)展到化工、輕工、食品、軍事工業(yè)等工業(yè)部門。第三節(jié)液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展2和液壓技術(shù)一樣，當(dāng)今氣動技術(shù)亦發(fā)展成包含傳動、控制與檢測在內(nèi)的自動化技術(shù)，成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）在包裝設(shè)備、自動生產(chǎn)線和機(jī)器人等方面不可缺少的重要手段。由于工業(yè)自動化及FMS的發(fā)展，要求氣動技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性、智能化，降低總成本并與電子工業(yè)相適應(yīng)為目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)控制技術(shù)和機(jī)電液氣綜合技術(shù)的研究和開發(fā)。顯然，微型化、節(jié)能化、無油化是氣動元件當(dāng)前的發(fā)展特點。與電子技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的自適應(yīng)元件，如各類比例閥和電氣伺服閥，使氣動系統(tǒng)從開關(guān)控制進(jìn)入到反饋控制。計算機(jī)的廣泛普及與應(yīng)用也為氣動技術(shù)的發(fā)展提供了更加廣闊的前景。第三節(jié)液壓與氣壓傳動的發(fā)展及應(yīng)用本章小結(jié)本章主要介紹了液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理、組成、特點及區(qū)別，氣壓傳動與液壓傳動的發(fā)展與應(yīng)用；介紹了液壓與氣壓傳動的特點，分析了液壓和氣壓傳動的區(qū)別。

重點：液壓系統(tǒng)的工作原理和組成；液壓與氣壓傳動的特點關(guān)鍵詞工作介質(zhì)；特性；靜力學(xué)基本方程；動力學(xué)基礎(chǔ)；壓力損失；流量；液壓沖擊；空穴現(xiàn)象。實例應(yīng)用在液壓傳動系統(tǒng)中，一般以礦物油作為工作介質(zhì)，因此，通常把液壓傳動介質(zhì)稱為液壓油，如圖1-1所示。液壓系統(tǒng)能否正常工作，很大程度上取決于系統(tǒng)所用的液壓油。因此，了解工作介質(zhì)的種類、基本性質(zhì)和主要力學(xué)特性，以便選用合適的液壓油；同時對于正確理解液壓傳動原理及其規(guī)律，以及正確使用液壓系統(tǒng)都是非常必要的。這些內(nèi)容也是液壓系統(tǒng)設(shè)計和計算的理論基礎(chǔ)。圖1-1液壓油一、

液壓油的物理特性第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)表1-1常用液壓油的密度

單位：Kg/m3液壓油種類L-HM32液壓油L-HM46液壓油油包水

乳化液水包油

乳化液水-乙

二醇通用

磷酸酯飛機(jī)用

磷酸酯??200.87×1030.875×103

0.932×1030.9977×103

1.06×103

1.15×103

1.05×103

液體單位體積的質(zhì)量，稱為該液體的密度。體積為V，質(zhì)量為m的液體的密度??為

（1-1）式中，??

——液體的密度，kg/m3

；

m

——液體的質(zhì)量，kg；

V——液體的體積，m3。我國采用20℃時的密度作為油液的標(biāo)準(zhǔn)密度，以??20

表示。常用液壓油的密度數(shù)值如表1-1所示。1密度液壓油的密度隨溫度的升高而略有減小，隨工作壓力的升高而略有增加，但變動值很小，通常忽略不計。一般計算中，液壓油的密度可取為

??=900Kg/m3。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)液體因所受壓力增大而發(fā)生體積減小的性質(zhì)稱為可壓縮性。液體可壓縮性的大小可以用體積壓縮系數(shù)k來表示，它是指液體所受的壓力每增加一個單位壓力時，其體積的相對變化量，其計算公式為

（1-2）式中，

——液體的初始體積；

——壓力變化值；

——在

作用下，液體體積的變化值。2可壓縮性第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)表1-2各種液壓傳動工作介質(zhì)的體積模量（20℃，大氣壓）液壓傳動工作介質(zhì)種類體積模量K/（

）石油基液壓油（1.4～2.0）×109水包油乳化液1.95×109水-乙二醇液3.15×109磷酸酯液2.65×109

由于壓力增加時液體的體積減小，因此式（1-2）的右邊須加一負(fù)號，以使k為正值。液體壓縮系數(shù)k的倒數(shù)，稱為液體的體積模量K，即。表1-2列出了各種液壓傳動工作介質(zhì)的體積模量的數(shù)值。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)液壓傳動工作介質(zhì)的體積模量和溫度、壓力有關(guān)：溫度增加時，K值減小；壓力增大時，K值增大。由于空氣的可壓縮性很大，所以當(dāng)液壓傳動工作介質(zhì)中混有氣泡時，K值將大大減小。一般情況下，液壓傳動工作介質(zhì)的可壓縮性對液壓系統(tǒng)的性能影響不大。但在研究系統(tǒng)的動態(tài)性能時，可壓縮性對液壓系統(tǒng)的性能影響較大，必須予以考慮。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)1）黏性的含義液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，會因液體分子間內(nèi)聚力的作用而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進(jìn)行相對運動的內(nèi)摩擦力，這種性質(zhì)稱為液體的黏性。液體只有在流動或有流動趨勢時才會呈現(xiàn)出黏性，靜止的液體是不會呈現(xiàn)出黏性的。3黏性第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)2）牛頓的液體內(nèi)摩擦定律當(dāng)液體流動時，由于液體與固體壁面的附著力及液體本身的黏性使液體內(nèi)各處的速度大小不等。以圖1-2所示為例，若兩平行平板間充滿液體，設(shè)上平板以速度u0向右運動，下平板固定不動。緊貼于上平板上的液體黏附于上平板上，其速度與上平板相同。緊貼于下平板上的液體黏附于下平板，其速度為零。中間各液層的速度則視它距下平板的距離按曲線規(guī)律或線性規(guī)律變化。我們把這種流動看成是許多無限薄的液體層在運動，當(dāng)運動較快的液體層在運動較慢的液體層上滑過時，兩層間由于黏性就產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的作用。圖1-2液體的黏性示意圖第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)根據(jù)實際測定的數(shù)據(jù)所知，當(dāng)液體內(nèi)部的液層之間存在相對運動時，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力F的大小與液層的接觸面積A及液體層的相對流速du成正比，而與此二液體層間的距離dy成反比；同時，還和液體的性質(zhì)μ有關(guān)，即

（1-3）式中，μ——比例系數(shù)，也稱為液體的黏性系數(shù)或黏度；

du/dy——相對運動速度對液層間距離的變化率，也稱為速度梯度。這就是牛頓液體內(nèi)摩擦定律。若液體的動力黏度μ只與液體種類有關(guān)而與速度梯度無關(guān)，則這樣的液體稱為牛頓液體。一般石油基液壓油都是牛頓液體。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)若以

表示液層間的切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則式（1-3）可表示為

（1-4）由此可見，液體黏性的物理意義是液體在流動時抵抗變形能力的一種度量。在靜止液體中，速度梯度

，故其內(nèi)摩擦力為零，因此，液體靜止時不呈現(xiàn)黏性，流動時才顯示其黏性。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)3）液體的黏度1）動力黏度μ動力黏度又稱為絕對黏度。式（1-3）中的比例系數(shù)

就表示了液體抵抗變形的能力，稱為液體的動力黏度，其單位為N·s/m2，或為Pa·s（帕秒）。液壓油的黏性是用黏度來度量的，黏度是選擇液壓油的主要指標(biāo)，是影響流動液體的重要物理性質(zhì)。黏度分為動力黏度μ

、運動黏度

和相對黏度3種。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)2）運動黏度運動黏度是絕對黏度μ

與密度

??的比值，即

（1-5）運動黏度

的單位是m2/s，運動黏度

無明確的物理意義，因為在它的單位中只有長度和時間的量，所以稱為運動黏度。但在工程中常用它來標(biāo)志液體的黏度。液壓油的牌號就是采用它在40℃時運動黏度的平均值。例如，YA-N32液壓油是指這種液壓油在40℃時運動黏度的平均值為32mm2/s。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)3）相對黏度動力黏度和運動黏度是理論分析和推導(dǎo)中經(jīng)常使用的黏度單位，難以直接測量，因此工程上常采用相對黏度來表示液體黏性的大小。相對黏度又稱為條件黏度，由于測量儀器和條件不同，各國所采用的相對黏度的單位也不同：有的用賽氏黏度SUS（美國、英國通用），有的用雷氏黏度

（美國、英國商用），有的用恩氏黏度

（中國、俄國、德國）。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)恩氏黏度用恩氏黏度計來測定，其方法是將一定量的試樣，在規(guī)定溫度（如50℃，80℃，100℃）下，從恩氏黏度計流出200mL試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間之比，即為被測液體在t℃下的恩氏黏度，即

（1-6）

溫度t℃時的恩氏黏度用符號

表示，在液壓傳動系統(tǒng)中一般以50℃作為測定恩氏黏度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，用

表示。恩氏黏度與運動黏度間的換算關(guān)系為

（1-7）第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)4）溫度對黏度的影響液壓油黏度對溫度的變化是十分敏感的，當(dāng)溫度升高時，其分子之間的內(nèi)聚力減小，黏度就隨之降低，這一特性稱為液體的黏溫特性。不同種類的液壓油，其黏度隨溫度變化的規(guī)律也不同。如圖1-3所示為幾種常用液壓介質(zhì)的黏溫特性曲線。圖1-3黏度和溫度之間的關(guān)系第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)5）壓力對黏度的影響當(dāng)油液所受的壓力增加時，其分子間的距離就縮小，內(nèi)聚力增加，黏度也有所變大。但在一般情況下，壓力對黏度的影響很小，可以不考慮。液壓油是液壓傳動系統(tǒng)的重要組成部分。液壓油除了用來傳遞能量外，還起著潤滑運動部件和保護(hù)金屬不被銹蝕的作用。因此，液壓油的質(zhì)量及其各種性能將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。不同的機(jī)械、不同的環(huán)境和不同的使用情況對液壓傳動工作介質(zhì)的要求也不相同。液壓油應(yīng)具備如下性能。①適宜的黏度和良好的黏溫性能。在正常的工作溫度變化范圍內(nèi)，液壓油的黏度隨溫度的變化要小。②潤滑性能好。在液壓傳動機(jī)械設(shè)備中，除液壓元件外，其他一些有相對滑動的零件也要用液壓油來潤滑，因此，液壓油應(yīng)具有良好的潤滑性能。二、

壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)

③油液質(zhì)地純凈，含雜質(zhì)量少。④對金屬和密封件有良好的相容性。⑤對金屬材料具有防銹性和防腐性。⑥比熱、熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小。⑦抗泡沫性好，抗乳化性好。⑧良好的化學(xué)穩(wěn)定性，即對熱、氧化、水解、相容都具有良好的穩(wěn)定性。⑨流動點和凝固點低，閃點（明火能使油面上油蒸氣內(nèi)燃，但油本身不燃燒的溫度）和燃點高。⑩對人體無害，價格便宜。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)

正確合理地選用液壓油，是保證液壓設(shè)備高效率正常運轉(zhuǎn)的前提。三、

工作介質(zhì)的選擇

液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的品種以代號和數(shù)字組成，代號中L表示石油產(chǎn)品的總分類號，H表示液壓系統(tǒng)用的工作介質(zhì)，數(shù)字表示該工作介質(zhì)的黏度等級。液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)分類如表1-3所示。表1-3液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)分類分

類名

稱代

號組成和特性應(yīng)

用石油型低溫液壓油L-HVHL油，并改善其黏溫特性能在-20℃

～

-40℃的低溫環(huán)境中工作，用于戶外工作的工程機(jī)械和船用設(shè)備液壓系統(tǒng)抗磨液壓油L-HMHL油，并改善其抗磨性低﹑中﹑高液壓系統(tǒng)，特別適用于有防磨要求帶葉片泵的液壓系統(tǒng)高黏度指數(shù)

液壓油L-HRHL油，并改善其黏溫特性黏溫特性優(yōu)于L-HV油，用于數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)普通液壓油L-HLHH油，并改善其防銹和抗氧性一般液壓系統(tǒng)精制礦物油L-HH無抗氧性循環(huán)潤滑油，低壓液壓系統(tǒng)液壓導(dǎo)軌油L-HGHM油，并具有黏-滑特性適用于導(dǎo)軌和液壓系統(tǒng)共用一種油品的機(jī)床，對導(dǎo)軌有良好的潤滑性和防爬性其他液壓油加入多種添加劑用于高品質(zhì)的專用液壓系統(tǒng)合成型水-乙二醇液L-HFC需要難燃料的場合磷酸酯液L-HFDR乳化型油包水乳化液L-HFB水包油乳化液L-HFAE第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)1工作介質(zhì)的分類選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)一般需考慮以下幾點。①液壓系統(tǒng)的工作條件。液壓系統(tǒng)主要根據(jù)液壓泵來確定液壓油的黏度，如表1-4所示。同時，還要考慮壓力范圍（潤滑性、承載能力），對金屬和密封件的相容性，防銹、防腐蝕能力，抗氧化穩(wěn)定性等要求。表1-4按液壓泵類型推薦液壓油的黏度液壓泵類型工作介質(zhì)黏度

/（mm2·s-1）液壓系統(tǒng)溫度5～40℃液壓系統(tǒng)溫度40～80℃軸向柱塞泵40～7570～150徑向柱塞泵30～8065～240齒輪泵30～7065～165葉片泵P?7.0MPa50～7055～90P?7.0MPa50～7055～90

②液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境。是否抗燃（閃點、燃點），抑制噪聲的能力（空氣溶解度、消泡性），廢液再生處理及對環(huán)境污染的要求，毒性和氣味方面的要求。③綜合經(jīng)濟(jì)分析。要考慮價格及使用壽命，以及維護(hù)、更換的難易程度。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)2工作介質(zhì)的選擇原則液壓油是否清潔，不僅影響液壓系統(tǒng)的工作性能和液壓元件的使用壽命，而且直接影響到液壓系統(tǒng)是否能正常工作。液壓系統(tǒng)的多數(shù)故障都與液壓油受到污染有關(guān)，因此控制液壓油的污染是十分重要的。四、

液壓油的污染與防護(hù)第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)1液壓油被污染的原因①在液壓系統(tǒng)使用前，液壓系統(tǒng)的管道及液壓元件內(nèi)的型砂、切屑、磨料、焊渣、銹片、灰塵等污垢未被洗干凈；在液壓系統(tǒng)工作時，這些污垢就會進(jìn)入到液壓油里。②外界的灰塵、沙粒等，在液壓系統(tǒng)工作過程中通過往復(fù)伸縮的活塞桿，流回油箱的漏油等進(jìn)入液壓油里。另外在檢修時，稍不注意也會使灰塵、棉絨等進(jìn)入液壓油里。③液壓系統(tǒng)本身也不斷地產(chǎn)生污垢，并直接進(jìn)入液壓油里，如金屬和密封材料的磨損顆粒、過濾材料脫落的顆?；蚶w維，以及油液因油溫升高氧化變質(zhì)而生成的膠狀物等。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)2油液污染的危害液壓油污染嚴(yán)重時，會直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能，使液壓系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，并使液壓元件壽命縮短。這主要是因為污垢中存在固體顆粒，而這些固體顆粒進(jìn)入到元件中，會使元件的滑動部分磨損加劇，并可能堵塞液壓元件里的節(jié)流孔、阻尼孔，或使閥芯卡死，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)生故障。此外，水分和空氣的混入會降低液壓油的潤滑能力并使其加速氧化變質(zhì)；產(chǎn)生氣蝕，使液壓元件加速腐蝕；使液壓系統(tǒng)出現(xiàn)振動、爬行等現(xiàn)象。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)3防止污染的措施造成液壓油污染的原因多而復(fù)雜，液壓油自身又在不斷地產(chǎn)生臟物，因此要徹底解決液壓油的污染問題是很困難的。為了延長液壓元件的壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，必須將液壓油的污染控制在某一限度內(nèi)。其污染控制工作主要從兩個方面著手：一是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)，二是把已經(jīng)侵入的污染物從系統(tǒng)中清除出去。污染控制要貫穿于整個液壓裝置的設(shè)計、制造、安裝、使用、維護(hù)和修理等各個階段。為防止油液污染，在實際工作中應(yīng)采取如下措施。①使液壓油在使用前保持清潔。液壓油在運輸和保管過程中都會受到外界污染。新買來的液壓油看上去很清潔，其實很臟，必須將其靜放數(shù)天并過濾后才能注入液壓系統(tǒng)中。②使液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前保持清潔。液壓元件在加工和裝配過程中必須清洗干凈，液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前也必須徹底清洗干凈。清洗時油箱除通氣孔（應(yīng)加防塵罩）外必須全部密封，密封件不可有飛邊、毛刺。第一節(jié)液壓傳動的工作介質(zhì)③使液壓油在工作中保持清潔。液壓油在工作過程中會受到環(huán)境污染，因此，應(yīng)盡量防止工作中空氣和水分的侵入。為完全消除空氣、水分和污染物的侵入，應(yīng)采用密封油箱，并在通氣孔上加空氣濾清器。此外，還應(yīng)經(jīng)常檢查并定期更換密封件和蓄能器中的膠囊。④采用合適的濾油器。這是控制液壓油污染的重要手段。應(yīng)根據(jù)設(shè)備的要求，在液壓系統(tǒng)中選用合適的過濾方式、精度和結(jié)構(gòu)的濾油器，并要定期檢查和清洗濾油器和油箱。⑤定期更換液壓油。更換新的液壓油前，油箱必須先清洗一次。系統(tǒng)較臟時，可用煤油清洗，排盡后再注入新的液壓油。⑥控制液壓油的工作溫度。液壓油的工作溫度過高對液壓裝置不利，液壓油本身也會加速氧化變質(zhì)，產(chǎn)生各種生成物，縮短其使用期限。一般液壓系統(tǒng)的工作溫度最好控制在65℃以下，機(jī)床液壓系統(tǒng)則應(yīng)控制在55℃以下。靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相對運動，即不呈現(xiàn)黏性的液體。如果盛裝液體的容器本身處在運動之中，則液體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)1壓力的定義一、

靜壓力及其性質(zhì)液體單位面積上所受的法向力稱為壓力，通常用p表示，在物理學(xué)中稱為壓強(qiáng)，但在工程中，人們習(xí)慣稱為壓力。液體內(nèi)某點處壓力p定義為

（1-8）式中，

——微元面積；

——法向微元作用力。若在液體的面積A上，作用著均勻分布的法向力F，則靜壓力可表示為

（1-9）第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)2靜壓力的性質(zhì)靜止液體中的壓力稱為靜壓力，液體靜壓力有如下兩個基本特性。①液體靜壓力沿法線方向，垂直于承壓面。②靜止液體內(nèi)任一點所受到的各個方向的壓力都相等。如果在液體中某點受到的各個

方向的壓力不相等，那么液體就會產(chǎn)生運動，也就破壞了液體靜止的條件。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)1靜力學(xué)基本方程二、

液體靜力學(xué)基本方程在重力作用下的靜止液體，其受力情況如圖1-4所示，除了液體本身的重力及液面上的壓力以外，還有容器壁面對液體的壓力。如果要求出液體內(nèi)離液面深度為h的點B處的壓力，可以從液體內(nèi)取出一個底面通過該點的垂直小液柱，如圖1-4（b）所示。液柱的底面積為，高為h。由于液柱處于平衡狀態(tài)，于是在垂直方向上，有因此得

（1-10）

式（1-10）為液體靜力學(xué)基本方程，g為重力加速度。該式表明以下3點內(nèi)容。

（a）

（b）圖1-4重力作用下的靜止液體第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)①

靜止液體內(nèi)任一點的壓力由兩部分組成：一部分是液面上的壓力，另一部分是該點以上液體重力所形成的壓力。當(dāng)液面上只受大氣壓力作用時，則該點處的靜壓力為。②同一容器中同種液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而呈線性地增加。③連通容器內(nèi)同一液體中深度h相同的各點壓力都相等。由壓力相等的點組成的面稱為等壓面。在重力場中，靜止液體中的等壓面是一個水平面。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)2靜力學(xué)基本方程圖1-5靜壓力基本方程的物理意義將圖1-4所示的盛有液體的密閉容器放在基準(zhǔn)水平面上進(jìn)行觀察，如圖1-5所示，則靜力學(xué)基本方程可改寫成

（1-11）式中，z0——液面與基準(zhǔn)水平面之間的距離；z——深度為h的點A與基準(zhǔn)面之間的距離。

上式整理后可得

（1-12）

式（1-12）是靜壓力方程的另一表達(dá)形式。

式中，

表示單位重量液體具有的壓力能，

表示單位重量液體具有的位能。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)靜力學(xué)基本方程的物理意義是靜止液體中單位重量液體的壓力能和位能可以互相轉(zhuǎn)換，但各點的總能量保持不變，即能量守恒。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)試確定圖1-6中兩個容器的壓力差，已知容器A中的液體密度，容器B中的液體密度，，，

，

U形管中的測壓介質(zhì)為汞，其密度

，試求A，B之間的壓力差。

例1.1圖1-6兩個容器壓差圖第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)在同種液體上取面為等壓面，根據(jù)液體靜力學(xué)方程，可以得出：解兩容器中壓力差為第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)三、

壓力的表示方法及單位壓力有絕對壓力和相對壓力兩種表示方法。以絕對真空作為基準(zhǔn)測量的壓力，稱為絕對壓力；以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)測量的壓力，稱為相對壓力。例如，公式中的

就是相對壓力。在絕大多數(shù)工業(yè)測壓儀表中，大氣壓力并不能使儀表動作，所以儀表指示的壓力是相對壓力，又稱表壓力。液壓傳動中所提到的壓力均指相對壓力。絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為

如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓力，這時該點的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度，即第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)

由此可知，當(dāng)以大氣壓為基準(zhǔn)計算壓力時，基準(zhǔn)以上的正值是表壓力，基準(zhǔn)以下的負(fù)值是真空度。絕對壓力、相對壓力和真空度之間的關(guān)系如圖1-7所示。壓力的法定計量單位稱為帕斯卡（簡稱帕），符號為Pa。工程上常用兆帕來表示壓力，其關(guān)系如下。

1Pa1N/m2（牛頓/米2）1106Pa1MPa（兆帕）我國過去沿用過的和有些部門慣用的一些壓力單位還有bar（巴）、at（工程大氣壓，即kgf/cm2）等，其與標(biāo)準(zhǔn)單位的換算如下。

1bar105N/m21at9.8104N/m2圖1-7絕對壓力、相對壓力和真空度第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)四、

靜壓力傳遞原理

盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓力

發(fā)生變化時，只要液體仍保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點的壓力將發(fā)生同樣大小的變化。也就是說，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將等值地同時傳遞到液體各點。這就是靜壓力傳遞原理，或稱為帕斯卡原理。

在圖1-8中，F(xiàn)是外加負(fù)載，A是活塞面積。根據(jù)帕斯卡原理，缸筒內(nèi)的壓力將隨外加負(fù)載的變化而變化，并且各點的壓力變化值相等。如果不考慮活塞和液體重力引起的壓力（由活塞和液體重力所形成的壓力與液壓系統(tǒng)工作壓力相比可忽略不計），則液體中的壓力為圖1-8靜止液體內(nèi)的壓力第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)圖1-9是帕斯卡原理的應(yīng)用實例。圖中垂直液壓缸、水平液壓缸的截面積分別為

A1，A2

；活塞上作用的負(fù)載分別為

F1，F(xiàn)2

。由于兩缸互相連通，構(gòu)成一個密閉連通容器，按帕斯卡原理，缸內(nèi)壓力處處相等，p1=p2，于是

（1-13）

如果垂直液壓缸的活塞上沒有負(fù)載，則在略去活塞重量及其他阻力時，不論怎樣推動水平液壓缸的活塞，都不能在液體中形成壓力，這體現(xiàn)了液壓傳動中的一個基本概念，即壓力是由外負(fù)載決定的。圖1-9帕斯卡原理的應(yīng)用實例第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)五、

液體作用于容器壁面上的力在進(jìn)行液壓傳動裝置的設(shè)計和計算時，常常需要計算液體在平面上和曲面上的靜壓力，如油缸活塞所受的靜壓力，閥的閥芯所受的靜壓力等。如圖1-10（a）所示，當(dāng)固體壁面為平面時，作用在該面上壓力的方向是相互平行的，故靜壓力作用在固體壁面上的液壓作用力F等于壓力p與承壓面積A的乘積，且作用方向垂直于承壓表面，即

（1-14）

第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)（a）

（b）

（c）

圖1-10液壓力作用在固體壁面上的力如圖1-10（b）和圖1-10（c）所示，當(dāng)固體壁面為曲面時，作用在曲面上各點處的壓力方向是不平行的，因此，靜壓力作用在曲面某一方向上的液壓作用力F等于壓力與曲面在該方向投影面積A的乘積，即（1-15）

由此可知，上述結(jié)論對于任何曲面都是適用的。第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)例1.2

如圖1-11所示為某安全閥受力簡圖。該閥閥芯為圓錐形，閥座孔徑閥芯最大直徑。當(dāng)油液壓力，壓力油克服彈簧力頂開閥芯而溢油，出油腔有背壓（回油壓力）試求閥內(nèi)彈簧的預(yù)緊力

。圖1-11安全閥受力分析簡圖第二節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)解①壓力p1，p2作用在閥芯錐面上的投影面積分別為和。

故閥芯受到的向上的作用力為

②壓力

向下作用在閥芯平面上的作用力為

③彈簧壓緊力

應(yīng)等于閥芯兩側(cè)作用力之差。閥芯受力平衡方程式為

整理后得第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)想一想在液壓傳動中，液壓油總是在不斷地流動著的，因此必須研究液體運動時的現(xiàn)象和規(guī)律。要討論液體流動時的運動規(guī)律、流動液體中的能量及其能量的轉(zhuǎn)換、流動液體對固體壁面的作用力等問題，就要掌握3個基本方程——液流連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程。前兩個用來解決壓力、流速和流量之間的關(guān)系，后一個用來解決流動液體對固體壁面作用力的問題。你見過自然界中水的流動嗎？為什么水總是從高處向低處流呢？第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)理想液體是一種假想的無黏性、不可壓縮的液體，而實際的液體既有黏性又可壓縮。恒定流動是指液體流動時，液體中任何一點處的壓力、速度和密度都不隨時間的變化而變化；反之，只要壓力、速度或密度中有一個參數(shù)隨時間變化，則液體的流動稱為非恒定流動。一維流動是指整個液體作線形流動；而當(dāng)液體作平面或空間流動時，稱為二維或三維流動。通常把封閉容器和管道內(nèi)的液體的流動按一維流動處理，再用實驗數(shù)據(jù)來修正其結(jié)果。一、

基本概念1理想液體、恒定流動和一維流動第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)

流線、流束、流管和通流截面是對液流的幾何描述。2流線、流束、流管和通流截面1）流線

流線是液流中一條條標(biāo)志其各處質(zhì)點運動狀態(tài)的曲線。在任一瞬時，流線上各處質(zhì)點的瞬時流動方向與該點的切線方向重合，如圖1-12所示。由于液流中每一質(zhì)點在每一瞬時只能有一個速度，因而流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折，它只能是一條條光滑的曲線。在非恒定流動時，由于通過空間點的質(zhì)點速度隨時間而變化，因而流線形狀也隨時間而變化。只有在恒定流動時，流線形狀才不隨時間變化。流線彼此平行的流動稱為平行流動；流線間夾角很小，或流線曲率半徑很大的流動稱為緩變流動。平行流動和緩變流動都可以看成是一維流動。圖1-12流線第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)2）流束與流管

通過某截面A上各點畫出流線，這些流線的集合就構(gòu)成了流束，如圖1-13所示。流束表面稱為流管，如圖1-14所示。流管與真實管道相似。根據(jù)流線不能相交的性質(zhì)，流束（流管）內(nèi)外的流線均不能穿越流束表面（流管）。當(dāng)面積A很小時，流束（流管）就稱為微小流束（流管）。微小流束截面上各點處的運動速度可以認(rèn)為是相等的。微小流束的極限就是流線。圖1-14流管第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)3）通流截面在流束中，與所有流線正交的截面稱為通流截面。通流截面可以是平面，也可以是曲面，如圖1-13中的截面A是平面，而截面B則是曲面。液體在液壓管道中流動時，垂直于流動方向的截面即為通流截面。

圖1-13流束第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)3流量和平均流速單位時間內(nèi)流過管道（或液壓缸）某一截面的液體體積稱為流量，一般用符號q表示，其常用單位為L/min和

。液體在管道內(nèi)流動時，由于實際液體具有黏性，因此通流截面上各點的流速是不相等的。管壁處的流速為零，管道中心處流速最大，流速分布如圖1-15（a）所示。若欲求得流經(jīng)整個通流截面A的流量，可在通流截面A上取一微小流束的截面dA，如圖1-15（b）所示。通過dA的微小流量為對上式進(jìn)行積分，可得到流經(jīng)整個通流截面A的流量

（1-16）（a）（b）圖1-15流量和平均流速第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)可見，要求得q值，必須知道流速u在整個通流截面A上的分布規(guī)律。因為黏性液體流速u在管道中的分布規(guī)律很復(fù)雜。為方便起見，在液壓傳動中常采用一個假想的平均流速v來求流量，并認(rèn)為液體以平均流速v流經(jīng)通流截面的流量等于以實際流速流過的流量，即

（1-17）由此得出通流截面上的平均流速為

（1-18）想一想

你在日常生活中遇到過這樣一種情況嗎？當(dāng)我們需要用皮管（或塑料管）給稍遠(yuǎn)處澆水，但皮管又不夠長，那么我們首先想到的是應(yīng)該怎么做呢？第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)液流連續(xù)性方程是流體運動學(xué)方程，是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表示形式。如圖1-16所示，如果液體作恒定流動，且不可壓縮，那么任取一流管，其兩端通流截面面積分別為

A1，A2

；在流管中任取一微小流束，并設(shè)微小流束兩端的截面積分別為dA1，dA2；液體流經(jīng)這兩個微小截面的流速和密度分別為

u1，??1

和u2

，??2

。二、

液流連續(xù)性方程圖1-16連續(xù)方程推導(dǎo)簡圖第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間內(nèi)經(jīng)截面dA1流入微小流束的液體質(zhì)量應(yīng)與經(jīng)截面dA2流出的液體質(zhì)量相等，即

如忽略液體的可壓縮性，即??1=??2，則

對上式進(jìn)行積分，就可得到經(jīng)過截面

A1，A2

流入、流出整個流管的流量相等，即

根據(jù)式（1-17）和式（1-18），采用平均流速來計算流量，則上式可寫成

或

（1-19）式中，q1

，q2

——分別為流經(jīng)通流截面A1

，A2

的流量；

v1

，v2

——分別為流體在通流截面

A1，A

2上的平均流速。第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)式（1-19）就是不可壓縮液體作恒定流動時的連續(xù)性方程，它說明不可壓縮液體在恒定流動中，通過流管各截面的流量是相等的。它的物理意義是在恒定流動的情況下，當(dāng)不考慮液體的可壓縮性時，流過管道各個截面的流量均相等。平均流速與通流截面的面積成反比。第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)

伯努利方程也稱為能量方程，是能量守恒定律在流動液體中的表現(xiàn)形式。由于實際液體在管道中流動時的能量關(guān)系比較復(fù)雜，故先研究理想液體在管道中的流動情況，然后再展開到實際液體的流動情況。三、

伯努利方程第三節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)1理想液體恒定流動時的伯努利方程理想液體無黏性，它在管道內(nèi)作恒定流動時，沒有能量損失。根據(jù)能量守恒定律，無論液流的能量如何轉(zhuǎn)換，在任