液壓與氣壓傳動(dòng) 第5版 課件 1.1、液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

液壓與氣壓傳動(dòng)流體動(dòng)力與控制工程系講課教師：劉銀水1液壓油液

液壓油液是液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)，好比人體中的血液。對(duì)液壓油液進(jìn)行相關(guān)的了解，對(duì)正確理解液壓傳動(dòng)原理、合理設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)十分重要。2液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)1、密度密度會(huì)隨著溫度的變化發(fā)生變化，對(duì)于液壓油液來說，其隨溫度的變化量較小，一般可忽略不計(jì)。在實(shí)際工程中，液壓油液的密度一般取900kg/m33液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)2、壓縮性液壓油液受壓力作用而發(fā)生體積減小的性質(zhì)稱為其可壓縮性。壓縮系數(shù)：彈性模量：彈性模量反應(yīng)了液體抵抗壓縮能力的大小；液壓油液彈性模量一般為K=(1.2~2)×103MPa，對(duì)于一般液壓系統(tǒng)，可認(rèn)為油液是不可壓縮的。4液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)3、粘度①粘度的物理意義液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，液體分子間內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即分子之間會(huì)產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種特性稱為流體的粘性。5液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)3、粘度②粘度的分類動(dòng)力粘度：運(yùn)動(dòng)粘度：工程上常用來標(biāo)志液體的粘度。6液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)3、粘度②粘度的分類相對(duì)粘度：為了滿足液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油液的特別要求，將兩種不同粘度的液壓油液混合起來使用，稱為調(diào)和油。調(diào)和粘度：7液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)3、粘度③粘度與溫度的關(guān)系對(duì)于粘度不超過15oE的液壓油液，當(dāng)溫度在30~150℃范圍內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)粘度隨溫度變化的近似公式為：液壓油液在不同溫度下的粘度，還可以從相關(guān)圖標(biāo)中查出。8液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)3、粘度④粘度與壓力的關(guān)系0<p<500MPa時(shí)，若系統(tǒng)壓力不高，可不考慮壓力對(duì)粘度的影響；若壓力較高或壓力變化較大時(shí)，壓力的影響必須考慮。9液壓油液一、液壓油液的性質(zhì)4、其它特性抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性、相容性等。10液壓油液二、液壓油液的要求和選用1、要求粘溫性好；有良好的潤滑性；成分要純凈；有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；彈性模量大、燃點(diǎn)高；無毒，價(jià)格便宜。11液壓油液二、液壓油液的要求和選用2、選用選擇液壓油液首先考慮的是粘度：液壓系統(tǒng)的工作壓力：壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液；環(huán)境溫度：溫度高，選用粘度較大的液壓油液；運(yùn)動(dòng)速度：速度高，選用粘度較低的液壓油液；液壓泵的類型。12液體靜力學(xué)液體靜力學(xué)是研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及這些規(guī)律的應(yīng)用。13液體靜力學(xué)一、靜壓力及其特性1、液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力：若受力均勻：※流體靜壓力在物理學(xué)上叫壓強(qiáng)，在工程實(shí)際應(yīng)用中稱為壓力。14液體靜力學(xué)一、靜壓力及其特性2、液體靜壓力的特性液體靜壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線方向；液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。15液體靜力學(xué)二、靜壓力基本方程式1、靜壓力基本方程式16液體靜力學(xué)二、靜壓力基本方程式1、靜壓力基本方程式壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh；液體內(nèi)的壓力與液體深度成線性規(guī)律遞增；離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面；靜止液體中任一質(zhì)點(diǎn)的總能量p/ρg+Z保持不變，即能量守恒。17液體靜力學(xué)二、靜壓力基本方程式2、壓力的表示方法及單位絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)進(jìn)行度量相對(duì)壓力或表壓力：以大氣壓為基準(zhǔn)進(jìn)行度量真空度：絕對(duì)壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值18液體靜力學(xué)二、靜壓力基本方程式2、壓力的表示方法及單位1Pa（帕）=1N/m21bar（巴）=1×105Pa=1×105N/m21at（工程大氣壓）=1kgf/cm2=9.8×104N/m21mH2O（米水柱）=9.8×103N/m21mmHg（毫米汞柱）=1.33×102N/m219液體靜力學(xué)三、帕斯卡原理液壓傳動(dòng)可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向；可使速度（位移）放大，使速度（位移）縮小，改變速度（位移）的方向；液體內(nèi)的壓力是由負(fù)載決定的。20液體靜力學(xué)四、靜壓力對(duì)固體壁面的作用力液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面將受到液體靜壓力的作用：當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體壓力在該平面的總作用力F=pA

，方向垂直于該平面。當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在曲面某方向上的總作用力F=pAx

，Ax

為曲面在該方向的投影面積。21液體動(dòng)力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)力學(xué)是研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律。主要包括三個(gè)重要方程：連續(xù)性方程伯努利方程動(dòng)量方程22液體動(dòng)力學(xué)一、基本概念1、理想流體和恒定流動(dòng)理想流體：假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。恒定流動(dòng)：液體流動(dòng)時(shí)，液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)，亦稱為定常流動(dòng)或非時(shí)變流動(dòng)；若其中一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化，稱為非恒定流動(dòng)23液體動(dòng)力學(xué)一、基本概念2、通流面積、流量和平均流速通流面積：垂直于流動(dòng)方向的截面，也稱為過流截面。流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3/s或L/min；平均流速：實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，速度的分布規(guī)律很復(fù)雜。假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，平均流速為v=q/A。24液體動(dòng)力學(xué)二、流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)方式。動(dòng)畫演示恒定流動(dòng)狀態(tài)下：25液體動(dòng)力學(xué)三、伯努利方程伯努利方程方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)方式，揭示了流體流動(dòng)過程中的能量變化規(guī)律。26液體動(dòng)力學(xué)三、伯努利方程1、理想液體的伯努利方程27液體動(dòng)力學(xué)三、伯努利方程2、實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際流體存在粘性，流動(dòng)時(shí)存在能量損失，hwg為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動(dòng)的能量損失；

用平均流速替代實(shí)際流速，α為動(dòng)能修正系數(shù)：28液體動(dòng)力學(xué)三、伯努利方程3、例題如圖示簡(jiǎn)易熱水器，左端接冷水管，右端接淋浴蓮蓬頭。已知A1=A2/4和A1、h值，問冷水管內(nèi)流量達(dá)到多少時(shí)才能抽吸熱水？補(bǔ)充輔助方程：p1=pa－ρghp2=pa

v1A1=v2A2伯努利方程：代入計(jì)算得－h(huán)+v12/2g=(v1/4)2/2g

v1=(32gh/15)1/2

q=v1A1=(32gh/15)1/2A129液體動(dòng)力學(xué)四、動(dòng)量方程動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來計(jì)算流動(dòng)液體作用在限制其流動(dòng)的固體壁面上的總作用力。作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時(shí)間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體的動(dòng)