2-液壓油與液壓流體力學基礎(chǔ)-1

1、液壓與氣壓傳動山東理工大學 精密模具實驗室袁光明12006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第二章第二章 液壓油與液壓流體力學基礎(chǔ)液壓油與液壓流體力學基礎(chǔ)u 液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)傳遞能量的。液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)傳遞能量的。液壓系統(tǒng)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、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。物，也要靠液壓油帶走。液壓油的物理、化學特性將直液壓油的物理、化學特性將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。接影響液壓系統(tǒng)的工作。2200

2、6-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第一節(jié)第一節(jié) 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì) 1.液體的密度液體的密度 單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為V、質(zhì)量為、質(zhì)量為m的的液體的密度液體的密度為為m/V 2.液體的可壓縮性和熱膨脹性液體的可壓縮性和熱膨脹性 (1)壓縮性：壓縮性：液體受壓后體積變小的性質(zhì)，用液體受壓后體積變小的性質(zhì)，用壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)描述。描述。 k=-(V/V)/p m2/kg 壓縮系數(shù)的壓縮系數(shù)的物理意義：物理意義：指液體所受壓力增加一個工程大氣壓指液體所受壓力增加一個工程大氣壓時所發(fā)生的體積相對變化率，其中時所發(fā)生的體積相對變化率，

3、其中V為壓縮前的體積，為壓縮前的體積，V為體為體積為積為V的液體壓力變化的液體壓力變化p時體積變化量。時體積變化量。32006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的體積彈性模量體積彈性模量，以以表示，即表示，即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)。一般在分析時取空氣有關(guān)。一般在分析時取=7001000MPa。 封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況極像一個彈簧封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況極像一個彈簧（稱為液壓彈簧）：外力增大，體積減??；外力減小，

4、體（稱為液壓彈簧）：外力增大，體積減??；外力減小，體積增大。積增大。液壓彈簧的剛度液壓彈簧的剛度：VAlpAlFKh2 液體的可壓縮性很小，在一般情況下液體的可壓縮性很小，在一般情況下當液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時可以不考慮當液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時可以不考慮可壓縮性的影響。但在高壓下或受壓體可壓縮性的影響。但在高壓下或受壓體積較大以及對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析時，積較大以及對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析時，就需要考慮液體可壓縮性的影響。就需要考慮液體可壓縮性的影響。42006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 (2)熱膨脹：熱膨脹：液體受熱，體積膨脹的性質(zhì)，用體積膨脹系數(shù)液體受熱，體積膨脹的性質(zhì)，用體積膨脹系

5、數(shù)t 來表示：來表示：t =(V/V)/t 1/ 物理意義：溫度改變物理意義：溫度改變1時，液體體積的相對變化率。時，液體體積的相對變化率。 一般，一般，t=0.00065 1/ 如：油溫從如：油溫從20升到升到40，體積由，體積由14000 cm3將變?yōu)閷⒆優(yōu)?4182 cm2。 由此可見，液壓傳動中，由于溫度變化引起的體積變化，是由此可見，液壓傳動中，由于溫度變化引起的體積變化，是不能忽視的，尤其是對閉式系統(tǒng)。不能忽視的，尤其是對閉式系統(tǒng)。52006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 3.粘度粘度 液體在外力作用流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚液體在外力作用流動（或有流動趨勢）時，分

6、子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做叫做液體的粘性液體的粘性。液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會。液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。(1)動力粘度動力粘度或稱絕對粘度或稱絕對粘度 以以表示切應(yīng)力，即單位面表示切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則積上的內(nèi)摩擦力，則 =du/dz 這就是牛頓的液體內(nèi)摩擦定這就是牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。律。 物理意義物理意義：液體在單位速度：液體在單位速度梯度下流動時單位面積上產(chǎn)生梯度下流動時單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦

7、力。動力粘度的單位的內(nèi)摩擦力。動力粘度的單位為為Pas（帕（帕秒，秒，Ns/m2） 62006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 (2)運動粘度運動粘度 液體的動力粘度液體的動力粘度與其密度與其密度的比值，稱為液體的運動粘度的比值，稱為液體的運動粘度，即即=/ 運動粘度的單位為運動粘度的單位為m2/s。 (3)恩氏粘度恩氏粘度E 相對粘度又稱條件粘度，它是按一定的測量條件制定的。相對粘度又稱條件粘度，它是按一定的測量條件制定的。根據(jù)測量的方法不同，可分為恩氏粘度根據(jù)測量的方法不同，可分為恩氏粘度E、賽氏粘度、賽氏粘度SSU、雷氏粘度雷氏粘度Re等。等。 我國和德國等國家采用恩氏粘度。我國和德

8、國等國家采用恩氏粘度。72006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 (4)溫度對粘度的影響溫度對粘度的影響 液壓油的粘度對溫度變化十分敏感。溫度升高時，粘度下液壓油的粘度對溫度變化十分敏感。溫度升高時，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。好。 粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度曲線表示。粘度隨溫度變化特性，可以用粘度溫度曲線表示。82006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 (5)壓力對粘度的影響壓力對粘度的影響 對液壓油來說，壓力增大時，粘度增大，但影響很小，通對液壓油來說，壓力增大時，粘度增大，但影響很小，通

9、常忽略不計。常忽略不計。 (6)兩種油混合，粘度的計算兩種油混合，粘度的計算100)(2121EEcEbEaE a、b兩種油占的百分比，兩種油占的百分比，ab100；c實驗系數(shù)。實驗系數(shù)。92006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室4.4.液壓油的分類液壓油的分類 普通液壓油普通液壓油 耐磨液壓油耐磨液壓油 數(shù)控液壓油數(shù)控液壓油 潔凈液壓油潔凈液壓油 水一二元醇液壓油水一二元醇液壓油 油包水油包水 水包油水包油 磷酸脂基液壓油磷酸脂基液壓油 合成液壓油合成液壓油( (如硅酮，鹵化物等如硅酮，鹵化物等) )礦物油基液壓油礦物油基液壓油含水液壓油含水液壓油合成液壓油合成液壓油乳化液乳化液液壓油液

10、壓油102006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 5.液壓油的使用要求液壓油的使用要求u(1)適當?shù)恼扯龋哼^大，造成水力損失增加，效率低；粘度小，適當?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。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，選擇液壓油還與具體使用條件有關(guān)。如夏天，粘度要大些，冬天則選用粘度小；南方，用高號液壓油，北方則選用低號冬天則選用粘度??；南方，用高號液壓油，北方則選用低號液壓油。液壓油。u(2)具有良好的潤滑性能，這與形成油膜有直接關(guān)系。具有良好的潤滑性能，這與形成油膜有直接關(guān)系。u(3)對機件無腐蝕作用，也不會引起

11、密封件的膨脹。對機件無腐蝕作用，也不會引起密封件的膨脹。u(4)良好的化學穩(wěn)定性，要加添加劑。良好的化學穩(wěn)定性，要加添加劑。u(5)不得含有空氣、蒸氣、水和雜質(zhì)不得含有空氣、蒸氣、水和雜質(zhì)(含有氣體會造成氣蝕，含有氣體會造成氣蝕，空穴會引起振動、噪音；水等引起乳化）?？昭〞鹫駝印⒃胍?；水等引起乳化）。u(6)燃點高，凝點低。燃點高，凝點低。 一般使用的油溫在一般使用的油溫在4050之間，當油溫超過之間，當油溫超過80，氧化加，氧化加劇，油溫低于劇，油溫低于10 時，粘度增大，啟動困難。時，粘度增大，啟動困難。112006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 6.液壓油的選用液壓油的選用u(

12、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。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?；蛘呋蛘遳(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）。型（品種）。 選用品種時，一般要求不高的液壓系統(tǒng)可選用普通液壓油；選用品種時，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。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。u(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動速根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度及工作部件的運動速度確定液壓油的粘度后，確定油的具體

13、牌號。工作壓力、環(huán)度確定液壓油的粘度后，確定油的具體牌號。工作壓力、環(huán)境溫度高，而控制的工作部件運動速度低時，為了減少泄露，境溫度高，而控制的工作部件運動速度低時，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。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?？偟膩碚f，應(yīng)盡量選用較好的液壓油。 122006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室液壓油使用注意事項：液壓油使用注意事項：u(1)油箱中的液面應(yīng)保持一定高度；油箱中的液面應(yīng)保持一定高度；u(2)正常工作時油箱的溫升不應(yīng)超過液壓油所允許的范圍，正常工作時油箱的溫升不應(yīng)超過液壓油

14、所允許的范圍，一般不得超過一般不得超過65；u(3)為防止系統(tǒng)中進入空氣，要做到：為防止系統(tǒng)中進入空氣，要做到：所有回油管都在油箱液面以下；所有回油管都在油箱液面以下；管口切成斜斷面；管口切成斜斷面；油泵吸油管應(yīng)嚴格密封；油泵吸油管應(yīng)嚴格密封；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)最高點設(shè)置放氣閥；能情況下，應(yīng)在系統(tǒng)最高點設(shè)置放氣閥；定期檢查油液質(zhì)量和油面高度，以便及時更換和添加。定期檢查油液質(zhì)量和油面高度，以便及時更換和添加。132006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 7.液壓油的污染與控制液壓油的污染與控制u

15、(1)用過濾的方法濾掉液壓油中的雜質(zhì)，對過渡精度有要求。用過濾的方法濾掉液壓油中的雜質(zhì)，對過渡精度有要求。液壓元件名稱液壓元件名稱過濾精度要求過濾精度要求柱塞泵與馬達柱塞泵與馬達5-20 葉片泵與馬達葉片泵與馬達30 液壓缸液壓缸50 齒輪泵和馬達齒輪泵和馬達50 普通液壓控制閥普通液壓控制閥30 伺服閥、比例閥伺服閥、比例閥5-20 142006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室u(2)為了避免或減少系統(tǒng)運行中的液壓油再污染，運行中要為了避免或減少系統(tǒng)運行中的液壓油再污染，運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

16、低會使吸油困難，引起噪音和氣蝕，加劇液壓質(zhì)；油位過低會使吸油困難，引起噪音和氣蝕，加劇液壓油的污染。油的污染。u(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。塞桿處加防塵裝置；外漏油不得直接流回油箱。u(4)液壓系統(tǒng)投入運行前應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定嚴格沖洗，運行中液壓系統(tǒng)投入運行前應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定嚴格沖洗，運行中要按規(guī)定及時更換新油，換油時新油必須經(jīng)過過濾后才能要按規(guī)定及時更換新油，換油時新油必須經(jīng)過過濾后才能加入系統(tǒng)中使用。加入系統(tǒng)中使用。152006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第二節(jié)第二節(jié) 液體

17、靜力學基礎(chǔ)液體靜力學基礎(chǔ) 液體靜力學主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)液體靜力學主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。所謂律的應(yīng)用。所謂“液體靜止液體靜止”指的是液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相指的是液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相對運動，不呈現(xiàn)粘性。對運動，不呈現(xiàn)粘性。 一、液體的壓力一、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。作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。 質(zhì)量力：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。數(shù)值上等于加速度。 表面力：表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）是與液體相接觸的其

18、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。另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。162006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 單位面積上作用的表面力稱為單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不存應(yīng)力之分。當液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，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)某點處單位面積處單位面積A上所受到的法向力上所受到的法向

19、力F之比，稱為壓力之比，稱為壓力p（靜（靜壓力），即壓力），即AFpA0lim 由于液體質(zhì)點間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所由于液體質(zhì)點間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所以液體的靜壓力具有以液體的靜壓力具有兩個重要特性兩個重要特性： 1.液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上；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)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。靜止液體內(nèi)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。172006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 二、液體靜壓力基本方程二、液體靜壓力基本方程 有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有pA=p0

20、A+FG，這，這里的里的FG即為液柱的重量即為液柱的重量FG=ghA所以有所以有 p=p0+gh 液體液體靜壓力分布特征：靜壓力分布特征： (a)一部分是液面上的壓力一部分是液面上的壓力p0，另一部分是另一部分是g與該點離液面深與該點離液面深度度h的乘積。的乘積。 182006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 (b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而的增加而線性地增加。線性地增加。 (c)連通器內(nèi)同一液體中深度連通器內(nèi)同一液體中深度h相同的各點壓力都相等。由相同的各點壓力都相等。由壓力相等的組成的面稱為壓力相等的組成的面稱為等壓面等壓面。

21、在重力作用下靜止液體中。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。的等壓面是一個水平面。192006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 三、壓力表示方法三、壓力表示方法 壓力的表示法有兩種：絕對壓力和相對壓力。壓力的表示法有兩種：絕對壓力和相對壓力。 絕對壓力絕對壓力是以絕對真空作為基準所表示的壓力；是以絕對真空作為基準所表示的壓力； 相對壓力相對壓力是以大氣壓力作為基準所表示的壓力。是以大氣壓力作為基準所表示的壓力。 由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱壓力也稱表壓力表壓力。絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為。絕對壓力與相對

22、壓力的關(guān)系為絕對壓力絕對壓力相對壓力相對壓力大氣壓力大氣壓力 如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓，這時在這個點如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓，這時在這個點上的絕對壓力比大氣壓小的部分數(shù)值稱為上的絕對壓力比大氣壓小的部分數(shù)值稱為真空度真空度。即。即真空度真空度大氣壓力大氣壓力絕對壓力絕對壓力 202006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室絕對壓力絕對壓力p=0(絕對真空絕對真空)大氣壓力大氣壓力 相對壓力相對壓力絕對壓力絕對壓力 真空度真空度p pa表壓力表壓力絕對壓力、相對壓力和真空度的相對關(guān)系絕對壓力、相對壓力和真空度的相對關(guān)系212006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 壓力

23、單位換算表壓力單位換算表壓力的單位壓力的單位: 我國法定我國法定壓力單位為壓力單位為帕斯卡，簡帕斯卡，簡稱稱帕帕，符號，符號為為Pa，1Pa= 1N/m2。由于。由于Pa太小，工太小，工程上常用其程上常用其倍數(shù)單位倍數(shù)單位兆兆帕帕（MPa）來表示：來表示：1MPa=106Pa222006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第三節(jié)第三節(jié) 液體動力學基礎(chǔ)液體動力學基礎(chǔ)理想液體：理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。定常流動：定常流動：液體流動時，若液體中任何一點的壓力、速度和液體流動時，若液體中任何一點的壓力、速度和密度都不隨時間而變化，則這種流動稱

24、為密度都不隨時間而變化，則這種流動稱為定常流動定常流動。否則，。否則，只要壓力、速度和密度有一個量隨時間變化，則這種流動就只要壓力、速度和密度有一個量隨時間變化，則這種流動就稱為稱為非定常流動非定常流動。 一維流動：一維流動：當液體整個作線形流動時，稱為一維流動。當液體整個作線形流動時，稱為一維流動。 跡線：跡線：流動液體的某一質(zhì)點在某一時間間隔內(nèi)在空間的運動流動液體的某一質(zhì)點在某一時間間隔內(nèi)在空間的運動軌跡。軌跡。232006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室流線：流線：表示某一瞬時，液流中各表示某一瞬時，液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。在此瞬時，流線上各質(zhì)

25、點速度方在此瞬時，流線上各質(zhì)點速度方向與該線相切。向與該線相切。在定常流動時，流線不隨時間而在定常流動時，流線不隨時間而變化，這樣流線就與跡線重合。變化，這樣流線就與跡線重合。由于流動液體中任一質(zhì)點在其一由于流動液體中任一質(zhì)點在其一瞬時只能有一個速度，所以流線瞬時只能有一個速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。轉(zhuǎn)折。242006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室流管：流管：在一維的流動空間中任意在一維的流動空間中任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)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作流線，過此封閉曲線上的每一點作流線，由這些流線組合的表面稱為

26、流管。由這些流線組合的表面稱為流管。流束：流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管和流束流管和流束252006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室通流截面：通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面通流截面。截。截面上每點處的流動速度都垂直于這個面。面上每點處的流動速度都垂直于這個面。平行流動：平行流動：流線彼此平行的流動。流線彼此平行的流動。緩變流動：緩變流動：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動。平行流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動。平行流動和緩變流動都可算是一維流動。流動和緩變流動都可算是一維流動。262006-9-2山東理工大學

27、 精密模具實驗室 流量流量和和平均流速：平均流速：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為積稱為流量流量。 流量用流量用q表示，單位表示，單位m3/s或或L/min。 由于流動液體粘性的作用，在通流截面上各點的流速由于流動液體粘性的作用，在通流截面上各點的流速u是不是不相等的。相等的。 在計算流過整個通流截面在計算流過整個通流截面A的流量時，可在通流截面上取的流量時，可在通流截面上取微小截面微小截面dA，并認為在該斷面上各點的速度，并認為在該斷面上各點的速度u相等，則流過相等，則流過該微小斷面的流量為該微小斷面的流量為dq=udA， 流過整個通流截面流過整個通

28、流截面A的流量為的流量為AudAq272006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 在實際工程計算中，平均流速才具有應(yīng)用價值。液壓缸工在實際工程計算中，平均流速才具有應(yīng)用價值。液壓缸工作時，活塞的運動速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速，當液壓作時，活塞的運動速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速，當液壓缸有效面積一定時，活塞運動速度由輸入液壓缸的流量決定。缸有效面積一定時，活塞運動速度由輸入液壓缸的流量決定。Aqv 對于實際液體的流動，速度對于實際液體的流動，速度u的分布規(guī)律很復雜，故按上式的分布規(guī)律很復雜，故按上式計算流量是困難的。因此提出一個平均流速的概念，即假設(shè)計算流量是困難的。因此提出一個平均流速的概

29、念，即假設(shè)通流截面上各點的流速均勻分布，液體以此均布流速通流截面上各點的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過通流過通流截面的流量等于以實際流速流過的流量，由此得出通流面流截面的流量等于以實際流速流過的流量，由此得出通流面積上的平均流速為積上的平均流速為282006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室層流、湍流、雷諾數(shù)層流、湍流、雷諾數(shù) 層流：層流：液體質(zhì)點互不干擾，液體的流動呈線性或?qū)訝?，且平液體質(zhì)點互不干擾，液體的流動呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；行于管道軸線；湍（紊）流：湍（紊）流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動以外，還存在著劇烈

30、的橫向運動。線的運動以外，還存在著劇烈的橫向運動。層流層流層流開始破壞層流開始破壞 292006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。 層流時，層流時，液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，粘性力起主導作用；粘性力起主導作用； 紊流時，紊流時，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導作用。主導作用。 液體流動時，究竟是層流還是紊流，要用液體流動時，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)雷諾數(shù)來判定。來判定。流動趨于紊流流動趨于紊流 紊流紊流

31、302006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速均流速V、液體的運動粘度、液體的運動粘度、管徑、管徑d三個數(shù)所組成的一個稱為三個數(shù)所組成的一個稱為雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)，即的無量綱數(shù)，即VdRe 臨界雷諾數(shù)：臨界雷諾數(shù)： 當液流的實際流動時的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，液流為當液流的實際流動時的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，液流為層流，反之液流則為紊流。層流，反之液流則為紊流。常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實驗求得。常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實驗求得。雷諾數(shù)物理意義：雷諾數(shù)物理意義：影響

32、液體流動的力主要有慣性力和粘性力，影響液體流動的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對粘性力的無因次比值。雷諾數(shù)就是慣性力對粘性力的無因次比值。312006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 對于非圓截面管道來說，對于非圓截面管道來說，Re可用下式來計算：可用下式來計算：Re4vR/ 式中式中R為通流截面的為通流截面的水力半徑水力半徑。它等于液流的有效截面積。它等于液流的有效截面積A和它的濕周和它的濕周（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長）之（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長）之比，即比，即RA/ 水力半徑對管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液水力半徑對管道通流能力影響很大，水

33、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。壁接觸多，通流能力小，易堵塞。322006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室連續(xù)性方程連續(xù)性方程 假設(shè)液體作定常流動，且不可壓縮。任取一流管，兩端通假設(shè)液體作定常流動，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截面面積為流截面面積為A1、A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為截面積分別為dA1和和dA2，在微小截面上各點的速度可以認為，在微小截面上各點的速度可以認為是相等的，且分別為是相等的，且分別為u1和和

34、u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt時間內(nèi)時間內(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u1dA1dtu2dA2dtu1dA1u2dA2qvA常數(shù)常數(shù)結(jié)論：結(jié)論：a.通過流管任一通流截面的流量相等。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。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在具有分支的管路中具有q1=q2+q3的關(guān)系。的關(guān)系。332006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室能量方程：伯努利方程能量方程：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根據(jù)能

35、量守恒定律，同一管道每一截面的總能量都是相等的。的。 對對靜止液體靜止液體，單位質(zhì)量液體總能量為單位質(zhì)量液體的，單位質(zhì)量液體總能量為單位質(zhì)量液體的壓力壓力能能p/(g)和和勢能勢能hg之和；而對于之和；而對于流動液體流動液體，還有單位質(zhì)量的，還有單位質(zhì)量的動動能能v2/(2g)。任取兩個截面。任取兩個截面A1和和A2，距基準水平面距離分別，距基準水平面距離分別h1和和h2，斷面平均流速分別為，斷面平均流速分別為v1和和v2，壓力分別為，壓力分別為p1和和p2，根據(jù)，根據(jù)能量守恒定律能量守恒定律: 因兩個截面是任意的，因此上因兩個截面是任意的，因此上式可寫為：式可寫為：常量hgvgp223420

36、06-9-2山東理工大學 精密模具實驗室物理意義物理意義：u第一項為單位重量液體的壓力能第一項為單位重量液體的壓力能 稱為稱為比壓能比壓能（p/）；）；u第二項為單位重量液體的動能稱第二項為單位重量液體的動能稱 為為比動能比動能（v2/2）；）；u第三項為單位重量液體的位能稱為第三項為單位重量液體的位能稱為比位能比位能（hg）。）。u由于上述三種能量都具有長度單位，故又分別稱為壓力水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，但總頭、速度水頭和位置水頭。三者之間可以互相轉(zhuǎn)換，但總和（和（H，稱為總水頭）為一定值。，稱為總水頭）為一定值。ghv

37、pghvp2222121122352006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室實際液體總流的伯努利方程實際液體總流的伯努利方程將微小流束擴大到總流，由于在通流截面上速度將微小流束擴大到總流，由于在通流截面上速度u是一個是一個變量，若用平均流速代替，則必然引起動能偏差，故必須引變量，若用平均流速代替，則必然引起動能偏差，故必須引入動能修正系數(shù)。于是實際液體總流的伯努利方程為入動能修正系數(shù)。于是實際液體總流的伯努利方程為式中式中hw-由液體粘性引起的能量損失；由液體粘性引起的能量損失； ， -動能修正動能修正系數(shù)，一般在紊流時取系數(shù)，一般在紊流時取 1，層流時取，層流時取 2。ghghvpghvp

38、w22222121112212362006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室動量方程動量方程動量定理：動量定理：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動量的變化率，即上的動量的變化率，即 dtmvdF)(取分離體取分離體: 微元的動量變化是微元的動量變化是 微小流束擴大到總流，對液體的作用微小流束擴大到總流，對液體的作用力合力為力合力為 即，動量方程：即，動量方程：1、2為動量修正系數(shù)，一般在紊流時為動量修正系數(shù)，一般在紊流時1，層流時，層流時1.33。)()()()(121122uudqdtmudmudmud)(12uuqF)(1122vv

39、qF372006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第四節(jié)第四節(jié) 流體流動時的壓力損失流體流動時的壓力損失輸油管線輸油管線 基本概念：基本概念：在液壓傳動中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，壓在液壓傳動中，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力損失分為兩類：沿程壓力損失和局部壓力損失u沿程壓力損失：沿程壓力損失：油液沿等直徑直管流動時所產(chǎn)生的壓力損失，油液沿等直徑直管流動時所產(chǎn)生的壓力損失，這類壓力損失是由液體流動時的內(nèi)、外摩擦力引起的。這類壓力損失是由液體流動時的內(nèi)、外摩擦力引起的。u局部壓力損失：局部壓力損失：是油液流經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、管道截是油液流

40、經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、管道截面突然擴大或收縮）時，由于液流的方向和速度的突然變化，面突然擴大或收縮）時，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)點間，以及質(zhì)點與固體壁面間相互在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點間，以及質(zhì)點與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。382006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室通流截面上的流速分布規(guī)律：通流截面上的流速分布規(guī)律：取微小圓柱液體，在勻速運動時受力平衡，有取微小圓柱液體，在勻速運動時受力平衡，有可見，管內(nèi)液體質(zhì)點的流速在半徑方向按拋物線規(guī)律分布?？梢姡軆?nèi)液體質(zhì)點的流速在半徑方向按拋物線規(guī)律分布。dr

41、durlFrppf2)(22121ppp令令rdrlpdu2對上式積分，并應(yīng)用對上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當邊界條件，當rR時，時，u0，得，得)(422rRlpu則則392006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室圓管中的流量圓管中的流量對于半徑對于半徑r，寬度，寬度dr的微小通流截面，面積的微小通流截面，面積dA2rdr，通過通過的流量為：的流量為：通過圓管的流量可由上式積分求得，即：通過圓管的流量可由上式積分求得，即：rdrrRlpurdrudAdq)(42222plRrdrrRlpqR128)(424022402006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室沿程壓力損失計算：沿程壓力損失計

42、算：圓管通流截面上的平均流速為：圓管通流截面上的平均流速為：沿程壓力損失為：沿程壓力損失為：可以改寫為：可以改寫為：pldAqv322232dlvp22vdlp稱為沿程阻力系數(shù)。稱為沿程阻力系數(shù)。的理論值為的理論值為64/Re，水在作層流流動時，水在作層流流動時的實際阻力系數(shù)和理論值是很接近的。液壓油在金屬圓管中的實際阻力系數(shù)和理論值是很接近的。液壓油在金屬圓管中作層流流動時，常取作層流流動時，常取75/Re，在橡膠管中，在橡膠管中80/Re。412006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室局部壓力損失：局部壓力損失：液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等局部

43、阻力處所引起的壓力損失。計算公式為局部阻力處所引起的壓力損失。計算公式為 ：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。為液體的平均流速，一般情況下均指局部阻力后部的流速。,局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)。對于液流通過各種標準液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)對于液流通過各種標準液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中查到品技術(shù)規(guī)格中查到 。管路中的管路中的總壓力損失總壓力損失為所有沿程壓力損失和局部壓力損失為所有沿程壓力損失和局部壓力損失之和。之和。22vp局沿ppp422006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第五節(jié)第五節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量u在液壓系統(tǒng)

44、的管路中，裝有截面突然收縮的裝置，稱為在液壓系統(tǒng)的管路中，裝有截面突然收縮的裝置，稱為節(jié)節(jié)流裝置流裝置（節(jié)流閥）。（節(jié)流閥）。u突然收縮處的流動叫突然收縮處的流動叫節(jié)流節(jié)流，一般均采用各種形式的孔口來，一般均采用各種形式的孔口來實現(xiàn)節(jié)流實現(xiàn)節(jié)流-節(jié)流口。節(jié)流口。u液體流經(jīng)孔口時：液體流經(jīng)孔口時： 薄壁小孔：薄壁小孔：l/d0.5； 細長小孔：細長小孔：l/d4； 短孔：短孔：0.5l/d4。 l為小孔的通流長度；為小孔的通流長度；d為小孔的孔徑。為小孔的孔徑。432006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室一、液體流過小孔的流量一、液體流過小孔的流量液體在薄壁小孔中的流動液體在薄壁小孔中的流動

45、 ：液體質(zhì)點突然加速，慣性力作用；液體質(zhì)點突然加速，慣性力作用；收縮截面收縮截面2-2，然后再擴散；，然后再擴散；造成能量損失，并使油液發(fā)熱；造成能量損失，并使油液發(fā)熱；收縮截面面積收縮截面面積A2-2和孔口截面積和孔口截面積A的的比值稱為比值稱為收縮系數(shù)收縮系數(shù)Cc，即，即Cc=A2-2/A收縮系數(shù)決定于雷諾數(shù)、孔口及其收縮系數(shù)決定于雷諾數(shù)、孔口及其邊緣形狀、孔口離管道側(cè)壁的距離邊緣形狀、孔口離管道側(cè)壁的距離等因素。等因素。液體在薄壁小孔中的流動液體在薄壁小孔中的流動 442006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室列截面列截面11和和22的伯努利方程：的伯努利方程：gvgvgpgvgp22

46、222222211v1可以忽略不計，整理得：可以忽略不計，整理得：pCppvv2)(211212由此求得液流通過薄壁小孔的流量為：由此求得液流通過薄壁小孔的流量為：pACpACCAvqdcv22222CdCvCc為小孔流量系數(shù)，一般由實驗確定。為小孔流量系數(shù)，一般由實驗確定。452006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室流經(jīng)細長小孔的流量計算流經(jīng)細長小孔的流量計算 ： 液體流經(jīng)細長孔時，一般都是層流狀態(tài)，可直接應(yīng)用前面已液體流經(jīng)細長孔時，一般都是層流狀態(tài)，可直接應(yīng)用前面已導出的直管流量公式來計算，當孔口的截面積為導出的直管流量公式來計算，當孔口的截面積為A=d2/4時，時，可寫成：可寫成：p

47、Aldq322 統(tǒng)一寫為：統(tǒng)一寫為： qKApm 式中式中A為流量截面面積，為流量截面面積，m2；p為孔口前后的壓力差，為孔口前后的壓力差，N/m2；m為由孔口形狀決定的指數(shù)，為由孔口形狀決定的指數(shù)，0.5m1，當孔口為薄壁，當孔口為薄壁小孔時，小孔時，m0.5，當孔口為細長孔時，當孔口為細長孔時，m1；K為孔口的形為孔口的形狀系數(shù)，當孔口為薄壁小孔時，狀系數(shù)，當孔口為薄壁小孔時， ；當孔口為細長；當孔口為細長孔時，孔時，Kd2/(32l)。/2qCK 462006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室二、液體流過縫隙的流量二、液體流過縫隙的流量u1.平行平板的間隙流動：如下四種情況平行平板的間

48、隙流動：如下四種情況 固定平行平板間隙流動（壓差流動）固定平行平板間隙流動（壓差流動） 平行平板有相對運動時的間隙流動平行平板有相對運動時的間隙流動 兩平行平板有相對運動，但無壓差（純剪切流動）兩平行平板有相對運動，但無壓差（純剪切流動） 兩平行平板既有相對運動，兩端又存在壓差時的流動兩平行平板既有相對運動，兩端又存在壓差時的流動u2.圓柱環(huán)形間隙流動：如下三種情況圓柱環(huán)形間隙流動：如下三種情況 同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動 偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動 內(nèi)外圓柱表面有相對運動又存在壓差的流動內(nèi)外圓柱表面有相對運動又存在壓差的流動

49、u3.流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量u4.圓錐狀環(huán)形間隙流動圓錐狀環(huán)形間隙流動472006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室第六節(jié)第六節(jié) 液壓沖擊及空穴現(xiàn)象液壓沖擊及空穴現(xiàn)象l在流動的液體中，因某點處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣在流動的液體中，因某點處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，稱為泡的現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象空穴現(xiàn)象。l在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時，過飽和的空氣將在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時，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空氣分離壓氣分離壓。l當液壓油在某

50、溫度下的壓力低于某一數(shù)值時，油液本身迅速當液壓油在某溫度下的壓力低于某一數(shù)值時，油液本身迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣氣泡，這時的壓力稱為液壓油在該溫度汽化，產(chǎn)生大量蒸氣氣泡，這時的壓力稱為液壓油在該溫度下的下的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓。l液壓油的飽和蒸氣壓相當小，比空氣分離壓小得多，因此，液壓油的飽和蒸氣壓相當小，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。所在溫度下的空氣分離壓。 一、空穴現(xiàn)象一、空穴現(xiàn)象482006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室 空穴的空穴的產(chǎn)生產(chǎn)生：液壓泵液壓泵的空穴

51、現(xiàn)象的空穴現(xiàn)象 ： 液壓泵吸油管直徑太小，或液壓泵吸油管直徑太小，或吸油阻力太大，或液壓泵轉(zhuǎn)吸油阻力太大，或液壓泵轉(zhuǎn)速過高。由于吸油腔壓力低速過高。由于吸油腔壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生空穴現(xiàn)于空氣分離壓而產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，形成氣泡。象，形成氣泡。節(jié)流口節(jié)流口處的空穴現(xiàn)象。處的空穴現(xiàn)象。492006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室u空穴的空穴的危害危害：氣蝕：氣蝕：這些氣泡隨著液流流到下游壓力較高的部位時，會因這些氣泡隨著液流流到下游壓力較高的部位時，會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，當附著在金屬表面上的氣泡破滅時，

52、它所產(chǎn)生的局起振動，當附著在金屬表面上的氣泡破滅時，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會使金屬剝落，使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的部高溫和高壓會使金屬剝落，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、剝蝕的現(xiàn)象稱為小洞穴。這種固體壁面的腐蝕、剝蝕的現(xiàn)象稱為氣蝕氣蝕。u減小空穴現(xiàn)象的減小空穴現(xiàn)象的措施措施 （1）減小流經(jīng)節(jié)流小孔前后的壓力差，一般希望小孔前后壓）減小流經(jīng)節(jié)流小孔前后的壓力差，一般希望小孔前后壓力比小于力比小于3.5。（2）正確設(shè)計液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，適當加大吸油管內(nèi)徑。）正確設(shè)計液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，適當加大吸油管內(nèi)徑。（3）提高零件的抗氣蝕能力，增加零件的機械強度，采用抗）提高零件的抗氣蝕能力，增加零件的機械強度，采用抗腐蝕能力強的金屬材料，減小零件表面粗糙度等。腐蝕能力強的金屬材料，減小零件表面粗糙度等。502006-9-2山東理工大學 精密模具實驗室二、液壓沖擊