液壓及氣壓傳動(dòng)課件(精華版)

1、液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)與與氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)(第三版第三版)(楊曙東楊曙東 何存興主編何存興主編) 左圖（ 動(dòng)畫(huà) ）所示為機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)的工作原理圖 （ 慢速左移 ）。 活塞的移動(dòng)速度 由節(jié)流閥 來(lái)調(diào)節(jié)。節(jié)流閥口開(kāi)大 ，進(jìn)入液壓缸的油液增多，活塞的移動(dòng)速度增大 ；節(jié)流閥口關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油液減小 ，活塞的移動(dòng)速度減小 。液壓泵輸出的多余油液需經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱 ，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì) 溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí) ，油液才能頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。 為克服活塞所受到的各種阻力 ，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力 ，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的

2、。要克服的阻力越大 ，液壓缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。注 塑 機(jī) 械機(jī) 床 （全 自 動(dòng) 六 角 車(chē) 床） 橋 梁 檢 修 機(jī) 械 防 洪 閘 門(mén) 及 堤 壩 裝 置 巨 型 天 線 甲 板 起 重 機(jī) 械 自 動(dòng) 水 果 分 類(lèi) 機(jī) 汽 車(chē) 組 裝 線 自動(dòng)激光唱片拾放裝置 自 動(dòng) 糖 果 包 裝 機(jī) 自 動(dòng) 汽 車(chē) 清 洗 機(jī) 自動(dòng)空氣噴射織布機(jī) 壓 燙 機(jī) 液壓傳動(dòng)最常用的工作介質(zhì)是液壓油，此外，還有乳化型傳動(dòng)液和合成型傳動(dòng)液等，此處僅介紹幾個(gè)常用的液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì)。一、液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì) 1密度單位體積液體的質(zhì)量稱(chēng)為液體的密度。體積為，質(zhì)量為的液體的密度為 mV 礦物

3、油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增加，但變動(dòng)值很小，可以認(rèn)為是常值。我國(guó)采用攝氏20度時(shí)的密度作為油液的標(biāo)準(zhǔn)密度,以表示常用液壓油和傳統(tǒng)的密度如下： 以液體的靜壓能傳遞動(dòng)力的液體傳動(dòng)是以油液作為工作介質(zhì)的，為此必須了解油液的種類(lèi)物理性質(zhì)，研究油液的靜力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，本章主要介紹這方面的內(nèi)容。常用工作介質(zhì)的密度( kg/m )3壓力為0、體積為0的液體，如壓力增大p 時(shí)，體積減小V ，則此液體的可壓縮性可用體積壓縮系數(shù) ，即單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量來(lái)表示 pVV0由于壓力增大時(shí)液體的體積減小，因此上式右邊須加一負(fù)號(hào)，以使 成為正值。液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，

4、稱(chēng)為體積彈性模量，簡(jiǎn)稱(chēng)體積模量。即= 。 封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況就如一彈簧：外力增大，體積減??；外力減小，體積增大。其彈簧剛度 h，在液體承壓面積A 不變時(shí)，可以通過(guò)壓力變化P=F/A和體積變化V=AL求出，即h=Fl=A KV2液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的可壓縮性對(duì)動(dòng)態(tài)工作的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)影響極大；但當(dāng)液壓系統(tǒng)在靜態(tài)下（穩(wěn)態(tài)）工作時(shí)，一般可以不予考慮。109109109109.3（1.42.0）3.152.65各種液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的體積模量（20 C，大氣壓）0液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象就叫粘性。靜止液體是不會(huì)有粘

5、性的。液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ft 與液層接觸面積A液層間的速度梯度du/dy成正比即Ft = Adudy式中 為比例常數(shù)，稱(chēng)為粘性系數(shù)或粘度。粘度是衡量液體粘性的標(biāo)準(zhǔn)。粘度稱(chēng)動(dòng)力粘度，單位Pa s（帕 秒）。以前沿用的單位為P（泊，dyne s/cm ）.液體的動(dòng)力粘度與其密度的比值，成為運(yùn)動(dòng)粘度，即，單位m /s。以前沿用的單位為St（斯）2. 1Pa s=10 cP（厘泊）.321m /s = 10 St = 10 cSt（厘斯）= 10 mm /s24662即=dyduFt/A=dydu/為切應(yīng)力就物理意義而言， 不是一個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上常用它來(lái)標(biāo)志液體粘度，液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的

6、粘度是以40攝氏度時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度（以mm /s）的中心值來(lái)劃分的，如某一種牌號(hào)L-HL22 普通液壓油在40攝氏度時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為22mm /s22 液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變，對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)來(lái)說(shuō)，壓力增大時(shí)，粘度增大。在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內(nèi)，增大的數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)。右圖所示，溫度升高，粘度下降。這個(gè)變化率的大小直接影響液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的使用，其重要性不亞于粘度本身。4.其它性質(zhì) 液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)還有其它的一些性質(zhì)，如穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性氧化穩(wěn)定性水解穩(wěn)定性水解穩(wěn)定性剪切穩(wěn)定性等）抗泡沫性抗乳化性防銹性潤(rùn)滑性以及相容性（對(duì)所接觸的金屬密封材料涂料等作用程度）、導(dǎo)熱性等，都

7、對(duì)它的選擇和使用有重要影響，這些性質(zhì)需要在精煉的礦物油中加入各種添加劑來(lái)獲得，其含義較為明顯。2)潤(rùn)滑性能好。即油液潤(rùn)滑時(shí)產(chǎn)生的油膜強(qiáng)度高，以免產(chǎn)生干摩擦。3)質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少。不應(yīng)含有雜質(zhì)，以免刮傷表面。4)對(duì)金屬和密封件有良好的相容性。不應(yīng)含有腐蝕性物質(zhì)，以免侵蝕機(jī)件和密封元件。5)對(duì)熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩(wěn)定性。防止油液氧化后變酸性腐蝕金屬表面。6)抗泡沫好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。7)體積膨脹系數(shù)小，比熱容大。8)流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)(明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒時(shí)的溫度)和燃點(diǎn)高。9)對(duì)人體無(wú)害，成本低。對(duì)軋鋼機(jī)、壓鑄機(jī)、擠壓機(jī)和飛機(jī)等液壓系統(tǒng)則須突出耐

8、高溫、熱穩(wěn)定、不腐蝕、無(wú)毒、 不揮發(fā)、防火等項(xiàng)要求。二、對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求 不同的工作機(jī)械、不同的使用情況對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求有很大的不同；為了很好地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)應(yīng)具備如下性能：1)合適的粘度，較好的粘溫特性。粘度隨溫度變化越小越好。 1.分類(lèi)液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的品種以其代號(hào)和后面的數(shù)字組成，代號(hào)為L(zhǎng)是石油產(chǎn)品的總分類(lèi)號(hào)，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)的粘度等級(jí)。（表1.1所示）2工作介質(zhì)的選用原則選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)一般需考慮以下幾點(diǎn)：（1）液壓系統(tǒng)的工作條件 （2）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境 （3）綜合經(jīng)濟(jì)分析 四、液壓系統(tǒng)的污染控制工作介質(zhì)的污染是液

9、壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的可靠性及液壓元件的壽命，因此工作介質(zhì)的正確使用、管理以及污染控制，是提高液壓系統(tǒng)的可靠性及延長(zhǎng)液壓元件使用壽命的重要手段。1污染的根源進(jìn)入工作介質(zhì)的固體污染物有四個(gè)根源：已被污染的新油、殘留污染、侵入污染和內(nèi)部生成污染。2污染的的危害液壓系統(tǒng)的故障75以上是由工作介質(zhì)污染物造成的。3污染的測(cè)定污染度測(cè)定方法有測(cè)重法和顆粒計(jì)數(shù)法兩種。4污染度的等級(jí)我國(guó)制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT14039-93液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)和目前仍被采用的美國(guó)NASl638油液污染度等級(jí)。5工作介質(zhì)的污染控制工作介質(zhì)污染的原因很復(fù)雜，工作介質(zhì)自身又在不斷產(chǎn)生污染物，因

10、此要徹底解決工作介質(zhì)的污染問(wèn)題是很困難的。為了延長(zhǎng)液壓元件的壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，將工作介質(zhì)的污染度控制在某一限度內(nèi)是較為切實(shí)可行的辦法. 為了減少工作介質(zhì)的污染，應(yīng)采取如下一些措施：(1)對(duì)元件和系統(tǒng)進(jìn)行清洗，才能正式運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)防止污染物從外界侵入。(3)在液壓系統(tǒng)合適部位設(shè)置合適的過(guò)濾器。(4)控制工作介質(zhì)的溫度，工作介質(zhì)溫度過(guò)高會(huì)加速其氧化變質(zhì)，產(chǎn)生各種生成物，縮短它的使用期限。(5)定期檢查和更換工作介質(zhì)，定期對(duì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查，分析其污染度，如已不合要求，必須立即更換。更換新的工作介質(zhì)前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)徹底清洗一遍。（一） 液體的靜壓力作用在液體上的力有兩

11、種類(lèi)型：質(zhì)量力和表面力。前者作用在液體的所有質(zhì)點(diǎn)上，如重力、慣性力等,數(shù)值上等于加速度；后者作用在液體的表面上，如切向力和法向力。表面力可能是容器作用在液體上的外力，也可能是來(lái)自另一部分液體的內(nèi)力。靜止液體在單位面積上所受的法向力稱(chēng)為靜壓力。如果在液體內(nèi)部某點(diǎn)處微小面積A上作用有法向力F，則F/A的極限定義為該點(diǎn)處的靜壓力，用p表示，即 (1.1)若在液體的面積A上受均勻分布的作用力F，則靜壓力可表示為 (1.2) 液體靜壓力在物理學(xué)上稱(chēng)為壓強(qiáng)，在工程應(yīng)用中習(xí)慣稱(chēng)為壓力。（二） 液體靜壓力的特性 1)液體靜壓力垂直于作用表面，其方向和該面的內(nèi)法線方向一致； 2)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各

12、個(gè)方向上都相等。 液體靜壓力特性表明：靜止液體內(nèi)部的任何質(zhì)點(diǎn)都受平衡壓力的作用。 （1）靜壓力基本方程式）靜壓力基本方程式 在重力作用下的靜止液體，其受力情況如圖1-1所示 圖1-1 重力作用下的靜止液體則點(diǎn)所受的壓力為 式中，g為重力加速度，此表達(dá)式即為液體靜壓力的基本方程，由此式可知： (1)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力 p0,另一部分是 g與該點(diǎn)離液面深度 h 的乘積。 (2)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h 的增加而線性地增加。 (3)連通器內(nèi)同一液體中深度 h相同的各點(diǎn)壓力都相等。由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱(chēng)為等壓面。 重力作用下靜止液體中的等壓面是

13、一個(gè)水平面。 在液壓傳動(dòng)中，液體重力引起的壓力通常很小，可以忽略不計(jì)。液體靜壓力取決于外加壓力。 圖1-2 靜壓力基本方程式的物理意義 圖1-2為盛有液體的密閉容器，液面壓力為p0 ，選則一基本水平面ox，根據(jù)靜壓力基本方程式可以確定距液面深度處點(diǎn)的壓力，即 這是液體靜壓力基本方程式的另一種形式。其中 z0g表示A點(diǎn)的單位質(zhì)量液體的位能； 表示A點(diǎn)的單位質(zhì)量液體的壓力能。 上述表達(dá)式說(shuō)明了靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能和位能可以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量卻保持不變，即能量守恒，這就是靜壓力基本方程式中包含的物理意義。 壓力的表示方法壓力的表示方法有兩種：一種是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱(chēng)為

14、絕對(duì)壓力；另一種是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱(chēng)為相對(duì)壓力。由于大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力都是相對(duì)壓力，故相對(duì)壓力也稱(chēng)表壓力。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為： 絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí), 負(fù)相對(duì)壓力數(shù)值部分叫做真空度。即 真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力=-(絕對(duì)壓力-大氣壓) 由此可知，當(dāng)以大氣壓為基準(zhǔn)計(jì)算壓力時(shí)，基準(zhǔn)以上的正值是表壓力，基準(zhǔn)以下的負(fù)值就是真空度。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相互關(guān)系如圖1-3圖1-3 絕對(duì)壓力相對(duì)壓力和真空度壓力的單位: 法定壓力(ISO)單位稱(chēng)為帕斯卡(帕)，符號(hào)為 Pa，工程上常用兆帕這個(gè)單位來(lái)表示壓力， 在工程上采用工程大氣壓，也采用水

15、柱高或汞柱高度等，在液壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位有巴，符號(hào)為 bar 1bar壓力的單位及其它非法定計(jì)量單位的換算關(guān)系為： 1at(工程大氣壓) (米水柱) (毫米汞柱) 在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理或稱(chēng)帕斯卡原理。液壓系統(tǒng)中的壓力是由外界負(fù)載決定的。 在左圖中，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(diǎn)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，則液體中的壓力為 由此可見(jiàn)，缸筒內(nèi)的液體壓力是由外界負(fù)載決定的，這是液壓傳動(dòng)中的一個(gè)基本概念。 圖1-4 液壓千斤頂是在工程中的應(yīng)用實(shí)例。按

16、帕斯卡原理應(yīng)有p1=p2，或F2A1=F1A2 靜止液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在某一方向上所受靜壓作用力的總和，便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。在液壓傳動(dòng)計(jì)算中質(zhì)量力可以忽略，靜壓力處處相等，所以可認(rèn)為作用于固體壁面上的壓力是均勻分布的。 當(dāng)固體壁面是曲面時(shí)，作用在曲面各點(diǎn)的液體靜壓力是不平行的，曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于液體靜壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。 為承受部分曲面投影圓的直徑一一. 流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程 圖1-5 連續(xù)性方 程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 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)形式，如果液體作定常流動(dòng)，且不可壓縮，那么任取一流

17、管(圖1-5)，兩端通流截面面積為A1 和 A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為dA1和dA2，在微小截面上各點(diǎn)的速度可以認(rèn)為是相等的，且分別為 u1和u2 。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt時(shí)間內(nèi)流人此微小流束的質(zhì)量應(yīng)等于從此微小流束流出的質(zhì)量，故有 即對(duì)整個(gè)流管，顯然是微小流束的集合，由上式積分得 即如用平均速度表示，得 由于兩通流截面是任意取的，故有 上式稱(chēng)為不可壓縮液體作定常流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程。它說(shuō)明通過(guò)流管任一通流截面的流量相等。此外還說(shuō)明當(dāng)流量一定時(shí)，流速和通流截面面積成反比。 伯努利方程就是能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表現(xiàn)形式。要說(shuō)明流動(dòng)液體的能量問(wèn)題，必須先講述液流的受力平

18、衡方程，亦即它的運(yùn)動(dòng)微分方程。 1 . 理想液體的運(yùn)動(dòng)微分方程 這就是重力場(chǎng)中，理想液體沿流線作定常流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程，即歐拉運(yùn)動(dòng)方程。它表示了單位質(zhì)量液體的力平衡方程。3實(shí)際液體總流的伯努利方程上式就是僅受重力作用的實(shí)際液體在管流中作平行(或緩變)流動(dòng)截面上的伯努利方程。它的物理意義是單位質(zhì)量液體的能量守恒。其中 hwg為單位質(zhì)量液體從截面1流到截面2過(guò)程中的能量損耗。 （1）和是指截面的同一點(diǎn)上的兩個(gè)參數(shù)，至于1、2上的點(diǎn)倒不一定都要取在同一條流線上，但一般對(duì)管流而言，計(jì)算點(diǎn)都取在軸心線上。把這兩個(gè)點(diǎn)都取在兩截面的軸心處，不過(guò)是為了方便。 （2）液流是恒定流。如不是恒定流，要加入慣性項(xiàng)。 （

19、3）兩個(gè)計(jì)算通流截面應(yīng)取在平行流動(dòng)或緩變流動(dòng)處，但兩截面之間的流動(dòng)不受此限制。至于兩截面間是什么流，是沒(méi)有關(guān)系的，這最多影響能量損失的大小。應(yīng)用伯努利方程時(shí)，應(yīng)注意的幾點(diǎn) （4）液流僅受重力作用，亦即盛液的容器沒(méi)有牽連加速度的情況。 （5）液體不可壓縮，密度在運(yùn)動(dòng)中保持不變。 （6）流量沿程不變，即沒(méi)有分流。 （7）適當(dāng)?shù)剡x取基準(zhǔn)面，一般取液平面，這時(shí)一般等于a ，。 （8）截面上的壓力應(yīng)取同一種表示法，都取相對(duì)壓力，或都取絕對(duì)壓力。壓力小于大氣壓時(shí)，則表壓力為負(fù)值，但用真空度表示時(shí)要寫(xiě)正值。如絕對(duì)壓力為0.03MPa，則表壓力為-0.07MPa，真空度為0.07MPa。 （9）不要忘記動(dòng)能修

20、正系數(shù)，=2層流時(shí) ，1紊流時(shí) 。 因?yàn)樵谕茖?dǎo)伯努利方程過(guò)程中逐次加入了限制條件。因此 液體作用在固體壁面上的力，用動(dòng)量定理來(lái)求解比較方便。動(dòng)量定理指出：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量的變化率，即 根據(jù)上式進(jìn)行推導(dǎo)（詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程請(qǐng)參閱參考書(shū)）可得流動(dòng)液體的動(dòng)量方程。 方程左邊為作用于控制體積內(nèi)液體上的所有外力的總和，而等式右邊第一項(xiàng)表示液體流量變化所引起的力，稱(chēng)為瞬態(tài)力；第二、三項(xiàng)表示流出控制表面柑流人控制表面時(shí)的動(dòng)量變化率，稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)力。如果控制體中的液體在所研究的方向上不受其它外力，只有液體與固體壁面的相互作用力，則該二力的作用力與反作用力大小相等，方向相反。液體作用在固

21、體壁面的作用力分別稱(chēng)為瞬態(tài)液動(dòng)力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。 定常流動(dòng)時(shí)， ，故上式中只有穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，即 上述公式均為矢量表達(dá)式，在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)問(wèn)題的具體要求向指定方向投影，列出該指定方向的動(dòng)量方程，從而可求出作用力在該方向上的分量，然后加以合成。動(dòng)量修正系數(shù)，為液體流過(guò)某截面A的實(shí)際動(dòng)量與以平均流速流過(guò)截面的動(dòng)量之比，當(dāng)液流流速較大且分布較均(紊流)時(shí)， =1，液流流速較低且分布不均勻(層流) 時(shí)， =1.33 實(shí)際液體具有粘性，在流動(dòng)時(shí)就有阻力，為了克服阻力，就必然要消耗能量，這樣就有能量損失。在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實(shí)際液體流動(dòng)的伯努利方程式項(xiàng)的含義。液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩

22、類(lèi)，一類(lèi)是油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失，稱(chēng)之為沿程壓力損失。這類(lèi)壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力所引起的。另一類(lèi)是油液流經(jīng)局部障礙(如彎管、接頭、管道截面突然擴(kuò)大或收縮)時(shí)，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(diǎn)間以及質(zhì)點(diǎn)與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱(chēng)之為局部壓力損失。 一、流態(tài)、雷諾數(shù)1層流和紊流流體在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)，可以看到左圖1-6所示的幾種流動(dòng)狀態(tài)，一般將其定義為層流和紊流。在低速流動(dòng)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝睿移叫杏诠艿垒S線，如圖1-6a所示，此種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為在層流時(shí)；當(dāng)流速大時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除

23、了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，此種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為紊流，如圖1-6d所示；圖1-6b中色線開(kāi)始折斷，表明層流開(kāi)始破壞，圖1-6c中色線上下波動(dòng)，并出現(xiàn)斷裂，表現(xiàn)液體流動(dòng)已趨于紊流. 英國(guó)物理學(xué)家雷諾通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了液體在管路中流動(dòng)時(shí)存在的兩種流動(dòng)狀態(tài)-層流和紊流。雷諾實(shí)驗(yàn)表明，層流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體沿管路軸線作線性或?qū)訝盍鲃?dòng)；紊流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)相互干擾，運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了沿管路軸線運(yùn)動(dòng)以外還有劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)分析表明，層流發(fā)生在液體流速較低的場(chǎng)合，粘性力起主導(dǎo)作用，壓力損失主要是液體的粘性摩擦損失；紊流發(fā)生在液體流速較高的場(chǎng)合，慣性力起主導(dǎo)作用，壓力損失主要是液體的動(dòng)

24、能損失。 2雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速有關(guān)，還和管徑、液體的運(yùn)動(dòng)粘度 有關(guān)，但是真正決定液流流動(dòng)狀態(tài)的是用這三個(gè)數(shù)所組成的一個(gè)稱(chēng)為雷諾數(shù)Re的無(wú)量綱數(shù)，即 液體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)若相同，則它的流動(dòng)狀態(tài)也相同。另一方面液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)是不同的，前者稱(chēng)為上臨界雷諾數(shù)，后者為下臨界雷諾數(shù)，后者數(shù)值小，所以一般都用后者作為判別液流狀態(tài)的依據(jù)，簡(jiǎn)稱(chēng)臨界雷諾數(shù)Rec（見(jiàn)表1-8），當(dāng)液流的實(shí)際流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，液流為層流，反之液流則為紊流，常見(jiàn)的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實(shí)驗(yàn)求得。 對(duì)于非圓截面管道來(lái)說(shuō)，Re可用下式來(lái)計(jì)算 式

25、中，R為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積A和它的濕周(通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長(zhǎng)) 之比，即 水力半徑大小對(duì)管道通流能力影響很大。水力半徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大；水力半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，容易堵塞。 面積相等但形狀不同的通流截面，其水力直徑是不同的。計(jì)算表明，圓形的水力直徑最大，同心圓環(huán)的水力直徑最小。水力直徑大則通流能力強(qiáng)，對(duì)液體的流動(dòng)阻力小。因此管路多是圓形截面。一切流動(dòng)都有層流和紊流兩種流動(dòng)狀態(tài)及相應(yīng)臨界雷諾數(shù)，臨界雷諾數(shù)的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。雷諾數(shù)的物理意義是：液流的慣性作用和粘性作用之比。另外，前面提到的動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)也與

26、液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。層流時(shí)，=2，=4/3；紊流時(shí)，=1。 液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失稱(chēng)為沿程壓力損失，該損失與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 （一） 層流時(shí)的沿程壓力損失 圖1-8 圓管層流運(yùn)動(dòng)分析液體在等徑水平直管中的層流流動(dòng)如圖2-8所示。取一段與管軸重合的微小圓柱體作為研究對(duì)象。液體作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)該微元體處于受力平衡狀態(tài)，即 式中，F(xiàn)f是液體內(nèi)摩擦力。這里用到了牛頓液體內(nèi)摩擦定律。整理上式可得 對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入邊界條件，得可見(jiàn)，流速在半徑方向上是按拋物線規(guī)律分布的，在管道軸線上流速取最大值。 通過(guò)微元體的流量微元為 積分上式可得 5580.252d22( )87Re595( )=0

27、.11( )d98Re4時(shí)的情況，其流量公式為 孔口的長(zhǎng)徑比0.5l/d4時(shí)為短孔。短孔的流量公式仍為薄壁小孔公式，只是流量系數(shù)Cq應(yīng)從圖2.15中查出。當(dāng)dRe/l10000時(shí)，可取Cq=0.82。短孔的工藝性好，在固定節(jié)流器中常用。孔口的長(zhǎng)徑比l/d4時(shí)為細(xì)長(zhǎng)孔。細(xì)長(zhǎng)孔中多為層流，流量公式可用前面推出的圓管流量公式，即 細(xì)長(zhǎng)孔的流量總是與液體粘度有關(guān)的。 二、縫隙液流特性液壓系統(tǒng)是由一些元件、管接頭和管道組成的，每一部分都是由一些零件組成的，在這 些零件之間，通常需要有一定的配合間隙，由此帶來(lái)了泄漏現(xiàn)象，同時(shí)液壓油也總是從壓力， 較高處流向系統(tǒng)中壓力較低處或大氣中，前者稱(chēng)為內(nèi)泄漏，后者稱(chēng)為

28、外泄漏。(一)平行平板的間隙流動(dòng)如圖1-12所示，平板長(zhǎng)為l ，寬為，兩平行平板間的間隙為，且 l ，。液體不可壓縮，質(zhì)量力可忽略不計(jì)，粘度為常數(shù)，則在流動(dòng)液體中取一微小單元體dxdy，作用在它與液流相垂直的兩個(gè)表面上的壓力為p和p+dp，作用在它與液流相平行的圖1-12 平板縫隙間的液體流動(dòng)兩個(gè)表面上的單位面積摩擦力為和+d，因此它受力平衡方程為pdy+（+d ）dx=（p+dp）dy+ dx經(jīng)整理并將=du/dy代入后得d udy22=1dpdx1.固定平行平板間隙流動(dòng)(壓差流動(dòng))上、下兩平板均固定不動(dòng)，液體在間隙兩端的壓差作用下而在間隙中流動(dòng)，稱(chēng)為壓差流動(dòng)。當(dāng)y=0時(shí)，u=0；當(dāng)y=h時(shí)

29、，u=0，將此邊界條件代入上式可得對(duì)上式兩次積分可得21dpdxy2u=+ C1y +C2式中C1C2為邊界條件所確定的積分常數(shù)。下面分兩種情況討論2-hC1=dpdxC2=0所以于是有u=-21（h-y）ydpdx因?yàn)閐pdx=p2-p1p1-p2l=l-=-pl代入流速及流量公式得從以上兩式可以看出，在間隙中的速度分布規(guī)律呈拋物線狀，通過(guò)間隙的流量與間隙的三次方成正比，因此必須嚴(yán)格控制間隙量，以減少泄露。2兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的間隙流動(dòng)(1)兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度u，但無(wú)壓差 這種流動(dòng)稱(chēng)為純剪切流動(dòng)。 (2)兩平行平板既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩端又存在壓差時(shí)的流動(dòng) 這是一種普遍情況，其速度和流量

30、是以上兩種情況的線性疊加，即 其邊界條件為：當(dāng)y=0時(shí)，u=0；當(dāng)y=h時(shí)，u=v，且dp/dx=0。由C1=v/h；C2=0所以有（二）圓環(huán)縫隙流量（二）圓環(huán)縫隙流量 在液壓缸的活塞和缸筒之間，在液壓閥的閥心和閥套之間都存在圓環(huán)縫隙，下面分兩種情況討論。 圖1-13 同心圓環(huán)縫隙液流1.同心圓環(huán)縫隙流量 同心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)和液體流動(dòng)情況如圖1-13所示。如果將圓環(huán)縫隙沿圓周方向展開(kāi)，就相當(dāng)于一個(gè)平行平板縫隙。 2.偏心圓環(huán)縫隙流量 偏心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。此時(shí)的流量公式為 圖1-14 偏心圓環(huán)縫隙液流式中，h內(nèi)外圓同心時(shí)的縫隙值；相對(duì)偏心率，=e/h，e為偏心距。由此可見(jiàn)，當(dāng)=0

31、時(shí)，它就是同心圓環(huán)縫隙的流量公式；當(dāng)=1時(shí)，偏心圓環(huán)縫隙的流量比同心圓環(huán)縫隙流量大了許多?？梢?jiàn)，較高的同心度可以減小泄漏量。 （三）（三） 圓環(huán)平面縫隙流量圓環(huán)平面縫隙流量 圖1-15 園環(huán)平面縫隙間液流 圓環(huán)平面縫隙結(jié)構(gòu)和液體的流動(dòng)情況如圖1-15所示。圓環(huán)與平面縫隙之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 令uo=0，在半徑為r、距離下平面z處的徑向速度為 通過(guò)的流量 上式對(duì)r積分，并代入邊界條件，得圓環(huán)平面縫隙的流量公式為 在液壓系統(tǒng)中，空穴現(xiàn)象和液壓沖擊給系統(tǒng)帶來(lái)諸多不利影響，因此需要了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并采取措施加以防治。 流動(dòng)的液體，如果壓力低于其空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會(huì)分離出來(lái)，從

32、而導(dǎo)致液體中充滿(mǎn)大量的氣泡，這種現(xiàn)象稱(chēng)為空穴現(xiàn)象，如圖2.24(動(dòng)畫(huà))所示。如果液體的壓力進(jìn)一步降低，低到飽和蒸氣壓時(shí)，液體本身將汽化，產(chǎn)生更多的蒸氣泡，空穴現(xiàn)象將更加嚴(yán)重。空穴多發(fā)生在閥口和液壓泵的入口處。因?yàn)殚y口處液體的流速增大，壓力將降低。如果液壓泵吸油管太細(xì)，也會(huì)造成真空度過(guò)大，發(fā)生空穴現(xiàn)象。 空穴現(xiàn)象會(huì)引起流量的不連續(xù)和壓力波空穴現(xiàn)象動(dòng)，空氣中的游離氧對(duì)液壓元件有很大的腐蝕（氣蝕）作用。 為減少空穴現(xiàn)象帶來(lái)的危害，通常采取下列措施：1 減小孔口或縫隙前后的壓力降。一般希望相應(yīng)的壓力比p1/p23.5；2 降低液壓泵的吸油高度，適當(dāng)加大吸油管直徑。對(duì)于自吸能力差的液壓泵要安裝輔助泵供油

33、； 3 管路要有良好的密封，防止空氣進(jìn)入。 液壓沖擊液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因使液體壓力突然產(chǎn)生很高的峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為液壓沖擊。發(fā)生液壓沖擊時(shí)，由于瞬間的壓力峰值比正常的工作壓力大好幾倍，因此對(duì)密封元件、管道和液壓元件都有損壞作用，還會(huì)引起設(shè)備振動(dòng)，產(chǎn)生很大的噪聲。液壓沖擊經(jīng)常使壓力繼電器、順序閥等元件產(chǎn)生誤動(dòng)作。液壓沖擊的產(chǎn)生多發(fā)生在閥門(mén)突然關(guān)閉或運(yùn)動(dòng)部件快速制動(dòng)的場(chǎng)合。這時(shí)液體的流動(dòng)突然受阻，液體的動(dòng)量發(fā)生了變化，從而產(chǎn)生了壓力沖擊波。這種沖擊波迅速往復(fù)傳播，最后由于液體受到摩擦力作用而衰減。如動(dòng)畫(huà)所示為液壓缸制動(dòng)時(shí)由于慣性而產(chǎn)生的沖擊。現(xiàn)將減小壓力沖擊的措施歸納如下： 盡量延

34、長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間； 在沖擊區(qū)附近安裝卸荷閥、蓄能器等緩沖裝置 正確設(shè)計(jì)閥口，限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件速度， 使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較平穩(wěn)； 如果換向精度要求不高，可使液壓缸兩腔油路在換向閥回到中位時(shí)瞬時(shí)互通。 壓力沖擊值的近似計(jì)算壓力沖擊值的近似計(jì)算 如果系統(tǒng)的正常工作壓力為p，發(fā)生液壓沖擊時(shí)產(chǎn)生的壓力沖擊值為p，那么此時(shí)系統(tǒng)中的壓力pmax=p+p。由于液壓沖擊是一種非定常流動(dòng)，動(dòng)態(tài)過(guò)程非常復(fù)雜，精確計(jì)算壓力沖擊值是困難的。下面給出兩種壓力沖擊值的近似計(jì)算公式。1. 管道閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的壓力沖擊值 設(shè)產(chǎn)生壓力沖擊的管道長(zhǎng)度為l，壓力沖擊波第一波在l長(zhǎng)度內(nèi)的傳播時(shí)間為t1，液體

35、的密度為，管道中液體的流速為v，閥門(mén)關(guān)閉后的流速為v1，根據(jù)動(dòng)量方程有 式中，c=l/t1，是壓力波在管中的傳播速度，其值在9001400m/s之間。 2. 運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)的壓力沖擊值 設(shè)總質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)部件在制動(dòng)時(shí)的減速時(shí)間為t，速度減小值為v，液壓缸有效面積為A，根據(jù)動(dòng)量定理有 上式忽略了阻尼和泄漏等因素的影響，計(jì)算結(jié)果偏大，比較安全。式中取泄漏量q=klp。這是因?yàn)橐簤罕霉ぷ鳂?gòu)件之間的間隙很小，泄漏液體的流動(dòng)狀態(tài)可以看作是層流，即泄漏量和泵的工作壓力 p成正比。Kl 是液壓泵的泄漏系數(shù)。 2）機(jī)械損失 指液壓泵內(nèi)流體粘性和機(jī)械摩擦造成的轉(zhuǎn)矩?fù)p失。機(jī)械損失的大小用機(jī)械效率表征，即 （25）

36、 在實(shí)際的計(jì)算中，若油箱通大氣，液壓泵吸、壓油口的壓力差p往往用液壓泵出口壓力p代入。 液壓泵的總效率、容積效率和機(jī)械效率可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。下圖給出了某液壓泵的性能曲線。 式中，pv齒輪泵的容積效率。 式(214)中的q是齒輪泵的平均流量，實(shí)際上，在齒輪嚙合過(guò)程齒輪泵的瞬時(shí)流量是脈動(dòng)變化的。設(shè)qmax和qmin分別表示齒輪泵的最大、最小瞬時(shí)流量，則流量脈動(dòng)率q為 （215） 式中，K系數(shù) ；對(duì)于主動(dòng)輪，K0.75。對(duì)從動(dòng)輪，K = 0.85；p 泵進(jìn)、出口壓力差；De齒頂圓直徑。 由此可見(jiàn)，當(dāng)泵的尺寸確定以后，油液壓力越高徑向不平衡力就越大。其結(jié)果是加速軸承的磨損，增大內(nèi)部泄漏，甚至造成齒頂與

37、殼體內(nèi)表面的摩擦。減小徑向不平衡力的方法有： （1） 縮小壓油腔 （2） 開(kāi)壓力平衡槽 右圖（動(dòng)畫(huà)）為單作用葉片泵工作原理圖。單作用葉片泵也是由轉(zhuǎn)子l、定子2、葉片3和配油盤(pán)(圖中未畫(huà)出 )等零件組成。與雙作用葉片泵明顯不同之處是，定子的內(nèi)表面是圓形的 ， 轉(zhuǎn)子與定子之間有一偏心量e ，配油盤(pán)只開(kāi)一個(gè)吸油窗口和一個(gè)壓油窗口。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力作用，葉片頂部始終壓在定子內(nèi)圓表面上 。這樣，兩相鄰葉片間就形成了密封容腔 。顯然 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)， 單作用葉片泵工作原理圖中右側(cè)的容腔是吸油腔，左側(cè)的容腔是壓油腔，它們?nèi)莘e的變化分 1轉(zhuǎn)子；2定子；3葉片別對(duì)應(yīng)著吸油和壓油過(guò)程。封油區(qū) 如

38、圖中所示。由于在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，每個(gè)密封容腔完成吸油、壓油各一次，因此也稱(chēng)為單作用式葉片泵。單作用式葉片泵的轉(zhuǎn)子受不平衡液壓力的作用,故又被稱(chēng)為非卸荷式葉片泵。 右圖是單作用葉片泵排量和流量計(jì)右圖是單作用葉片泵排量和流量計(jì)算簡(jiǎn)圖。定子、轉(zhuǎn)子直徑分別為算簡(jiǎn)圖。定子、轉(zhuǎn)子直徑分別為D和和d , , 寬度為寬度為B ，兩葉片間夾角為，兩葉片間夾角為，葉片數(shù)為，葉片數(shù)為Z， 定子與轉(zhuǎn)子的偏心量為定子與轉(zhuǎn)子的偏心量為e 。當(dāng)泵的。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩相鄰葉片間的密封容轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩相鄰葉片間的密封容積的變化量為積的變化量為V1 - - V2。若把。若把AB和和CD看看作是以作是以O(shè)1為中心的圓

39、弧，則為中心的圓弧，則所以，單作用葉片泵的排量所以，單作用葉片泵的排量為為 泵的實(shí)際流量q為 泵的實(shí)際流量q為 泵的實(shí)際流量泵的實(shí)際流量q q為為 泵的理論流量泵的理論流量q qt t為為 q qt=t= nn 右圖是單作用葉片泵排量和流量計(jì)右圖是單作用葉片泵排量和流量計(jì)算簡(jiǎn)圖。定子、轉(zhuǎn)子直徑分別為算簡(jiǎn)圖。定子、轉(zhuǎn)子直徑分別為D和和d , , 寬度為寬度為B ，兩葉片間夾角為，兩葉片間夾角為，葉片數(shù)為，葉片數(shù)為Z， 定子與轉(zhuǎn)子的偏心量為定子與轉(zhuǎn)子的偏心量為e 。當(dāng)泵的。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩相鄰葉片間的密封容轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩相鄰葉片間的密封容積的變化量為積的變化量為V1 - - V2。若把。若

40、把AB和和CD看看作是以作是以O(shè)1為中心的圓弧，則為中心的圓弧，則所以，單作用葉片泵的排量所以，單作用葉片泵的排量為為 泵的實(shí)際流量q為 泵的實(shí)際流量q為 泵的實(shí)際流量泵的實(shí)際流量q q為為 泵的理論流量泵的理論流量q qt t為為 q qt=t= nn 考慮到=2/Z，所以式中，B一葉片的寬度，R、r 定子的長(zhǎng)半徑和短半徑。實(shí)際上葉片有一定厚度，葉片所占的空間減小了密封工作容腔的容積。因此轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)因葉片所占體積而造成的排量損失為式中， s 葉片厚度； 葉片傾角。考慮到=2/Z，所以式中，B一葉片的寬度，R、r 定子的長(zhǎng)半徑和短半徑。實(shí)際上葉片有一定厚度，葉片所占的空間減小了密封工作容腔的容積

41、。因此轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)因葉片所占體積而造成的排量損失為式中， s 葉片厚度； 葉片傾角。 配油盤(pán)是泵的配油機(jī)構(gòu)。為了保證配油盤(pán)配油盤(pán)是泵的配油機(jī)構(gòu)。為了保證配油盤(pán)的吸、壓油窗口在工作中能隔開(kāi)，就必須的吸、壓油窗口在工作中能隔開(kāi)，就必須使配油盤(pán)上封油區(qū)夾角使配油盤(pán)上封油區(qū)夾角大于或等于兩個(gè)相大于或等于兩個(gè)相鄰葉片間的夾角，如圖鄰葉片間的夾角，如圖3.17所示，即所示，即式中，式中，Z一一 葉片數(shù)。葉片數(shù)。 此外，還要求定子圓弧部分的夾角此外，還要求定子圓弧部分的夾角，以免產(chǎn)生困油和氣穴現(xiàn)象。，以免產(chǎn)生困油和氣穴現(xiàn)象。 從上圖可以看出，在配油盤(pán)的壓油窗口上開(kāi)有一個(gè)三角槽從上圖可以看出，在配油盤(pán)的壓油窗口上

42、開(kāi)有一個(gè)三角槽 ，它的作用主要是用來(lái)，它的作用主要是用來(lái)減小泵的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)減小泵的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng) 。封油區(qū)中兩相鄰葉片之間的油液其壓力基本與吸油區(qū)壓。封油區(qū)中兩相鄰葉片之間的油液其壓力基本與吸油區(qū)壓力相同，當(dāng)這部分液體從封油區(qū)到達(dá)壓油窗口時(shí)力相同，當(dāng)這部分液體從封油區(qū)到達(dá)壓油窗口時(shí) ，相當(dāng)于一個(gè)低壓區(qū)域突然和一個(gè)高壓，相當(dāng)于一個(gè)低壓區(qū)域突然和一個(gè)高壓區(qū)域接通，這勢(shì)必造成壓油腔中的區(qū)域接通，這勢(shì)必造成壓油腔中的 油液倒流進(jìn)來(lái)，引起泵輸出流量和壓力的脈動(dòng)。在配油液倒流進(jìn)來(lái)，引起泵輸出流量和壓力的脈動(dòng)。在配油盤(pán)上葉片從封油區(qū)進(jìn)入壓油窗口的一邊開(kāi)三角槽，可使那塊低壓液體逐漸進(jìn)入壓油窗油盤(pán)上

43、葉片從封油區(qū)進(jìn)入壓油窗口的一邊開(kāi)三角槽，可使那塊低壓液體逐漸進(jìn)入壓油窗口口, ,壓力逐漸上升，從而降低泵的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)。三角槽的尺寸壓力逐漸上升，從而降低泵的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)。三角槽的尺寸 通常由實(shí)驗(yàn)來(lái)確通常由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。定。 定子工作表面曲線如左上圖所示。它由四段圓弧和四段過(guò)渡曲定子工作表面曲線如左上圖所示。它由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成。理想的過(guò)渡曲線應(yīng)保證使葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動(dòng)時(shí)徑向速度線組成。理想的過(guò)渡曲線應(yīng)保證使葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動(dòng)時(shí)徑向速度和加速度變化均勻，保證葉片對(duì)定子表面的沖擊盡可能小。目前定和加速度變化均勻，保證葉片對(duì)定子表面的沖擊盡可能小。目前定子的過(guò)渡曲線一般都使用等

44、加子的過(guò)渡曲線一般都使用等加等減速曲線，如右上圖所示。等減速曲線，如右上圖所示。 定子工作表面曲線如左上圖所示。它由四段圓弧和四段過(guò)渡曲定子工作表面曲線如左上圖所示。它由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成。理想的過(guò)渡曲線應(yīng)保證使葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動(dòng)時(shí)徑向速度線組成。理想的過(guò)渡曲線應(yīng)保證使葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動(dòng)時(shí)徑向速度和加速度變化均勻，保證葉片對(duì)定子表面的沖擊盡可能小。目前定和加速度變化均勻，保證葉片對(duì)定子表面的沖擊盡可能小。目前定子的過(guò)渡曲線一般都使用等加子的過(guò)渡曲線一般都使用等加等減速曲線，如右上圖所示。等減速曲線，如右上圖所示。 葉片在轉(zhuǎn)子中的安放應(yīng)當(dāng)有利葉片在轉(zhuǎn)子中的安放應(yīng)當(dāng)有利于葉片的滑動(dòng)，磨損要

45、小。右圖給于葉片的滑動(dòng)，磨損要小。右圖給出了葉片的受力分析。在工作過(guò)程出了葉片的受力分析。在工作過(guò)程中，受離心力和葉片根部壓力油的中，受離心力和葉片根部壓力油的作用，葉片緊緊地與定子接觸。定作用，葉片緊緊地與定子接觸。定子內(nèi)表面給葉片頂部的反作用力子內(nèi)表面給葉片頂部的反作用力N可分解為兩個(gè)力，即與葉片垂直的可分解為兩個(gè)力，即與葉片垂直的力力T和沿葉片槽方向的力和沿葉片槽方向的力P。顯然，。顯然，力力T容易使葉片折斷。為此，通常容易使葉片折斷。為此，通常將轉(zhuǎn)子槽按旋轉(zhuǎn)方向傾斜將轉(zhuǎn)子槽按旋轉(zhuǎn)方向傾斜角，這樣角，這樣可以減小力可以減小力T T的值。由理論分析和實(shí)的值。由理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，一般取驗(yàn)驗(yàn)

46、證，一般取為為10o14o。葉片傾角 YBX型外反饋限壓式變量葉片泵型外反饋限壓式變量葉片泵 l預(yù)緊力調(diào)整螺釘；預(yù)緊力調(diào)整螺釘； 2限壓彈簧；限壓彈簧；3泵體；泵體； 4轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；5定子定子 6滑塊；滑塊；7泵軸；泵軸；8葉片；葉片； 9反饋柱塞；反饋柱塞； 10最大偏心調(diào)整螺釘最大偏心調(diào)整螺釘 上圖是一種實(shí)用的上圖是一種實(shí)用的YBX型外反饋限壓式變量葉片泵。其組成和工作原理不再贅述。型外反饋限壓式變量葉片泵。其組成和工作原理不再贅述。 YBX型限壓式變量葉片泵在結(jié)構(gòu)上與雙作用葉片泵有以下三點(diǎn)不同：型限壓式變量葉片泵在結(jié)構(gòu)上與雙作用葉片泵有以下三點(diǎn)不同： 1） 限壓式變量葉片泵的葉片傾角與雙

47、作用葉片泵的葉片傾角相反，即葉片傾角沿限壓式變量葉片泵的葉片傾角與雙作用葉片泵的葉片傾角相反，即葉片傾角沿轉(zhuǎn)子徑向向后傾斜轉(zhuǎn)子徑向向后傾斜角；角； 2） 限壓式變量葉片泵的配油盤(pán)使處于壓油區(qū)的葉片底部通壓油腔，處于吸油區(qū)的限壓式變量葉片泵的配油盤(pán)使處于壓油區(qū)的葉片底部通壓油腔，處于吸油區(qū)的葉片底部通吸油腔。這樣使葉片頂部與底部液壓作用力基本平衡葉片底部通吸油腔。這樣使葉片頂部與底部液壓作用力基本平衡 ，避免了雙作用定量葉，避免了雙作用定量葉片泵在吸油區(qū)因液壓作用力徑向不平衡而導(dǎo)致定子內(nèi)表面嚴(yán)重磨損的問(wèn)題。片泵在吸油區(qū)因液壓作用力徑向不平衡而導(dǎo)致定子內(nèi)表面嚴(yán)重磨損的問(wèn)題。 3）根據(jù)理論分析，當(dāng)葉

48、片數(shù)為奇數(shù)時(shí)，限壓式變量葉片泵瞬時(shí)流量脈動(dòng)?。└鶕?jù)理論分析，當(dāng)葉片數(shù)為奇數(shù)時(shí)，限壓式變量葉片泵瞬時(shí)流量脈動(dòng)小, ,而雙作而雙作用葉片泵的葉片數(shù)為偶數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)小用葉片泵的葉片數(shù)為偶數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)小 。所以限壓式變量葉片泵的葉片數(shù)通常為。所以限壓式變量葉片泵的葉片數(shù)通常為 15 片片左右。左右。 這種泵的工作原理如左圖動(dòng)畫(huà)所示。由圖可見(jiàn)，與外反饋限壓式變量葉片泵的主要差別是沒(méi)有反饋活塞, 且配油盤(pán)上的壓油窗口對(duì)垂直軸是不對(duì)稱(chēng)的，向彈簧那邊轉(zhuǎn)過(guò)了角。這樣作用在定子內(nèi)壁上液壓力的合力P在X軸方向上存在一個(gè)分力PSin，它就是進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的反饋力。具體調(diào)節(jié)過(guò)程類(lèi)似于外反饋限壓式變量葉片泵。 內(nèi)反饋限壓式

49、變量葉片泵1預(yù)緊力調(diào)整螺釘；預(yù)緊力調(diào)整螺釘；2一定子；一定子；3轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；4一限壓彈簧；一限壓彈簧； 根據(jù)上述工作原理，外反饋限壓式變量葉片泵的輸出流量根據(jù)上述工作原理，外反饋限壓式變量葉片泵的輸出流量q與工作壓力與工作壓力p的的關(guān)系為關(guān)系為 式中，式中，kq是泵的流量常數(shù)，由泵的幾何參數(shù)決定。是泵的流量常數(shù)，由泵的幾何參數(shù)決定。kl是泵的泄漏系數(shù)。是泵的泄漏系數(shù)。 當(dāng)液壓反饋力小于彈簧預(yù)緊力時(shí)，定子處于最右端位置，故有當(dāng)液壓反饋力小于彈簧預(yù)緊力時(shí)，定子處于最右端位置，故有 當(dāng)液壓反饋力大于彈簧預(yù)緊力時(shí)，定子向左移動(dòng)。考慮到滾針軸承處的摩擦當(dāng)液壓反饋力大于彈簧預(yù)緊力時(shí)，定子向左移動(dòng)?？紤]到滾

50、針軸承處的摩擦力可取不同方向，此時(shí)定子在彈簧力方向上的受力平衡方程為力可取不同方向，此時(shí)定子在彈簧力方向上的受力平衡方程為， 式中，式中， Ff滾針支承處的摩擦力。如令摩擦系數(shù)為滾針支承處的摩擦力。如令摩擦系數(shù)為f，定子內(nèi)壁的承壓，定子內(nèi)壁的承壓 面積為面積為Ay，則摩擦力，則摩擦力Ff= pAyf； k彈簧剛度。由式（彈簧剛度。由式（226）和式（）和式（228）可）可以得到以得到 外反饋限壓式變量葉片泵的流量外反饋限壓式變量葉片泵的流量- -壓力曲線，如下圖所示。圖中的壓力曲線，如下圖所示。圖中的AB段如果不考慮泄漏的段如果不考慮泄漏的影響，這段特性是定量泵特性；影響，這段特性是定量泵特性

51、；BCBC段表明葉片泵輸出的流量隨著工作壓力的增大迅速減段表明葉片泵輸出的流量隨著工作壓力的增大迅速減少，這是壓力反饋式的變量泵特性。其中，拐點(diǎn)壓力少，這是壓力反饋式的變量泵特性。其中，拐點(diǎn)壓力p pc和最大工作壓力和最大工作壓力p pmax分別是定量泵分別是定量泵階段和變量泵階段液壓泵工作壓力的最大值。根據(jù)上面的關(guān)系可以求出階段和變量泵階段液壓泵工作壓力的最大值。根據(jù)上面的關(guān)系可以求出外反饋限壓式變量葉片泵外反饋限壓式變量葉片泵的流量壓力曲線的流量壓力曲線 右圖右圖( (動(dòng)畫(huà)）是徑向柱塞泵的工作動(dòng)畫(huà)）是徑向柱塞泵的工作原理圖。這種泵由柱塞原理圖。這種泵由柱塞 、轉(zhuǎn)子、襯套、轉(zhuǎn)子、襯套、定子和

52、配油軸組成。定子和轉(zhuǎn)子之間定子和配油軸組成。定子和轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)偏心有一個(gè)偏心 e。襯套固定在轉(zhuǎn)子孔內(nèi)。襯套固定在轉(zhuǎn)子孔內(nèi)隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。配油軸是固定不動(dòng)的。隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。配油軸是固定不動(dòng)的。柱塞在轉(zhuǎn)子（缸體柱塞在轉(zhuǎn)子（缸體 ）的徑向孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)）的徑向孔內(nèi)運(yùn)動(dòng), ,形成了泵的密封工作容腔。顯然，當(dāng)形成了泵的密封工作容腔。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位于上半周轉(zhuǎn)子按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位于上半周的工作容腔處于吸油狀態(tài)，油箱中的的工作容腔處于吸油狀態(tài)，油箱中的油液經(jīng)配油軸的油液經(jīng)配油軸的a孔進(jìn)入孔進(jìn)入b腔腔; 位于下半位于下半周的工作容腔則處于壓油狀態(tài)，周的工作容腔則處于壓油狀態(tài)，c 腔中腔中的油將從配

53、油軸的的油將從配油軸的d d孔向外輸出。改變孔向外輸出。改變定子與轉(zhuǎn)子偏心距定子與轉(zhuǎn)子偏心距e的大小和方向，就的大小和方向，就可以改變泵的輸出流量和泵的吸、壓可以改變泵的輸出流量和泵的吸、壓油方向。因此徑向柱塞泵可以做成單油方向。因此徑向柱塞泵可以做成單向或雙向變量泵。向或雙向變量泵。 由于徑向柱塞泵的徑向尺寸大，由于徑向柱塞泵的徑向尺寸大，自吸能力差，配油軸受徑向不平衡液自吸能力差，配油軸受徑向不平衡液壓力作用，易于磨損。這些原因限制壓力作用，易于磨損。這些原因限制了轉(zhuǎn)速和工作壓力的提高。了轉(zhuǎn)速和工作壓力的提高。徑向柱塞泵的工作原理圖徑向柱塞泵的工作原理圖閥配油徑向柱塞泵1偏心輪；2 柱塞；

54、3 彈簧；4 壓油閥； 5 吸油閥；6 滾動(dòng)軸承 從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，前面介紹的是軸配油徑向柱塞泵，即配油機(jī)構(gòu)設(shè)置在一根軸上。下從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，前面介紹的是軸配油徑向柱塞泵，即配油機(jī)構(gòu)設(shè)置在一根軸上。下面介紹另一種結(jié)構(gòu)的徑向柱塞泵面介紹另一種結(jié)構(gòu)的徑向柱塞泵閥配油徑向柱塞泵。閥配油徑向柱塞泵。 上圖上圖( (動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)) )是它的工作原理圖。是它的工作原理圖。泵軸泵軸O帶動(dòng)偏心輪帶動(dòng)偏心輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪上裝有滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪上裝有滾動(dòng)軸承6。柱塞。柱塞2在彈簧在彈簧3的作用下壓緊在滾動(dòng)的作用下壓緊在滾動(dòng)軸承上。偏心輪轉(zhuǎn)一周活塞完成一個(gè)往復(fù)行程。顯然，柱塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)吸油閥軸承上。偏心輪轉(zhuǎn)一周活塞完

55、成一個(gè)往復(fù)行程。顯然，柱塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)吸油閥5 吸油，吸油，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)壓油閥向上運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)壓油閥4壓油。壓油。 閥配油徑向柱塞泵的主要問(wèn)題是吸、壓油過(guò)程對(duì)柱塞的運(yùn)動(dòng)有一定的滯后。當(dāng)柱閥配油徑向柱塞泵的主要問(wèn)題是吸、壓油過(guò)程對(duì)柱塞的運(yùn)動(dòng)有一定的滯后。當(dāng)柱塞從吸油過(guò)程轉(zhuǎn)換到壓油過(guò)程時(shí)，柱塞在開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)的瞬間，吸油閥尚未關(guān)閉，壓油塞從吸油過(guò)程轉(zhuǎn)換到壓油過(guò)程時(shí)，柱塞在開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)的瞬間，吸油閥尚未關(guān)閉，壓油閥還未打開(kāi)，閥還未打開(kāi)， 這樣，柱塞將油壓到吸油腔。同理，當(dāng)柱塞從壓油過(guò)程轉(zhuǎn)換到吸油過(guò)程時(shí)，這樣，柱塞將油壓到吸油腔。同理，當(dāng)柱塞從壓油過(guò)程轉(zhuǎn)換到吸油過(guò)程時(shí)，在柱塞開(kāi)始往下運(yùn)動(dòng)的瞬間，壓油閥

56、尚未關(guān)閉，吸油閥還未打開(kāi)，這樣柱塞將從壓油腔在柱塞開(kāi)始往下運(yùn)動(dòng)的瞬間，壓油閥尚未關(guān)閉，吸油閥還未打開(kāi)，這樣柱塞將從壓油腔吸油。因此，閥配流徑向柱塞泵的實(shí)際排量比理論計(jì)算值要低。泵的轉(zhuǎn)速愈高這種滯后吸油。因此，閥配流徑向柱塞泵的實(shí)際排量比理論計(jì)算值要低。泵的轉(zhuǎn)速愈高這種滯后現(xiàn)象愈嚴(yán)重。所以，此類(lèi)泵的額定轉(zhuǎn)速一般不高?，F(xiàn)象愈嚴(yán)重。所以，此類(lèi)泵的額定轉(zhuǎn)速一般不高。若泵的轉(zhuǎn)速為若泵的轉(zhuǎn)速為n，容積效率為，容積效率為pv，則泵的流量為，則泵的流量為徑向柱塞泵的輸出流量是脈動(dòng)的。理論與實(shí)驗(yàn)分析表明，徑向柱塞泵的輸出流量是脈動(dòng)的。理論與實(shí)驗(yàn)分析表明，柱塞的數(shù)量為奇數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)小，因此，徑向柱塞泵柱塞柱塞的數(shù)

57、量為奇數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)小，因此，徑向柱塞泵柱塞的個(gè)數(shù)通常是的個(gè)數(shù)通常是7個(gè)或個(gè)或9個(gè)。個(gè)。直軸式1傳動(dòng)軸；2一斜盤(pán)；3一柱塞；4缸體；5一配油盤(pán)斜軸式l傳動(dòng)軸；傳動(dòng)軸；2一連桿；一連桿；3缸體；缸體；4一柱塞；一柱塞；5一平面配油盤(pán)一平面配油盤(pán) 泵的排量和流量分別為泵的排量和流量分別為 式中，式中，n一泵的轉(zhuǎn)速；一泵的轉(zhuǎn)速；pv一泵的容積效率。一泵的容積效率。 軸向柱塞泵的輸出流量是脈動(dòng)的。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，軸向柱塞泵的輸出流量是脈動(dòng)的。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明， 當(dāng)柱塞個(gè)數(shù)當(dāng)柱塞個(gè)數(shù)多且為奇數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)較小。從結(jié)構(gòu)和工藝考慮，柱塞個(gè)數(shù)多采用多且為奇數(shù)時(shí)流量脈動(dòng)較小。從結(jié)構(gòu)和工藝考慮，柱塞個(gè)數(shù)

58、多采用7或或9。流量脈動(dòng)率與柱塞數(shù)流量脈動(dòng)率與柱塞數(shù)Z的關(guān)系的關(guān)系Z 5 6 7 8 9 10 11 12 q(%) 4.98 14 2.53 7.8 1.53 4.98 1.02 3.45 （1）直軸式軸向柱塞泵）直軸式軸向柱塞泵 右圖右圖 是一種軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)是一種軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。傳動(dòng)軸圖。傳動(dòng)軸8通過(guò)花鍵帶動(dòng)缸體通過(guò)花鍵帶動(dòng)缸體6旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。柱塞柱塞5( (七個(gè)七個(gè)) )均勻安裝在缸體上。均勻安裝在缸體上。 柱塞柱塞的頭部裝有滑靴的頭部裝有滑靴4，滑靴與柱塞是球鉸，滑靴與柱塞是球鉸連接，可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)。由彈簧通過(guò)鋼球連接，可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)。由彈簧通過(guò)鋼球和壓板和壓板3將滑靴壓靠將滑靴

59、壓靠 在斜盤(pán)在斜盤(pán)2上。這樣，上。這樣，當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柱塞就可以在缸體中往當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柱塞就可以在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸油和壓油過(guò)程。配油盤(pán)復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸油和壓油過(guò)程。配油盤(pán)7與泵的吸油口和壓油口相通，固定在與泵的吸油口和壓油口相通，固定在泵體上。另外，在滑靴與斜盤(pán)相接觸的泵體上。另外，在滑靴與斜盤(pán)相接觸的部分有一個(gè)油室，壓力油通過(guò)柱塞中間部分有一個(gè)油室，壓力油通過(guò)柱塞中間的小孔進(jìn)入油室，在滑靴與斜盤(pán)之間形的小孔進(jìn)入油室，在滑靴與斜盤(pán)之間形成一個(gè)油膜，起著靜壓支承作用，從而成一個(gè)油膜，起著靜壓支承作用，從而減少了磨損。減少了磨損。 滑靴的靜壓支承原理如滑靴的靜壓支承原理如圖圖右圖右圖所示。所

60、示。 這種泵的變量機(jī)構(gòu)是手動(dòng)的。轉(zhuǎn)這種泵的變量機(jī)構(gòu)是手動(dòng)的。轉(zhuǎn)動(dòng)手把動(dòng)手把1 1，通過(guò)絲杠螺母副可以改變斜，通過(guò)絲杠螺母副可以改變斜盤(pán)的傾角，從而改變泵的輸出流量。盤(pán)的傾角，從而改變泵的輸出流量。 滑靴的靜壓支承原理圖1.柱塞 2.滑靴 3.斜盤(pán) （2）斜軸式軸向柱塞泵）斜軸式軸向柱塞泵 下下圖是一種斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。這是一個(gè)定量泵。它由主軸圖是一種斜軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。這是一個(gè)定量泵。它由主軸l、軸承組、軸承組2、連桿柱塞副連桿柱塞副3、缸體、缸體4、 泵體泵體5、球面配油盤(pán)、球面配油盤(pán)6和后蓋和后蓋7組成。由于缸相對(duì)主軸有一個(gè)傾角，組成。由于缸相對(duì)主軸有一個(gè)傾角，故稱(chēng)斜軸泵