液壓傳動基礎(chǔ)

1、第二章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ) 液壓系統(tǒng)中完全靠液壓油把能量從液壓泵經(jīng)管路、控制閥傳遞到執(zhí)行元件，根據(jù)統(tǒng)計，許多液壓設(shè)備的故障，皆起因于液壓油的使用不當，故應(yīng)對液壓油要有充分的了解。 1.5液壓油 1 1、液壓油的用途、液壓油的用途（1） 傳遞運動與動力：傳遞運動與動力：將泵的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能并傳至各處，將泵的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能并傳至各處，由于油本身具有粘度，在傳遞過程中會產(chǎn)生一定的由于油本身具有粘度，在傳遞過程中會產(chǎn)生一定的動力損失動力損失。（2）潤滑潤滑：液壓元件內(nèi)各移動部位，都可受到液壓油充分潤滑，從而減液壓元件內(nèi)各移動部位，都可受到液壓油充分潤滑，從而減低元件磨耗。低元件磨耗。

2、（3）密封密封：油本身的粘性對細小的間隙有密封的作用。油本身的粘性對細小的間隙有密封的作用。（4）冷卻冷卻：系統(tǒng)損失的能量會變成熱，被油帶出。系統(tǒng)損失的能量會變成熱，被油帶出。1.5液壓油 2 2、液壓油的種類：、液壓油的種類：液壓油主要有下列二種液壓油主要有下列二種（1 1）礦物油系液壓油（可燃性）：礦物油系液壓油（可燃性）：主要由石臘基（主要由石臘基（paraffin baseparaffin base）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最多的一種；的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最多的一種；其缺點為耐火性差其缺點為耐火性差。（2）耐火性液壓油（難燃性）：耐火性液壓油

3、（難燃性）：專用于防止有引起火災(zāi)危險的乳化型專用于防止有引起火災(zāi)危險的乳化型液壓油。有水中油滴型（液壓油。有水中油滴型（o/w）和油中水滴形（）和油中水滴形（w/o）兩種，水中）兩種，水中油滴型（油滴型（o/w）的潤滑性差，會侵蝕油封和金屬；油中水滴形）的潤滑性差，會侵蝕油封和金屬；油中水滴形（w/o）化學(xué)穩(wěn)定性很差。）化學(xué)穩(wěn)定性很差。（3）專用液壓油：航空、艦船、炮用及車輛制動用液壓油。）專用液壓油：航空、艦船、炮用及車輛制動用液壓油。 1.5液壓油 3 3、液壓油的性質(zhì)、液壓油的性質(zhì)（1）密度，比重越大，泵吸入性越差。（2）閃火點：油溫升高時，部分的油會蒸發(fā)而與空氣混合成油氣，此油氣所能點

4、火的最低溫度稱為閃火點，如繼續(xù)加熱，則會連續(xù)燃燒，此溫度稱為燃燒點。（3）粘度：流體流動時，沿其邊界面會產(chǎn)生一種阻止其運動的流體磨擦作用，這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性。（4）壓縮性：有體積壓縮系數(shù)或其倒數(shù)體積彈性模數(shù)k表示。 液壓油還有其他一些性質(zhì)，如穩(wěn)定性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性、以及相容性等。1.5液壓油 pvv0/1k式中： 剪應(yīng)力（） 動力粘度（單位是pa.s;1 pa.s=10p,一般用p（泊dyn.s/cm2）；cp（厘泊）來表示，）將液體動力粘度與液體密度之比稱為運動粘度。運動粘度也是絕對粘度，單位為m2/s,1 m2/s =106 mm2/s(厘斯，cst)動力粘

5、度的物理意義：當速度梯度為1時，接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。相對粘度又稱條件粘度。常用的有恩氏粘度：200ml，直徑2.8mm，同一溫度下與蒸餾水的時間比較。中國、俄羅斯及德國采用。美國、英國采用通用賽氏秒和商用雷氏秒。1.5液壓油 dyduv 粘性：液壓油粘性對機械效率、磨耗、壓力損失、容積效率、漏油及泵的吸入性影響很大。粘性可分為動力粘度和運動粘度兩種。粘度是液壓油的性能指標。習慣上使用運動粘度標志液體的粘度，例如機械油的牌號就是用其在400c時的平均運動粘度（mm/s2）為其標號。 油的粘性易受溫度影響，溫度上升，粘度降低，造成泄漏、磨損增加、效率降低等問題，溫度下降，粘度增加，造成

6、流動困難及泵轉(zhuǎn)動不易等問題，如運轉(zhuǎn)時油液溫度超過60度，就必須加裝冷卻器，因油溫在60度以上，每超過10度，油的劣化速度就會加倍 。1.5液壓油 4 4、對液壓油的要求、對液壓油的要求（1） 適當?shù)恼扯群土己玫恼硿匦?；?）有良好的化學(xué)穩(wěn)定性（氧化安定性，熱安定性及不易氧化、變質(zhì)）（3）良好的潤滑性，以減少相對運動間的磨損（4）良好的抗泡沫性（起泡少，消泡快）（5）體積膨脹系數(shù)低，閃點及燃點高（6）成分純凈，不含腐蝕性物質(zhì)，具有足夠的清潔度（7）對人體無害，對環(huán)境污染小，價格便宜1.5液壓油 5 5、液壓油的選用、液壓油的選用 液壓油有很多品種，可根據(jù)不同的使用場合選用合適的品種，在品種確定的

7、情況下，最主要考慮的是油液的粘度，其選擇考慮的因素如下。（1） 液壓系統(tǒng)的工作壓力：工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄露；反之便選用粘度較低的油。例如，當壓力p = 7.020.0mpa時，宜選用n46n100的液壓油；當壓力p7.0mpa時宜選用n32n68的液壓油。（2）運動速度：執(zhí)行機構(gòu)運動速度較高時，為了減小液流的功率損失，宜選用粘度較低的液壓油。（3）液壓泵的類型：在液壓系統(tǒng)中，對液壓泵的潤滑要求苛刻，不同類型的泵對油的粘度有不同的要求，具體可參見有關(guān)資料。（4）工作環(huán)境溫度高時選用粘度較高的液壓油，減少容積損失。1.5液壓油 6、液壓油的污染與保養(yǎng) 液壓油使用一段時

8、間后會受到污染，常使閥內(nèi)的閥芯卡死，并使油封加速磨耗及液壓缸內(nèi)壁磨損。造成液壓油污染的原因有三方面：1）污染：（1）外部侵入的污物；（2）外部生成的不純物2）惡化：液壓油的惡化速度與含水量、氣泡、壓力、油溫、金屬粉末等有關(guān)，其中以溫度影響最大，故液壓設(shè)備運轉(zhuǎn)時，須特別注意油溫之變化。3）泄漏：液壓設(shè)備因配管不良，油封破損是造成泄漏的原因，泄漏發(fā)生時空氣、水、塵埃便可輕易的侵入油中，故當泄漏發(fā)生時，必須立即加以排除。 液壓油經(jīng)長期使用，油質(zhì)必會惡化，一般皆用目視法判定油質(zhì)是否惡化，當油顏色混蝕并有異味時，須立即更換；保養(yǎng)方法有二種：一為定期更換（約為5000-20000小時），其次是使用過濾器定

9、期過濾。也可采用在線監(jiān)控液壓油是否達到規(guī)定值，定期抽查液壓油。液壓油的粘度、酸值、水分及雜質(zhì)是確定液壓油是否更換的重要指標。 1.5液壓油 2. 1 液壓油2.1.1 液壓油的物理性質(zhì)1、液體的密度密度： = m/v kg/ m3 2、液體的粘性液體在外力作用下流動時，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進行相對運動的內(nèi)摩擦力，這一特性稱為粘性。dydu液體粘性示意圖f=a 式中：比例常數(shù)，稱為粘性系數(shù)或粘度； 速度梯度 f=adydu 2. 1 液壓油粘度的分類：粘度是衡量流體粘性的指標。常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。動力粘度動力粘度在物理意義上講，是當速度梯度du/

10、dz=1時，單位面積上的內(nèi)摩擦力的大小，即： 它直接表示流體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小。運動粘度運動粘度是動力粘度與液體密度的比值,即：=/ 運動粘度沒有什么明確的物理意義，因在理論分析和計算中常遇到/的比值，為方便起見用表示。相對粘度相對粘度又稱條件粘度。各國采用的相對粘度單位有所不同。有的用賽氏粘度，有的用雷氏粘度，我國采用恩氏粘度。3、液體的可壓縮性當液體受壓力作用二體積減小的特性稱為液體的可壓縮性?？蓧嚎s性用體積壓縮系數(shù) 4、其它性質(zhì)1）壓力對粘度的影響 在一般情況下，壓力對粘度的影響比較小。當液體所受的壓力加大時，分子之間的距離縮小，內(nèi)聚力增大，其粘度也隨之增大。 2）溫度對粘度的影響

11、液壓油粘度對溫度的變化是十分敏感的，當溫度升高時，其分子之間的內(nèi)聚力減小，粘度就隨之降低。2. 1 液壓油選用正確而合理地選用液壓油，乃是保證液壓設(shè)備高效率正常運轉(zhuǎn)的前提。選用液壓油時，可根據(jù)液壓元件生產(chǎn)廠樣本和說明書所推薦的品種號數(shù)來選用液壓油，或者根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、工作溫度、液壓元件種類及經(jīng)濟性等因素全面考慮，一般是先確定適用的粘度范圍，再選擇合適的液壓油品種。同時還要考慮液壓系統(tǒng)工作條件的特殊要求，如在寒冷地區(qū)工作的系統(tǒng)則要求油的粘度指數(shù)高、低溫流動性好、凝固點低；伺服系統(tǒng)則要求油質(zhì)純、壓縮性??；高壓系統(tǒng)則要求油液抗磨性好。1 1、液體靜壓力：、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受

12、的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力,在物理學(xué)中則稱為壓強。如何定義液體中某點的壓力？2.液體靜壓力有兩個重要特性:（1）液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。這是由于液體質(zhì)點間的內(nèi)聚力很小,不能受拉只能受壓之故。為什么？（2）靜止液體內(nèi)任一點所受到的壓力在各個方向上都相等。為什么？如果某點受到的壓力在某個方向上不相等,那么液體就會流動,這就違背了液體靜止的條件。2. 2 流體靜力學(xué)3 3、液體、液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程 pa=po a+ gha 式中，gha為小液柱的重力， 液體的密度上式化簡后得：p=p0+gh 2. 2 流體靜力學(xué)3 3、液體、液體靜壓力

13、基本方程靜壓力基本方程說明什么問題：說明什么問題：（1） 靜止液體中任何一點的靜壓力為作用在液面的壓力po和液體重力所產(chǎn)生的壓力gh之和。（2） 液體中的靜壓力隨著深度h 而線性增加。 （3）在連通器里，靜止液體中只要深度h 相同其壓力都相等。 p=p0+gh2. 2 流體靜力學(xué)3 3、應(yīng)用液體、應(yīng)用液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程： 例1-1 如圖1-3所示，容器內(nèi)盛油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力f=1000n，活塞的面積a=110-3m2，假設(shè)活塞的重量忽略不計。問活塞下方深度為h=0.5m處的壓力等于多少？ 2. 2 流體靜力學(xué)解: 活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布

14、，有根據(jù)靜壓力的基本方程式（1-3），深度為h處的液體壓力 =106 +9009.80.5 =1.0044106(n/m2)106(pa) 從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力gh相對甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?，因而可近似認為整個液體內(nèi)部的壓力是相等的。以后我們在分析液壓系統(tǒng)的壓力時，一般都采用這種結(jié)論。26230/101011000mnmnafpghppa2. 2 流體靜力學(xué)4 4、 絕對壓力、表壓力及真空度絕對壓力、表壓力及真空度 根據(jù)度量方法的不同有所謂的表壓力又稱相對壓力（gauge pressure）和絕對壓力（absolute pressur

15、e）之分。以當?shù)卮髿鈮毫?atomosphere)為基準所表示的壓力稱為表壓力。以絕對零壓力作為基準所表示的壓力稱為絕對壓力。 如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。所以 真空度=大氣壓力-絕對壓力2. 2 流體靜力學(xué)4 4、 絕對壓力、表絕對壓力、表壓力及真空度壓力及真空度 有關(guān)表壓力、絕對壓力和真空度的關(guān)系見圖1-4。2. 2 流體靜力學(xué)12afawp5 5、帕斯卡原理帕斯卡原理（pascals principle） 圖所示建立了一個很重要的概念，即在液壓傳動中工作的壓力取決于負載，而與流入的流體多少無關(guān)。2. 2 流體靜力學(xué)6 6

16、、連續(xù)定理、連續(xù)定理(principle of continuity) 液體在流動時，通過任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時間改變的流動稱為穩(wěn)流，反之速度、壓力和密度其中一項隨時間而變，就稱為非穩(wěn)流。 對穩(wěn)流而言，液體以穩(wěn)流流動通過管內(nèi)任一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖1-6所示管內(nèi)兩個流通截面面積為a1和a2，流速分別為v1和v2，則通過任一截面的流量q如（16）式表示。 q=av=a1v1=a2v2=常量 （16）式（16）即連續(xù)定理，此式還得出另一個重要的基本概念，即運動速度取決于流量，而與流體的壓力無關(guān)。2. 3 流體動力學(xué)6 6、連續(xù)定理、連續(xù)定理(principle of con

17、tinuity)應(yīng)應(yīng)用及帕斯卡原理應(yīng)用：用及帕斯卡原理應(yīng)用：例例1-2 1-2 圖17所示為相互連通的兩個液壓缸，已知大缸內(nèi)徑d=100mm, 小缸內(nèi)徑d=20mm,大活塞上放上質(zhì)量為5000kg的物體。問:1.在小活塞上所加的力f有多大才能使大活塞頂起重物？2.若小活塞下壓速度為0.2m/s，試求大活塞上升速度？ 圖17 帕斯卡原理應(yīng)用實例2. 3 流體動力學(xué)6 6、連續(xù)定理、連續(xù)定理(principle of continuity)：解：解：1物體的重力為g=mg=5000kg9.8m/s2=49000kgm/s2=49000n根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相等，即故為了頂起重物

18、應(yīng)在小活塞上加力為 = 49000n=1960n2.由連續(xù)定理：q=av=常數(shù)得出：故大活塞上升速度： 本例說明了液壓千斤頂?shù)纫簤浩鹬貦C械的工作原理，體現(xiàn)了液壓裝置的力放大作用。 4422dgdfgddf22222210020mmmm大小vdvd4422)/(008. 02 . 0100202222smvddv小大2. 3 流體動力學(xué)7 7、液體流動中的壓力和流量的損失液體流動中的壓力和流量的損失（1）壓力損失：由于液體具有粘性，在管路中流動時又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。 壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當液

19、體在直徑不變的直管中流過一段距離時，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失?？偟膲毫p失等于沿程損失和局部損失之和。 由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個1.31.5的系數(shù)來估算。2. 4 壓力損失計算7 7、液體流動中的壓力和流量的損失液體流動中的壓力和流量的損失（2）流量損失 在液壓系統(tǒng)中,各被壓元件都有相對運動的表面,如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面，因為要有相對運動,所以它們之間都有一定的間隙,如果間隙的一邊為高壓油,另一邊為低壓油,則高壓油就會經(jīng)間隙流向低壓區(qū)從而造成泄漏。同時由于液壓元件密封不完善，一部分油液也會向外部泄漏。這種泄漏造成實際流量有所減少,這就是我們所說的流量損失。 流量損失影響運動速度，而泄漏又難以絕對避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個l.11.3的系數(shù)來估算。 2. 4 壓力損失計算8 8、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 （1）液壓沖擊：