液壓傳動(dòng)與液壓密封

1、!第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

2、! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ;touq& 第一章第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)第一節(jié)液壓傳動(dòng)工作原理與系統(tǒng)組成一、液壓傳動(dòng)的工作原理用液體作為工作介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞的傳動(dòng)方式稱為液體傳動(dòng)。液體傳動(dòng)按其工作原理的不同分為兩類：主要以液體動(dòng)能進(jìn)行工作的稱為液力傳動(dòng)（如離心泵、液力變矩器等）；主要以液體壓力能進(jìn)行工作的稱為液壓傳動(dòng)，即是本書所要討論的內(nèi)容。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)

3、明液壓傳動(dòng)的工作原理。圖 ! ! ! 為液壓千斤頂?shù)脑硎疽鈭D，圖中大小兩個(gè)液壓缸 # 和 $ 的內(nèi)部分別裝有活塞 % 和 &，活塞和缸體之間保持一種良好的配合關(guān)系，不僅活塞能在缸內(nèi)滑動(dòng)，而且配合面之間又能實(shí)現(xiàn)可靠的密封。當(dāng)用手向上提起杠桿 ! 時(shí)，小活塞 & 被帶動(dòng)上升，于是小液壓缸 $ 的下腔密封容積增大，腔內(nèi)壓力下降，形成部分真空，這時(shí)鋼球 將進(jìn)入大液壓缸 # 的通路關(guān)閉，油池 !( 中的油液就在大氣壓力的作用下推開鋼球 ) 沿吸油孔道進(jìn)入小液壓缸的下腔，完成一次吸油動(dòng)作；接著，壓下杠桿 !，小活塞下移，小液壓缸下腔的密封容積減小，腔內(nèi)壓力升高，這時(shí)鋼球 ) 自動(dòng)關(guān)閉了油液流回油池的通路

4、，小液壓缸下腔的壓力油就推開鋼球 擠入大液壓缸 # 的下腔，推動(dòng)大活塞將重物 * 向上頂起一段距離。如此反復(fù)地提壓杠桿 !，就可以使重物（質(zhì)量為! ）不斷升起，達(dá)到起重的目的。若將放油閥 + 旋轉(zhuǎn) +(,，則在重物 * 的自重作用下，大液壓缸中的油液流回油池，活塞下降到原位。 $ 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論圖 ! ! !液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?杠桿；#小活塞；$、%液壓缸；&、鋼球；(大活塞；)重物；*放油閥；!+油池從此例可以看出，液壓千斤頂是一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓傳動(dòng)裝置。分析液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程，可知液壓傳動(dòng)是依靠液體在可變化的密封容積中的壓力能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。液壓傳動(dòng)裝置本質(zhì)上是一種能量

5、轉(zhuǎn)換裝置，它先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，然后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能做功。二、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及圖形符號(hào)（一）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成圖 ! ! # 為某專用機(jī)床液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。液壓缸 & 固定在床身上，活塞桿( 和工作臺(tái) % 剛性連接。圖示位置電磁鐵 # 通電，將換向閥 $ 的閥芯 !+ 推向右邊。液壓泵 !# 把油箱 !& 中的油液經(jīng)濾油器 !$ 吸入液壓泵內(nèi)，然后通過(guò)管道經(jīng)換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞 和工作臺(tái) % 向右運(yùn)動(dòng)，液壓缸右腔油液經(jīng)節(jié)流閥 ) 和換向閥流回油箱。在此情況下，如果調(diào)節(jié)節(jié)流閥 ) 的開口大小，即可改變工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)的速度。當(dāng)電磁鐵 # 斷電電磁鐵 ! 通電時(shí)

6、，換向閥的閥芯 !+ 被推向左邊，使進(jìn)入液壓缸的油液換向，液壓泵排出的油液經(jīng)換向閥和單向閥 * 進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)，液壓缸左腔油液經(jīng)換向閥流回油箱。當(dāng)兩個(gè)電磁鐵都斷電時(shí)，閥芯 !+ 位于中位將進(jìn)回油口堵死，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，液壓泵排出油液的壓力將高于溢流閥 ! 所調(diào)定的壓力，于是，油液便經(jīng)溢流閥和回油管流回油箱。溢流閥起調(diào)壓或限壓作用。從上述專用機(jī)床工作臺(tái)的工作情況可以看出，一個(gè)液壓系統(tǒng)通常由以下幾部分組成：（!）動(dòng)力元件，即圖 ! ! # 中的液壓泵 !#，它使動(dòng)力部分（電機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 & 第一章液壓傳動(dòng)工作原理

7、與液壓流體力學(xué)圖 ! ! #專用機(jī)床液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖!溢流閥；#、!電磁鐵；$換向閥；%液壓缸；&活塞；工作臺(tái)；(活塞桿；)節(jié)流閥；*單向閥，!+閥芯；!#液壓泵；!$濾油器；!%油箱（#）執(zhí)行元件，即圖 ! ! # 中的液壓缸 %（或是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)），它使液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。（$）控制元件，即圖 ! ! # 中所示的換向閥 $、節(jié)流閥 )、溢流閥 ! 等。通過(guò)這些閥可以控制和調(diào)節(jié)液流的方向、流量和壓力，從而改變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度和作用力（或轉(zhuǎn)矩）大小。（%）輔助元件，即圖 ! ! # 中的油管、油箱和濾油器等。輔助元件是組成液壓系統(tǒng)必不可少的元件，對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠地工作

8、起重要作用。（&）工作介質(zhì)，即液壓油。機(jī)床液壓系統(tǒng)多數(shù)采用礦物油作為工作介質(zhì)。（二）液壓系統(tǒng)圖的圖形符號(hào)在圖 ! ! # 中，組成液壓系統(tǒng)的各個(gè)元件是用半結(jié)構(gòu)式圖形畫出來(lái)的，這種圖形直觀性強(qiáng)，較易理解，但難于繪制，系統(tǒng)中元件數(shù)量多時(shí)更是如此。在工程實(shí)際中，除某些特殊情況外，一般都用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)來(lái)繪制液壓系統(tǒng)原理圖。對(duì)于圖 ! ! # 所示的液壓系統(tǒng)，若用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ,- ()( 規(guī)定的液壓圖形符號(hào)繪制時(shí)，其系統(tǒng)原理圖如圖! ! $ 所示。圖中的符號(hào)只表示元件的職能和連接通路，并不表示各元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，不表示系統(tǒng)管路具體位置和元件安裝位置。圖中序號(hào)的意義與圖 ! ! # 相 & 第一篇液壓

9、傳動(dòng)與液壓密封概論同。圖 ! ! #專用機(jī)床液壓系統(tǒng)職能符號(hào)三、液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，有以下一些優(yōu)點(diǎn)：（!）能在較大的范圍內(nèi)比較方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。調(diào)速范圍一般可達(dá) !$ % ! 至 &$ %!。（&）在相同功率情況下，液壓傳動(dòng)能量轉(zhuǎn)換元件的體積較小，質(zhì)量較輕。（#）工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向。（）便于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，而且工作油液能使傳動(dòng)零件實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑，故使用壽命較長(zhǎng)。（(）操縱簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。（)）液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)有：（!）液

10、壓傳動(dòng)中的泄漏和液體的可壓縮性使傳動(dòng)無(wú)法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。（&）液壓傳動(dòng)有較多的能量損失（泄漏損失、摩擦損失），故傳動(dòng)效率不高，不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。（#）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度條件下工作。（）液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因?？偟貋?lái)看，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)很多，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，有些缺點(diǎn)會(huì)逐步被克 ) 服。第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)液壓傳動(dòng)由于具有上述一系列長(zhǎng)處，因此，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中獲得了廣泛的應(yīng)用。如在航海機(jī)械、航空機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、輕工機(jī)械等多方面都廣泛地使用了液壓傳動(dòng)。在機(jī)床上的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：（!）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如車床、自動(dòng)車床刀架

11、的進(jìn)給，組合機(jī)床動(dòng)力頭、動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給等。液壓傳動(dòng)能滿足所要求的調(diào)速范圍，并能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。（）主體運(yùn)動(dòng)，如牛頭刨床或插床的滑枕，采用液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)滑枕的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；也可用于自動(dòng)車床、數(shù)控機(jī)床等的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（#）仿形裝置，如車床、銑床上的仿形加工，可以采用液壓伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（$）數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床上工作臺(tái)的直線或回轉(zhuǎn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，可以用電液脈沖馬達(dá)及電液伺服閥等電液伺服裝置實(shí)現(xiàn)。（%）靜壓支承。靜壓支承已應(yīng)用于重型機(jī)床和高速機(jī)床的軸承、導(dǎo)軌和絲桿上，以獲得平穩(wěn)工作和較高的運(yùn)動(dòng)精度。液壓傳動(dòng)與電氣控制相結(jié)合，是目前實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械自動(dòng)化的主要手段，也是機(jī)、電、液一體化技術(shù)的發(fā)展方向，因而具有更加廣闊的

12、應(yīng)用前景。第二節(jié)液壓流體力學(xué)一、液壓油液壓油是液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)，液壓油的性質(zhì)與流體力學(xué)的特性關(guān)系密切，因而對(duì)液壓傳動(dòng)的性能影響很大。本節(jié)主要介紹液壓油的主要物理性質(zhì)。（一）液壓油的性質(zhì)! & 密度單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度，用 ! 表示，液壓油的密度! () * +),- . /#。密度是液體的一個(gè)重要的物理參數(shù)。液體的密度隨壓力和溫度的變化而變化，壓力增高，密度增大；溫度升高，密度減小。在一般工作條件下，這種變化很小，可以忽略不計(jì)。 & 可壓縮性液體分子間有一定間隙，液體受壓后體積會(huì)減小。液體受壓力作用而發(fā)生體積減小 0 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。表征液體

13、可壓縮性的是壓縮系數(shù)!。當(dāng)液體的體積為 、壓力增大 !# 時(shí)，體積減小 ! ，則液體在單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量即為!，其大小為：! ! #!（# #）!#由于壓力增大時(shí)，液體的體積減小，為使 ! 為正值，故而式 # # 中出現(xiàn)一負(fù)號(hào)。液體壓縮系數(shù) ! 的倒數(shù)稱為液體的體積模量，以$ 表示，即$ !#!#（# $）! !$ 表示產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化量所需的壓力增量，$ 的大小說(shuō)明了液體抵抗壓縮能力的大小。在常溫、常壓下，純凈油液的體積模量$!（# % & $）( #)*+ ,-，數(shù)值很大，液體的壓縮性很小，可認(rèn)為不可壓縮，所以一般情況下，把液體看成“柔軟剛體”。但在高壓及研究液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

14、性能時(shí)，則不能忽略液體的可壓縮性。當(dāng)液壓油中混入空氣時(shí)，液體的抗壓縮能力將顯著降低，所以在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)力求減少油液中混入的氣體及其他易揮發(fā)物質(zhì)。在進(jìn)行液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)計(jì)算時(shí)，由于液壓系統(tǒng)中不可避免地存在一定量的氣體，所以液壓油的體積模量$ 取 ) % . ( #)*+ ,-。* %粘性（#）粘性液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，液體分子間的內(nèi)聚力要產(chǎn)生一種阻礙液體分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力，液體流動(dòng)時(shí)所具有的這種性質(zhì)稱為液體的粘性（圖 # # &）。圖 # # &液體的粘性如圖 # # &，設(shè)距離很近的兩平行平板間充滿液體，上平板以速度%)向右平移，下平板不動(dòng)。液體的內(nèi)摩擦力及液體和固體壁面間的附著力，會(huì)

15、使液體內(nèi)部各層間的速度大小不等。緊貼于上平板的液體層速度為%) ，緊貼下平板的液體層速度為零，而中間各層液體的速度則如圖 # # & 中所示按線性規(guī)律分布。據(jù)研究，液體流動(dòng)時(shí)，相鄰兩液層間的內(nèi)摩擦力& 與液層的接觸面積 和液層間的 / 速度梯度!成正比，即!#或第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)$ !%!#（ # $）$!%! !#（ # %）式中!比例常數(shù)，又稱為動(dòng)力粘度，也可稱為液體內(nèi)摩擦系數(shù)；單位面積上的內(nèi)摩擦切應(yīng)力，式 # % 又稱為牛頓內(nèi)摩擦定律。由上式可知，液體為靜止液體時(shí)，速度梯度!內(nèi)摩擦力為零，即靜止液體無(wú)粘性。，（）粘度!#! &用以表示液體粘性大小的物理量稱為粘度。常用的

16、粘度有三種，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。動(dòng)力粘度即液體內(nèi)摩擦系數(shù)，又稱絕對(duì)粘度。由式 # % 知?jiǎng)恿φ扯葘?shí)際上是液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)，接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。在我國(guó)，動(dòng)力粘度!的法定計(jì)量單位是帕斯卡秒（()*）。液體動(dòng)力粘度與液體密度之比稱為運(yùn)動(dòng)粘度，即# !（ # +）$運(yùn)動(dòng)粘度單位中只含運(yùn)動(dòng)參數(shù)，# 無(wú)物理意義，其法定計(jì)量單位為二次方米每秒（,- *）。./0 規(guī)定統(tǒng)一采用某一溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度表示油液的粘度。我國(guó)生產(chǎn)的機(jī)械油和液壓油新的標(biāo)準(zhǔn)采用 %&1時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為其牌號(hào)（如 2$ 號(hào)液壓油，是指這種油在%&1 時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值為 $,- *）。相對(duì)粘度又稱條件粘度，它

17、是采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)量出來(lái)的粘度。由于測(cè)量條件的差異，各國(guó)采用的條件粘度也不同。我國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)采用的是恩氏粘度（34），美國(guó)采用賽氏粘度（/5），英國(guó)采用雷氏粘度（6）。各種相對(duì)粘度和運(yùn)動(dòng)粘度間有相應(yīng)的換算關(guān)系，具體內(nèi)容可參閱有關(guān)資料。（$）粘度和溫度的關(guān)系油液對(duì)溫度的變化極為敏感，溫度升高，使液體內(nèi)聚力減小，油液的粘度會(huì)顯著降低。油的粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱粘溫特性。不同種類的液壓油有不同的粘溫特性。液壓油粘度與溫度的關(guān)系可用圖 # # + 所示的粘溫曲線表示，其變化可直接在圖 # # + 中查找。粘溫特性好的油液，粘度隨溫度的變化較小。使用這種油液的系統(tǒng)，其性能受溫度的影響

18、也較小。 7 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論圖 ! ! #幾種國(guó)產(chǎn)油液粘溫圖液壓油的粘溫特性除了用粘溫曲線表示外，還可以用粘度指數(shù)! 來(lái)衡量。粘度指數(shù)! 值越大，則表示油液粘溫特性越好，粘溫曲線越平緩。一般液壓油的粘度指數(shù)要求在 $% 以上，優(yōu)異的在 !% 以上。& 其他性質(zhì)液壓油還有其他一些物理化學(xué)性質(zhì)，如抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、導(dǎo)熱性、相容性以及純凈性等。對(duì)于不同品種的液壓油，其各種性質(zhì)的指標(biāo)也不相同，具體可見油類產(chǎn)品手冊(cè)。（二）液壓油的種類及選用! 液壓油的種類液壓油主要可分為三大類：石油型、合成型和乳化型。液壓油的主要品種及其主要性質(zhì)見表 ! ! !。表 !

19、 ! !液壓油的主要品種及其性質(zhì)性能可燃性液壓油石油型合成型抗燃性液壓油乳化型密度( )*+ ,通用液壓油抗磨液壓油-#% . $%低溫液壓油磷酸脂液!% .!#%水 乙二醇液!%&% .!%油包水液$/% .$&%水包油液!%粘度粘度指數(shù)小 . 大小 . 大小 . 大小 . 大小 . 大!,% .!&% .小!,% .小! ( 不小于 !% -$#!,%!-%!0%!#%極高第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)性能可燃性液壓油石油型合成型抗燃性液壓油乳化型潤(rùn)滑性防銹性閃點(diǎn)（不低于） #凝點(diǎn)（不高于） #通用液壓油優(yōu)優(yōu)$%& (&! $&抗磨液壓油優(yōu)優(yōu)$%&! ()低溫液壓油優(yōu)優(yōu)$)& $%&

20、! *) ! +)磷酸脂液優(yōu)良難燃! (& ! )&水 ! 乙二醇液良良難燃! )&油包水液良良難燃! ()水包油液可可不燃! )石油型液壓油包括普通液壓油（,- 類）、液壓 ! 導(dǎo)軌油、抗磨液壓油（,.）、低溫液壓油（,/）、高粘度指數(shù)液壓油（,0）、機(jī)械油以及各種專用液壓油等。這類液壓油潤(rùn)滑性好，但抗燃性差，不宜在高溫、易燃、易爆場(chǎng)合使用。合成型液壓油包括水 ! 乙二醇液（ ,1/）、磷酸脂液（,10）等。這類油液價(jià)格高、燃點(diǎn)高、粘溫特性好，只用在特殊設(shè)備中。乳化型液壓油包括水包油乳化液（,1-）和油包水乳化液（,1.）。這類油液抗燃性好，但潤(rùn)滑性、防銹性和穩(wěn)定性較差，維護(hù)難。( 2 液壓

21、油的選用選擇液壓油時(shí)，首先應(yīng)選用合適的液壓油類型，然后選擇合適的液壓油粘度。油液粘度選擇的一般原則是：運(yùn)動(dòng)速度高或配合間隙小時(shí)宜采用粘度較低的液壓油以減小摩擦損失，工作壓力高或溫度高時(shí)宜采用粘度較高的油液以減少泄漏。在實(shí)際使用中，以液壓泵對(duì)液壓油的性能最為敏感，因?yàn)楸脙?nèi)零件的運(yùn)動(dòng)速度最高，承受的壓力最大，且承壓時(shí)間長(zhǎng)、溫升高，因而常據(jù)泵的類型來(lái)選擇液壓油的粘度。常用泵的用油粘度推薦值見表 $ ! $ ! (。表 $ ! $ ! (常用泵適用的粘度（33( 4）工作溫度 #泵類型齒輪泵! 7 % 8 9:葉片泵! % 8 9:軸向柱塞泵徑向柱塞泵) +&$% +&$% (;*$ +&() +$%

22、 6(+& 5&6* 55() +*% )+& ;5*% $)+ $ 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論二、液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)研究的是靜止液體的力學(xué)性質(zhì)。靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，液體整體則可以像剛體一樣作各種運(yùn)動(dòng)。（一）液體的靜壓力及其特性靜壓力是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，單位面積上所受的法向力，用! 表示為：! ! #$!#!%!靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱壓力，在物理學(xué)中稱壓強(qiáng)。我國(guó)法定的壓力單位的名稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（&）。在液壓技術(shù)中，常用壓力單位為兆帕（ ( &），其關(guān)系為：)( & ! )%*&液體靜壓力有如下特性：（)）液體靜壓力沿著內(nèi)法線方向作用于承壓面。這是因?yàn)橐后w只能

23、承受壓力，而不能承受剪切力和拉力。（+）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力在各個(gè)方向上都相等。如果在液體中某點(diǎn)受到的各個(gè)方向的壓力不等，那么液體就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這樣就破壞了靜止的條件。由此可知，靜止液體總是處于受壓狀態(tài)，并且其內(nèi)部的任何質(zhì)點(diǎn)都受平衡壓力的作用。（二）液體靜力學(xué)基本方程在重力場(chǎng)中討論靜止液體內(nèi)的壓力分布規(guī)律具有普遍意義。如圖 ) , ) , * 所示，在一密閉容器內(nèi)，靜止液體所受的力有液體的重力、液面上的外加力以及容器壁面作用于液體表面上的反壓力。若求在液面下深$ 處 點(diǎn)的壓力 !，可以從液體內(nèi)部取出一個(gè)底面包含 點(diǎn)的豎直小液柱，其上頂與液面重合。設(shè)小液柱底面積為 ! ，高為 $，液體的密度為

24、，則這個(gè)小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下，處于平衡狀態(tài)，其平衡式為：圖 ) , ) , *重力作用下的靜止液體! !%! -%$!即 )+ ! ! ! %-%$（) , *）第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)上式即為液體靜力學(xué)基本方程。重力作用下的靜止液體內(nèi)壓力分布有如下特征：（!）靜止液體中任一點(diǎn)的壓力由液面上的壓力!和液柱自身重力所產(chǎn)生的壓力!# 兩部分構(gòu)成。（#）靜止液體內(nèi)的壓力隨深度 # 的增加而線性增加。（$）同一液體中，離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等。由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱為等壓面。顯而易見，重力場(chǎng)下靜止液體的等壓面是水平面。（三）壓力的表示方法在壓力測(cè)試中，根據(jù)度量基準(zhǔn)的

25、不同，液體壓力分為絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種。以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為絕對(duì)壓力。以大氣壓力! %為基準(zhǔn)測(cè)得的高于大氣壓力的那部分壓力稱為相對(duì)壓力。在地球表面上，一切物體都受到大氣壓的作用，大氣壓力的作用都是自相平衡的，因此一般壓力儀表在大氣中的讀數(shù)為零。由測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力就是高于大氣壓的那部分壓力，所以相對(duì)壓力也稱為表壓力。在液壓技術(shù)中，如不特別指明，壓力均指相對(duì)壓力。當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，比大氣壓小的那部分壓力稱為真空度。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度間的關(guān)系如圖 ! & ! & 所示。在圖中，以大氣壓力為基準(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。圖 ! & !

26、& 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度用來(lái)衡量壓力大小的單位為法定單位帕（(%），已廢除的壓力單位巴（)%*）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（%+,）、工程大氣壓（%+）與帕的換算關(guān)系見表 ! & ! & $。表 ! & ! & $各種壓力單位間的換算關(guān)系帕(%巴)%*公斤力 - 厘米#./0 - 1,#工程大氣壓%+標(biāo)準(zhǔn)大氣壓%+,毫米汞柱,2/毫米水柱 ,2#3! 4 !5! 6 !7#! 6 !7#7 6 897#$ 4 !& ! 6 59# 4 !#! 6 !7# 4 !:通常液體在受外界壓力作用的情況下，由液體自重所形成的那部分壓力!# 相對(duì)很小，因此，在液壓系統(tǒng)中，可略去由液體自重所產(chǎn)生的壓力，近似認(rèn)為整個(gè)

27、液體內(nèi)部的壓力是相等的。 !$ 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論（四）靜壓力的傳遞由靜力學(xué)基本方程可知，靜止液體中任意一點(diǎn)處的壓力都包含了液面上的壓力! ! 。這也就是說(shuō)，在密封容器內(nèi)，由外力作用所產(chǎn)生的壓力可以等值傳遞到液體內(nèi)部的所有各點(diǎn)。這就是帕斯卡原理，也稱靜壓傳遞原理。圖 # # $ 所示的密閉容器，活塞面積為 ，活塞上作用的外載為#，則容器內(nèi)液體的壓力為：! %#（ # &）圖 # # $靜止液體內(nèi)的壓力由此可見，液體內(nèi)的壓力是由外負(fù)載所形成的，即壓力取決于負(fù)載。這是液壓系統(tǒng)中一個(gè)很重要的概念。（五）靜壓力作用在固體壁面上的力在液壓傳動(dòng)中，如忽略液體自重所產(chǎn)生的壓力，則靜止液體中各處的壓

28、力大小均相等，且垂直作用于承壓表面上。液體壓力作用于固體表面上的總壓力分為液體壓力作用于平面上的總作用力及液體壓力作用于曲面上的總作用力。 液體壓力作用于平面上的總作用力當(dāng)承受壓力作用的面是平面時(shí)，作用在該面上壓力方向是平行的，且大小相等。所以總作用力# 的大小等于液體壓力 ! 與承壓面積 的乘積，即# %!( 液體壓力作用于曲面上的總作用力（ # $）當(dāng)承受壓力作用的面是曲面時(shí)，作用在該面上的壓力方向均垂直于曲面，大小相等，曲面上各點(diǎn)處的壓力互不平行，要計(jì)算曲面上的總作用力就必須明確要計(jì)算哪一方向上的力。如圖 # # ) 為液皮缸的受力情況，現(xiàn)計(jì)算靜壓力作用在液壓缸筒右半壁上 $ 方向的力。

29、設(shè)%為液壓缸內(nèi)半徑，&為液壓缸有效長(zhǎng)度，在液壓缸上取一微小窄條面積 ， %&( %&%!。靜壓力作用在這一微小面積上的力 *# 在 ) 方向的分力為： + 第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)!# ! ! $%&! # ! # $%&! #$%$%&!圖 ( ( )液體壓力作用在缸筒內(nèi)壁上的力液壓缸右半壁上 &方向的總作用力為：*!#!(*!#!(*$%$%&! # * $% 由此可以看出，液體靜壓力作用在曲面上的力在某一方向上的分力等于油液壓力與曲面在該方向上投影面積的乘積。該結(jié)論在使用時(shí)可直接引用。三、液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)液體動(dòng)力學(xué)主要研究液體運(yùn)動(dòng)和引起運(yùn)動(dòng)的原因。本節(jié)主要介紹液體動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容

30、中液體的流動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換以及流動(dòng)液體與固體壁面的相互作用力等問(wèn)題。這些基礎(chǔ)內(nèi)容是液壓技術(shù)中分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)計(jì)算的理論依據(jù)。（一）流動(dòng)液體的基本概念 + 理想液體和穩(wěn)定流動(dòng)流動(dòng)液體具有粘性，在研究流動(dòng)液體時(shí)必須考慮粘性的影響，但粘性阻力的有關(guān)規(guī)律非常復(fù)雜，所以在開始進(jìn)行分析時(shí)，往往先假設(shè)液體無(wú)粘性，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出理論方程，然后再考慮粘性的作用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對(duì)理想結(jié)論進(jìn)行補(bǔ)充和修正。同樣，這種方法也用于處理液體的可壓縮性問(wèn)題。通常把既無(wú)粘性也不可壓縮的液體稱為理想液體，而把實(shí)際上既有粘性又可壓縮的液體稱為實(shí)際液體。液體流動(dòng)時(shí)，液體中任何一點(diǎn)的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間而變化的流

31、動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)（也稱定常流動(dòng)、恒定流動(dòng)），如圖 ( ( ,- 所示；而將流動(dòng)時(shí)壓力、流速和密度中任何一個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱為非穩(wěn)定流動(dòng)，如圖 ( ( ,. 所示。 / 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論圖 ! ! !#穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)$ %通流截面、流量和平均流速液流流動(dòng)時(shí)，垂直于流動(dòng)方向的截面稱為通流截面，也稱過(guò)流斷面。單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某通流截面的液體體積稱為流量，用!表示。流量的法定計(jì)量單位為米& 秒（ (&)*），常用單位為升 分鐘（ + (,-）。當(dāng)液流通過(guò)微小的通流截面 . 時(shí)，可以認(rèn)為在 . 截面上的液流流速 # 是均勻的，則通過(guò) . 的流量為：.! / # . 液流通過(guò)通流截面

32、的流量為：!/!0#. 對(duì)于實(shí)際液體，由于粘性的作用，油液在通流截面上的流速分布規(guī)律很復(fù)雜，# 很難求得。在液壓傳動(dòng)中，常假想液流流過(guò)截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液體以這種速度$流過(guò)通流截面的流量等于以實(shí)際流速流過(guò)的流量，即!/!0#. /$ 由此可得液體流過(guò)通流截面的平均流速為：1 /!（! 2）在工程實(shí)際中，液壓缸工作時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度等于缸內(nèi)液體的平均速度。由式 ! 2知，當(dāng)液壓缸有效面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度取決于液體輸入液壓缸的流量。& %液流的流動(dòng)狀態(tài)、雷諾數(shù)實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)存在粘性，所以液體流動(dòng)時(shí)存在兩種狀態(tài)，即層流和紊流。層流和紊流的物理現(xiàn)象可以通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)觀察出來(lái)。雷諾實(shí)驗(yàn)裝置如圖

33、! ! ! 所示，水箱 3 由進(jìn)水管 $ 不斷供水，多余的水從隔板 !上部流出，以使實(shí)驗(yàn)過(guò)程保持恒定的水位。在水箱下部裝有玻璃管 4 和開關(guān) 5，在玻璃管進(jìn)口處放置與有色水箱 & 相連的小導(dǎo)管 6。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將開關(guān) 5 打開，然后打開有色水箱的開關(guān)，并用開關(guān) 5 來(lái)調(diào)節(jié)玻璃管 4 中無(wú)色水的流速。當(dāng)流速較低時(shí)，有色水的流動(dòng) !4 第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)是一條與管軸平行的清晰的線狀流，有色水和玻璃管中的無(wú)色水互不混雜。這說(shuō)明大玻璃管中的水流是分層的，層與層之間互不干擾，液流的這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。此時(shí)液體分子間主要受到與軸線平行的粘性力的作用，如 ! ! !# 所示。逐漸開大開關(guān)

34、 $，當(dāng)玻璃管中的液流速度增大至某一值時(shí)，有色水便開始抖動(dòng)而呈現(xiàn)波紋狀態(tài)，如圖 ! ! !% 所示，這說(shuō)明層流開始被破壞。再進(jìn)一步增大水的流速，色流使完全消失，這表明管內(nèi)液流的流動(dòng)完全紊亂，液流分子間所受的橫向慣性力較大，液流的這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流，如圖 ! ! !& 所示。圖 ! ! !雷諾實(shí)驗(yàn)裝置!隔板；進(jìn)水管；(有色水箱；)水箱；*小導(dǎo)管；+玻璃管；$開關(guān)如果將開關(guān) $ 逐漸關(guān)小，則玻璃管中液流的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)從紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變，只是其轉(zhuǎn)變時(shí)的流速大小不同而已。由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的流速稱為上臨界速度! 上 ，由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的流速稱為下臨界速度! 下 ，而! 上大于 ! 下 。在層流和紊流之

35、間的過(guò)渡狀態(tài)稱為變流，變流一般按紊流處理。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)，還和管道內(nèi)徑的大小及液體的運(yùn)動(dòng)粘度! 有關(guān)。實(shí)際上，判定液流狀態(tài)的是上述三個(gè)系數(shù)所組成的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)雷諾數(shù)，即# ,!$!（! !-）液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的 # 稱為上臨界雷諾數(shù)；由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的 # 稱為下臨界雷諾數(shù)，記為#&，工程上常用該雷諾數(shù)來(lái)判斷液流的流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)實(shí)際# .#&時(shí)，液流狀態(tài)為層流，反之為紊流。常見液流管道的下臨界雷諾數(shù)#&見表 ! ! )。表 ! ! )常見液流管道的下臨界雷諾數(shù)管道光滑金屬圓管橡膠軟管#&(-!+- / -管道帶環(huán)槽的同心環(huán)狀縫隙帶環(huán)槽的偏心環(huán)狀

36、縫隙#&$-)- !$ ! ! ! ! ! ! ! ! !第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論管道!管道!光滑的同心環(huán)狀縫隙光滑的偏心環(huán)狀縫隙#圓柱形滑閥閥口錐閥閥口$%#$# & #對(duì)于非圓截面的管道半徑，! 可用下式計(jì)算：#($! !式中#(過(guò)流截面的水力直徑，由下式?jīng)Q定：#(*%（ ) ）（ ) $）式中%過(guò)流截面面積；& 過(guò)流截面上與液體相接觸的管壁周長(zhǎng)，即濕周。由式 ) 知，通流截面相同的管道，其水力直徑與管道形狀有關(guān)。圓形管道水力直徑最大，同心圓環(huán)截面的水力直徑最小。水力直徑大小對(duì)管道通流能力影響很大，水力直徑大，表明液流與管道壁面接觸少，通流能力大，不易堵塞；反之，通流能力小，通流截面易

37、堵塞。一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)所用的液體為礦物油，粘度較大，且管中流速不大，所以多屬層流，只有當(dāng)液流流經(jīng)閥口或彎頭等處時(shí)才會(huì)形成紊流。（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)中的表達(dá)形式。假設(shè)液體不可壓縮，而且作穩(wěn)定流動(dòng)。如 ) ) $ 所示，液體在管內(nèi)流動(dòng)，任取兩通流截面%及% $ ，液流在兩截面上的流速分別為$及$ $ 。由假設(shè)條件可知，液體密度不變，液流在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)截面%及%$的液體質(zhì)量相等，即圖 ) ) $液流的連續(xù)性原理%$ %$整理后有： + ! ! ! ! ! ! ! ! !由于所選截面是任意的，因而有：第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)!# 常數(shù)# #!#! 常

38、數(shù)（! $ !%）式 ! $ ! $ !% 即為流量連續(xù)性方程，它說(shuō)明液體在管道中流動(dòng)時(shí)，流過(guò)各個(gè)斷面的流量是相等的，流過(guò)通流截面的流速和過(guò)流截面的面積成反比。圖 ! $ ! $ !%理想液體伯努利方程的推導(dǎo)（三）伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)方式。流動(dòng)液體的能量方程可由能量守恒定律推導(dǎo)得出。由于實(shí)際液體和理想液體在流動(dòng)時(shí)的受力不同，故而有理想液體的伯努利方程和實(shí)際液體的伯努利方程。! & 理想液體的伯努利方程如圖 ! $ ! $ !% 所示，設(shè)一段理想液體!$在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)，流量為# ，管道各部分截面大小和高低位置均不相同。設(shè)在很短時(shí)間%內(nèi)，液體在管道中從!$位置

39、流動(dòng)到! $ 位置，由于! ! 及 $ 兩段距離很小，故而這兩段距離內(nèi)的截面大小、壓力、流速和高度均可認(rèn)為是不變的。在這兩段處的截面面積、壓力、平均流速及高度分別是!、!#、&! 、& # 、!、#、!和 #。因此，外力對(duì)!$ 段液體所做的功及 !$ 段液體的動(dòng)能變化情況如下：（!）壓力所做的功。由于!$ 段側(cè)面上壓力與液流方向垂直，所以側(cè)面上的壓力不做功，只有作用于!$ 段液體兩端通流截面上的壓力 & !和&#做功。如圖 ! $ ! $ !% 所示，& !方向與其相應(yīng)位置的運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)做正功，& #方向與其相應(yīng)位置的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)做負(fù)功。當(dāng)!$ 段液體經(jīng)過(guò)時(shí)間 %后，壓力所做的功為：& !

40、%$ & #!#%&#%$ (#)* （ &!$&# ）#%（#）重力所做的功。因?yàn)橐毫鳛槔硐胍后w的穩(wěn)定流動(dòng)，所以液體的密度!不變，液體從!$ 位置流動(dòng)到 ! $ 位置，! $ 公有段在時(shí)間 %內(nèi)位置無(wú)任何變化，位置發(fā)生變化的 !+ 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論是! ! 段液體流動(dòng)到 ! 位置，所以重力所做的功為：!#!$%&#!$#$!$%&$%（ &# &$）!%$（&）動(dòng)能的變化。由假設(shè)條件可知，! 段液流的各項(xiàng)參數(shù)不會(huì)因時(shí)間 $ 的變化而變化，所以動(dòng)能的變化只能是! ! 段和 ! 段液體的動(dòng)能之差，即$（#$#$ ）!$ $!#$#$!#%$根據(jù)力學(xué)中的能量定律，外力對(duì)液體所做的功應(yīng)等

41、于這段液體動(dòng)能的增量，于是有：（ (#($ ）$ （ &#&$ ）!%$ %$（ #$#$ ）!$將上式整理以后有：( !%&$!#$%( $!%&$!#$（ # (）成：由于通流截面! 、是任意選取的，故式 # ( 所示的關(guān)系具有普遍意義，也可寫( !%& $!#$% 常數(shù)（ # )）式 # ) 稱為理想液體的伯努利方程，也稱理想液體的能量方程。式 # ) 中各項(xiàng)分別為單位體積液體的壓力能、勢(shì)能和動(dòng)能，因此，理想液體的伯努利方程的物理意義為：在密閉管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有三種形式的能量，即壓力能、勢(shì)能和動(dòng)能。這三種能量的總和是一常數(shù)。液體在流動(dòng)過(guò)程中，這三種能量可以互相轉(zhuǎn)化，但三者之總

42、和保持不變。由此可知水平放置的管道，液體的流速越高，壓力越低；反之，壓力會(huì)越高。$ * 實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)，由于粘性而產(chǎn)生摩擦阻力，因而，液體沿流程流動(dòng)時(shí)，要消耗掉一部分能量 ( 損 。同時(shí)，由于動(dòng)能是按平均流速考慮的，因而動(dòng)能也存在有一定的誤差，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)加一修正系數(shù)# 加以修正。考慮實(shí)際因素后，實(shí)際液體的伯努利方程為：( !%&$#!#$%( $!%&$#$!#$ (損式中)動(dòng)能修正系數(shù)，紊流時(shí)# % ，層流時(shí)# % $。（ # +）伯努利方程揭示了液體流動(dòng)過(guò)程中的能量變化規(guī)律，因此它是流體力學(xué)中的一個(gè)特別重要的基本方程。伯努利方程不僅是進(jìn)行液壓系統(tǒng)分析的理論基礎(chǔ)，而且

43、還可以用來(lái)對(duì)多種液壓?jiǎn)栴}進(jìn)行研究和計(jì)算。（四）動(dòng)量方程流動(dòng)液體的動(dòng)量方程是液體力學(xué)基本方程之一，它是研究液體運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)量變化與作 $, 第一章液壓傳動(dòng)工作原理與液壓流體力學(xué)用在液體上的外力之間關(guān)系的。在液壓傳動(dòng)中，經(jīng)常要計(jì)算液體作用在固體表面上的力，應(yīng)用動(dòng)量方程解決非常方便。剛體力學(xué)中的動(dòng)量定理同樣適用于液體。在單位時(shí)間內(nèi)，液體沿某方向動(dòng)量的增量，等于該液體在同一方向上所受外力的和，也即作用在液體上力的大小等于液體在力作用方向上的動(dòng)量變化率，即!（ #!）! ! !$（#!#$# !% ）!$（% $ %&）對(duì)于作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體，將 !%!（代入式$% $ %&，并考慮以平均速度代替實(shí)際速度

44、的影響，因此有：! !%（#!#$%#!% ）（% $ %）式 % $ % 用于計(jì)算作用于液體某一方向上的外力之和，為動(dòng)量系數(shù)，由該式也可求出液體對(duì)固體壁面在某一方向上的作用力大小，即! ! !的反作用力。四、液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失實(shí)際液體具有粘性，流動(dòng)時(shí)會(huì)有阻力產(chǎn)生。為了克服阻力，就要消耗一部分能量，這種能量損失可由液體的壓力損失表示。液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的壓力損失可分為兩大類：一類是沿程壓力損失，另一類是局部壓力損失。（一）沿程壓力損失液體沿等徑直管流動(dòng)時(shí)，由粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱沿程壓力損失。液體流動(dòng)狀態(tài)不同，沿程壓力損失的大小也不同。% ( 層流狀態(tài)下的沿程壓力損失當(dāng)液體流動(dòng)狀態(tài)

45、為層流時(shí)，液流流過(guò)等徑直管的壓力損失可以通過(guò)理論計(jì)算求出。如動(dòng)力粘度為#的層流液體流過(guò)水平放置的直徑為 &、長(zhǎng)度為 的等徑直管時(shí)，由理論分析計(jì)算可知液體作層流時(shí)沿程壓力損失為：)#!(&#（% $ %*）式 % $ %* 中# 為液流在直管中的流速。由該式可知，液體作層流時(shí)的沿程壓力損失與管長(zhǎng)、管道內(nèi)液流的平均流速、液體的動(dòng)力粘度成正比，與管徑的平方成反比。將式 % $ %*適當(dāng)變換后，有如下形式：+,$#!$+,#!$!(&#-&-#%!#)*-&-#（% $ #.）式中%沿程阻力系數(shù)。&-# #% 第一篇液壓傳動(dòng)與液壓密封概論對(duì)于圓管內(nèi)作層流的液體，沿程阻力系數(shù)的理論值! ! # $ !，

46、實(shí)際! 值要大些。對(duì)金屬管取! ! %& $!，橡膠軟管取! ! ( $ !。在液壓系統(tǒng)中，由于液體自重和位置變化的影響很小，故而式 ) * )+ 式 ) * ,( 也適用于非水平放置的管道。, - 紊流狀態(tài)下的沿程壓力損失層流流動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)只有沿軸向的規(guī)則運(yùn)動(dòng)，紊流流動(dòng)液體各質(zhì)點(diǎn)不再是有規(guī)則的軸向運(yùn)動(dòng)，而是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中互相滲混和脈動(dòng)。這種極不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，引起質(zhì)點(diǎn)間的碰撞，并形成旋渦，使紊流的能量損失比層流更大。由于紊流機(jī)理比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)表明，紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上與層流的相同，即,$&!#!%.,但式中又除與 ! 有關(guān)外，還與管壁的粗糙度有關(guān)。對(duì)于光滑管，! ! ( - /)#

47、! * ( - ,& ；對(duì)于粗糙管，! 的值可以根據(jù) ! 以及管壁的相對(duì)粗糙度 !$ %（!為管壁的絕對(duì)粗糙度）從有關(guān)曲線中查找。/ - 層流起始段流動(dòng)當(dāng)液體從一個(gè)大容器流入進(jìn)口圓滑的管道時(shí)，液流并非一入管口就形成層流狀態(tài)。液流入口時(shí)，液體每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在相同的壓差作用下流動(dòng)，因而進(jìn)口處截面上的速度分布是均勻的。然而由于管壁及液體質(zhì)點(diǎn)間摩擦力的作用，層流邊界隨進(jìn)入管道距離的加大而逐漸加厚。為保持管內(nèi)各截面上流量相同，在中心處的液流勢(shì)必加大，直到截面上流速的分布曲線完全為拋物線形狀為止。液流經(jīng)過(guò)的這一段距離稱層流起始段，如圖 ) * ) *)# 所示。當(dāng)管道進(jìn)口圓滑時(shí)，層流起始段的長(zhǎng)度由下式?jīng)Q定：$ ! ( - (,%& %!圖 ) *