液壓與氣壓傳動(dòng) 第四講 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、溫故知新 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)新授： 壓力損失 小孔、縫隙流動(dòng) 液壓沖擊、氣穴現(xiàn)象 液壓泵概述二、連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度？進(jìn)油管中油液的（平均）流速？出油管中油液的（平均）流速？三、伯努利方程(1)理想液體的伯努力方程理想液體伯努利方程的物理意義：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有壓力能、勢(shì)能和動(dòng)能三種形式的能量。在任意截面上這三種能量都可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和保持不變，即能量守恒。而靜壓力基本方程則是伯努利方程（在速度為零時(shí)）的特例。1738年（2）實(shí)際液體的伯努利方程使用注意點(diǎn)：1）截面1、2應(yīng)順流向選取，且選在流動(dòng)平 面的通流截面上；2）z和p應(yīng)為通流截面上同

2、一點(diǎn)的兩個(gè)參數(shù)（通流截面的軸心處）。3.伯努利方程應(yīng)用舉例 計(jì)算泵吸油腔的真空度或泵允許的最大吸油高度泵吸油口的真空度由三部分組成：（1）產(chǎn)生一定流速所需的壓力；（2）把油液提升到高度h所需的壓力；（3）吸油管內(nèi)壓力損失。 泵吸油口的真空度不能太大，即泵吸油口處的絕對(duì)壓力不能太低。以免產(chǎn)生氣蝕。（2）計(jì)算泵的出口壓力3.伯努利方程應(yīng)用舉例通過(guò)以上兩例分析，可將應(yīng)用伯努利方程解決實(shí)際問(wèn)題的一般方法歸納如下：1.選取適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)水平面；2.選取兩個(gè)計(jì)算截面；一個(gè)設(shè)在已知參數(shù)的斷面上，另一個(gè)設(shè)在所求參數(shù)的斷面上；3.按照液體流動(dòng)方向列出伯努利方程；4.若未知數(shù)的數(shù)量多于方程數(shù)，則必須列出其他輔助方程，

3、聯(lián)立求解。預(yù)計(jì)將在2014年首飛、命名為“C919”的首型國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)，將定位于150座級(jí)（座位數(shù)覆蓋130到200個(gè)座位），確定其標(biāo)配為168座。美國(guó)通用電氣(GE)公司和法國(guó)斯奈克瑪(Snecma)公司各占50%股份的合資公司CFM公司制造的LEAP-X型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，、中國(guó)C919大飛機(jī)選用的發(fā)動(dòng)機(jī)將是LEAP-1C型號(hào)，2012年6月已經(jīng)完成設(shè)計(jì)定型，2013年9月份進(jìn)行第一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)測(cè)試，2014年底完成首飛（10月份空中掛機(jī)測(cè)試已成功），2015年完成取證，最終在2016年三季度交付C919飛機(jī)使用。C919同樣如此。比如，最核心的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)自美國(guó)通用公司，飛控、航電、液壓等多個(gè)核心系統(tǒng)

4、，也是由國(guó)外供應(yīng)商提供。四、 動(dòng)量方程(1) 動(dòng)量方程動(dòng)量定理： 作用在物體上的合外力的大小等于 物體在力的作用方向上動(dòng)量的變化率。(2)動(dòng)量方程的應(yīng)用 計(jì)算液體對(duì)彎管的作用力設(shè)通流面積為A，則在控制體表面上液體受到的總壓力為設(shè)彎管對(duì)控制體積的作用力F方向如圖所示，其水平和垂直方向的分力為Fx和Fy,，列出x和y方向的動(dòng)量方程：液體對(duì)彎管的作用力與此大小相等，方向相反。彎管壁面對(duì)控制體的總作用力求液流作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力AB 先列出圖(A)的控制體積在閥芯軸線方向上的動(dòng)量方程求得閥芯作用于液體的力為： F=qv2cos90。qv1cos=-qv1cos油液作用在閥芯上的力稱(chēng)作穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力

5、，其大小為： F=- F=qv1cos，F(xiàn)的方向與v1cos一致。閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力力圖使滑閥閥口關(guān)閉。對(duì)(B)圖列出軸向動(dòng)量方程，閥芯作用于液體的力為： F=qv2cos -qv1cos90。=qv2cos作用于閥芯的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力F=-F= - qv2cos ,F與v2cos方向相反，F(xiàn)力也是力圖使閥口關(guān)閉。 式中 v滑閥閥口處液流的流速； v與閥芯軸線的夾角，稱(chēng)為射流角。B圖第四節(jié) 管道流動(dòng)液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類(lèi)：一是油液流經(jīng)直管時(shí)的壓力損失，稱(chēng)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)摩擦力引起的。二是油液流經(jīng)局部障礙時(shí)，由于液流的方向和速度突然變換，在局部區(qū)域形成漩渦，引起液體

6、質(zhì)點(diǎn)相互撞擊和劇烈摩擦因而產(chǎn)生的壓力損失，這種損失稱(chēng)為局部壓力損失。層流：液體中質(zhì)點(diǎn)沿管道作直線運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)，既液體作分層流動(dòng)，各層間的流體互不混雜。如圖所示。一、兩種流態(tài)和雷諾數(shù)紊流: 液體中質(zhì)點(diǎn)除沿管道軸線運(yùn)動(dòng)外，還有橫向運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)紊亂混雜狀態(tài)。雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)（表2-1）雷諾：英國(guó)科學(xué)家壓力損失p與管道長(zhǎng)度及流速v的平方成正比，而與管子的內(nèi)徑成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流動(dòng)狀態(tài)等都包含在內(nèi)。二、沿程壓力損失油液在直管中流動(dòng)的沿程壓力損失：三、局部壓力損失 局部壓力損失是液流流經(jīng)管道截面突然變化的彎管、管接頭以及控制閥閥口等局部障礙處時(shí)的壓力損失。計(jì)算式為： 局部阻力

7、系數(shù)，由試驗(yàn)求得；v液流流速。液體流經(jīng)液壓閥的壓力損失主要為局部損失： 液壓系統(tǒng)中管路通常由若干段管道串聯(lián)而成。其中每一段又串聯(lián)一些諸如彎頭、控制閥、管接頭等形成局部阻力的裝置，因此管路系統(tǒng)總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損失及所有局部壓力損失之和。即：四、管路系統(tǒng)總壓力損失第五節(jié) 孔口流動(dòng) 本節(jié)主要介紹液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量公式。 前者是節(jié)流調(diào)速和液壓伺服系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)； 后者則是計(jì)算和分析液壓元件和系統(tǒng)泄漏的根據(jù)。（1）流經(jīng)薄壁小孔的流量 一、液體流經(jīng)小孔的流量 當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度L與孔徑d之比l/d小于等于0.5時(shí)稱(chēng)為薄壁小孔。當(dāng)管道直徑D與小孔之直徑的比值D/d7時(shí)，收縮作用不

8、受大孔側(cè)壁的影響，稱(chēng)為完全收縮。 當(dāng)管壁對(duì)收縮程度有影響時(shí)，則稱(chēng)之為不完全收縮。薄壁小孔流動(dòng)畫(huà)薄壁小孔短孔細(xì)長(zhǎng)孔小孔流量壓力特性統(tǒng)一公式 液壓元件各零件間如有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就必須有一定的配合間隙。液壓油就會(huì)從壓力較高的配合間隙流到大氣中或壓力較低的地方，這就是泄漏。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏。泄漏主要是有壓力差與間隙造成的。泄漏量與壓力差的乘積便是功率損失，因此，泄漏的存在將使系統(tǒng)效率降低。同時(shí)功率損失也將轉(zhuǎn)化為熱量，使系統(tǒng)溫度升高，進(jìn)而影響 系統(tǒng)的性能。第六節(jié) 縫隙流動(dòng) 圖為一平面縫隙，液壓油在壓力差p作用下自左向右流動(dòng)。(1) 流經(jīng)平行平板縫隙的流量(2) 圓柱環(huán)形間隙的流量一、液壓沖擊概念：在液

9、壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間會(huì)突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為液壓沖擊。危害：液壓沖擊產(chǎn)生的壓力峰值往往比正常工作壓力高好幾倍，且常伴有噪聲和振動(dòng)，從而損壞液壓元件、密封裝置、管件等。第七節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊的類(lèi)型有： 1、液流通道迅速關(guān)閉或液流迅速換向使液流速 度的大小或方向突然變化時(shí)，由于液流的慣力引起的液壓沖擊。2、運(yùn)動(dòng)著的工作部件突然制動(dòng)或換向時(shí)，因工作部件的慣性引起的液壓沖擊。3、某些液壓元件動(dòng)作失靈或不靈敏，使系統(tǒng)壓力升高而引起的液壓沖擊。液體突然停止形成液壓沖擊水錘現(xiàn)象（1）使完全沖擊改變?yōu)椴煌耆珱_擊（2）限制管中油液的流速（3）用橡膠軟管或在沖擊

10、源處設(shè)置蓄能器，以吸收液壓沖擊的能量。（4)在容易出現(xiàn)液壓沖擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥?？刹扇∠铝写胧﹣?lái)減少液壓沖擊：第二章 液壓泵液壓泵概述柱塞泵葉片泵齒輪泵關(guān)于液壓泵的學(xué)習(xí)要求掌握容積式液壓泵的工作原理及其主要性能參數(shù)。通過(guò)液壓泵的實(shí)驗(yàn)掌握齒輪泵、葉片泵和柱塞泵的結(jié)構(gòu)和工作原理。 掌握液壓泵的職能符號(hào)。齒輪泵所存在的問(wèn)題。液壓泵的選型注意事項(xiàng)。液壓泵：是動(dòng)力元件，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液壓能的裝 置,為系統(tǒng)提供一定壓力、一定流量的液體 。第一節(jié) 液壓泵概述一、液壓泵的工作原理容積式泵的工作原理圖液壓泵工作原理二、液壓泵的性能參數(shù) qpt=nV轉(zhuǎn)三、四、 液壓泵分類(lèi)和選用液壓泵定量泵變量泵

11、齒輪泵葉片泵軸向柱塞泵徑向柱塞泵螺桿泵葉片泵軸向柱塞泵徑向柱塞泵五、液壓泵的圖形符號(hào) 單向定量泵 雙向定量泵 單向變量泵 雙向變量泵第二節(jié) 柱塞泵徑向柱塞泵： 柱塞的中心線和轉(zhuǎn)子的中心線是垂直的軸向柱塞泵： 柱塞的中心線和轉(zhuǎn)子的中心線是平行的優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便、單位功率體積小、容積效率高、工作壓力高、易實(shí)現(xiàn)變量。缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、對(duì)油液的污染敏感、使用和維修要求嚴(yán)格。一、配流軸式柱塞泵的（一）工作原理 排量（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) P43（三）負(fù)載敏感變量徑向柱塞泵配流軸式徑向柱塞泵新型數(shù)字控制徑向柱塞泵徑向柱塞泵的結(jié)構(gòu) 1傳動(dòng)軸 2偏心輪 3滑靴 4柱塞 5球面柱塞 6彈簧 7、8單向

12、閥 9泵體徑向柱塞泵的工作過(guò)程 密封容腔：兩單向閥之間以及和球面柱塞內(nèi)壁所形成的容腔。 工作原理：當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球面柱塞在彈簧力的作用下使其緊貼在轉(zhuǎn)子的外邊面上，此時(shí)密封容腔增大，吸油（階段1至階段3）；由階段3運(yùn)動(dòng)到階段4，此時(shí)密封容腔減小，壓油。階段1階段2階段3階段4徑向柱塞泵柱塞個(gè)數(shù)與流量脈動(dòng)關(guān)系二、斜盤(pán)式軸向柱塞泵（一）工作原理1傳動(dòng)軸 2柱塞 3柱塞面積 4柱塞行程 5斜盤(pán) 6斜盤(pán)傾角 7缸體 8被動(dòng)軸 9控制盤(pán) 10頂部死區(qū)中心 11底部死區(qū)中心 12吸油窗口 13壓油窗口斜盤(pán)式軸向柱塞泵的工作原理 密封容腔：柱塞的底端和缸體內(nèi)孔所形成的密封容腔 工作原理：斜盤(pán)與垂直方向的

13、夾角為，當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)缸體逆時(shí)針（正對(duì) 軸頭看）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，斜盤(pán)和配流盤(pán)固定不動(dòng)，柱塞頂部始終緊貼斜盤(pán)，處于b區(qū)域的柱塞的密封容積增大，吸油；處于a區(qū)域的柱塞的密封容積減小，壓油。通過(guò)改變斜盤(pán)的傾角來(lái)改變泵的排量。斜盤(pán)式軸向柱塞泵的排量 滑靴結(jié)構(gòu)手動(dòng)變量的斜盤(pán)式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu) 1調(diào)節(jié)手輪 2斜盤(pán) 3回程盤(pán) 4滑靴 5柱塞 6缸體 7配流盤(pán) 8傳動(dòng)軸斜軸式軸向柱塞泵缸體的中心線與傳動(dòng)主軸成一角度，故此泵稱(chēng)為斜軸泵。斜軸式軸向柱塞泵rexroth第三節(jié) 葉片泵葉片泵二、限壓式變量葉片泵負(fù)載敏感變量泵恒功率變量泵壓力補(bǔ)償變量泵第四節(jié) 齒輪泵一、外嚙合齒輪泵1-殼體 2-前端蓋 3-傳動(dòng)軸 4,5-軸承套 6-后端蓋 7-主動(dòng)齒輪 8-從動(dòng)齒輪 9-密封圈 外嚙合齒輪泵的工作原理 泵每轉(zhuǎn)一周把兩個(gè)齒輪上齒谷中的存油排出。若泵采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，并取齒谷的容積等于齒部的體積，則齒輪每轉(zhuǎn)一周排出的體積可近似等于外徑為(mZ+2m)，內(nèi)徑為（mZ-2m)，厚度為B的圓環(huán)體積，即V=/4(mZ+2m)2-(mZ-2m)2B=2m2ZB由于齒谷的體積大于齒部，實(shí)際幾何排量還要大一些，故以3.33代替上式中的較接近實(shí)際情況。齒輪泵的排量為V=6.66m2ZB 齒輪泵的實(shí)際流量為：q=6.66m2ZBV.n齒輪泵的排量外嚙合齒輪泵的幾個(gè)問(wèn)題困油現(xiàn)象徑向不平衡力泄漏徑向不平衡力