液壓與氣壓傳動(dòng)第二章液壓油及液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

第二章液壓油及液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)液壓油的性質(zhì)及選用一、液體密度定義：ρ=M/V單位：kg/m3密度與壓力、溫度的關(guān)系：二、液體的壓縮性1、液體的壓縮性較小2、表示方法：壓縮性系數(shù)定義：受壓液體在變化單位壓力時(shí)引起的液體體積的相對(duì)變化量三、液體的粘性和粘度1、粘性

液體分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力。2、粘度

絕對(duì)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、相對(duì)粘度（1）絕對(duì)粘度

（動(dòng)力粘度）

液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層的接觸面積A、液層間的相對(duì)速度du成正比，與液層間的距離dy成反比，即（2）運(yùn)動(dòng)粘度比例系數(shù)μ

即為粘性系數(shù)、粘度，稱為動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）

μ=（Ff

/A）（dy/du）單位：帕·秒Pa·S1Pa·S=10P(泊）定義：動(dòng)力粘度與其密度的比值

υ=μ/ρ單位：m2/s=104cm2/s1cm2/s=1St(斯）1m2/s=104St(斯）液壓油的牌號(hào)就是以這種油液在40°C時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值來(lái)命名的如：20號(hào)液壓油，則υ40=20CSt（厘斯）

（3）相對(duì)粘度液體粘度的測(cè)定可用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)直接測(cè)定，也可先測(cè)出液體的相對(duì)粘度，然后再根據(jù)關(guān)系式換算出動(dòng)力粘度或運(yùn)動(dòng)粘度。相對(duì)粘度又稱條件粘度，是根據(jù)一定的測(cè)量條件測(cè)定的，中國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)等都采用恩氏粘度°E，美國(guó)用賽氏粘度SSU，英國(guó)用雷氏粘度R

恩氏粘度用恩氏粘度計(jì)測(cè)定，將200ml溫度為t的被測(cè)液體裝入粘度計(jì)的容器內(nèi)，通過(guò)下部直徑為2.8mm的小孔流出，測(cè)出液體流盡所需的時(shí)間t1，與溫度為20°C的200ml蒸餾水在同一粘度計(jì)中流盡所需的時(shí)間t2(標(biāo)定位)之比定義為被測(cè)液體在t下的恩氏粘度。

°E＝t1／t2

一般以20℃、50℃和100℃作為測(cè)定液體粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此而得到的恩氏粘度分別用°E20、°E50和°E100標(biāo)記。3、粘度與溫度的關(guān)系4、粘度與壓力的關(guān)系四、油液中的空氣

油液中所含空氣的體積百分?jǐn)?shù)叫做含氣量?？諝庠谟鸵褐幸詢煞N形式存在，即混入和溶解。在液壓系統(tǒng)中，油液在工作循環(huán)中不斷的經(jīng)受變化的壓力，空氣在油液中的溶解量和混入量也在不穩(wěn)定的變化之中，這會(huì)影響液壓系統(tǒng)和附件的正常工作，甚至產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。五、液壓油的化學(xué)性質(zhì)1、穩(wěn)定性液壓油在溫度升高時(shí)發(fā)生化學(xué)變化的程度叫熱穩(wěn)定性，如不發(fā)生變化或變化很少則穩(wěn)定性好。2、氧化穩(wěn)定性液壓油與空氣或其他氧化物發(fā)生反應(yīng)的程度叫氧化穩(wěn)定性。3、水解穩(wěn)定性液壓油遇水分解變質(zhì)的程度叫水解穩(wěn)定性。4、相容性液壓油不與系統(tǒng)中其他材料起化學(xué)反應(yīng)的能力叫相容性。六、對(duì)液壓油的性能要求從液壓系統(tǒng)使用油液的要求來(lái)看，對(duì)液壓油的性能要求可歸納成下面幾點(diǎn)：1、適宜的粘度和良好的粘溫特性。2、具有對(duì)熱、氧化、水解的良好穩(wěn)定性，油液的使用壽命要長(zhǎng)。3、具有良好的潤(rùn)滑性及很高的油膜強(qiáng)度，能使系統(tǒng)中的各摩擦表面獲得足夠的潤(rùn)滑而不致磨損。4、與液壓系統(tǒng)所用的各種材料，包括金屬、塑料、油漆等具有良好的相容性。5、滿足防火、安全的要求，油的閃點(diǎn)要高。6、不得含有蒸氣、空氣及其他容易氣化和產(chǎn)生氣體的雜質(zhì)，空氣溶解度要小，起泡性小而消泡容易。7、盡量減少油中的雜質(zhì)，不允許有沉淀，以免磨損機(jī)件，堵塞通道，影響系統(tǒng)正常工作。

為了使液壓油能滿足各種不同要求，往往添加各種添加劑來(lái)改善油液的性能，以提高油液的抗氧化、抗磨損、防泡沫、防銹蝕、低凝固點(diǎn)和高粘度指數(shù)等性能。第二節(jié)液體靜力學(xué)一、液體的靜壓力1、液體的壓力及其性質(zhì)作用在流體上的力質(zhì)量力：重力表面力外力：其它物體作用在液體上的力內(nèi)力：一部分液體作用在另一部分液體上的力壓力定義：液體內(nèi)某點(diǎn)處單位面積上所受到的法向力

單位：Pa（帕）壓力性質(zhì)：1、液體的靜壓力永遠(yuǎn)指向作用面的內(nèi)法線方向

2、靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力沿各個(gè)方向都相等P=P0+ρgh2、重力作用下靜止液體的壓力分布3、壓力的表示方法

絕對(duì)壓力、表壓力、真空度絕對(duì)壓力：以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)進(jìn)行度量得到的壓力值表壓力：以大氣壓為基準(zhǔn)進(jìn)行度量得到的壓力值真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，絕對(duì)壓力不足大氣壓的那部分?jǐn)?shù)值叫真空度二、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞1、帕斯卡定律

在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將等值、同時(shí)傳到液體內(nèi)所有各點(diǎn)。2、液壓系統(tǒng)中壓力的形成

液壓系統(tǒng)的壓力是由外界負(fù)載決定的。三、液體壓力對(duì)固體壁面的作用力1、作用在平面上的力F=PA2、作用在曲面上的力

液體壓力作用在曲面某一方向上的力等于液體壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。第三節(jié)液體動(dòng)力學(xué)

——重點(diǎn)探討三個(gè)基本定律：質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、動(dòng)量定律一、基本概念1、兩個(gè)假設(shè)

①假設(shè)液體為沒有粘性又沒有壓縮性的理想液體

——液體流動(dòng)時(shí)不存在內(nèi)摩擦力

②假設(shè)液體流動(dòng)時(shí)作定常流動(dòng):液體流動(dòng)時(shí)，液體中任何一點(diǎn)的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化

③一維流動(dòng):液體整個(gè)地作線形流動(dòng)2、概念

①流線:某一瞬時(shí)液流中各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條條曲線

②流管

③流束

④通流截面:流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面

⑤流量:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某通流截面的液體的體積稱為流量

⑥平均流速二、連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒——單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任意通流截面的液體質(zhì)量一定是相等的流過(guò)通流截面1與流過(guò)通流截面2的液體質(zhì)量相等A1v1dtρ=A2v2dtρ=constA1v1=A2v2=const三、伯努利方程——能量守恒定律W=ΔE1、理想液體外力作的功：推力：F1=P1A1阻力：F2=P2A2外力作的功：W=F1S1-F2S2=F1v1dt-F2v2dt=P1A1v1dt-P2A2v2dt

由A1v1=A2v2

得A1v1dt=A2v2dt=V則W=P1V-P2V機(jī)械能：AB段時(shí)：E1=EAA’+EA’BA’B’段時(shí)：E2=EA’B+EBB’理想液體的伯努利方程：控制體積從AB運(yùn)動(dòng)到A’B’時(shí)，機(jī)械能的變化量為：

ΔE=E2-E1=EA’B+EBB’-EAA’-EA’B

=EBB’-EAA’

EBB’=1/2m2v22+m2gh2EAA’=1/2m1v12+m1gh1ΔE=1/2m2v22+m2gh2-1/2m1v12-m1gh1由W=ΔEP1V-P2V=1/2m2v22+m2gh2-1/2m1v12-m1gh1P1V+1/2m1v12+m1gh1=P2V+1/2m2v22+m2gh2PV+1/2mv2+mgh=常數(shù)P/ρg+v2/2g+h=常數(shù)P+1/2ρv2+ρgh=常數(shù)討論1）各項(xiàng)含義

P/ρg：?jiǎn)挝恢亓恳后w所具壓力能——比壓能

v2/2g：?jiǎn)挝恢亓恳后w所具動(dòng)能——比動(dòng)能

h：

單位重量液體所具勢(shì)能——比勢(shì)能2）物理意義：理想液體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，其壓力能、動(dòng)能、勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總和一定3）量綱：長(zhǎng)度4）h相等時(shí)，得到P與v的關(guān)系2、實(shí)際液體的伯努利方程P/ρg+v2/2g+h=常數(shù)引進(jìn)能量損失hw和動(dòng)能修正系數(shù)α后，實(shí)際液體的伯努利方程表示為四、動(dòng)量方程作用在物體上的外合力等于物體在力作用方向上單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量對(duì)于恒定流動(dòng)的液體：液體在不同控制表面上具有不同速度所引起的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。第四節(jié)液體流動(dòng)的壓力損失計(jì)算一、流動(dòng)狀態(tài)1、雷諾實(shí)驗(yàn)1）層流2）紊流2、雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re=vd/υ（圓管）

——液體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)相同，則它的流動(dòng)狀態(tài)也相同臨界雷諾數(shù)Reσ

Re<Reσ時(shí)層流

Re>Reσ時(shí)紊流3、非圓斷面管道雷諾數(shù)

Re=4vR/υR:通流截面的水力半徑R=A/x二、液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失沿程能量損失1、層流沿程能量損失

hl=λ?l/d?v2/2gλ：沿層損失系數(shù)理論值：λ=64/Re2、紊流沿程能量損失

hl=λ?l/d?v2/2gλ：沿層損失系數(shù)，不同的雷諾數(shù)范圍內(nèi)其值不同。四、總能量損失hw=∑hl+∑hξ

=∑λ?l/d?v2/2g+∑ξ?v2/2g

三、局部壓力損失

hξ=ξ?v2/2g△P=

ξρv2/2

ξ：局部損失系數(shù)A2——收縮斷面的面積；

Cc————收縮系數(shù)，Cc=A2/ATAT————孔口的過(guò)流斷面積，AT=πd2/4

Cq————流量系數(shù)，Cq=CvCc

，ρ——密度流量：q=A2v2=CvCcATq=CqAT圖2.19薄壁小孔液流1、薄壁小孔的流量（適合做節(jié)流器）第五節(jié)孔口和縫隙流動(dòng)孔薄壁小孔：通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d<=0.5的孔細(xì)長(zhǎng)孔：通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d>4的孔2、細(xì)長(zhǎng)孔的流量Q=3、縫隙液流特性一、沖擊現(xiàn)象1、定義：液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起壓力在某一瞬間急劇升高，形成很高的壓力峰值的這種現(xiàn)象。2、原因：

1）液流突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí)——油液的能量

2）運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)或換向時(shí)——運(yùn)動(dòng)部件的慣性

3）液壓元件動(dòng)作失靈或不靈敏。3、危害：

1）產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲

2）液壓元件產(chǎn)生誤動(dòng)作，損壞設(shè)備。4、防止措施：

1）減少油液動(dòng)能2）采取緩沖措施

3）選擇動(dòng)作靈敏響應(yīng)較快的元件第六節(jié)液壓沖擊和空穴現(xiàn)象二、空穴現(xiàn)象1、特性：壓力低于當(dāng)時(shí)溫度下油液的空氣分離壓時(shí)壓力低于當(dāng)時(shí)溫度下油液的飽和蒸氣壓時(shí)2、產(chǎn)生區(qū)域：

1）管細(xì)的地方

2）液壓泵吸油管處