液壓課件02基礎(chǔ)知識(shí)-zuixin

第一章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

液壓油液的性質(zhì)靜止液體的力學(xué)規(guī)律流動(dòng)液體的力學(xué)規(guī)律管路系統(tǒng)流動(dòng)分析液壓系統(tǒng)的氣穴與液壓沖擊現(xiàn)象1.1液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)液壓油的主要物理性質(zhì)

液體的密度

液體的粘性

液體的可壓縮

其他性質(zhì)液壓油的選擇原則1.1.1液壓油的主要物理性質(zhì)密度ρ：?jiǎn)挝惑w積液體的質(zhì)量

式中m：液體的質(zhì)量(kg)；

V：液體的體積（m3）；

ρ=900kg/m3

1.1.1液壓油的主要物理性質(zhì)可壓縮性：液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)?？捎靡后w壓縮系數(shù)κ或體積彈性模量K表示體積壓縮系數(shù)κ：?jiǎn)挝粔毫ψ兓鸬捏w積相對(duì)變化量，（m2/N）

式中V：液體加壓前的體積（m3）；△V：加壓后液體體積變化量（m3）；△p：液體壓力變化量（N/m2）；體積彈性模量K

（N/m2）：液體體積壓縮系數(shù)κ的倒數(shù)

計(jì)算時(shí)常取K=（1.2～2）x103MPa若混入空氣會(huì)怎么樣？粘度液體的粘性：

液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性

靜止液體則不顯示粘性

液體的粘度：

液體粘性的大小可用粘度來衡量。

粘度是液體的根本特性，也是選擇液壓油的最重要指標(biāo)常用的粘度有三種不同單位：動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度相對(duì)粘度動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）μ

牛頓內(nèi)摩擦定律式中μ:稱為動(dòng)力粘度系數(shù)（Pa·s）

τ:單位面積上的摩擦力（即剪切應(yīng)力）

:速度梯度，即液層間速度對(duì)液層距離的變化率物理意義：表征流動(dòng)液體內(nèi)摩擦力大小的粘度系數(shù)，其數(shù)值等于當(dāng)速度梯度為1時(shí)接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力

法定計(jì)量單位：帕·秒（Pa·s）圖1-4液體粘性示意圖運(yùn)動(dòng)粘度ν

定義：動(dòng)力粘度μ與密度ρ之比

法定計(jì)量單位：m2/s

由于ν的單位中只有運(yùn)動(dòng)學(xué)要素，故稱為運(yùn)動(dòng)粘度。液壓油的粘度等級(jí)就是以其40oC時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的某一平均值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級(jí)為32，則40oC時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32mm2/s

相對(duì)粘度（恩式粘度oΕ）

恩氏粘度：它表示200mL被測(cè)液體在toC時(shí)，通過恩氏粘度計(jì)小孔（ф=2.8mm）流出所需的時(shí)間t1，與同體積20oC的蒸餾水通過同樣小孔流出所需時(shí)間t2之比值工業(yè)上常用20oC、50oC和100oC作為測(cè)定恩式粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，分別以oΕ20、oΕ50、oΕ100表示粘溫特性

定義：粘度隨溫度變化的特性溫度升高，粘度降低

圖1-5幾種國(guó)產(chǎn)油液粘溫圖粘壓特性

定義：粘度隨壓力變化的特性壓力升高，粘度增大

在壓力系統(tǒng)中，若系統(tǒng)壓力不高，一般可忽略壓力對(duì)黏度的影響1.1.2液壓油的選擇液壓油的作用

1傳遞能量

2作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)零件的工作表面1.1.2液壓油的選擇液壓油的要求：1．合適的粘度2．質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少3．潤(rùn)滑性能較好4．良好的化學(xué)穩(wěn)定性5．閃點(diǎn)高，凝點(diǎn)低

1.1.2液壓油的選擇液壓油的選擇：選用時(shí)主要考慮黏度問題。從以下幾方面確定油液的黏度：1．工作壓力2．運(yùn)動(dòng)速度3．環(huán)境溫度4.液壓泵的類型1.2液體靜力學(xué)液體的靜壓力靜壓力基本方程靜壓力基本方程的物理意義壓力的計(jì)量單位壓力的傳遞液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力1.2液體靜力學(xué)研究對(duì)象：靜止液體的受力平衡規(guī)律及其應(yīng)用。靜止的含義：液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即不呈現(xiàn)粘性。

1.2.1液體的靜壓力靜壓力:

是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),其單位面積上所受的法向作用力若包含液體某點(diǎn)的微小面積ΔA上所作用的法向力為ΔF，則該點(diǎn)的靜壓力p定義為：若法向力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為:1.2.1液體的靜壓力靜壓力的特性:液體的靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向靜止液體中任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向的壓力都相等1.2.2液體靜壓力的基本方程液體靜壓力基本方程:p=po+ρghp是靜止液體中深度為h處的任意點(diǎn)上的壓力,p0

為液面上的壓力，若液面為與大氣接觸的表面，則p0等于大氣壓p。同一容器同一液體中的靜壓力隨著深度h的增加線性地增加同一液體中深度h相同的各點(diǎn)壓力都相等.

在重力作用下靜止液體中的等壓面是深度（與液面的距離）相同的水平面

重心作用下的靜止液體1.2.3靜壓力基本方程物理意義p=p0+ρg(z0-z)

+gz=+gz0=C

zg:單位質(zhì)量液體的勢(shì)能:單位質(zhì)量液體的壓力能物理意義:靜止液體具有兩種能量形式，即壓力能與勢(shì)能。這兩種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和對(duì)液體中的每一點(diǎn)都保持不變?yōu)楹阒?，因此靜壓力基本方程從本質(zhì)上反映了靜止液體中的能量守恒關(guān)系.1.2.4壓力的表示方法及單位相對(duì)壓力（表壓力）:

以大氣壓力為基準(zhǔn)，測(cè)量所得的壓力是高于大氣壓的部分

絕對(duì)壓力:

以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力真空度:液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓力小于大氣壓力的那部分壓力值稱為真空度。此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值，又稱負(fù)壓。

1.2.4壓力的表示方法及單位圖2—2絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度1.2.4壓力的表示方法及單位壓力的單位：法定單位

:牛頓/米2(N/m2)即帕（Pa）

1MPa=106Pa單位換算:

1工程大氣壓（at）=1公斤力/厘米2（kgf/cm2）≈105帕

=0.1MPa1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa

例題：活塞上的作用力F=1000N,活塞的作用面積A=10-3M2,h=0.5m處的液體壓力，液體的密度=900KG/M3hA

1.2.5液體靜壓傳遞原理（帕斯卡原理）

在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力以等值傳遞到液體各點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，液體受外界壓力時(shí)，液體自重產(chǎn)生的壓力可以忽略不計(jì)，近似認(rèn)為液體內(nèi)部各點(diǎn)壓力相等，且由外界負(fù)載作用形成，即壓力取決于負(fù)載（重要概念）。

小結(jié)：本小節(jié)重點(diǎn)掌握液體靜力學(xué)基本方程及靜壓傳遞原理，得出液壓傳動(dòng)的一個(gè)重要概念：壓力取決于負(fù)載。另外液體壓力的兩種表示方法要區(qū)分開來，表壓力為相對(duì)壓力。 1.3液體動(dòng)力學(xué)基本概念連續(xù)性方程伯努利方程1.3.1基本概念1、理想液體和恒定流動(dòng)

理想液體：假設(shè)即無(wú)粘性又無(wú)可壓縮性的液體。（實(shí)際液體）恒定流動(dòng)：當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，如果液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)。（非恒定流動(dòng)） 1.3.1基本概念2.通流斷面、流量和平均流速通流截面:液體在管道中流動(dòng)時(shí)，其垂直于流動(dòng)方向的截面。流量:單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的液體體積，以q表示。

q=Av

法定單位:

米3/秒(m3/s)

工程中常用升/分（L/min）當(dāng)液流通過微小的通流截面dA時(shí)，液體在該截面上各點(diǎn)的速度u可以認(rèn)為是相等的，所以流過該微小斷面的流量為

dq=udA則流過整個(gè)通流斷面A的流量為通流截面上的平均流速:上式中的v即為通流截面上的平均流速。

v=q/A液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度【問題1】為什么在醫(yī)院掛水時(shí)，皮管流速與閥口通流截面積成正比？

【舉例】單桿液壓缸活塞直徑D＝100mm,活塞桿直徑d=50mm,進(jìn)、回油管直徑d0=20mm,輸入流量qv=100L/min,求進(jìn)油管、活塞及回油管的速度V1、V、V2。1.3.1基本概念

3、層流、紊流、雷諾數(shù)流動(dòng)狀態(tài)*

實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)具有兩種狀態(tài)，即層流和紊流。層流：液體的流動(dòng)是分層的，層與層之間互不干擾。特點(diǎn)：流速低，粘性力起主導(dǎo)作用紊流：液體流動(dòng)不分層，做混雜紊亂流動(dòng)。特點(diǎn)：流速高，粘性力弱，慣性力主導(dǎo)

1.3.1基本概念雷諾數(shù)：

其中v為管內(nèi)液體平均流速，d為管徑，為液體的運(yùn)動(dòng)粘度。若液流的雷諾數(shù)相同，則流動(dòng)狀態(tài)相同判斷液流狀態(tài)一般由臨界雷諾數(shù)Recr決定，即實(shí)際Re小于Recr時(shí)為層流，反之為紊流。

對(duì)通流截面相同的管道來說，若液流的雷諾數(shù)Re相同，它的流動(dòng)狀態(tài)就相同。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)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不同的，后者的數(shù)值較前者小，所以一般都用后者作為判斷液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記作Rec。當(dāng)液流的實(shí)際雷諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)Rec時(shí)，為層流；反之，為紊流。雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，液體的慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài)。1.3.2連續(xù)性方程:質(zhì)量守恒定律在流動(dòng)液體情況下的具體應(yīng)用液流的連續(xù)性原理

1.3.2連續(xù)性方程:質(zhì)量守恒定律在流動(dòng)液體情況下的具體應(yīng)用

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，時(shí)間t內(nèi)流過兩截面的液體質(zhì)量相等。即ρ1v1A1=ρ2v2A2

簡(jiǎn)化得v1A1=v2A2=qv=常數(shù)上式為連續(xù)性方程，表明：通過無(wú)分支管道任一通流斷面的流量相等.液體的平均流速與管道通流斷面面積成反比。速度不僅可以傳遞而且可以放大或者縮小1.3.3伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表達(dá)形式理想液體的伯努利方程實(shí)際液體的伯努利方程伯努利方程應(yīng)用實(shí)例

物理意義：在管路內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有壓力能、勢(shì)能、動(dòng)能。在沿管流動(dòng)過程中可互相轉(zhuǎn)化，其總和保持不變。 理想液體的伯努利方程（不考慮粘性，不可壓縮，無(wú)能量損失）伯努利方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖實(shí)際液體的伯努利方程（考慮能量損失）

α:動(dòng)能修正系數(shù),為截面上單位時(shí)間內(nèi)流過液體所具有的實(shí)際動(dòng)能，與按截面上平均流速計(jì)算的動(dòng)能之比（層流時(shí)α=2，紊流時(shí)α=1.1）

g:單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動(dòng)的能量損失應(yīng)用伯努利方程時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)（1）斷面1、2需順流向選?。ǚ駝thw為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的流動(dòng)截面上。 （2）zp兩個(gè)參數(shù)定在通流截面的軸心處

（3）通流截面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)為正，反之為負(fù)，通常取較低的通流截面的中心作為基準(zhǔn)水平面例2.4如圖，水箱側(cè)壁開一個(gè)小孔，水箱自由水面1－1與小孔2－2處的壓力分別為p1和p2，小孔中心到水箱自由液面的距離為h，且h基本不變，如果不計(jì)損失，求水從小孔流出的速度？h2211例2.5液壓泵吸油裝置如圖2.23所示，設(shè)油箱液面壓力為p1,液壓泵吸油口處的絕對(duì)壓力為p2，泵吸油口距油箱液面高度為h，吸油管路總能量損失為hwg，不考慮液體流動(dòng)狀態(tài)的影響，取a＝1，試確定液壓泵吸油口處的真空度？h1122伯努利方程應(yīng)用實(shí)例液壓泵吸油口處的真空度是油箱液面壓力與吸油口處壓力p2之差。液壓泵吸油口處的真空度卻不能太大.實(shí)踐中一般要求液壓泵的吸油口的高度h不超過0.5米.圖2-10液壓泵從油箱吸油1.4管路系統(tǒng)流動(dòng)分析定常管流的壓力損失通過小孔的流動(dòng)通過間隙的流動(dòng)1.4.1流態(tài)實(shí)際液體在流動(dòng)過程中，為了克服黏性摩擦阻力，流動(dòng)時(shí)要損耗一部分能量，這種能量損耗表現(xiàn)為壓力損失。壓力損失產(chǎn)生的內(nèi)因是液體本身的黏性，外因是管道結(jié)構(gòu)壓力損失分為兩種：沿程壓力損失，局部壓力損失液體的流動(dòng)狀態(tài)層流和紊流層流：液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，且平行與管道軸線。紊流：液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除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)。1.4.2定常管流的壓力損失

實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)的能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，包含沿程壓力損失p和局部壓力損失p兩大類?！窘Y(jié)論】在液壓傳動(dòng)的壓力油路內(nèi)，液體如果沒有流動(dòng)，就沒有壓力損失，壓力就處處相等。1.4.2定常管流的壓力損失一、沿程壓力損失

定義：油液沿等直徑管道流動(dòng)時(shí)，由于粘性引起的內(nèi)外摩擦造成的損失。原因：摩擦：內(nèi)摩擦—因粘性，液體分子間摩擦外摩擦—液體與管壁間沿程壓力損失取決于：管道長(zhǎng)度、直徑、粘度和流動(dòng)狀態(tài)

1.4.2定常管流的壓力損失二.局部壓力損失Δpξ:在流經(jīng)閥口、管道截面變化、彎曲等處時(shí)，由于流動(dòng)方向和速度變化及復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象(旋渦，二次流等)而造成局部能量損失

產(chǎn)生原因：碰撞、旋渦（突變管、彎管)產(chǎn)生附加摩擦。

1.4.3總壓力損失三、總壓力損失：整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失是系統(tǒng)中所有直管的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和

在液壓系統(tǒng)中，大部分壓力損失轉(zhuǎn)化為熱能，使油溫升高，泄漏增加，影響系統(tǒng)的工作性能，因此應(yīng)盡量減少壓力損失。措施：①減小流速（影響最大）；②縮短管長(zhǎng)，增大管徑；③減小管道截面突變，提高管道內(nèi)壁加工質(zhì)量。

1.5孔口流動(dòng)

在液壓與氣壓傳動(dòng)中常用通過改變閥口通流截面積或通過通流通道的長(zhǎng)短來控制流量的節(jié)流裝置來實(shí)現(xiàn)流量控制。這種節(jié)流裝置的通流截面一般為不同形式的小孔。通過薄壁小孔*(孔的通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d≤0.5)的流動(dòng)通過細(xì)長(zhǎng)小孔(小孔的長(zhǎng)徑比l/d>4)的流動(dòng)小孔的流量壓力特性公式：AT，△p：小孔的通流截面和兩端壓力差m——由孔的長(zhǎng)徑比決定的指數(shù)。薄壁孔m=0.5，細(xì)長(zhǎng)孔m=1。K

——由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)孔，對(duì)于薄壁孔、短孔通過小孔的流動(dòng)通過薄壁小孔的流量與液體粘度無(wú)關(guān)，因而流量受液體溫度影響較小.但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。但細(xì)長(zhǎng)小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系是線性的

1.6縫隙流動(dòng)液壓元件內(nèi)各