液壓課件02基礎知識-zuixin

第一章液壓流體力學基礎

液壓油液的性質(zhì)靜止液體的力學規(guī)律流動液體的力學規(guī)律管路系統(tǒng)流動分析液壓系統(tǒng)的氣穴與液壓沖擊現(xiàn)象1.1液壓傳動工作介質(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：單位體積液體的質(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)。可用液體壓縮系數(shù)κ或體積彈性模量K表示體積壓縮系數(shù)κ：單位壓力變化所引起的體積相對變化量，（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)

計算時常取K=（1.2～2）x103MPa若混入空氣會怎么樣？粘度液體的粘性：

液體在流動時產(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常用的粘度有三種不同單位：動力粘度運動粘度相對粘度動力粘度（絕對粘度）μ

牛頓內(nèi)摩擦定律式中μ:稱為動力粘度系數(shù)（Pa·s）

τ:單位面積上的摩擦力（即剪切應力）

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

法定計量單位：帕·秒（Pa·s）圖1-4液體粘性示意圖運動粘度ν

定義：動力粘度μ與密度ρ之比

法定計量單位：m2/s

由于ν的單位中只有運動學要素，故稱為運動粘度。液壓油的粘度等級就是以其40oC時運動粘度的某一平均值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級為32，則40oC時其運動粘度的平均值為32mm2/s

相對粘度（恩式粘度oΕ）

恩氏粘度：它表示200mL被測液體在toC時，通過恩氏粘度計小孔（ф=2.8mm）流出所需的時間t1，與同體積20oC的蒸餾水通過同樣小孔流出所需時間t2之比值工業(yè)上常用20oC、50oC和100oC作為測定恩式粘度的標準溫度，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作為潤滑劑潤滑運動零件的工作表面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．潤滑性能較好4．良好的化學穩(wěn)定性5．閃點高，凝點低

1.1.2液壓油的選擇液壓油的選擇：選用時主要考慮黏度問題。從以下幾方面確定油液的黏度：1．工作壓力2．運動速度3．環(huán)境溫度4.液壓泵的類型1.2液體靜力學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量單位壓力的傳遞液體靜壓力對固體壁面的作用力1.2液體靜力學研究對象：靜止液體的受力平衡規(guī)律及其應用。靜止的含義：液體內(nèi)部質(zhì)點無相對運動，即不呈現(xiàn)粘性。

1.2.1液體的靜壓力靜壓力:

是指液體處于靜止狀態(tài)時,其單位面積上所受的法向作用力若包含液體某點的微小面積ΔA上所作用的法向力為ΔF，則該點的靜壓力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所受到各個方向的壓力都相等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，即壓力能與勢能。這兩種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和對液體中的每一點都保持不變?yōu)楹阒担虼遂o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系.1.2.4壓力的表示方法及單位相對壓力（表壓力）:

以大氣壓力為基準，測量所得的壓力是高于大氣壓的部分

絕對壓力:

以絕對零壓為基準測得的壓力絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度:液體中某點的絕對壓力小于大氣壓力的那部分壓力值稱為真空度。此時相對壓力為負值，又稱負壓。

1.2.4壓力的表示方法及單位圖2—2絕對壓力、相對壓力和真空度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。實驗表明，液體受外界壓力時，液體自重產(chǎn)生的壓力可以忽略不計，近似認為液體內(nèi)部各點壓力相等，且由外界負載作用形成，即壓力取決于負載（重要概念）。

小結(jié)：本小節(jié)重點掌握液體靜力學基本方程及靜壓傳遞原理，得出液壓傳動的一個重要概念：壓力取決于負載。另外液體壓力的兩種表示方法要區(qū)分開來，表壓力為相對壓力。 1.3液體動力學基本概念連續(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

理想液體：假設即無粘性又無可壓縮性的液體。（實際液體）恒定流動：當液體流動時，如果液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動。（非恒定流動） 1.3.1基本概念2.通流斷面、流量和平均流速通流截面:液體在管道中流動時，其垂直于流動方向的截面。流量:單位時間內(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）當液流通過微小的通流截面dA時，液體在該截面上各點的速度u可以認為是相等的，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液壓缸的運動速度【問題1】為什么在醫(yī)院掛水時，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、回油管直徑d0=20mm,輸入流量qv=100L/min,求進油管、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)流動狀態(tài)*

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

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，為液體的運動粘度。若液流的雷諾數(shù)相同，則流動狀態(tài)相同判斷液流狀態(tài)一般由臨界雷諾數(shù)Recr決定，即實際Re小于Recr時為層流，反之為紊流。

對通流截面相同的管道來說，若液流的雷諾數(shù)Re相同，它的流動狀態(tài)就相同。液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r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。當液流的實際雷諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)Rec時，為層流；反之，為紊流。雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性力對粘性力的無因次比。當雷諾數(shù)較大時，液體的慣性力起主導作用，液體處于紊流狀態(tài)；當雷諾數(shù)較小時，粘性力起主導作用，液體處于層流狀態(tài)。1.3.2連續(xù)性方程:質(zhì)量守恒定律在流動液體情況下的具體應用液流的連續(xù)性原理

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

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

簡化得v1A1=v2A2=qv=常數(shù)上式為連續(xù)性方程，表明：通過無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液體中的表達形式理想液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程伯努利方程應用實例

物理意義：在管路內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想液體具有壓力能、勢能、動能。在沿管流動過程中可互相轉(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，無能量損失）伯努利方程推導簡圖實際液體的伯努利方程（考慮能量損失）

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

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

（3）通流截面中心在基準面以上時為正，反之為負，通常取較低的通流截面的中心作為基準水平面例2.4如圖，水箱側(cè)壁開一個小孔，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，設油箱液面壓力為p1,液壓泵吸油口處的絕對壓力為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伯努利方程應用實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)流動分析定常管流的壓力損失通過小孔的流動通過間隙的流動1.4.1流態(tài)實際液體在流動過程中，為了克服黏性摩擦阻力，流動時要損耗一部分能量，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狀態(tài)層流和紊流層流：液體質(zhì)點互不干擾，液體的流動呈線性或?qū)訝?，且平行與管道軸線。紊流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動外，還存在著劇烈的橫向運動。1.4.2定常管流的壓力損失

實際液體流動時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】在液壓傳動的壓力油路內(nèi)，液體如果沒有流動，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時，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：管道長度、直徑、粘度和流動狀態(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，由于流動方向和速度變化及復雜的流動現(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，因此應盡量減少壓力損失。措施：①減小流速（影響最大）；②縮短管長，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

在液壓與氣壓傳動中常用通過改變閥口通流截面積或通過通流通道的長短來控制流量的節(jié)流裝置來實現(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*(孔的通流長度l與孔徑d之比l/d≤0.5)的流動通過細長小孔(小孔的長徑比l/d>4)的流動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——由孔的長徑比決定的指數(shù)。薄壁孔m=0.5，細長孔m=1。K

——由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)。對于細長孔，對于薄壁孔、短孔通過小孔的流動通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關，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系是非線性的液體流經(jīng)細長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。但細長小孔的流量與孔前后的壓差關系是線性的

1.6縫隙流動液壓元件內(nèi)各