第一單元液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)

第一單元液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.1液壓油2.1.1液壓油的物理性質(zhì)1、液體的密度密度ρ：ρ=m/V[kg/m3]2、液體的粘性液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力，這一特性稱為粘性。液體粘性示意圖F=μA

式中：μ－比例常數(shù)，稱為粘性系數(shù)或粘度；

－速度梯度

F=μA

第2頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.1液壓油粘度的分類：粘度是衡量流體粘性的指標(biāo)。常用的粘度有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。①動(dòng)力粘度μ動(dòng)力粘度μ在物理意義上講，是當(dāng)速度梯度du/dz=1時(shí)，單位面積上的內(nèi)摩擦力的大小，即：

它直接表示流體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小。②運(yùn)動(dòng)粘度ν運(yùn)動(dòng)粘度是動(dòng)力粘度μ與液體密度ρ的比值,即：ν=μ/ρ

運(yùn)動(dòng)粘度ν沒(méi)有什么明確的物理意義，因在理論分析和計(jì)算中常遇到μ/ρ的比值，為方便起見(jiàn)用ν表示。③相對(duì)粘度相對(duì)粘度又稱條件粘度。各國(guó)采用的相對(duì)粘度單位有所不同。有的用賽氏粘度，有的用雷氏粘度，我國(guó)采用恩氏粘度。第3頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、液體的可壓縮性當(dāng)液體受壓力作用二體積減小的特性稱為液體的可壓縮性?？蓧嚎s性用體積壓縮系數(shù)

4、其它性質(zhì)1）壓力對(duì)粘度的影響在一般情況下，壓力對(duì)粘度的影響比較小。當(dāng)液體所受的壓力加大時(shí)，分子之間的距離縮小，內(nèi)聚力增大，其粘度也隨之增大。

2）溫度對(duì)粘度的影響液壓油粘度對(duì)溫度的變化是十分敏感的，當(dāng)溫度升高時(shí)，其分子之間的內(nèi)聚力減小，粘度就隨之降低。2.1液壓油選用正確而合理地選用液壓油，乃是保證液壓設(shè)備高效率正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。選用液壓油時(shí)，可根據(jù)液壓元件生產(chǎn)廠樣本和說(shuō)明書(shū)所推薦的品種號(hào)數(shù)來(lái)選用液壓油，或者根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、工作溫度、液壓元件種類及經(jīng)濟(jì)性等因素全面考慮，一般是先確定適用的粘度范圍，再選擇合適的液壓油品種。同時(shí)還要考慮液壓系統(tǒng)工作條件的特殊要求，如在寒冷地區(qū)工作的系統(tǒng)則要求油的粘度指數(shù)高、低溫流動(dòng)性好、凝固點(diǎn)低；伺服系統(tǒng)則要求油質(zhì)純、壓縮性??；高壓系統(tǒng)則要求油液抗磨性好。第4頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱壓力,在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。如何定義液體中某點(diǎn)的壓力？2.液體靜壓力有兩個(gè)重要特性:（1）液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。這是由于液體質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力很小,不能受拉只能受壓之故。為什么？（2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個(gè)方向上都相等。為什么？如果某點(diǎn)受到的壓力在某個(gè)方向上不相等,那么液體就會(huì)流動(dòng),這就違背了液體靜止的條件。2.2流體靜力學(xué)第5頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、液體靜壓力基本方程

p△A=Po△A+ρgh△A式中，ρgh△A為小液柱的重力，ρ—液體的密度上式化簡(jiǎn)后得：p=p0+ρgh2.2流體靜力學(xué)第6頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、液體靜壓力基本方程說(shuō)明什么問(wèn)題：（1）

靜止液體中任何一點(diǎn)的靜壓力為作用在液面的壓力Po和液體重力所產(chǎn)生的壓力ρgh之和。（2）

液體中的靜壓力隨著深度h而線性增加。

（3）在連通器里，靜止液體中只要深度h相同其壓力都相等。

p=p0+ρgh2.2流體靜力學(xué)第7頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、應(yīng)用液體靜壓力基本方程：

例1-1如圖1-3所示，容器內(nèi)盛油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面積A=1×10-3m2，假設(shè)活塞的重量忽略不計(jì)。問(wèn)活塞下方深度為h=0.5m處的壓力等于多少？

2.2流體靜力學(xué)第8頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三解:活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布，有根據(jù)靜壓力的基本方程式（1-3），深度為h處的液體壓力

=106+900×9.8×0.5=1.0044×106(N/m2)106(Pa)

從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力gh相對(duì)甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?jì)，因而可近似認(rèn)為整個(gè)液體內(nèi)部的壓力是相等的。以后我們?cè)诜治鲆簤合到y(tǒng)的壓力時(shí)，一般都采用這種結(jié)論。2.2流體靜力學(xué)第9頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、絕對(duì)壓力、表壓力及真空度

根據(jù)度量方法的不同有所謂的表壓力又稱相對(duì)壓力（gaugepressure）和絕對(duì)壓力（absolutepressure）之分。以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?atomosphere)為基準(zhǔn)所表示的壓力稱為表壓力。以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力稱為絕對(duì)壓力。如液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，這時(shí)該點(diǎn)的絕對(duì)壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度。所以真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力2.2流體靜力學(xué)第10頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、絕對(duì)壓力、表壓力及真空度有關(guān)表壓力、絕對(duì)壓力和真空度的關(guān)系見(jiàn)圖1-4。2.2流體靜力學(xué)第11頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5、帕斯卡原理（Pascal’sPrinciple）

圖所示建立了一個(gè)很重要的概念，即在液壓傳動(dòng)中工作的壓力取決于負(fù)載，而與流入的流體多少無(wú)關(guān)。2.2流體靜力學(xué)第12頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6、連續(xù)定理(PrincipleofContinuity)

液體在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)任一通流橫截面的速度、壓力和密度不隨時(shí)間改變的流動(dòng)稱為穩(wěn)流，反之速度、壓力和密度其中一項(xiàng)隨時(shí)間而變，就稱為非穩(wěn)流。對(duì)穩(wěn)流而言，液體以穩(wěn)流流動(dòng)通過(guò)管內(nèi)任一截面的液體質(zhì)量必然相等。如圖1-6所示管內(nèi)兩個(gè)流通截面面積為A1和A2，流速分別為V1和V2，則通過(guò)任一截面的流量Q如（1－6）式表示。

Q=AV=A1V1=A2V2=常量（1－6）式（1－6）即連續(xù)定理，此式還得出另一個(gè)重要的基本概念，即運(yùn)動(dòng)速度取決于流量，而與流體的壓力無(wú)關(guān)。2.3流體動(dòng)力學(xué)第13頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6、連續(xù)定理(PrincipleofContinuity)應(yīng)用及帕斯卡原理應(yīng)用：例1-2圖1－7所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑D=100mm,小缸內(nèi)徑d=20mm,大活塞上放上質(zhì)量為5000kg的物體。問(wèn):1.在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞頂起重物？2.若小活塞下壓速度為0.2m/s，試求大活塞上升速度？圖1－7帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例2.3流體動(dòng)力學(xué)第14頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6、連續(xù)定理(PrincipleofContinuity)：解：1．物體的重力為G=mg=5000kg×9.8m/s2=49000kg·m/s2=49000N根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相等，即故為了頂起重物應(yīng)在小活塞上加力為

=×49000N=1960N2.由連續(xù)定理：Q=AV=常數(shù)得出：故大活塞上升速度：

本例說(shuō)明了液壓千斤頂?shù)纫簤浩鹬貦C(jī)械的工作原理，體現(xiàn)了液壓裝置的力放大作用。

2.3流體動(dòng)力學(xué)第15頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7、液體流動(dòng)中的壓力和流量的損失（1）壓力損失：由于液體具有粘性，在管路中流動(dòng)時(shí)又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動(dòng)過(guò)程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。

壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當(dāng)液體在直徑不變的直管中流過(guò)一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失。總的壓力損失等于沿程損失和局部損失之和。

由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個(gè)1.3～1.5的系數(shù)來(lái)估算。2.4壓力損失計(jì)算第16頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7、液體流動(dòng)中的壓力和流量的損失（2）流量損失在液壓系統(tǒng)中,各被壓元件都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面,如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面，因?yàn)橐邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng),所以它們之間都有一定的間隙,如果間隙的一邊為高壓油,另一邊為低壓油,則高壓油就會(huì)經(jīng)間隙流向低壓區(qū)從而造成泄漏。同時(shí)由于液壓元件密封不完善，一部分油液也會(huì)向外部泄漏。這種泄漏造成實(shí)際流量有所減少,這就是我們所說(shuō)的流量損失。流量損失影響運(yùn)動(dòng)速度，而泄漏又難以絕對(duì)避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個(gè)l.1～1.3的系數(shù)來(lái)估算。

2.4壓力損失計(jì)算第17頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象（1）液壓沖擊：在液壓系統(tǒng)中,當(dāng)油路突然關(guān)閉或換向時(shí),會(huì)產(chǎn)生急劇的壓力升高,這種現(xiàn)象。

造成液壓沖擊的主要原因是液壓速度的急劇變化、高速運(yùn)動(dòng)工作部件的慣性力和某些液壓元件反應(yīng)動(dòng)作不夠靈敏.

產(chǎn)生液壓沖擊時(shí),系統(tǒng)中的壓力瞬間就要比正常壓力大好幾倍,特別是在壓力高、流量大的情況下,極易引起系統(tǒng)的振動(dòng)、噪音甚至導(dǎo)管或某些液壓元件的損壞,既影響系統(tǒng)的工作質(zhì)量又會(huì)縮短其使用壽命。還要注意的是由于壓力沖擊產(chǎn)生的高壓力可能使某些液壓元件（如壓力繼電器）產(chǎn)生誤動(dòng)作,而損壞設(shè)備。

避免液壓沖擊的主要辦法是避免液流速度的急劇變化。延緩速度變化的時(shí)間能有效地防止液壓沖擊,如將液動(dòng)換向閥和電磁換向閥聯(lián)用可減少液壓沖擊,因?yàn)橐簞?dòng)換向閥能把換向時(shí)間控制得慢一些。2.5液壓沖擊及空穴現(xiàn)象第18頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象（2）空穴現(xiàn)象：如果液壓系統(tǒng)中發(fā)生了空穴現(xiàn)象,液體中的氣泡隨著液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的區(qū)域時(shí),氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂,從而引起局部液壓沖擊,造成噪音和振動(dòng),另一方面,由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性,降低了油管的通油能力,造成流量和壓力的波動(dòng),使液壓元件承受沖擊載荷,影響其使用壽命。同時(shí)氣泡中的氧也會(huì)腐蝕金屬元件的表面,我們把這種因發(fā)生空穴現(xiàn)象而造成的腐蝕叫汽蝕。