液体流经孔口和缝隙流量压力特性 液压冲击和气穴现象

1、目的任务目的任务 了解流量公式、特点、两种现象了解流量公式、特点、两种现象 产生原因产生原因 掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象危害及消除掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象危害及消除 重点难点重点难点 1 薄壁小孔流量公式及特点薄壁小孔流量公式及特点 2 流量通用方程及各项含义流量通用方程及各项含义 3 平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论 4 两种现象危害及消除方法两种现象危害及消除方法 提问作业提问作业 1 动力学三大方程各是什么？分别是刚体力学中哪动力学三大方程各是什么？分别是刚体力学中哪 些定些定 律在流体律在流体 力学中的具体应用力

2、学中的具体应用? 2 液压传动中液体的流态和压力损失有哪几种？其判别方法和产液压传动中液体的流态和压力损失有哪几种？其判别方法和产 生原生原 因各是什么？因各是什么？ 3 液压传动油管中为何种流态？产生什么损失液压传动油管中为何种流态？产生什么损失? 2、5、1 小孔流量小孔流量压力特性压力特性 2、5、2 液体流经缝隙流量压力特性 概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要 的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的地位，它涉及液压元件的密封性，系统 的容积效率，更为重要的是它是设计计算的容积效率，更为重要的是它是设计计算 的基础，因此：的基础，因此：

3、小孔虽小（直径一般在小孔虽小（直径一般在1mm以内），以内）， 缝隙虽窄（宽度一般在缝隙虽窄（宽度一般在0、1mm 以下），以下）， 但其作但其作 用却不可等闲视之。用却不可等闲视之。 薄壁小孔流量压力特性薄壁小孔流量压力特性 短孔和细长孔的流量压力特性短孔和细长孔的流量压力特性 流量通用方程流量通用方程 薄壁小孔 l/d 05 孔口分类 4 短孔 0、5 l/d 4 如图2、5、1：取孔前通道断面为11断面，收缩 断面为断面，管道中心为 动画演示动画演示 基准面， z1 = z2 ，列伯努利方程如下： p1+1v12 /2= p2 +2v22/2 +pw v1 105 cc = 0.61 0

4、.63 cv = 0.97 0.98 cq = 0.6 0.62 液流不完全收缩时（液流不完全收缩时（d/d 7），查表），查表2、5、1 结论：结论： q p ，与，与无关。无关。 流过薄壁小孔的流量不受油温变化流过薄壁小孔的流量不受油温变化 的影响。的影响。 短孔：短孔：q = cqat 2p / cq 可查图可查图2、5、2 细长孔：细长孔：q = d4p / 128l =d2p/32l=cap 结论：结论： q p 反比于反比于 流量受油温变化影响较大（流量受油温变化影响较大（t q） 薄壁孔：薄壁孔：q = cqat 2p /= cq2/ at p 短孔：短孔： q = cqat 2

5、p / = cq2/ at p 细长孔：细长孔： q =d4p / 128l =1/32l d4/4 p 流量通用方程：流量通用方程： q = c atp 平面缝隙平面缝隙 常见缝隙常见缝隙 环状缝隙环状缝隙 压差流动压差流动 缝隙流动状况缝隙流动状况 剪切流动剪切流动 如图如图2、5、3：设缝隙度高为：设缝隙度高为，宽度，宽度b,度为度为l, 两两 端压力端压力 为为p1、 、p2其压差为 其压差为p，从缝隙中取一微小，从缝隙中取一微小 六面体，左右两六面体，左右两 端所受压力为端所受压力为p和和p+dp， 上下两侧面所受摩擦切应力为上下两侧面所受摩擦切应力为+d和和， 则在水平方则在水平方

6、 向受力平衡方程为：向受力平衡方程为： pbdy + (+d)bdx = (p+dp)bdy +bdx 整理后得：整理后得： d/dy = dp/dx 动画演示动画演示 = du/dy d2u/dy2 = 1/dp/dx 上式对上式对y两次积分得：两次积分得：u = dp/dx y 2/2+ c1y + c2 由边界条件：由边界条件： 当当y = 0, u = 0 y = , u = u0 则有： 则有：c1 = -dp/dx /2, c2 = 0 此外，在缝隙液流中，压力沿此外，在缝隙液流中，压力沿x方向变化率方向变化率dp/dx是一常数，有是一常数，有: dp/dx = p2-p1/l =

7、 -(p1-p2)/l = -p/l u = (-y)yp/2l 故故 q =0hubdy = b0hp(-y)ydy /2l = b3p /12l 结论：在压差作用下，通过固定平行平板缝隙结论：在压差作用下，通过固定平行平板缝隙 的流量与缝隙高度的三次方成正比，这的流量与缝隙高度的三次方成正比，这 说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏 量的影响是很大的。量的影响是很大的。 相对运动平行平板缝隙（见图相对运动平行平板缝隙（见图2、5、4） 剪切流动时：剪切流动时： q = vb/2 压差与剪切流动时：压差与剪切流动时： q = b3p /12l vb/2 剪切与

8、压差流动方向一致时，取正号剪切与压差流动方向一致时，取正号 剪切与压差流动方向相反时，取负号剪切与压差流动方向相反时，取负号 液压缸缸筒与活液压缸缸筒与活 环形缝隙环形缝隙 阀芯与阀孔阀芯与阀孔 同心同心 分类分类 工作压力工作压力 引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、 管路等管路等 损坏；使某些元件（如压力继电器、损坏；使某些元件（如压力继电器、 顺序阀等）产生误动作，影响系顺序阀等）产生误动作，影响系 统统 正常工作。正常工作。 1） 延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。 2） 限制管道流速及运动部件速度限

9、制管道流速及运动部件速度 v管 管 5m/s ， ， v缸 缸 10m/min 。 。 3） 加大管道直径，尽量缩短管路长度。加大管道直径，尽量缩短管路长度。 4） 采用软管，以增加系统的弹性。采用软管，以增加系统的弹性。 气穴现象：液压系统中，由于某种原（如速 度突变），使 压力降低而使气泡 产生的现象。 压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速 度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油 高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过 高，吸油不充分，压力降低（如高空观缆）。

10、高，吸油不充分，压力降低（如高空观缆）。 混入混入 气泡气泡 轻微气穴轻微气穴 空气空气 溶入溶入 气体分子气体分子 严重气穴严重气穴 蒸汽蒸汽 汽泡汽泡 强烈气穴强烈气穴 1 液流不连续，流量、压力脉动 2 系统发生强烈的振动和噪声 3 发生气蚀 1 减小小孔和缝隙前后压力降，希望减小小孔和缝隙前后压力降，希望 p1/p2 3.5 。 2 增大直径、降低高度、限制流速。增大直径、降低高度、限制流速。 3 管路要有良好密封性防止空气进入。管路要有良好密封性防止空气进入。 4 提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金 属材料，减小表面粗糙度。属材料，减小表

11、面粗糙度。 5 整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理 配置。配置。 目的任务目的任务 重点难点重点难点 提问作业提问作业 了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较 掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 液压马达工作原理、参数计算液压马达工作原理、参数计算 液压泵性能比较液压泵性能比较 1 yb型泵是否有困油现象？为什么？型泵是否有困油现象？为什么？ 2 齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么 压力？为什么？压力？为什么？

12、 原原 理理 特特 点点 分分 类类 3、4、1 轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理 3、4、2 轴向柱塞泵的流量计算轴向柱塞泵的流量计算 3、4、3 斜盘式轴向柱塞泵的结构斜盘式轴向柱塞泵的结构 靠柱塞在缸体内的往复运动，靠柱塞在缸体内的往复运动， 使密封容积变化实现吸压油。使密封容积变化实现吸压油。 圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好 有如下特点有如下特点 （1）工作压力高）工作压力高 ，效率高。，效率高。 （2）易于变量）易于变量 （3）流量范围大）流量范围大 *斜盘式斜盘式 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 按柱塞排列方式按柱塞排列方式 斜轴式斜

13、轴式 径向柱塞泵径向柱塞泵 特特 征征 组组 成成 工作原理工作原理 柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线 配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等 结构图动画结构图动画 v密 密形成 形成柱塞和缸体配合而成柱塞和缸体配合而成 右半周，右半周，v密 密增大，吸油 增大，吸油 v密 密变化，缸体逆转 变化，缸体逆转 左半周，左半周，v密 密减小，压油 减小，压油 吸压油口隔开吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体配油盘上的封油区及缸体 底部的通油孔底部的通油孔 = 0 q = 0 大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化方向变化，输

14、油方向变化 斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵 排排 量量 流流 量量 若柱塞数为若柱塞数为z，柱塞直径为，柱塞直径为d， 柱塞孔的分布圆直径为柱塞孔的分布圆直径为d， 斜盘倾角为斜盘倾角为， 则柱塞的行程为：则柱塞的行程为：h=dtan 故缸体转一转，泵的排量为：故缸体转一转，泵的排量为： v = zhd2/4 = d2 zd(tan)/4 理论流量：理论流量：qt=vn=d (tan)zd2 /4 实际流量：实际流量：q = qtpv =d (tan)zpvd2/4 1) qt = f (几何参数、几何参数、 n、) 2） n=c，= 0 ， q = 0 大小变化

15、，流量大小变化大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化方向变化，输油方向变化 轴向柱塞泵可作双向变量泵轴向柱塞泵可作双向变量泵 1 cy141轴向柱塞泵主体轴向柱塞泵主体 2 cy141轴向柱塞泵变量机构轴向柱塞泵变量机构 中心弹簧机构中心弹簧机构 a 滑靴和斜盘滑靴和斜盘 b 柱塞和缸体柱塞和缸体 动画演示动画演示 使泵具有自吸性能使泵具有自吸性能 中心弹簧中心弹簧 提高容积效率提高容积效率 中心弹簧中心弹簧 缸体端面间隙的自动补偿缸体端面间隙的自动补偿 缸体底部通油孔缸体底部通油孔p 除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞 孔底部的液压力也使缸体紧贴配流

16、盘，孔底部的液压力也使缸体紧贴配流盘， 补偿端面间隙，提高了容积效率。补偿端面间隙，提高了容积效率。 球形头部球形头部和斜盘接触为点和斜盘接触为点 接触，接触应接触，接触应 柱塞头部结构柱塞头部结构 大，易磨损。大，易磨损。 滑靴结构滑靴结构和斜盘接触为面和斜盘接触为面 接触，大大降低接触，大大降低 了磨损。了磨损。 *手动手动转动手轮控制斜盘，转动手轮控制斜盘， 改变倾角即可。改变倾角即可。 变量机构变量机构 自动自动 动画演示动画演示 见表3、5、1 3、6、1 液压马达的工作原理液压马达的工作原理 3、6、2 液压马达主要参数液压马达主要参数 3、6、3 液压马达常见故障及其排除方法液压

17、马达常见故障及其排除方法 作用作用 和液压泵的区别和液压泵的区别 分类分类 将液体的压力能转换为旋转形式的将液体的压力能转换为旋转形式的 机械能而对负载作功。机械能而对负载作功。 作用上作用上相反相反 和液压泵的区别和液压泵的区别 结构上结构上相似相似（略有差别）（略有差别） 原理上原理上互逆互逆 按照转速分按照转速分 按照排量能否调节按照排量能否调节 按照输油方向能否改变按照输油方向能否改变 按照输出转矩是否连续按照输出转矩是否连续 高速高速额定转速大于额定转速大于500r/min 低速低速额定转速小于额定转速小于500r/min 定定 量量 变变 量量 单单 向向 双双 向向 旋转式旋转式

18、 摆动式摆动式 当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘, 斜盘则对斜盘则对 柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个 轴向分力轴向分力 fx =d2p/4 分力分力 径向分力径向分力 fy=/4d2ptan fx与液压力平衡，与液压力平衡，fy对缸体中心产生转矩，对缸体中心产生转矩， 使缸体带动马使缸体带动马 达轴旋转。达轴旋转。 转矩和机械效率转矩和机械效率 转速和容积效率转速和容积效率 泵泵输出输出 p.v.q等与泵相似，其原则差别等与泵相似，其原则差别 马达马达输入输入 tt = p v / 2 t = ttm= p vm/2 nt = q/v n = qv/v tv n1/v v 、t、n 高速小转矩高速小转矩 故故 马达又可分为马达又可分为 低速大转矩低速大转矩 见表见表3、6、1 各类液压泵的共同和不同处各类液压泵的共同和不同处 性能比较和应用性能比较和应用 液压泵选用原则液压泵选用原则 必要条件必要条件 流量的形成及调节流量的形成及调节 困油现象困油现象 流量脉动流量脉动 三句话十八个字三句话十八个字 形成形成 调节调节 依靠密封容积的变化吸、压油，从而依靠密封容积的变化吸、压油，从而 形成连续不形成连续不 断的供油。断的供油。 齿轮泵、叶片泵、螺杆泵均定量泵齿轮