液压传动基本知识

1、第第1章章 液压传动基础液压传动基础 第一章第一章 液压传动基本知识液压传动基本知识 1-1 液压传动工作介质液压传动工作介质1-2 液体静力学液体静力学1-3 液体动力学液体动力学第第1章章 液压传动基础液压传动基础 复习复习 一、液压传动概念一、液压传动概念 所谓所谓液压传动液压传动， 是指利用高是指利用高压的液体经由一些机件控制之后压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。来传递运动和动力。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 二、液压装置的组成二、液压装置的组成 液压装置一般由液压泵、执行元件、液压装置一般由液压泵、执行元件、控制元件和一些辅助元件组成。控制元件和一些辅助元件组成。

2、(1) 液压泵。它由电动机带动，是液压泵。它由电动机带动，是将机械能转换成液体压力能的装置。将机械能转换成液体压力能的装置。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 二、液压装置的组成二、液压装置的组成 (2) 执行元件。液压系统最终目执行元件。液压系统最终目的是要推动负载运动，的是要推动负载运动， 一般执行元一般执行元件可分为件可分为液压缸液压缸与与液压马达液压马达（或摆（或摆动缸）两类；液压缸使负载作直线动缸）两类；液压缸使负载作直线运动，液压马达（或摆动缸）使负运动，液压马达（或摆动缸）使负载转动（或摆动）。载转动（或摆动）。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 (3) 控制元件。控制元件

3、。 液压系统除了液压系统除了让负载运动以外，让负载运动以外， 还要完全控还要完全控制负载的整个运动过程。制负载的整个运动过程。 在液在液压系统中，压系统中， 用用压力阀压力阀来控制力来控制力量，量， 流量阀流量阀来控制速度，来控制速度， 方向方向阀阀来控制运动方向。来控制运动方向。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 (4) 辅助元件。辅助元件。 用来储存液压用来储存液压油的油的油箱油箱， 为了增强液压系统为了增强液压系统的功能尚需有去除油内杂质的的功能尚需有去除油内杂质的过过滤器滤器， 防止油温过高的防止油温过高的冷却器冷却器及及蓄能器蓄能器等液压辅助元件。等液压辅助元件。第第1章章 液压

4、传动基础液压传动基础 三、三、 液压传动的优缺点液压传动的优缺点 液压传动有如下特点。液压传动有如下特点。1. 优点优点(1) 体积小，输出力大。体积小，输出力大。 (2) 不会有过负载的危险。不会有过负载的危险。(3) 输出力调整容易。输出力调整容易。(4) 速度调整容易。速度调整容易。(5) 易于自动化。易于自动化。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2. 缺点缺点 (1) 接管不良造成液压油外泄，它除接管不良造成液压油外泄，它除了会污染工作场所外，了会污染工作场所外， 还有引起火灾的还有引起火灾的危险。危险。 (2) 油温上升时，粘度降低；油温下油温上升时，粘度降低；油温下降时，粘度升

5、高。降时，粘度升高。 油的粘度发生变化时，油的粘度发生变化时，流量也会跟着改变，造成速度不稳定。流量也会跟着改变，造成速度不稳定。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2. 缺点缺点 (3) 系统将马达的机械能转换成液体系统将马达的机械能转换成液体压力能，压力能， 再把液体压力能转换成机械能再把液体压力能转换成机械能来做功，能量经两次转换损失较大，能来做功，能量经两次转换损失较大，能源使用效率比传统机械的低。源使用效率比传统机械的低。 (4) 液压系统大量使用各式控制阀、液压系统大量使用各式控制阀、接头及管子，为了防止泄漏损耗，元件接头及管子，为了防止泄漏损耗，元件的加工精度要求较高。的加工

6、精度要求较高。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 1. 1 流体的主要物理性质流体的主要物理性质 统计表明，液压系统发生的故统计表明，液压系统发生的故障有障有90%是由于使用管理不善所致。是由于使用管理不善所致。液压油过滤与处理是液压系统使用管液压油过滤与处理是液压系统使用管理中的重点项目之一，不仅是减少系理中的重点项目之一，不仅是减少系统故障的重要途径，也是提高使用管统故障的重要途径，也是提高使用管理水平的一个标志。理水平的一个标志。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 1. 1 流体的主要物理性质流体的主要物理性质 在液压系统中，液压油液是传递在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工

7、作介质。同时，它还动力和信号的工作介质。同时，它还起着润滑、冷却和防锈的作用。液压起着润滑、冷却和防锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液程度上取决于系统中所用的液压油液（如油液污染，堵塞阀口）。（如油液污染，堵塞阀口）。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 一、一、 密度密度 密度密度-单位体积液体的质量。单位体积液体的质量。 =m/v kg/m=m/v kg/m3 3 密度随着温度或压力的变化而变化，但密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略。变化不大，通常忽略。 矿物油系工业液压油，比重约矿物油系工业液

8、压油，比重约0.850.95，W/O型比重约型比重约0.920.94， O/W型比重约型比重约1.051.1。 其比重越大，泵吸入性越差。其比重越大，泵吸入性越差。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 二、二、 闪火点闪火点油温升高时，部分油会蒸发而与空气油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。燃烧，此温度称为燃烧点。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 三、三、 粘度粘度 流体流动时，沿其边界面会产流体流动时，沿其边界面会产生一种阻止其运动的

9、流体摩擦作用，生一种阻止其运动的流体摩擦作用，这种产生内摩擦力的性质称为粘性。这种产生内摩擦力的性质称为粘性。液压油粘性对机械效率、磨耗、压液压油粘性对机械效率、磨耗、压力损失、容积效率、力损失、容积效率、 漏油及泵的吸漏油及泵的吸入性影响很大。入性影响很大。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 三、三、 粘度粘度粘性可分为动力粘度和运动粘度和相对三种。粘性可分为动力粘度和运动粘度和相对三种。dydu1、动力粘度、动力粘度式中，式中，表示剪应力（表示剪应力（g/cm2）；）；表示表示动力粘度，单位为帕秒动力粘度，单位为帕秒称为牛顿流体内摩擦定律称为牛顿流体内摩擦定律第第1章章 液压传动基础液压

10、传动基础 液体的粘性示意图 huud uydyOyuiu0第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2、运动粘度、运动粘度v表示运动粘度；表示运动粘度；表示密度（表示密度（g/cm2）。）。 粘度是液压油的性能指标。习惯上使粘度是液压油的性能指标。习惯上使用运动粘度标志液体的粘度，用运动粘度标志液体的粘度， 例如机械例如机械油的牌号就是用其在油的牌号就是用其在40 时的平均运动时的平均运动粘度（粘度（mm2/s）。）。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 运动粘度单位说明：运动粘度单位说明：单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标

11、注称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注：液压油牌号标注：老牌号老牌号20号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在50C 时时的平均运动粘度为的平均运动粘度为20 cst。新牌号新牌号LHL32号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在40C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32cst。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 3、相对粘度0E 、不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算 常用相对粘度常用相对粘度 相对粘度又称条件粘度，是在某一条件相对粘度又称条件粘度，是在某一条件下测得的。这些相对粘度测试方法很简单、下测得的。这些相对粘度测试方法很简单、方便，但精度不太高

12、。方便，但精度不太高。 关系式关系式工程上工程上“相对粘度相对粘度” 或或v 换换 算算第第1章章 液压传动基础液压传动基础 恩氏度恩氏度0E 中国、德国、前苏联等用中国、德国、前苏联等用赛氏秒赛氏秒SSU 美国用美国用雷氏秒雷氏秒R 英国用英国用口决：美塞英雷中德恩口决：美塞英雷中德恩换算关系：换算关系：第第1章章 液压传动基础液压传动基础 油的粘性易受温度影响，温度上升，油的粘性易受温度影响，温度上升，粘度降低，造成泄漏、磨损增加、效率粘度降低，造成泄漏、磨损增加、效率降低等问题；温度下降，粘度增加，造降低等问题；温度下降，粘度增加，造成流动困难及泵转动不易等问题。如运成流动困难及泵转动不

13、易等问题。如运转时油液温度超过转时油液温度超过60 ，就必须加装，就必须加装冷却器，因油温在冷却器，因油温在60 以上，每超过以上，每超过10 ，油的劣化速度就会加倍。，油的劣化速度就会加倍。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 几种国产液压油的粘度温度曲线0510152030405060708090100温度 / 5055607030002000100075050040030020015001501009080粘度 / SSU20001500100075050040030025020017515012510090807060555045粘度 / (1/Rel)75504030201512.5

14、1086543.532.521.5粘度 / E5.04.03.02.01.511047.55.04.03.02.01.51.25110598106粘度 / (m2s1)N15号航空液压油N32号机械油N68号机械油N46号机械油N46号汽轮机油第第1章章 液压传动基础液压传动基础 四、四、 压缩性压缩性液压油在低、中压时可视为非压缩性液液压油在低、中压时可视为非压缩性液体，体， 但在高压时压缩性就不可忽视了，但在高压时压缩性就不可忽视了， 纯油的可压缩性是钢的纯油的可压缩性是钢的100150倍。倍。 压缩压缩性会降低运动的精度，性会降低运动的精度， 增大压力损失而使增大压力损失而使油温上升，油

15、温上升， 压力信号传递时，会有时间延压力信号传递时，会有时间延迟，响应不良的现象。迟，响应不良的现象。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 五、其他性质五、其他性质 稳定性、抗泡沫性、稳定性、抗泡沫性、 抗乳化性、抗乳化性、 防锈性、防锈性、 润滑性以及相容性等。润滑性以及相容性等。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 1 1）粘度和压力的关系）粘度和压力的关系 P P，FF， 随随pp而而，压力较小时忽略，压力较小时忽略，32Mpa32Mpa以上才考虑以上才考虑2 2）粘度和温度的关系）粘度和温度的关系 温度温度，内聚力，内聚力， 粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度变化的关系叫粘

16、温特性，粘度随温度的变化粘度随温度的变化 较小，即粘温特较小，即粘温特性较性较好好。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液压油的用途液压油的用途 (1) 传递运动与动力。将泵的机械能转换成液体传递运动与动力。将泵的机械能转换成液体的压力能并传至各的压力能并传至各 处，处， 由于油本身具有粘度，由于油本身具有粘度，因此，在传递过程中会产生一定的动力损失。因此，在传递过程中会产生一定的动力损失。 (2) 润滑。润滑。 液压元件内各移动部位都可受到液压液压元件内各移动部位都可受到液压油充分润滑，油充分润滑， 从而降低元件磨耗。从而降低元件磨耗。 (3) 密封。油本身的粘性对细小的间隙有密封的密封。

17、油本身的粘性对细小的间隙有密封的作用。作用。 (4) 冷却。系统损失的能量会变成热，被油带出。冷却。系统损失的能量会变成热，被油带出。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液压油的种类液压油的种类1. 矿物油系液压油矿物油系液压油矿物油系液压油主要由石腊基的原矿物油系液压油主要由石腊基的原油精制而成，油精制而成， 再加抗氧化剂和防锈剂，再加抗氧化剂和防锈剂， 为用途最广的一种。为用途最广的一种。 其缺点为耐火性其缺点为耐火性差。差。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2. 耐火性液压油耐火性液压油 耐火性液压油是专用于防止有引起耐火性液压油是专用于防止有引起火灾危险的乳化型液压油，火灾危险

18、的乳化型液压油， 有水中油有水中油滴型（滴型（O/W）和油中水滴型（）和油中水滴型（W/O）两）两种。种。 水中油滴型（水中油滴型（O/W）的润滑性差，）的润滑性差， 会 侵 蚀 油 封 和 金 属 ；会 侵 蚀 油 封 和 金 属 ； 油 中 水 滴 型油 中 水 滴 型（W/O）化学稳定性很差。）化学稳定性很差。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 对液压油的要求 1、液压油的任务、液压油的任务工作介质工作介质传递运动和动力传递运动和动力 润滑剂润滑剂 润滑运动部件润滑运动部件2、对液压油的要求、对液压油的要求1）具有适当的粘度与良好的粘温特性；）具有适当的粘度与良好的粘温特性； 粘度是

19、液压油的重要性能指标，直接影响系统粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润运动部件的润滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在统发热等。在使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不要低于度指数一般不要低于90。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 对液压油的要求 2）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高膜强度，运动副在高 速高压下，避免产生干摩擦。速高压下，避免产生干摩擦。3）对人体无害，对环境污染小，成本低，

20、价）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。格便宜。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液压油的选用液压油的选用液压油有很多品种，液压油有很多品种， 可根据不同可根据不同的使用场合选用合适的品种，的使用场合选用合适的品种， 在品在品种确定的情况下，种确定的情况下， 最主要考虑的是最主要考虑的是油液的粘度，油液的粘度， 其选择主要考虑如下其选择主要考虑如下因素。因素。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液压油的选用液压油的选用 1) 液压系统的工作压力液压系统的工作压力工作压力较高的系统宜选用粘度较高的工作压力较高的系统宜选用粘度较高的液压油，液压油， 以减少泄露；反之便选用粘度较以减

21、少泄露；反之便选用粘度较低的油。低的油。 例如，例如， 当压力当压力p=7.020.0 MPa时，时， 宜选用宜选用N46N100的液压油；当压力的液压油；当压力p7.0 MPa 时，时， 宜选用宜选用N32N68的液的液压油。压油。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2) 运动速度运动速度执行机构运动速度较高时，为了减执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，小液流的功率损失， 宜选用粘度较低宜选用粘度较低的液压油。的液压油。 3) 液压泵的类型液压泵的类型在液压系统中，对液压泵的润滑要在液压系统中，对液压泵的润滑要求苛刻，不同类型的泵对油的粘度有求苛刻，不同类型的泵对油的粘度有不同

22、的要求，具体可参见有关资料。不同的要求，具体可参见有关资料。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液压油的污染与保养液压油的污染与保养 液压油使用一段时间后会受到液压油使用一段时间后会受到污染，污染， 常使阀内的阀芯卡死，常使阀内的阀芯卡死， 并使并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。 造成液压油污染的原因有污染、恶造成液压油污染的原因有污染、恶化、泄漏三个方面。化、泄漏三个方面。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 1) 污染污染（1） 外部侵入的污物：外部侵入的污物： 液压设备在加工液压设备在加工和组装时残留的切屑、和组装时残留的切屑、 焊渣、焊渣、 铁锈等杂物

23、混铁锈等杂物混入所造成的污物，入所造成的污物， 只有在组装后立即清洗方只有在组装后立即清洗方可解决。可解决。 （2） 外部生成的不纯物：外部生成的不纯物： 泵、泵、 阀、阀、 执行执行元件、元件、 “O”形环长期使用后，形环长期使用后， 因磨损而生成因磨损而生成的金属粉末和橡胶碎片在高温、的金属粉末和橡胶碎片在高温、 高压下和液高压下和液压油发生化学反应所生成的胶状污物。压油发生化学反应所生成的胶状污物。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2) 恶化恶化液压油的恶化速度与含水量、气泡、液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影

24、响为最大，故液压设备运转时，温度影响为最大，故液压设备运转时，须特别注意油温之变化。须特别注意油温之变化。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 3) 泄漏泄漏 液压设备配管不良、油封破损是造成泄漏的液压设备配管不良、油封破损是造成泄漏的主要原因，主要原因， 泄漏发生时，空气、水、尘埃便可轻泄漏发生时，空气、水、尘埃便可轻易地侵入油中，故当泄漏发生时，易地侵入油中，故当泄漏发生时， 必须立即加以必须立即加以排除。排除。 液压油经长期使用，油质必会恶化，一般采用液压油经长期使用，油质必会恶化，一般采用目视法判定油质是否恶化，当油的颜色混蚀并有目视法判定油质是否恶化，当油的颜色混蚀并有异味时，须立即

25、更换。液压油的保养方法有两种：异味时，须立即更换。液压油的保养方法有两种：一种是定期更换（约为一种是定期更换（约为500020 000小时）；小时）； 另一另一种是使用过滤器定期过滤。种是使用过滤器定期过滤。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 1.2 流体静力学基础流体静力学基础一、液体静压力一、液体静压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。压力。 静压力在静压力在液压传动液压传动中简称中简称压力压力, 在在物理学物理学中则称为中则称为压强压强。静止液体中某点处微小面积静止液体中某点处微小面积A上作用有法向上作用有法向力力F, 则该点的压力定

26、义为则该点的压力定义为 AFpA0lim第第1章章 液压传动基础液压传动基础 若法向作用力若法向作用力F均匀地均匀地作用在面积作用在面积A上上, 则压力可表示为则压力可表示为AFp 我国采用法定计量单位我国采用法定计量单位Pa来计量压力来计量压力, 1 Pa=1 N/m2，液压技术中习惯用液压技术中习惯用MPa（N/mm2）,在企业中还习惯使用在企业中还习惯使用bar（kgf/cm2）作为）作为压力单位，压力单位，各单位关系为各单位关系为 1MPa=106Pa10 bar。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液体静压力有如下两个重要特性液体静压力有如下两个重要特性:(1) 液体静压力液体静压

27、力垂直于承压面垂直于承压面,其方向和该其方向和该面的内法线方向一致。面的内法线方向一致。 这是由于液体质这是由于液体质点间的内聚力很小点间的内聚力很小, 不能受拉只能受压所不能受拉只能受压所致。致。 (2) 静止液体内任一点所受到的压力静止液体内任一点所受到的压力在各个在各个方向上都相等方向上都相等。 如果某点受到的压力在如果某点受到的压力在某个方向上不相等某个方向上不相等, 那么液体就会流动那么液体就会流动,这这就违背了液体静止的条件。就违背了液体静止的条件。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 液体静压力的基本方程液体静压力的基本方程在静止不动的液体中有如图所示的一个高度为在静止不动的液体

28、中有如图所示的一个高度为h, 底底面积为面积为A的假想微小液柱。的假想微小液柱。 表面上的压力为表面上的压力为p0，其，其在在A点的压力为点的压力为 p=p0+gh hp0液面p0phWAAA离液面h深处的压力 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 p=p0+gh为静压力的基本方程，此式表明：为静压力的基本方程，此式表明： (1) 静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的压力压力p0和液体重力所产生的压力和液体重力所产生的压力gh之和。之和。 (2) 液体中的静压力随着深度液体中的静压力随着深度h的增加而线性增加。的增加而线性增加。 (3) 在连通器里，

29、静止液体中只要深度在连通器里，静止液体中只要深度h相同，其相同，其压力就相等。压力就相等。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 【例【例1-1】 如图所示，容如图所示，容器内盛有油液。已知油的密度器内盛有油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力，活塞上的作用力F = 1 0 0 0 N ， 活 塞 的 面 积， 活 塞 的 面 积A=110-3m2，假设活塞的重，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度量忽略不计。问活塞下方深度为为h=0.5 m处的压力等于多少？处的压力等于多少？ phAF第第1章章 液压传动基础液压传动基础 图1-3 静止液体内的压力 phAF第第1章章 液压传

30、动基础液压传动基础 解：解： 活塞与液体接触面上的压力均匀活塞与液体接触面上的压力均匀分布，分布， 有有26230/101011000mNmNAFp)(10)/(100044. 15 . 08 . 9900626610PamNghppA根据静压力的基本方程式，深度为根据静压力的基本方程式，深度为h处的液处的液体压力为体压力为第第1章章 液压传动基础液压传动基础 从本例可以看出：从本例可以看出： 液体在受外界压力作用的情况下，液体在受外界压力作用的情况下， 液体自液体自重所形成的那部分压力重所形成的那部分压力gh相对甚小，相对甚小， 在液在液压系统中常可忽略不计，压系统中常可忽略不计， 因而可近

31、似认为因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我们在整个液体内部的压力是相等的。以后我们在分析液压系统的压力时，分析液压系统的压力时， 一般都采用这一一般都采用这一结论。结论。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 二、绝对压力、绝对压力、 表压力及真空度表压力及真空度以当地大气压力以当地大气压力pat(atomosphere)为基准所表为基准所表示的压力称为表压力示的压力称为表压力p(又称相对压力又称相对压力) ；以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对以绝对零压力作为基准所表示的压力称为绝对压力压力pabs 。 若液体中某点处的若液体中某点处的绝对压力小于大气压力绝对压力小于大气压力

32、，则，则此时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，此时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。称为真空度。真空度真空度 = 大气压力大气压力 - 绝对压力绝对压力第第1章章 液压传动基础液压传动基础 注意：如不特别指明，液、气压传动中所注意：如不特别指明，液、气压传动中所提到的压力均为提到的压力均为表压力表压力。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 绝对压力、绝对压力、 表压力和真空度的关系表压力和真空度的关系绝对压力真空度表压力绝对压力大气压力绝对真空pOpatpabspabs patpabs pat0真空度真空度 = 大气压力大气压力 - 绝对压力绝对压力第第1章章 液

33、压传动基础液压传动基础 三、帕斯卡原理帕斯卡原理在密封容器内，在密封容器内， 施加于静止液体上的各施加于静止液体上的各点压力将以等值同时传递到液体内各点，点压力将以等值同时传递到液体内各点， 容器内压力方向垂直于内表面，容器内压力方向垂直于内表面， FW液压缸2液压缸1大活塞面积A2小活塞面积A1第第1章章 液压传动基础液压传动基础 容器内的液体各点压力为容器内的液体各点压力为12AFAWp 上式建立了一个很重要的概念，即：上式建立了一个很重要的概念，即： 在液压传动中工作的在液压传动中工作的压力取决于负载压力取决于负载， 而与流入的流体多少无关。而与流入的流体多少无关。第第1章章 液压传动基

34、础液压传动基础 四、连续定理四、连续定理 1-3 液体动力学液体动力学1、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。2、稳流稳流：液体在流动时，通过任一通流横截面：液体在流动时，通过任一通流横截面的速度、压力和密度不随时间改变的流动称为的速度、压力和密度不随时间改变的流动称为稳流；稳流；3、非稳流：非稳流：速度、压力和密度其中一项随时间速度、压力和密度其中一项随时间改变的，改变的， 就称为非稳流。就称为非稳流。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 4、流量、流量单位时间内流过某通流截面液体单位时间内流过某通流截面液体体积体积q。5、平均流速、平均流速通流截面上

35、各点均匀分布假通流截面上各点均匀分布假想流速。想流速。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 6、连续定理、连续定理 对稳流而言，液体以稳流流动对稳流而言，液体以稳流流动通过管内任一截面的液通过管内任一截面的液体质量必然相等。体质量必然相等。如图所示管内两个流通截面面积为如图所示管内两个流通截面面积为A1和和A2， 流速分别为流速分别为v1和和v2， 则通过任一截面的流量则通过任一截面的流量Q为为v1Q1Q2v2A1A2Q = Av = A1v1 = A2v2 =常数常数管路中液体的流量对各截面而言皆相等管路中液体的流量对各截面而言皆相等第第1章章 液压传动基础液压传动基础 流量的单位通常用流量

36、的单位通常用L/min 表示，表示， 与与m3/s 换算式子如下：换算式子如下：1L110-3m31m3/s6104L/minQ = Av = A1v1 = A2v2 =常数常数称为连续定理，称为连续定理， 此式还得出另一个重此式还得出另一个重要的基本概念，即要的基本概念，即运动速度取决于流量，运动速度取决于流量， 而与流体的压力无关。而与流体的压力无关。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 【例【例1-2】 图所示为相互连通的两个液压缸，图所示为相互连通的两个液压缸， 已知大缸内径已知大缸内径D=100 mm，小缸内径，小缸内径d=20 mm，大活，大活塞上放一质量为塞上放一质量为5000

37、 kg的物体的物体G。GFDd问问:(1) 在小活塞上所加的力在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起有多大才能使大活塞顶起重物？重物？(2) 若小活塞下压速若小活塞下压速度为度为0.2 m/s，大活塞上升速，大活塞上升速度是多少度是多少? 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 解解 (1) 物体的重力为物体的重力为G=mg=5000kg9.8 m/s2 =49 000kgm/s2=49 000N NNmmmmGDdF19604900010020222222根据帕斯卡原理，根据帕斯卡原理， 因为外力产生的压力在两缸因为外力产生的压力在两缸中均相等，即中均相等，即第第1章章 液压传动基础液压传

38、动基础 解解(2) 由连续定理：由连续定理：Q=Av=常数常数大小vDvd4422故大活塞上升速度为故大活塞上升速度为)/008. 02 . 0100202222smvDdv（小大第第1章章 液压传动基础液压传动基础 五、伯努利方程五、伯努利方程能量守恒定律能量守恒定律1、能量守恒定律、能量守恒定律： 理想液体在管道中稳定流动时，根据能量理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。量应该相等。 或：外力对物体所做的功应该等于该物或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。体机械能的变化量。第第1章章 液压传动基

39、础液压传动基础 2、伯努利定理、伯努利定理（理想液体）：（理想液体）： 在没有粘性和不可压缩的稳流中，在没有粘性和不可压缩的稳流中， 依能量守依能量守恒定律可得恒定律可得常数hgvgp22上式称为伯努利定理，上式称为伯努利定理， 式中，式中，p表示压力表示压力(Pa)； 表示密度表示密度 (kg/m3)；v表表示流速示流速(m/s)；g表示重力加速度表示重力加速度(m/s2)；h表示水表示水位高度（位高度（m）。）。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 3 3、方程的物理意义：、方程的物理意义：（1 1）在密闭管道内作恒定流动的理想液体具在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压

40、力能、位能和动能；有三种形式的能量，即压力能、位能和动能；（2 2）在流动过程中，三种能量之间可以互相）在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。值。常数hgvgp22第第1章章 液压传动基础液压传动基础 式中，式中，H表示因粘性而产生的能量损失（表示因粘性而产生的能量损失（m）。）。 vHhgvgphgvgp2222121122点点和点和点截面的截面的能量相等能量相等p1v1p2v2h2h1在有粘性和不可压缩的稳流中，依能量守恒定律得在有粘性和不可压缩的稳流中，依能量守恒定律得第第1章章 液压传动基础液压传动基础 六

41、、孔口与阻流管六、孔口与阻流管 液体流动时，改变流通截面面积可改变流体的压液体流动时，改变流通截面面积可改变流体的压力和流量，这就是力和流量，这就是节流阀的工作原理。节流阀的工作原理。)(221ppgAQ1、孔口、孔口：当：当l/d0.5时称为孔口，其流量时称为孔口，其流量Q为为 式中式中, 表示流量系数，表示流量系数， 通常取通常取0.620.63。 dp2lp1第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2、 阻流管阻流管如图所示，此时，如图所示，此时，l/d4称为阻流管，称为阻流管， 流量流量Q为为 vlppgdQ128)(212 式中，式中，表示运动粘度（表示运动粘度（St， cm2/s ）

42、。）。 p1p2dl第第1章章 液压传动基础液压传动基础 七、液体流动中的压力和流量的损失七、液体流动中的压力和流量的损失 1压力损失压力损失由于液体具有粘性，在管路中流动时又由于液体具有粘性，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，因此液体在流动不可避免地存在着摩擦力，因此液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。过程中必然要损耗一部分能量。 这部分能量这部分能量损耗主要表现为损耗主要表现为压力损失压力损失。 压力损失有压力损失有沿程损失和局部损失沿程损失和局部损失两种。两种。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 沿程损失沿程损失是当液体在直径不变的是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因直

43、管中流过一段距离时，因摩擦摩擦而产而产生的压力损失；生的压力损失； 局部损失局部损失是由于管子截面形状突是由于管子截面形状突然变化、然变化、 液流方向改变或其他形式的液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。液流阻力而引起的压力损失。 总的压力损失总的压力损失等于沿程损失与局等于沿程损失与局部损失之和。部损失之和。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 由于零件结构不同由于零件结构不同(尺寸的偏差与表面粗尺寸的偏差与表面粗糙度的不同糙度的不同)， 因此，要因此，要准确地计算准确地计算出总的出总的压力损失的数值是压力损失的数值是比较困难比较困难的，但压力损的，但压力损失又是液压传动中一个

44、必须考虑的因素，失又是液压传动中一个必须考虑的因素，它关系到确定系统所需的供油压力和系统它关系到确定系统所需的供油压力和系统工作时的温升，所以，生产实践中也希望工作时的温升，所以，生产实践中也希望压力损失压力损失尽可能小些尽可能小些。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 注意：注意：由于压力损失的必然存在性，由于压力损失的必然存在性，因此，因此，泵的额定压力泵的额定压力要要略大于略大于系统工作系统工作时所需的时所需的最大工作压力最大工作压力。 一般可将系统工作所需的最大工作一般可将系统工作所需的最大工作压力乘以一个压力乘以一个1.31.5的系数来估算。的系数来估算。 第第1章章 液压传动基础

45、液压传动基础 2 流量损失流量损失由于泄漏造成实际流量有所减少的现象称为流量损由于泄漏造成实际流量有所减少的现象称为流量损失。失。造成泄漏情况：造成泄漏情况：（1）在液压系统中，各液压元件都有相对运）在液压系统中，各液压元件都有相对运动的表面（如液压缸内表面和活塞外表面），动的表面（如液压缸内表面和活塞外表面）， 所所以它们之间都有一定的间隙，以它们之间都有一定的间隙， 如果间隙的一边为如果间隙的一边为高压油，高压油， 另一边为低压油，另一边为低压油， 那么高压油就会经间那么高压油就会经间隙流向低压区，从而造成泄漏。隙流向低压区，从而造成泄漏。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 造成泄漏情况

46、：造成泄漏情况：（2）由于液压元件密封不完善，）由于液压元件密封不完善， 因此，因此， 一部一部分油液也会向外部泄漏。分油液也会向外部泄漏。流量损失影响运动速度，而泄漏又难以流量损失影响运动速度，而泄漏又难以绝对避免，所以在液压系统中泵的绝对避免，所以在液压系统中泵的额定流量额定流量要要略大于略大于系统工作时所需的系统工作时所需的最大流量最大流量。 通通常也可以用系统工作所需的最大流量乘以一常也可以用系统工作所需的最大流量乘以一个个1.11.3的系数来估算。的系数来估算。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 八、液压冲击和空穴现象八、液压冲击和空穴现象1 液压冲击液压冲击在液压系统中，在液压

47、系统中， 当油路突然关闭或换向当油路突然关闭或换向时，会产生急剧的压力升高，时，会产生急剧的压力升高， 这种现象称这种现象称为液压冲击。为液压冲击。 造成液压冲击的主要造成液压冲击的主要原因原因是：是： 液压速度液压速度的急剧变化、的急剧变化、 高速运动工作部件的惯性力高速运动工作部件的惯性力和某些液压元件的反应动作不够灵敏。和某些液压元件的反应动作不够灵敏。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 当导管内的油液以某一速度运动时，若当导管内的油液以某一速度运动时，若在某一瞬间迅速截断油液流动的通道（如关在某一瞬间迅速截断油液流动的通道（如关闭阀门），则油液的流速将从某一数值在某闭阀门），则油液的

48、流速将从某一数值在某一瞬间突然降至零，一瞬间突然降至零， 此时油液流动的动能此时油液流动的动能将转化为油液挤压能，将转化为油液挤压能， 从而使压力急剧升从而使压力急剧升高，高， 造成液压冲击。造成液压冲击。 高速运动的工作部件高速运动的工作部件的惯性力也会引起系统中的压力冲击。的惯性力也会引起系统中的压力冲击。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 产生液压冲击的产生液压冲击的主要危害主要危害是：是：（1）产生液压冲击时，）产生液压冲击时， 系统中的压力瞬系统中的压力瞬间就要比正常压力大好几倍，间就要比正常压力大好几倍， 特别是在特别是在压力高、压力高、 流量大的情况下，流量大的情况下， 极易引

49、起系极易引起系统的振动、统的振动、 噪音，噪音， 甚至会导致导管或某甚至会导致导管或某些液压元件的损坏。些液压元件的损坏。 这样既影响了系统这样既影响了系统的工作质量，的工作质量， 又会缩短系统的使用寿命。又会缩短系统的使用寿命。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 产生液压冲击的产生液压冲击的主要危害主要危害是：是： （2）由于压力冲击产生的高压力可能）由于压力冲击产生的高压力可能会使某些液压元件（如压力继电器）产会使某些液压元件（如压力继电器）产生误动作而损坏设备。生误动作而损坏设备。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 避免液压冲击的避免液压冲击的主要办法是主要办法是： （1）避免液流

50、速度的急剧变化。）避免液流速度的急剧变化。 （2）延缓速度变化的时间，）延缓速度变化的时间， 能有效地能有效地防止液压冲击，防止液压冲击， 如将液动换向阀和电磁如将液动换向阀和电磁换向阀联用可减少液压冲击，换向阀联用可减少液压冲击， 这是因为这是因为液动换向阀能把换向时间控制得慢一些。液动换向阀能把换向时间控制得慢一些。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 2 空穴现象空穴现象在液流中当某点压力在液流中当某点压力低于液体所在温度下低于液体所在温度下的空气分离压力时的空气分离压力时， 原来溶于液体中的气体原来溶于液体中的气体会分离出来而产生气泡，这就叫空穴现象。会分离出来而产生气泡，这就叫空穴

51、现象。 当压力进一步减小直至当压力进一步减小直至低于液体的饱和蒸低于液体的饱和蒸气压时，气压时，液体就会迅速汽化形成大量蒸气气液体就会迅速汽化形成大量蒸气气泡，泡， 使空穴现象更为严重，从而使液流呈不使空穴现象更为严重，从而使液流呈不连续状态。连续状态。第第1章章 液压传动基础液压传动基础 空穴现象的危害：空穴现象的危害：如果液压系统中发生了空穴现如果液压系统中发生了空穴现象，液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域象，液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时，一方面，气泡在较高压力作用下将迅速破裂，时，一方面，气泡在较高压力作用下将迅速破裂， 从而从而引起局部液压冲击，造成噪音和振动；引起

52、局部液压冲击，造成噪音和振动；另一方另一方面，由于气泡破坏了液流的连续性，面，由于气泡破坏了液流的连续性， 降低了油管的降低了油管的通油能力，造成流量和压力的波动，通油能力，造成流量和压力的波动， 使液压元件承使液压元件承受冲击载荷，因此受冲击载荷，因此影响了其使用寿命影响了其使用寿命。同时，气泡。同时，气泡中的氧也会中的氧也会腐蚀金属元件的表面腐蚀金属元件的表面，我们把这种因发，我们把这种因发生空穴现象而造成的腐蚀生空穴现象而造成的腐蚀叫汽蚀叫汽蚀。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 在液压传动装置中，在液压传动装置中， 汽蚀现象可能发生汽蚀现象可能发生在油泵、管路以及其他具有节流装置的地在油泵、管路以及其他具有节流装置的地方，方， 特别是油泵装置特别是油泵装置(这种现象最为常见这种现象最为常见)。发生空穴现象时产生的气泡中的氧发生空穴现象时产生的气泡中的氧腐蚀金腐蚀金属元件的表面属元件的表面的现象的现象叫汽蚀叫汽蚀。 第第1章章 液压传动基础液压传动基础 减少汽蚀现象的方法：减少汽蚀现象的方法：（1）应使液压系