第章液体在缝隙中的流动ppt课件

1、 在机械设备中相对运动的两个零件其接触面必然有一 定的间隙缝隙，间隙的合理确定直接影响到机械的性能。 液压系统中泵、马达和换向阀等液压元件都是利用元件的相对运动进展任务的，处处存在着缝隙流动问题。 缝隙过小那么添加了摩擦，缝隙过大又添加了走漏。正确分析液体在缝隙中的流动情况，合理地确定间隙的大小，是非常重要的问题。 由于缝隙流动对液压传动的影响极为显著，在液压传动和机械光滑等方面，经常需求利用缝隙流的实际计算走漏量和阻力损失。 第七章 液体在缝隙中的流动 孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的位孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的位置，它涉及液压元件的密封性，系的容积效率，更置，它涉及液压元

2、件的密封性，系的容积效率，更为重要的是它是设计计算的根底。为重要的是它是设计计算的根底。 因此：小孔虽小直径普通在因此：小孔虽小直径普通在1mm1mm以内，以内， 缝隙虽窄宽度普通在缝隙虽窄宽度普通在0 0、1mm1mm以下，但其作用却以下，但其作用却不可等闲视之。不可等闲视之。学习重点： 小孔的类型和流量压力特性缝隙流构成和类型； 不同缝隙流的速度分布和压力分布规律； 不同缝隙流的流量压力特性； 缝隙流实际在工程中的运用。根本要求： 掌握缝隙流的根本实际包括重要概念，重要公式和重要结论； 能运用缝隙流实际处理机械工程中的实践问题。 1小孔类型 (1)细长孔：孔长比孔径大的多，L4d; (2)

3、薄壁孔: 孔长比孔径小的多，L0.5d; (3) 厚壁孔短孔：长径比介于细长孔和薄壁孔之间。 在细长孔中，流体流动为层流，薄壁孔中流体流动为完全紊流，而短孔中的流动为过渡流动。 节流阀阀口方式2小孔流量压力特性 特性方程: (m为由节流口外形决议的指数, m=0.51 (1)薄壁孔m=0.5)： (2)细长孔(m=1)： (3)厚壁小孔0.5mp2 流体靠两端的压力差来产生流动的压差流或泊肃叶流。 边境条件： y= h/2，u=0 代入式 中得 速度分布： * 平行平面缝隙流中恣意过水断面上的流体速度u 是按 抛物线规律分布的。2122CyCylpu过水断面处最大流速 umax y= 0经过缝

4、隙的流量缝隙流根本方程缝隙断面上的平均流速v：平均流速与最大流速之比：缝隙中压力分布： plbhQ.123xlppxlpppxp1211)(缝隙中压力分布： xlppxlpppxp1211)(p1p2lxuxP2p1经过缝隙的流量： 缝隙流根本方程流过缝隙的压力降压力损失： 沿程阻力系数： 其中 plbhQ.123 缝隙流计算的普通步骤：1选择流体单元dxdyb，p(x)，ty；2建立受力平衡方程得 dp/dxdt/dy3牛顿内摩擦定律：4速度分布 u=f(y)，平均速度，最大速度；5缝隙流量：6压力分布：p(x)线性变化。 plbhQ.123yuddlppxpyu2122dd1dd7.1.2

5、 上平面以速度上平面以速度U挪动，下平面固定不动，挪动，下平面固定不动，Dp=0p1=p2 流体靠上平面挪动而产生流动剪切流或库艾特流。流体靠上平面挪动而产生流动剪切流或库艾特流。 边境条件：边境条件： y=+h/ 2时，时，u =U/2； y =-h/2时，时，u=0。 流体靠上平面挪动而产生流动剪切流或库艾特流。边境条件： y=+h/ 2时，u =U/2； y =-h/2时，u=0。 代入 ，得断面流速： 缝隙间流速按直线规律分布。缝隙流量： 根本方程2122CyCylpuyhUu2122222d212dhhhhyyhUbyubQhbUQ22/ ,/21UChUC 7.1.3 上平面以速度

6、U挪动，下平面不动，Dp0 缝隙流为压差流与剪切流叠加。 边境条件： 时， ； 时， 。 代入 ， 得 断面流速： 缝隙流量：2hy0uhUC13282hlpUC2hyUu2122CyCylpu1224 222yhUyhlpubhUlphyubQhh2 12d322p1p2 两平面互不平行，流道高度沿流道方向缓慢变化，构成两平面互不平行，流道高度沿流道方向缓慢变化，构成锲形缝隙，缝隙的高度逐渐减小的缝隙为渐缩缝隙，缝隙高锲形缝隙，缝隙的高度逐渐减小的缝隙为渐缩缝隙，缝隙高度逐渐增大的缝隙为渐扩缝隙。度逐渐增大的缝隙为渐扩缝隙。 7.2 流经倾斜平面缝隙的流动微元缝隙为平行平面缝隙，满足如下方程

7、： 对y进展积分得 边境条件： 代入方程求得C1和C2后得 速度分布 抛物线，随X不同xpyudd1dd22212dd 21CyCyxpuUuhyuy ,; 00，hyhyxphhyUu1dd212 速度分布： 缝隙流量某一过流断面： * xpbhbhUyubQhdd122d30hyhyxphhyUu1dd212压强梯度：由于 ，所以dx上的压力降： 积分并利用边境条件确定积分常数，得距原点x处的压强：32126ddbhQhUxptan1xhhhxdtan1d)(tan112hhlhhUhbhQpdtan6dtan12d23)11(tan611tan612121hhUhhbQpp缝隙出口处h=

8、h2，p=p2的压强：L长度上缝隙压强降：缝隙流量： )11(tan611tan612212212hhUhhbQpp21212221222121tan 6tan 6hhhhUhhhhbQpppUhhhbhphhhhlbQ21212122216上下平板均固定不动，上述各式分别变为UhhhbhphhhhlbQ21212122216212111tan6hhbQpp2221222121tan6hhhhbQppp在收缩断面(h1h2)中： 或 压力分布曲线为上凸，比平行平面缝隙中呈线性分布的压力为高, 上凸程度随h1/h2的添加而增大。 212111tan6hhbQpp11221211hhhhppp在扩

9、展断面(h1h2)中： 或 压力分布曲线为上凹，比平行平面缝隙中呈线性分布的压力为低，上凹程度随h1/h2的减小而增大。212111tan6hhbQpp22121111hhhhppp 由内外两个圆柱面围成的缝隙叫圆柱环形缝隙。 环形缝隙h与直径d相比很小，可沿圆周将缝隙展开，近似看成是平行平面缝隙。可用平行平面缝隙的流量公式计算缝隙流量。 1 ，内外环不动， 2 ，内外环相对轴向挪动速度U 挪动速度U与油液走漏方向一样取“号，相反时取“号。 3压力分布与平行平面缝隙流一样db0ppldhQ123dhUlphQ21230p7.3 流经环形缝隙的流动 在实践问题中，出现同心环形缝隙是不多见的，偏心

10、环形缝隙却时常出现。例如油缸与活塞之间的缝隙，滑阀芯与阀体之间的缝隙，由于受力不均匀，经常呈现偏心的景象。 7.3.2 偏心环形缝隙 设在任一角度j时，两环外表的缝隙量为y，y是j的函数，偏心距e 是个微量。 由于缝隙 y很小，g角很小，上式可写为 为同心时的环形缝隙量。 令相对偏心率 那么有coscos12errycoscos12eherryhrr21hecos1cos1hhehy 经过宽度b=ds、高度h=y的缝隙流量可按平行平面流量公式计算： 将上式从0到 2p积分得 简化有 偏心将使缝隙流量添加 最大偏心时：e=he=1， 最大偏心时的缝隙流量是同心时缝隙流量的2.5倍。dlphrsy

11、lpQ3323cos112d12d2322033222 12 cos1 12lphrdlphrQ231.5112 lphdQlphdQ125 . 2 3 在圆盘相对运动或压强差作用下，液体从中心向周围径向流出(源流)或从周围径向汇入中心部(汇流)。 主要特点：流速沿流程而变。 流动缘由：挤压流动，压力流动。7.3 流经平行圆盘间的径向流动挤压流动压力流动 在半径r处，将长度为d r，宽度为2pr，高为h的液体微环展开视为为两平行平面间缝隙流动。 半径r处过流断面的流量等于油液被排斥的流量： 将d p整理，积分后得 利用边境条件 ，得积分常数 缝隙中的压力分布： (抛物线)36ddrhQrpUr

12、Q2CrhUp23300 pprr，20330rhUpC220303rrhUpp7.4.1 挤压流动 缝隙中的压力： 压力按抛物线规律分布 r=0处，压力有最大值： 圆盘上的总作用力： 积分得 按相对压力p00， 圆盘上的总作用力： 由于挤压流动能产生支承力，可用来实现动力支承，并能保证一定的油膜厚度。220303rrhUpp2030max3rhUpprrpPrd20034002023hUrprP34023hUrP 在半径r处，将长度为d r，宽度为2pr，高为h的液体微环展开视为为两平行平面间缝隙流动，有 在不同 r 处Q坚持恒定，积分得：径向压力分布：缝隙流压力降：缝隙流量：7.4.2 压

13、力流动36ddrhQrpCrhQpln63rrhQp23ln612321ln6rrhQpp12321ln6rrhQpp7.4 偏心圆锥环形缝隙与液压卡紧 由于圆柱体和孔的加工存在锥度，实践上的环形缝隙大都为圆锥环形缝隙而且安装存在偏心。 7.4.1 同心圆锥环形缝隙p1h1p2h2h1h2lp1h1h1lh2h2p2phhhhldQ2122216压力分布与倾斜平面缝隙一样，过流面上压力沿周向均匀分布 7.4.2 偏心圆锥环形缝隙eeh1-eh1+eh2-eh2+eh1-eh1+eh2-eh2+eeheheheh2121eheheheh2121动画1动画2eh1-eh1+eh2-eh2+eehe

14、heheh2121 22 2121221212212121212121hheheheehehhheehehhheheheheheheheheheh1-eh1+eh2-eh2+e液压卡紧：当圆柱体与孔两相配时存在偏心且间隙沿流动方向添加时，由于间隙中压力沿圆周方向分布不均，使圆柱体偏向一侧并与孔壁接触，产生摩擦力阻止圆柱体轴向运动。产生条件： 1.偏心 2.入口间隙小于出口间隙危害： 1.添加圆柱体如阀芯运动阻 力，使其出现卡死； 2.添加了走漏量。液压卡紧力计算：K：卡紧系数， K随(h1-h2)/e变化,Kmax=0.27 )(21ppdlKFhhhhehhK)(2

15、7. 021ppdlFk如：阀芯直径d16mm，l12mm，p21MPa， h1+h2=0.01mm，2(h2-h1)=0.002mm。液压卡紧力：Fk906N摩擦力： Ff0.15906146N。 防止液压卡紧的措施： 在圆柱体上开假设干环形槽，使环形槽内的压力相等沿周向均布，以减小不平衡径向力。又称径向力平衡槽，简称均压槽。开一道均压槽：卡紧力减小到40%；开三道均压槽：卡紧力减小到6.3%；开七道均压槽：卡紧力减小到2.7%。缝隙流小结1缝隙流主要有剪切流和压力流两种根本方式。由于缝隙厚度远很小和油液粘性较大，缝隙流普通为层流。平行平面缝隙的流量公式 是缝隙流根本公式。流经缝隙的流量与缝隙厚度h的3次方成正比。在随渐缩或渐扩楔形缝隙中，压力分布曲线的凹凸向是不 同的，凹凸程度与缝隙进出口高度的比值有关。plbhQ.123小孔流动小结小孔主要有细长孔、薄壁孔和短孔三种类型。细长孔中液体流动为层流，流量与进出口压差的1次