第2章液压传动基础知识

1、1第二章第二章 液压传动基础知识液压传动基础知识2.1 工作介质-液压油2.2 液体静力学3.3 液体动力学2液压介质功能： 1、传递能量和信号； 2、润滑液压元件，减少摩擦和磨损； 3、散热； 4、防锈； 5、密封液压元件对偶摩擦副中的间隙； 6、传输、分离和沉淀非可溶性污染物； 7、为元件和系统失效提供诊断信息等等。 液压油视频介绍液压油视频介绍2.1 2.1 液压油液压油3一、一、液压油的物理性质液压油的物理性质3(/)mkg mV1 密度一般认为是常值当tp 但很小国家标准以20时为油液的标准密度 记为20 常用工作介质的密度（单位kg/m3 ）种 类20种 类20石油基液压油8509

2、00增粘高水基液1003水包油乳化液998水-乙二醇1060油包水乳化液932磷酸酯液115042、可压缩性：体积压缩系数 液体分子间存在一定间隙，受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 主要指液体受压力作用而发生体积缩小的性质。 通常用体积压缩系数来表示。 52、可压缩性：体积压缩系数定义： 体积为v的液体，当压力增大p时，体积减小v,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。 10pVV:液体的体积压缩系数， =(57)10-10m2/NV0：液体加压前的体积（m3）V：加压后液体体积变化量（m3）；p：液体压力变化量（N/ m2）；6一、一、液压油的物理性质液压油的物理性质2、

3、可压缩性：体积压缩系数 10pVV p v为保证为保证为正值，式中须加为正值，式中须加负号负号7lAFVVpVK22、可压缩性、可压缩性:弹性模量弹性模量 纯净液压油的体积弹性模量K=（1.42.0）103MPa。 液压系统常规设计或分析时不考虑，分析液压系统动态特性时才考虑液体可压缩性。的倒数称为液体的体积弹性模量，的倒数称为液体的体积弹性模量，以以K表示表示 ：83、液体的粘性：、液体的粘性： 1 1）粘性粘性的意义：的意义： 液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力（吸引力）会阻碍其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，这种性质称为液体的粘性。 在流动时产生内摩擦力的特性；在流动时产生

4、内摩擦力的特性； 静止液体则不显示粘性静止液体则不显示粘性 . .92 2）液体的粘度液体的粘度： 粘性的大小用粘度表示。 常用的粘度有三种： 动力粘度 运动粘度 相对粘度 103、液体的粘性：、液体的粘性：牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律:称为动力粘度系数（Pas） :单位面积上的摩擦力（即剪切应力）du/dy :速度梯度，即液层间速度对液层距离的 变化率。dyduAFdyduAF113 3）液体的粘度液体的粘度：动力粘度动力粘度 动力粘度又称绝对粘度 n动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。n单位为： Ns/ 或 Pasn由于的单位中具有力、

5、长度、时间的量纲，即具有动力学的量纲，故称为动力粘度。=Fd uAd y12运动粘度运动粘度 动力粘度与该液体密度的比值叫运动粘度，用表示 单位：/sn1/s=1042/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt） 由于的单位中只有运动学要素，故称为运动粘度。 液压油的粘度等级就是以其40C时运动粘度的某一平均值来表示，如：L-HM32液压油的粘度等级为32，则40C时其运动粘度的平均值为32mm2/s 。单位？13（3）相对粘度（恩式粘度）相对粘度（恩式粘度） 相对粘度又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也

6、不同。中国、德国和俄中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度罗斯等一些国家采用恩氏粘度，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。21ttEt式中：t1200ml被测液体从恩氏粘度计流出时间 t2200ml同温度纯水从恩氏粘度计流出时间l工业上常用20C、50C和100C作为测定恩式粘度的标准温度，分别以20、50、100表示。l恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系式为：7 31631.()EEcSttt14（4 4）粘度与压力的关系）粘度与压力的关系 液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度亦随之增大。 P，F， 随随p而而，压力较小时忽略，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑以上才

7、考虑 （5 5）粘度与温度的关系）粘度与温度的关系 油液的粘度对温度的变化极为敏感，温度升高，油的粘度即显著降低。油的粘度随温度变化的性质称粘温特性。 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，粘度随温度的变化粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。较小，即粘温特性较好。155、其他性质、其他性质抗氧化性（氧化安定性）：减少油品衷变速度，延长换油期抗泡沫性和空气释放性：保证系统灵敏，准确平稳传递静压能抗乳化性（过滤性）：混入油中的水分迅速分离，最大限度地减少过滤器堵塞，保证油品正常润滑。抗磨性：减缓设备磨损，有效延长泵及系统的使用寿命。粘温性好：

8、保证液压元件在工作压力和温度发生变化的条件下得到良好的润滑、冷却、密封。相容性：指对密封材料不侵蚀、不溶胀的性质。16二、对二、对液压油的要求液压油的要求合适的粘度 40=1568cst 良好的粘温特性 选择油的最重要因素良好的润滑性良好的防蚀性,防锈性和相容性良好的化学稳定性良好的抗泡性,抗乳化性17三、液压油三、液压油的的种类种类和和选用选用石油型石油型机械油机械油汽轮机油汽轮机油普通液压油普通液压油抗磨液压油抗磨液压油 低温液压油低温液压油液压导轨油液压导轨油高粘度指数液压油高粘度指数液压油其他专用液压油其他专用液压油难燃型难燃型乳化型乳化型水包油乳化液水包油乳化液油包水乳化液油包水乳化

9、液合成型合成型水乙二醇液水乙二醇液磷酸脂液磷酸脂液其他其他18液压油的分类液压油的分类19步骤一：步骤一：选择液压油的品种选择液压油的品种 首先根据工作条件首先根据工作条件 （v、p 、T）和元件类型（液压泵等）选）和元件类型（液压泵等）选择油液品种；择油液品种； 步骤二：步骤二：选择液压油的粘度等级选择液压油的粘度等级 慢速、高压、高温：慢速、高压、高温：大（以大（以q） 快速、低压、低温：快速、低压、低温：小（以小（以P）液压油液的选择过程20a.系统的工作压力：压力高粘度大，以减少泄漏b.环境温度:温度高粘度大c.运动速度:速度高粘度低，以减少摩擦损失d. 精密度：精密高粘度低，避免温升

10、引起的机件变形，影响 工作精度液压油液的选择过程21环境温度5 40 40 80 粘 度40 粘度(mm2/s)40 粘度(mm2/s) 液 压 泵 类 型齿 轮 泵 3070 11054 叶 片 泵 p 7 MPa 3050 4075 叶 片 泵 p7 MPa 5070 5590轴 向 式 柱 塞 泵 4075 70150 径 向 式 柱 塞 泵 308065240 液压油的推荐使用粘度范围液压油的推荐使用粘度范围 2222# 液压油液的污染是系统发生故障的主要原因,严重影响系统的可靠性及液压元件的寿命。四、液压油的污染及控制四、液压油的污染及控制231 1、污染的原因、污染的原因外部已被污

11、染的新油：运输、储存残留污染：生产装配和冲洗侵入污染：液压油箱密封不好或者 液压缸防尘部分损坏内部生成污染密封件损坏运动元件磨损、剥离油液老化生成胶质物四、液压油的污染及控制四、液压油的污染及控制242 2、污染的种类和危害、污染的种类和危害1)1)固体颗粒、胶状生成物：固体颗粒、胶状生成物： 磨损元件 填塞系统2)2)水份、空气：水份、空气：水解氧化 产生胶质 填塞元件3)3)化学物质及微生物：化学物质及微生物：油液变质 元件腐蚀253、固体颗粒污染物的测定固体颗粒污染物的测定 污染度的测定方法有以下两种：(1)(1)称重法：称重法：把100mL的工作液体样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平

12、上称出颗粒的重量，按标准定出污染等级。 适用于工作液体日常性的质量管理。(2)(2)颗粒计数法：颗粒计数法：是测定单位容积工作液体中含有某给定尺寸范围的颗粒数。其测定方法有以下两种：a显微镜颗粒计数法b自动颗粒计数法26（1）防止油液被污染 仓储管理 加工、装配要清洗，油箱做好密封 定期检查、定期更换工作介质、清洗滤网、滤芯（2）控制系统工作温度： T，黏度，泄漏，容积效率 T，润滑性能变坏，增加磨损4、液压介质的污染控制、液压介质的污染控制 系统工作时，一般应将工作液体的温度控制在65以下。工作液体温度过高会加速氧化，产生各种生成物。 27（3）注意密封 防尘 防水 及时补充油液 油箱呼吸孔

13、上装空气滤清器或采用隔离式油箱，防止尘土、磨料和冷却水侵入。工作液体必须通过滤油器注入系统。 随时排出进入液压系统的空气。5液压介质的污染控制液压介质的污染控制28研究内容：研究内容：研究液体处于静止状态的力学规律和这研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用。些规律的实际应用。静止液体静止液体: 指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。整体完全可以象刚体一样做各种运动。2.2 2.2 液体静力学液体静力学29一、液体的静压力及特性一、液体的静压力及特性作用于液体上的力：作用于液体上的力：质量力质量力（重力、惯性

14、力）（重力、惯性力） 作用于液体的所有质点。作用于液体的所有质点。表面力表面力（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、一部分液体作用于另一部分液体等）一部分液体作用于另一部分液体等）作用于作用于 液体的表面液体的表面 。 2.2 2.2 液体静力学液体静力学301、液体的静压力定义、液体的静压力定义: 液体单位面积上所受的法向力，物理学中称液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强压强，液压传动中习惯称压力。液压传动中习惯称压力。一、液体的静压力及特性一、液体的静压力及特性AFpA0lim压力与流量视频压力与流量视频2.2 2.2 液体静力学液体静力学3

15、12、液体静压力特性：、液体静压力特性：静止液体的压力称为静压力。（1）垂直并指向于承压表面）垂直并指向于承压表面（沿内法线方向作用于承压表面）（沿内法线方向作用于承压表面） 液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 （2）各向压力相等：）各向压力相等：静止液体内任一点的压力，在各个方向上都相等。 有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等一、液体的静压力及特性一、液体的静压力及特性2.2 2.2 液体静力学液体静力学323、液体静力学基本方程、液体静力学基本方程P0h GPAdA4、重力作用下静止液体压力分布特征、重力作用下静止液体压力分布特征（1）静止液体中任一点

16、处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分 液面上的压力液面上的压力p0 组成组成 该点以上液体自重所形成的压力该点以上液体自重所形成的压力gh 当液面上承受大气压力当液面上承受大气压力Pa作用时，液体内任一点处的压力为作用时，液体内任一点处的压力为（2) 静止液体内压力沿液深呈线性规律分布静止液体内压力沿液深呈线性规律分布（3) 离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的 面叫等压面面叫等压面.例：计算静止液体内任意点例：计算静止液体内任意点A处的压力处的压力p pdA=p0dA+G= p0dA+ghdA p = p0+g

17、h ghppa2.2 2.2 液体静力学液体静力学33测压两基准：测压两基准： 绝对压力绝对压力以绝对零压为基准所测以绝对零压为基准所测 相对压力相对压力以大气压力为基准所测以大气压力为基准所测 注注 ：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力。：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力。 二、压力的表示方法及单位二、压力的表示方法及单位l 空气、液体压力可以用压力、表压力和真空度等来衡量。l如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时，比大气压力小的那部分数值叫做真空度。34 绝对压力总是正值，相对压力则可正可负，这个负值就是不足大气压的数值，称为真空度。 真空度真空度 = 大气压力大气压

18、力 绝对压力绝对压力 3510.07psibar36液体的静压力定义 我国法定的压力单位为牛顿我国法定的压力单位为牛顿/ /米米2 2(N/m(N/m2 2) )，称为帕斯卡，简称帕称为帕斯卡，简称帕(Pa)(Pa)。 在液压技术中，目前还采用的压力单位在液压技术中，目前还采用的压力单位有巴有巴(bar)(bar)和工程大气压、千克力每平方米和工程大气压、千克力每平方米(kgf/m(kgf/m2 2 ) )等。等。37二、压力的表示方法及单位二、压力的表示方法及单位l 压力常用单位为Pa（帕，N/）、MPa（兆帕，N/），bar（巴）、PSI(pounds per square inch,磅每

19、平方英寸） 常用压力单位之间换算关系为：1MPa=106 Pa，1bar=105 Pa。 1atm=101325Pa (atm表示一个标准大气压作为参考量) 1atm=14.5PSI（近似值，用于粗略计算） 1bar=0.1MPa=1.0197 Kgf/cm2 因为单位相差很小，在要求不高场合近似计算为： 1atm=1bar=1 Kgf/cm2=100KPa=0.1MPa=760mmHg38液压系统压力形成液压系统压力形成 结论：结论：液压系统的工作压力取决于负载，液压系统的工作压力取决于负载，并且随着负载的变化而变化。并且随着负载的变化而变化。FA帕斯卡原理帕斯卡原理（静压传递原理）（静压传

20、递原理）在密闭容器内，液体表面的在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。压力可等值传递到液体内部所有各点。 根据帕斯卡原理：根据帕斯卡原理： p = F/A三、静压传递原理三、静压传递原理 p = F/A F = 0 p = 0 F p F p 静止液体内压力的传递。39作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力F = pA 如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为D,则则 F = pA = pD2/4 40dFx=dFcos=pdAcos=plrcosd 四、液体对固体壁面的作用力四、液体对固体壁面的作用力xpAp

21、lr 22222cosdplrdFFxx41作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 Fx = pAx结论：曲面在某一方向上所受的作用力，结论：曲面在某一方向上所受的作用力， 等于液体压力与曲面在该方向的等于液体压力与曲面在该方向的 垂直投影面积之乘积。垂直投影面积之乘积。 如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为D,则则F = pA = pD2/4 F = pA42例题 某容器内装有液体，当液体内部某点的绝对压力为0.4105Pa时，试求其真空度。解： 若取大气压为P0=1105Pa，其相对压力为 P=0.4105-1105=-0

22、.6105Pa所以，该点真空度为0.6105Pa43例题 如图所示：在两个相互连通的液压缸中，已知大缸内径D=100mm，小缸内径d=20mm，大缸活塞放置的物体重量为5000kg。问：在小缸活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶重物？12111221960FFmg AFNAAA解：44 如下图球面和锥面所受液压力是多少？如下图球面和锥面所受液压力是多少？ d d为承压部分曲面投影圆的直径。为承压部分曲面投影圆的直径。要计算出球面和锥面在垂直方向受力要计算出球面和锥面在垂直方向受力F F，只要先计算出曲，只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积面在垂直方向的投影面积A A，然后再与压力，然后再与压力

23、p p相乘，即：相乘，即： F= pA= pd F= pA= pd2 2/4/42.2 2.2 液体静力学液体静力学45压力、流速、流量之间的关系流动液体与固体壁面之间的相互作用力一、基本概念一、基本概念二、连续性方程二、连续性方程三、能量方程三、能量方程 四、动量方程四、动量方程五、管路压力损失计算五、管路压力损失计算六、小孔和缝隙的流量六、小孔和缝隙的流量七、液压冲击和气穴现象七、液压冲击和气穴现象 2.3 2.3 液体动力学液体动力学46一、一、 基本概念基本概念1、理想液体、恒定流动、理想液体、恒定流动l理想液体：理想液体：一种假想的既无粘性又不可压缩的液体。一种假想的既无粘性又不可压

24、缩的液体。l恒定流动恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力：液体流动时，液体中任一点处的压力p 、速度、速度v和密度和密度等参数都不随时间而变化。等参数都不随时间而变化。 （或称定常流动、非时（或称定常流动、非时变流动）变流动）l反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间变化，就反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间变化，就称称非恒定流动非恒定流动（或称非定常流动、时变流动）。（或称非定常流动、时变流动）。472、迹线、流线、流束、迹线、流线、流束 流束：流束：流管内所有流线的集合。 流束中与所有流线垂直的横截面称为通流截面，可能是平面或者曲面。 流线：流线：某一瞬间液流中一条曲线

25、。 流管流管：在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面。48vVqt式中式中 流量，在液压传动中流量流量，在液压传动中流量 常用单位常用单位； 液体的体积；液体的体积； 流过液体体积流过液体体积 所需的时间所需的时间 。3. 通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速 液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的称为称为（或过流截面）。（或过流截面）。称为称为，常用，常用表示表示 ， 即：即：49 由于由于，因此液体在管道内流动时，通流截，因此液体在管道内流动时，通流截面上各点的流速是不相等的。面上各点的流速是不相等的。，流速分布如，流速

26、分布如所示。所示。 在通流截面在通流截面A上取一微小流束的截面上取一微小流束的截面（），则通过），则通过的微小的微小流量为流量为 ：vddqu A对上式进行积分，便可得到流经整个通流截面对上式进行积分，便可得到流经整个通流截面A的流量：的流量：vdAqu A50 可见，要求得 的值，必须先知道在整个上的分布规律。实际上这是比较困难的，因为粘性液体流速u在管道中的分布规律是很复杂的。所以，为方便起见，在液压传动中常采用一种假想的来求流量，即：vdAqu AvA由此得出通流截面上的平均流速为 ：vqvA51液体的流动状态液体的流动状态层流和紊流层流和紊流 19世纪末，英国物理学家世纪末，英国物理学

27、家首先通过实验观察了水在圆首先通过实验观察了水在圆管内的流动情况，发现液体有两种流动状态：管内的流动情况，发现液体有两种流动状态：和和。实验结果表明，实验结果表明，层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；于管道轴线；紊流紊流:液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动。外，还存在着剧烈的横向运动。52液体的流动状态液体的流动状态 层流和紊流层流和紊流 层层 流：流： 液体的流动是分层的，层与层之间互不液体的流动是分层的，层与层之间互不

28、干扰干扰 。 紊流（湍流）：液体流动不分层，做混杂紊乱流紊流（湍流）：液体流动不分层，做混杂紊乱流 动。动。53雷诺数实验雷诺数实验动画演示动画演示和和是两种不同性质的流态。是两种不同性质的流态。层流：液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，层流：液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，；紊流：液体流速较高，粘性的制约作用减弱，紊流：液体流速较高，粘性的制约作用减弱，。用用54雷诺数雷诺数圆形管道雷诺数：圆形管道雷诺数： Re = dv/ 非圆管道截面雷诺数：非圆管道截面雷诺数： Re = dHv/ 过流断面水力直径：过流断面水力直径： dH = 4A/ 水力直径大，液流阻力小，通流能

29、力大。水力直径大，液流阻力小，通流能力大。 临界雷诺数临界雷诺数Rec ：判断液体流态依据。：判断液体流态依据。 Re Rec为紊流为紊流 雷诺数物理意义：液流的惯性力对粘性力的无因次比。雷诺数物理意义：液流的惯性力对粘性力的无因次比。 55几种常用管道的几种常用管道的管道截管道截面形状面形状图图 示示水力直径水力直径dH临界雷诺临界雷诺数数Recr管道截管道截面形状面形状图图 示示水力直径水力直径dH临界雷诺临界雷诺数数Recr圆圆D2000同心同心圆环圆环21100正方形正方形b2100滑阀滑阀阀口阀口2x260长方形长方形1500圆圆（橡胶）（橡胶）d1600长方形长方形缝缝 隙隙140

30、0baab 2 256静止的液体：任意点处的压力在各个方向上都是相等的。静止的液体：任意点处的压力在各个方向上都是相等的。流动的液体：由于惯性力和粘性力的影响，任意点处在各个流动的液体：由于惯性力和粘性力的影响，任意点处在各个方向上的压力并不相等，但数值相差甚微。方向上的压力并不相等，但数值相差甚微。 当惯性力很小，且把液体当理想液体时，当惯性力很小，且把液体当理想液体时，流动液体内任意点流动液体内任意点处的压力在各个方向上的数值可以看成是相等的。处的压力在各个方向上的数值可以看成是相等的。4. 流动液体的压力流动液体的压力57二、连续性方程二、连续性方程质量守恒定律在流体力学中的应用质量守恒

31、定律在流体力学中的应用 2 连续性方程连续性方程 m1 =m2若忽略液体可压缩性若忽略液体可压缩性 1=2 = 则则 v1A1 = v 2A2 或或 q = vA = 常数常数 1 11222v Av A2.3 2.3 液体动力学液体动力学58，故有：，故有：vqA 常常量量意义：意义： ，。1122vvAA59连续性方程连续性方程说明：说明：1 1、在同一管路中无论通流面积怎么变化，只要没有、在同一管路中无论通流面积怎么变化，只要没有泄漏，液体通过任意截面的流量是相等的；泄漏，液体通过任意截面的流量是相等的；2 2、同时还说明了在同一管路中通流面积大的地方液、同时还说明了在同一管路中通流面积

32、大的地方液体流速小。通流面积小的地方则液体流速大；此外，体流速小。通流面积小的地方则液体流速大；此外，当通流面积一定时，通过的液体流量越大，其流速也当通流面积一定时，通过的液体流量越大，其流速也越大。越大。 Q Q Q2 Q1 Q2 Q1 右图的分支油路，右图的分支油路，显然流进的流量应等于流显然流进的流量应等于流出的流量，故有出的流量，故有Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2。vqA常数60液压缸的运动速度液压缸的运动速度结论：结论：液压缸的运动速度取决于进入液液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。变化。 （控制流量可以实现无极调速）（

33、控制流量可以实现无极调速）vqAAv = q/A q = 0 v = 0 q v q v6162连续性方程的应用n已知：qv1=20L/min,A1=20cm2,A2=80cm2 ，求v1，v2。12Wv1v2qv1A1A2解： 根据流量方程：v111qvAv1121q20L/minvA20cm33-4220 10m /s600.167m/s20 10 m根据连续性方程：v111v222qvAqvA1221vAvA1212A20Vv0.167m / sA80=0.0418m/s63例题例题 如如图所示，两个结构相同的液压缸相互串联，无杆腔的面图所示，两个结构相同的液压缸相互串联，无杆腔的面积积

34、A1100c，有杆腔的面积，有杆腔的面积A280c，缸，缸l的输入压力的输入压力 p1=0.9MPa，输入流量，输入流量 q12L/min，不计摩擦损失和泄漏，不计摩擦损失和泄漏，求：求：(1)两缸承受相同负载（两缸承受相同负载（F1=F2）时，该负载的数值及两缸的运）时，该负载的数值及两缸的运动速度。动速度。(2)p 2=0.5p1时，两液压缸各能承受的负载时，两液压缸各能承受的负载F1 ，F2是多少是多少? (3)若缸若缸1不承受负载不承受负载(F1=0)时，缸时，缸2能承受负载能承受负载F2是多少是多少? F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q64解：A1 100c =10

35、010-4，A2 80c =8010-4 F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q)(500010080110100109 . 01461211212112222111NAAAPFFFFAPFAPAPF314112 100.02/60 100 10qvm sA42214180 100.020.016/100 10Avvm sA(1)(1)65(2)(2)NAPAPAPAPF5400108109 . 05 . 010109 . 05 . 03626211122111NAPF450010109 . 05 . 026122 F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q66(3)(

36、3)(1125010100109 . 0801000461121212222111NAPAAFAPFAPAPF F1 2 F2 1 1A2A1A2A2p211p1q67三、能量方程（三、能量方程（又称： 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量应该相等。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。 2.3 2.3 液体动力学液体动力学68212pghv常常数数p:单位体积液体的压力能gh：单位体积液体相对于水平参考面的位能 （常称速度水头）：单位体积的液体的动能。 在密闭管道内作作在密闭管道内作作的理想液体时具有三种形式的的理想液体时具有三种形式的能量

37、，即能量，即、和和，在流动过程中，三种能量，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之间可以互相转化，但各个过流断面上三，即，即 。理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 理想液体伯努利方程的物理意义理想液体伯努利方程的物理意义212v6922111 1222 21122wpghvpghvp动能修正系数：单位时间内截面处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能之比。层流=2，紊流=1 实际液体具有粘性实际液体具有粘性 液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量 故故 应考虑能应考虑能量损失量损失 ，并考虑动能修正系数，并考虑动能修正系数, 则实际

38、液体伯努利方则实际液体伯努利方程程为为： wp70 计算计算 液压泵吸油装置如液压泵吸油装置如所示。所示。，为为，为为 以油箱液面为基准，并定为以油箱液面为基准，并定为，泵的吸油口处为，泵的吸油口处为。取动能修。取动能修正系数正系数对对和和截面建立实际截面建立实际液体的能量方程，则有液体的能量方程，则有 ：22121222wvvppg hp 71液压泵吸油装置液压泵吸油装置图示图示，故，故为大气压力，即为大气压力，即； 为油箱为油箱液面下降速度，由于液面下降速度，由于,故故可近似为零；可近似为零； 为泵吸油口处液为泵吸油口处液体的流速，它等于流体在吸油管体的流速，它等于流体在吸油管内的流速；内

39、的流速； 为吸油管路的能为吸油管路的能量损失。因此，上式可简化量损失。因此，上式可简化 为：为：22a22wvppghp72液压泵吸油装置液压泵吸油装置所以所以为：为： 222w12appghvp由此可见，液压泵吸油口处的真空度由此可见，液压泵吸油口处的真空度由由组成：把组成：把、将、将和和 。当 泵进口处的绝对压力小于大气压力，形成真空，油靠大气压力压入泵内。为使真空度不致过大，一般泵的高度不大于0.5m。 0h 73 ,即：即：21mvmvFtt考虑动量修正问题，对于作考虑动量修正问题，对于作的液体，有的液体，有 ：2 21 1()vFqvv四、动量方程四、动量方程动量修正系数：液体流过某

40、截面的实际动量与平均流速过截面的动动量修正系数：液体流过某截面的实际动量与平均流速过截面的动量之比。量之比。 液体流速较大且分布均匀（湍流）时液体流速较大且分布均匀（湍流）时 =1 液体流速较低且分布不均匀（层流）时液体流速较低且分布不均匀（层流）时=1.3374五、管路压力损失计算五、管路压力损失计算 实际液体具有粘性实际液体具有粘性 流动中必有阻力，为克服阻力，须消耗能量，造成流动中必有阻力，为克服阻力，须消耗能量，造成能量损失能量损失(即压力损失）。即压力损失）。 分类：沿程压力损失、局部压力损失分类：沿程压力损失、局部压力损失2.3 2.3 液体动力学液体动力学75沿程压力损失沿程压力

41、损失（粘性损失）定定 义义: 液体沿等径直管流动时，由于液体液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用，而的粘性摩擦和质点的相互扰动作用，而产生的压力损失。产生的压力损失。76沿程压力损失产生原因沿程压力损失产生原因 内摩擦内摩擦因粘性，液体分子间摩擦因粘性，液体分子间摩擦 。摩擦摩擦 外摩擦外摩擦液体与管壁间液体与管壁间 。77圆管层流时沿程压力损失计算圆管层流时沿程压力损失计算沿程阻力系数。沿程阻力系数。理论值：理论值： 64 / Re 实际值实际值: 金属管金属管75 / Re 橡胶软管橡胶软管80/ Re22lvpd785.圆管紊流的压力损失圆管紊流的压力损失22lv

42、pd350.25Re100.3164ReRe0.040.0015-0.010.0015-0.060.03mmmmmmmm光滑管：当2.32 10时，；粗糙管： 根据和管壁粗糙度 取值。管壁绝对粗糙度 ：钢管铜管铝管橡胶软管79局部压力损失局部压力损失定义定义 : 液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而产生的损失称为局发生强烈的紊动现象，由此而产生的损失称为局部损失。部损失。80局部压力损失产生原因局部压力损失产生原因 产生原因：产生原因： 碰撞、旋

43、涡（突变管、弯管碰撞、旋涡（突变管、弯管) 产生附加摩擦；产生附加摩擦； 81局部压力损失公式22vp局部阻力系数。局部阻力系数。一般由实验确定，也可查阅有关液压传动设计手册；为液体的平均流速。82标准阀类元件局部压力损失标准阀类元件局部压力损失2vvvnnqppq nvvnnpqqq阀在额定流量 下的压力损失通过阀的实际流量阀的额定流量 对于阀和过滤器等液压元件往往并不应用前面的式子来计算对于阀和过滤器等液压元件往往并不应用前面的式子来计算其其，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压力损失数值可从产品样本提供的曲线中直接查到。力损失数值可从产品样本

44、提供的曲线中直接查到。83管路系统的总压力损失管路系统的总压力损失 管路系统中的总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失和局部压力损失之和，即 p 热能热能 T q泄露泄露 效率效率 散逸散逸 污染污染 2222lvvpd 84减小减小p的措施的措施 1 尽量缩短管道的尽量缩短管道的长度长度，减少管道截面突变，减少管道截面突变 ；2 提高管道加工质量，力求光滑，提高管道加工质量，力求光滑，合适；合适；3 A，v 过高过高 p pv2 其中其中v的影响最大的影响最大 过低过低 尺寸尺寸 成本成本 一般有推荐流速可供参考，见有关手册。一般有推荐流速可供参考，见有关手册。 2222lvvpd 85

45、考虑到存在压力损失，一般液压系统中液压泵的工作压力Pp应比执行元件的工作压力1 p。 通常情况下，液压系统的管路并不长，所以沿程压力损失比较小，而阀等元件的局部压力损失却较大。因此管路总的压力损失一般以局部损失为主。高86六、小孔和缝隙的流量六、小孔和缝隙的流量概述：概述： 孔口和缝隙流量在液压技术中占有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很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础。是设计计算的基础。2.3 2.3 液体动力学液体动力学87六、小孔和缝隙的流量六、小孔和缝隙的流量（一）液体流

46、过小孔的流量（一）液体流过小孔的流量 当小孔的长径比 l/d0.5时，称为薄壁孔； l/d4时，称为细长孔； 0.5l/d4时，称为短孔。88小孔流量通用方程小孔流量通用方程vTqCAP2/ 322 /0.51qTCCdlCCAp由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数，细长孔 ；薄壁孔、短孔 小孔过流断面面积小孔两端压力差由孔的长径比决定的指数，薄壁孔，细长孔89三种节流口的流量特性曲线为：三种节流口的流量特性曲线为：90小孔流量通用方程小孔流量通用方程vTqCAP2/ 322 /0.51qTCCdlCCAp由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数，细长孔 ；薄壁孔、短孔 小孔过流断面面积小孔两端压

47、力差由孔的长径比决定的指数，薄壁孔，细长孔91n配合间隙配合间隙 液压元件的各零件之间要保证正常的相对运动，液压元件的各零件之间要保证正常的相对运动，必须保持一定的间隙。必须保持一定的间隙。 油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。2.3 2.3 液体动力学液体动力学9293泄漏泄漏: 当流体流经间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象(前者称为内泄漏，后者称为外泄漏) n油液在间隙中的流动状态一般是层流油液在间隙中的流动状态一般是层流 。2.3 2.3 液体动力学液体动力学94缝隙流动缝隙流动: 压差流动： 由缝隙两端的压力差造成的流动。 剪切流动： 形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动。 这两种流动经常同时存在。2.3 2.3 液体动力学液体动力学95(二二)液体流过缝隙的流量液体流过缝隙的流量 一）液体流过平行平板缝隙的流量1、流过固定平行平板缝隙的流量（压差流动 ） 312bqpl 在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙