第一章液压传动基础

第1章液压传动基础汕头职业技术学院机电工程系杨壮凌第1章液压传动基础1.1液压技术的应用和发展1.2液压传动的工作原理与组成1.3液压传动的优缺点1.4液压油1.5液体静力学1.6液体动力学1.7液体流动中的压力损失1.8液体流经小孔及缝隙的流量1.1液压技术的应用和发展目的任务:

了解液压与气压传动应用发展重点难点:

液压传动在机械行业的应用传动传动—传递运动和动力的方式常见传动机械电气气体流体液力—流力（动量矩定理） 液体*液压—物理（帕斯卡原理）液压和气压传动液压传动—

利用液体压力能实现运动和动力传动方式气压传动—

利用气体压力能实现运动和动力传动方式发展应用第一阶段： 液压传动从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史，但由于没有成熟的液压传动技术和液压元件，且工艺制造水平低下，发展缓慢，几乎停滞。 气压传动早在公元前，埃及人就开始采用风箱产生压缩空气助燃。从18世纪产业革命开始，逐渐应用于各类行业中。第二阶段： 上世纪30年代，由于工艺制造水平提高，开始生产液压元件，并首先应用于机床。第三阶段： 上世纪50、60、70年代，工艺水平有了很大提高，液压与气动技术也迅速发展，渗透到国民经济的各个领域：从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有流体传动与控制技术。应用举例如： 火炮跟踪、 飞机和导弹的驱动、 炮塔稳定、 海底石油探测平台固定、 煤矿矿井支承、 矿山用的风钻、 火车的刹车装置、 液压装载、起重、挖掘、 轧钢机组、 数控机床、多工位组合机床、全自动液压车床、液压机械手等。我国液压与气动技术 从上世纪60年代开始发展较快，新产品研制开发和先进国家不差上下，但其发展速度远远落后于同期发展的日本，主要由于工艺制造水平跟不上去，制造比较困难，材料性能不能满足设计需要，影响了我国流体传动技术的发展。希望在坐各位能用自己所学为我国的流体传动技术作出应有的贡献。 目前，流体传动技术正在向着高压、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化方向发展，向着用计算机控制的机电一体化方向发展。 流体技术+电气控制，好比老虎插上翅膀，1.2液压传动的工作原理与组成一、液压系统的工作原理举例液压千斤顶组成

工作原理特点（1）用具有一定压力的液体来传动（2）传动过程中必须经过两次能量转换（3）传动必须在密封容器内进行，而且容积要发生变化。（4）依靠液体的静压力传递动力二、液压传动系统的组成机床工作台液压传动系统组成

二、液压传动系统的组成1.动力装置—液压泵。将原动机输入的机械能转换为液体或气体的压力能作为系统供油能源或气源装置。

2.执行装置—液压缸（或马达）。将流体压力能转换为机械能，而对负载作功。3.控制调节装置—各种液压控制阀，用以控制流体的方向、压力和流量，以保证执行元件完成预期的工作任务。4.辅助装置—油箱、油管、滤油器、压力表、冷却器、分水滤水器、油雾器、消声器、管件、管接头和各种信号转换器等，创造必要条件，保证系统正常工作。5.工作介质—液压油或压缩空气，作为传递运动和动力的载体。液压传动系统的图形符号结构或半结构式图形—表示结构原理直观性强，易理解，但结构复杂。表示方法

图形符号*—只表示元件功能，不表示元件结构和参数，简单明了,易于绘制。（GB786—93）图形符号1.3液压传动的优缺点液压传动的优点独特之处—力大无穷（P=32MP以上）如:所拿液压千斤顶，可顶起1.6吨重物，若每位男同学体重为128斤，可举起25位男同学。液压传动的缺点不宜远距离传递泄漏严重不宜保证严格的传动比

污染地面对温度变化敏感难于检查故障

1.4液压油目的任务了解油液性质重点难点液压油的粘性和粘度粘温特性提问作业1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？液压油1.4.1液压油的物理性质1.4.2对液压油的要求及选用一液体的密度二液体的粘性三液体的可压缩四其他性质液体的密度密度—单位体积液体的质量

ρ=m/vkg/m3

密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取ρ=900kg/m3的大小。粘性的物理本质液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性.

或:流动液体流层之间产生内部摩擦阻力的性质.粘性的物理本质内摩擦力表达式

F=μAdu/dy∵液体静止时,du/dy=0∴静止液体不呈现粘性粘度粘度——衡量粘性大小的物理量

动力粘度μ粘度运动粘度ν相对粘度0E动力粘度μ公式:∵τ=F/A=μ·du/dy（N/m²）

∴μ=τ·dy/du（N·s/m²）动力粘度物理意义液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。动力粘度单位国际单位（SI制）中：帕·秒（Pa·S）或牛顿·秒/米2（N·S/m²）；以前沿用单位（CGS制）中：泊（P）或厘泊（CP）达因·秒/厘米2dyn·S/cm²）换算关系：1Pa·S=10P=103CP运动粘度ν动力粘度与液体密度之比值运动粘度公式ν=μ/ρ

（m²/S）运动粘度物理意义无（只是因为μ/ρ在流体力学中经常出现

∴用ν代替（μ/ρ）运动粘度单位SI制：m²/SCGS制：St（斯）、CSt（厘斯）（Cm²/S）（mm²/S）换算关系：1m2/S=104St=106CSt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。∴称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注老牌号——20号液压油，指这种油在50°C

时的平均运动粘度为20cst。新牌号——L—HL32号液压油，指这种油在

40°C时的平均运动粘度为32cst。相对粘度0Eμ、ν不易直接测量，只用于理论计算，常用相对粘度相对粘度（条件粘度）恩氏度0E——中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU——美国用雷氏秒R——英国用巴氏度0B——法国用换算关系：恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系

ν=（7、310E-6、31/0E）×10-6液体的可压缩性定义液体受压力作用而发生体积缩小性质。液体的体积压缩系数定义定义：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。液体的体积压缩系数公式κ=-△v/△pvκ=（5-7）x10-10m2/N液体的体积压缩系数物理意义：单位压力所引起液体体积的变化p↑v↓故为保证κ为正值，式中须加负号液体的体积弹性模数定义：液体压缩系数的倒数液体的体积弹性模数公式

k=1/κ=-△pv/△v液体的体积弹性模数物理意义：表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：k=（1.4-1.9）*109N/m2

若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。液体的其它性质1、粘度和压力的关系

∵P↑，F↑，μ↑∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑液体的其它性质2、粘度和温度的关系

∵温度↑，内聚力↓，μ↓∴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。对液压油的要求（1）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；（3）纯净度好，杂质少；（4）对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。对液压油的要求（5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；（7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。（凝点——油液完全失去其流动性的最高温度）（8）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜总之：粘度是第一位的液压油的选择选择液压油品种2选择液压油粘度液压油的类型机械油精密机床液压油气轮机油变压器油等液压油选择首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号慢速、高压、高温：μ大（以↓△q）通常

快速、低压、低温：μ小（以↓△P）1.5液体静力学研究内容：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。静止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。1.5、1液体的静压力及特性

1.5、2液体静力学基本方程式

1.5、3压力的表示方法及单位

1.5、4静压传递原理

1.5、5液体对固体壁面的作用力液体的静压力及特性质量力（重力、惯性力）—

作用于液体的所有质点作用于液体上的力

表面力（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、一部分液体作用于令一部分液体等）—作用于液体的表面液体的静压力定义：液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。液体静压力特性（1）垂直并指向于承压表面

∵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

∵有一向压力不等，液体就会流动

∴各向压力必须相等压力的表示方法及单位相对压力*—以大气压力为基准所测关系绝对压力=大气压力+相对压力或相对压力（表压）=绝对压力–大气压力注液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力真空度=大气压力–绝对压力

液体静力学基本方程pdA=p0dA+G=p0dA+ρghdAp=p0+ρgh静压传递原理帕斯卡原理（静压传递原理）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。

根据帕斯卡原理：p=F/A液压系统压力形成p=F/A结论：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。液体对固体壁面的作用力作用在平面上的总作用力作用在曲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P=p·A

如：液压缸，若设活塞直径为D,则

P=p·A=p·πD2/4作用在曲面上的总作用力

Fx=p·Ax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垂直投影面积之乘积。1.6液体动力学目的任务：了解流动液体特性、传递规律掌握动力学三大方程、流量和结论重点难点：流量与流速关系及结论三大方程及结论、物理意义基本概念理想液体、恒定流动1理想液体：既无粘性又不可压缩的液体2恒定流动（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时间而变化流动.3流线、流管和流束4流量和平均流速连续性方程连续性方程m1=m2ρ1u1dA1dt=ρ2u2dA2dt若忽略液体可压缩性ρ1=ρ2=ρu1dA1=u2dA2

∫Au1dA1=∫Au2dA2

则v1A1=v2A2

或q=vA=常数结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。伯努利方程

p1+ρgZ1+ρv12/2=p2+ρgZ2+ρv22/2

或p/ρg+Z+v2/2g=C（c为常数）理想液体伯努利方程的物理意义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，即压力能、位能和动能。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值。实际液体伯努利方程

p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2v22/2g+hw

层流α=2α

紊流α=1p1-p2=△p=ρghw动量方程

X向动量方程：

∑Fx=ρq(β2v2x-β1v1x)X向稳态液动力：

F'x=-∑Fx=ρq(β1v1x-β2v2x)

结论：作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭。1.6管路中液体的压力损失目的任务：了解损失的类型、原因掌握损失定义减小措施重点难点：两种损失减小措施圆管沿程压力损失△pf=128μlq/πd4=8μlq/πR4

将q=πR2v，μ=ρν代入上式并简化得：

△pf=△p=32μlv/d2

结论：液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正比，而与管径的平方成反比。圆管紊流的压力损失△pλ=λ·l/d·ρv2/2λ=0.3164Re-0.25（105>Re>4000）λ=0、032+0.221Re-0.237（3*106>Re>105）λ=[1、74+2lg（d/△）]-2（Re>3*106或