液压基本原理

液压基本原理液压油的性质和选用静止液体力学流动液体力学液体的管道流动液流流经小孔及缝隙的流量计算液压冲击和空穴现象1.液体的密度对于非均质液体：对于均质液体，其单位体积的质量就是液体的密度，即Notes:如无特殊说明，一般认为液压油都是均质的，其密度ρ=（850-960）kg/m3一、液压油的性质和选用液体的压缩性是指液体受压后体积变小的性能（1）液体的压缩性系数

液压油的压缩性系数值一般为（5-7）×10-10m2/N（2）液体的体积弹性模量βe=1/β

液压油的体积弹性模量一般为（1.4-2.0）×109N/m2钢的体积弹性模量一般为2.06×1011N/m22.液体的压缩性粘性：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子的相对运动而产生一种内摩擦力。液体的这种性质，叫做液体的粘性。

粘度是表示液体粘性大小的物理量，常用的粘度表示方式有三种，即：绝对粘度（动力粘度）、运动粘度、相对粘度。牛顿液体：速度梯度变化时η值不变的液体。3、液体的粘性和粘度

绝对粘度的单位为

1Pa.S=10P=1000cP

运动粘度：液体的绝对粘度与其密度的比值称为液体的运动粘度。运动粘度的单位是m2/s。过去通常使用厘斯（cSt）作运动粘度的单位，它等于10-6m2/s，（即1cSt=1mm2/s。

我国液压油牌号新标准以液压油在40摄氏度运动粘度ν的平均厘斯（cSt）数来命名。

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。工作介质:传递运动和动力液压油的任务

润滑剂

:润滑运动部件4.粘度和温度的关系对液压油的要求(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。(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

5、对液压油的要求

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。

研究对象：静止液体，所谓静止液体是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。

二、静止液体力学

定义：液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习称压力特性：（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

1、

液体的压力

液体静力学基本方程式

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、或其它物体或其它容器对液体、

一部分液体作用于令一部分液体等）--作用于液体的表面

例：计算静止液体内任意点A处的压力p

∵pdA=p0dA+G=p0dA+ρghdA

∴p=p0+ρgh

特征：液面压力p0（1）静止液体中任一点处的压力由两部分组成〈

液体自重所形成的压力ρgh

（2）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面叫等压面.

2静止液体中的压力分布

绝对压力--以绝对零压为基准所测

相对压力*--以大气压力为基准所测测压两基准

绝对压力

=大气压力

+相对压力

关系：

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3压力的表示方法和单位单位

帕斯卡(Pa)

巴(bar)

工程大气压(at)

标准大气压(atm)

托(torr)

磅每平方英寸(psi)

换算

1Pa=1N/平方m;=10−5bar≈10.197×10−6at≈9.8692×10−6atm≈7.5006×10−3Torr≈145.04×10−6psi

1bar=100000Pa=106dyn/cm²≈1.0197at≈0.98692atm≈750.06Torr≈14.504psi

1at=98066.5Pa=0.980665bar=1kgf/cm²≈0.96784atm≈735.56Torr≈14.223psi

1atm=101325Pa=1.01325bar≈1.0332at=101325Pa=760Torr≈14.696psi

1torr≈133.322Pa≈1.3332×10−3bar≈1.3595×10−3at≈1.3158×10−3atm=1mmHg≈19.337×10−3psi

1psi≈6894.76Pa≈68.948×10−3bar≈70.307×10−3at≈68.046×10−3atm≈51.715Torr=1lbf/in²

为方便记忆，可以简化为如下规律：

1.1atm=0.1MPa=100KPa=1公斤=1bar=10米水柱＝14.5PSI

2.1KPa=0.01公斤=0.01bar=10mbar=7.5mmHg=0.3inHg=7.5torr=100mmH2O=4inH2O绝对压力、相对压力、真空度三者的关系

pp>pa

表压力

大气压

真空度pa绝对压力p<pa

绝对压力0绝对真空p=0静止液体中压力的传递

1

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

2

液压系统压力形成

p=F/A

F=0

p=0

F↑

p↑

F↓

p↓

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。

4.静止液体中压力的传递

(1)

作用在平面上的总作用力

P=pA

如：液压缸，若设活塞直径为D,则

P=pA=p(πD2/4)

(2)

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，等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积

例：液压缸缸筒受力分析

设缸筒半径为r，长度为l，取一微小窄条面积为：dA=lrdθ

液体作用在dA上的力dFx为

dFx=dFCOSθ=pdACOSθ=plCOSθdθ

缸筒右半壁的水平作用力为

Fx=∫π/2-π2dFx=∫π/2-π/2plrCOSθdθ=2plr=pAx

5液体静压力作用在固体壁面上的力研究内容：研究液体运动和引起运动的原因，即研究液体流动时流速和压力之间的关系（或液压传动两个基本参数的变化规律）

主要讨论：动力学三大方程

三、流动液体力学（1）

理想液体、定常流动和一维流动

理想液体：既无粘性又不可压缩的液体

定常流动（稳定流动、恒定流动）：流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时间而变化的流动

一维流动：液体整个作线形流动

（

2）

流线、流管和流束

流线--流场中的曲线

流管--由任一封闭曲线上的流线所组成的表面

流束--流管内的流线群1、基本概念

（3）通流截面、流量和平均流速

通流截面：在流束中与流线正交的截面（垂直于液体流动方向的截面）

流量：单位时间内流过某通流截面的液体的体积qv

平均流速：通流截面上各点流速均匀分布（假想）

q=V/t=Al/t=Au

v=q/A

q=0

v=0

q↑

v↑

q↓

v↓

结论：液压缸的运动速度取决于进入液液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。

1

连续性原理--理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此在单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。

2

连续性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2

若忽略液体可压缩性ρ1=ρ2

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。

Notes:2conclusionsv1/v2=A2/A1Q=Q1+Q22、

连续性方程--质量守恒定律在流体力学中的应用能量守恒定律：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。

3伯努利方程--能量守恒定律在流体力学中的应用

动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内的动量变化量

即∑F=dI/dt=d（mv）/dt

考虑动量修正问题，则有：

∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)

X向动量方程

∑Fx=ρqv(β2v2x-β1v1x)

X向稳态液动力

F'x=-∑Fx=ρqv(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。4动量方程--动量定理在流体力学中的应用

1

液体的流动状态

层流：液体的流动是分层的，层与层之间互不干扰，粘性力起主导作用；紊流（湍流）：液体的流动不分层，做混杂紊乱流动，惯性力起主导作用。液体的流动是层流还是紊流，需根据雷诺数判别。雷诺数定义为：四、液体的管道流动

流速：流量：平均流速：2.液体在圆管中的层流流动

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，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础，因此，小孔虽小，缝隙虽窄，但其作用却不可等闲视之

宽度一般在0、1mm以下

直径一般在1mm以内

五、液流流经小孔及缝隙的流量计算

薄壁小孔l/d≤0.5

（1）孔口分类

细长小孔l/d>4

短孔0、5<l/d≤4

1、

孔口流量

（2）薄壁孔口的流量（3）细长小孔的流量

平面缝隙压差流动

常见缝隙<缝隙流动状况<

环状缝隙剪切流动

1）

通过平行平板缝隙的流量

2）圆柱环形间隙的流量

2

缝隙流量1、

空穴（气穴）现象空穴现象：液压系统中，由于某种原因（如速度突变），使压力降低而使气泡产生的现象

产生原因：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，吸油高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高，吸油不充分等，压力降低。六、空穴现象和液压冲击空穴现象的危害：

（1）系统发生强烈的振动和