液压第一章课件

第一章

液压油及液压流体力学基础

§1-1液压油一、流体的密度与比容①密度：单位体积液体内所含有的质量②比容：密度的倒数压力↑→↑温度↑→↓变化及小※结论：可视液体的密度为一个常数§1-1液压油二、流体的可压缩性①压缩性：液体受压力作用其体积会减小的性质②与压力、温度有关，变化很小结论：可视为液压油是不可压缩的§1-1液压油三、液体的粘性①粘性的定义粘性：液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力§1-1液压油结论：a液体只有在流动（或有流动趋势）时呈现粘性b静止液体不呈现粘性

2、温度和压力对粘的影响液压油的粘度随温度的增加而减小液压油的粘度随压力的升高而变大，但粘度增大的数值很小。可以忽略不计.§1-1液压油粘性的表示方法1、动力粘度液体粘性的大小用粘度来衡量。液体的粘度是指它在单粘位粘度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。又称动力粘度或绝对粘度。它的计量单位为帕秒Pas.2、运动粘度动力粘度与液体密度的比值，称为液体的运动粘度。运动粘度是没有实际的意义的。只有在计算分析中经常用到。§1-1液压油3、相对粘度相对粘度又称条件粘度。它是按一定测量条件制定的，然后再根据关系换算出动力粘度或运动粘度。中国、德国采用恩氏粘度

美国用赛氏粘度英国用雷氏粘度注意：1.国家规定，统一采用运动粘度来表示油的粘性（粘度等级）。

2.我国生产的全损耗系统油和液压油采用40摄氏度时的运动粘度值为其粘度等级标号。如L-HL32指在40摄氏度时运动粘度的平均值为32。§1-1液压油四、对液压油的要求和选用在机床液压传动中，液压油有三方面的作用：传递动力的介质运动件间的润滑剂散热§1-1液压油1、要求：粘度适当，粘温性好可压缩性要小润滑性好较好的化学稳定性杂质少，污染度低抗乳化性好对密封材料的影响小流动点、凝固点低，燃点高§1-1液压油2、选用（主要考虑粘度）工作压力小环境温度工作部件的运动速度液压泵的类型经济性考虑因素：§1-1液压油3.液压油的分类液压油:可燃性难燃性专用液压油§1-2液体静力学一、静压力（压力）及其性质1、静止液体：液体内部质点与质点无相对运动2、静压力：单位面积上液体所受作用力单位:§1-2液体静力学一、液体静压力的基本方程式

3、性质：液体静压力垂直于作用面，指向作用面的内法线方向；静止液体内，任意点的压力在各个方向上都相等。§1-2液体静力学二、在重力作用下静止液体中的压力分布

§1-2液体静力学二、在重力作用下静止液体中的压力分布结论：静压力由两部分组成：液面压力；液柱重量产生的压力；静止液体内的压力沿深度呈直线规律分布；离液面深度相同处各点的压力都相等。§1-2液体静力学三、压力的表示方法及单位绝对压力相对压力真空度帕（Pa）：N/㎡绝对压力＝相对压力＋大气压力真空度＝大气压力－绝对压力§1-2液体静力学帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭的容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。四、静压传递原理－－帕斯卡定律重要概念：液体系统的工作压力取决于外界负载。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念1、理想液体：是一种假想的没有粘性、不可压缩的液体。2、恒定流动：指液体运动参数仅是空间坐标的函数，不随时间的变化，即在任何时间内，通过空间某一固定点的各液体质点的速度、压力和密度等参数都保持某一常数。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念3、非恒定流动：通过空间某一固定点的各液体质点的速度、压力和密度等任一参数只要有一个是随时间变化的，即为非恒定流动。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念4、流线：是某一瞬时液流中一条条标志其质点运动状态的曲线，在流线上各点处的瞬时液流方向与该点的切线方向重合。对于恒定流动，流线形状不随时间变化。流线不能相交，也不能转折，它是一条条光滑的曲线。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念5、流束：如果通过某截面A上所有各点画出流线，这些流线的集合构成流束。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念流束的特性：稳定流动时，流束的形状不随时间改变；流体质点不能穿过流束表面流入或流出；由于微小流束的横断面很小，所以在此截面上各点的运动参数可视为相同。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念6、通流截面：流束中与所有流线正交的截面。7、微小流束：通流截面无限小时的流束为微小流束，微小流束截面上各点上的运动速度可以认为是相等的。§1-3流动液体的基本力学特性一、基本概念8、流量：单位时间内通过某通流截面的液体体积。9、平均流速：是假想的液体运动速度，认为通流截面上所有各点的流速是均匀分布的。§1-3流动液体的基本力学特性层流：指液体流动时，液体质点没有横向运动，互不混杂，呈线状或层状的流动。紊流：指液体流动时，液体质点有横向流动（或产生小漩涡），作混杂紊乱的流动状态。二、流体的流动状态、雷诺数§1-3流动液体的基本力学特性二、流体的流动状态、雷诺数实验证明§1-3流动液体的基本力学特性二、流体的流动状态、雷诺数雷诺数工程上常用一个临界雷诺数Re来判别液流状态。当Re<Re时液流为层流；当Re>Re时液流为紊流。

crcrcr实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度v有关。决定液体状态的是这三个参数所组成的一个称之为雷诺数Re的无量纲纯数。§1-3流动液体的基本力学特性二、流体的流动状态、雷诺数§1-3流动液体的基本力学特性三、连续性方程假设液体是不可压缩的，而且是作恒定流动，则液体的流动过程遵守质量守恒定律，即在单位时间内流体流过通道任意截面的液体质量相等。连续性方程的物理意义：平均流速与通流截面的面积成反比。连续性方程的适用条件：1、必须是不可压缩的液体；2、必须是作稳定流动；3、适用于任何液体，与粘度无关。§1-3流动液体的基本力学特性1、理想流体的伯努利方程四、伯努利方程－－能量守恒定律§1-3流动液体的基本力学特性2、理想流体的伯努利方程伯努利方程的物理意义是，理想的不可压缩液体在重力场中作恒定流动时，具有势能、压力能和动能三种形式，他们之间可以相互转化，但总和保持不变。§1-3流动液体的基本力学特性3、实际液体的伯努利方程由于实际液体在流动时，是具有粘性的由此会产生内摩擦力造成能量损失。另一方面，实际液体在管道通流截面上的流速分布是不均匀的，而我们用平均流速代替实际流速进行计算，这样必然会产生误差。§1-4流动液体的流量－－压力特性一、压力损失沿程损失：指液体在管道中流动时因液体具有的粘性而产生的压力损失；局部损失：指由于管道突然变化、液流速度大小和方向突然改变等而引起的压力损失。§1-4流动液体的流量－－压力特性2、局部压力损失产生原因：液体流过局部装置时形成死水区或涡旋区，液体在此区域并不参加主流动，而是不断的打旋，加速液体摩擦或造成质点碰撞，产生局部能量损失；液体流过局部装置时流速的大小和方向发生急剧变化，各截面上的速度分布规律也不断变化，引起附加摩擦而消耗能量。§1-4流动液体的流量－－压力特性管路系统总能量损失管路系统中总能量损失等于系统中所有直管沿程能量损失之和与局部能量损失之和的叠加P25§1-4流动液体的流量－－压力特性二、流量公式1、孔口流量公式孔口形式：薄壁小孔（一般节流阀的节流口）细长孔（一般用于阻尼孔）短孔（一般用于固定节辙口）§1-4流动液体的流量－－压力特性二、流量公式1、孔口流量公式（1）薄壁小孔的流量公式Cd为流量系数，一般取Cd=0.60~0.61§1-4流动液体的流量－－压力特性二、流量公式1、孔口流量公式（2）细长小孔的流量公式（3）短孔（厚壁孔）的流量公式厚壁孔流量计算可采用薄壁小孔的流量公式，但流量系数Cd的选取则具体情况具体确定§1-5液压冲击和气穴现象一、液压冲击定义：在液压系统的工作过程中，因执行部件的突然换向或阀门突然关闭以及外负载的急剧变化而引起压力急剧变化，出现压力交替升降的波动过程，这种现象称为液压冲击§1-5液压冲击和气穴现象一、液压冲击液压冲击的类型:阀门突然打开或关闭，及系统中某些元件反应的滞后，使液流突然停止运动而产生的液压冲击；运动部件突然启动或停止，因其惯性使液压缸和相连管道中压力产生急剧变化而形成压力波，产生液压冲击。§1-5液压冲击和气穴现象一、产生液压冲击的原因1、流动液体的突然停止§1-5液压冲击和气穴现象2、静止液体的突然运动3、流动液体的突然换向4、运动部件的突然制动5、静止部件的突然运动6、运动部件的速度突然改变7、某些液压元件动作不灵敏§1-5液压冲击和气穴现象一、液压冲击消除或减弱液压冲击的措施:缓慢关闭阀门，减慢管道的换向速度；缩短管子长度；减慢换向阀关闭前的液流速度；设置蓄能器、安全阀等。§1-5液压冲击和气穴现象二、气穴和气蚀1、气穴在液压系统中，由于某种原因会产生低气压，当压力低于液体的空气分离压时，液体中溶解的空气就会分离出来，以气泡的形式存在于液体中，使原来充满管道的液体出现了气体的空穴，这种现象称为空穴现象；另外，当绝对压力低于液体的饱和蒸气压时，液体中会出现大量的蒸气泡，这也气穴现象。§1-5液压冲击和气穴现象2、气蚀管道中发生空穴现象时，气泡随着液流进入高压区后，随即急剧溃灭或急剧缩小，原来气泡所占的空间形成了真空，四周液体质点将以极大的速度冲向溃灭或压缩气泡中心，产生局部冲击现象（形成高压、高温），使金属剥落，表面形面