模块1 认识液压传动控制技术《液压与气压传动技术》教学课件

《液压与气压传动技术》✩精品课件合集第X章XXXX模块1

认识液压传动控制技术液压传动是以液体为介质来传递和转换能量的，那么了解液体的性质，液体平衡与运动力学规律是很有必要的。

为此，我们先要学习和讨论液压流体力学的基础知识。模块一认识液压传动控制技术学习目标：

1.掌握液压油的物理性质及其选用

2.掌握液体静力学和动力学的相关知识

3.理解液压油在管道中流动的能量损失及其计算

4.了解液压油流经孔口的压力流量特性

液压油不仅是液压传动系统中传递能量的工作介质，而且还起着润滑元件，冷却系统、防锈和减振等重要作用，液压油的优劣直接影响到液压传动的工作性能。学习目标：1.掌握液压油的物理性质2.掌握液压油的类型、选择和使用3.了解液压油的污染与防护课题一液压油

一、液压油的性质1.密度

定义：对均质液压油，单位体积具有的质量。用符号ρ表示，写成公式：注：液压油的密度随压力的升高而增大，随着温度的升高而减小。一般情况下，液压油的密度可视为常数,其值为900kg/m3。（1-6）单位：kg/m3

由于液体所受的压力的增加其体积是减小的（ΔV）为使体积压缩率k为正数值，故在公式前加“—”负号。

2.可压缩性在温度不变的情况下，液体受压力作用体积减小，密度增大的性质，称为液体的可压缩性。油液可压缩性大小可用体积压缩率k来表示。

k定义为：单位压力变化时引起的液体体积相对变化量。写成公式：注意：若油液中混入了空气，油液的可压缩性就会显著增加，所以在液压系统中应尽防止空气混入油中，以保证液压系统的工作性能。

工程上，人们常用体积压缩系数的倒数K，来表示液体抵抗压缩的能力，K称为液体的体积弹性模量，单位为Pa（N/m2），写成公式即为：纯净油液的体积弹性模量K＝（1.2～2.0）×109Pa数值很大，可认为液压油是不可压缩的。3.黏性液体在外力作用下流动时，由于液体分子间相互吸引的内聚力阻碍其分子之间相对运动，而在液体内部产生内摩擦力（黏滞力）的现象，称为液体的黏性。

注意：液体流动（或者有流动趋势）时才会呈现出黏性，静止的液体是不呈现黏性的。为了进一步深入分析黏性的物理本质，在这里我们介绍物理学家牛顿曾经作个的一个实验。（1）黏性的物理本质

由于各液体层运动速度不同，流动快的液层会拖动流动慢的液层，反过来，流动慢的液层会阻滞流动快的液层，这样相邻两层液体之间就产生了相互作用的内摩擦力。

实验测定，液体流动时相邻两液层间的内摩擦力F与液层的接触面积A和液层的相对流速du成正比，与液层间的距离dy成反比，写成公式:

即：μ—内摩擦系数（1-7）（1-8）

（2）黏度流体黏性大小用黏度衡量，黏度是选择液压油的重要指标。工程中黏度有三种表示方法：动力黏度、运动黏度和相对黏度：a)动力黏度（绝对黏度）定义:动力黏度就是牛顿内摩擦定律中的比例系数。根据(1-8)：单位:

在SI制中：帕·秒（Pa·S）1Pa·S=1N·S/m2；在CGS制中：泊（P）、厘泊（CP）。1CP=1dyn·S/cm2换算关系：1Pa·S=10P=103CP物理意义：指液体以单位速度梯度流动时，接触液层间单位面积上

的内摩擦力。

注：我国液压油的牌号是根据该油液在温度为40度时，平均运动黏度的厘斯值来命名的。如牌号为N32的液压油，在40°C时的平均运动黏度为32cSt（mm2/S）。定义：液体的动力黏度μ与密度ρ之比，写成公式即:单位：在SI制中：m2/S；在CGS制中：St(斯)（cm2/S），

cSt(厘斯)（mm2/S）换算关系：1m2/s=104St(cm2/s)=106

cSt(mm2/s)b）运动黏度

相对黏度是油液相对于蒸馏水而言的，是在一定条件下，通过特定黏度计所测得的值。

根据测试的条件不同，相对黏度分为：

恩氏黏度（0E）——中国、德国、前苏联用通用赛氏秒（SUS）——美国、英国用商用雷氏秒（R1S）——英国用c）相对黏度

恩氏黏度的测量方法是:即：注：0E无量纲，在工业上，常以20℃，50℃，100℃作为测定油液黏度的标准温度，分别以0E20、0E50、0E100来表示。恩氏黏度和运动黏度可通过下列经验公式进行换算:(m2/s)

温度t↑，液体的内聚力↓，μ↓，如图所示。

我们把液体的黏度随温度变化的性质称为液体的黏温特性。液压油黏温特性越好，油液的黏度随温度变化就越小，该油液所适宜温度范围就越广。

压力p↑，液体分子间距离↓,F↑，μ↑液体的黏度随压力变化的性质称为液体的黏压特性。压力较小时，这种变化可忽略不计，压力达到32Mpa以上，才加以考虑。(3)黏度和温度、压力的关系

（3）良好的化学稳定性，保证油在使用中不易变质1.液压传动对液压油的性能要求二、液压油的选用工作介质—传递运动和动力；润滑剂—润滑运动部件（1）合适的黏度，良好的黏温特性。（2）良好的润滑性能，以减小元件中相对运动表面的磨损。（4）凝固点低，闪点和燃点高，对人体无害，成本低

液压油的选择包含两项内容：

（1）液压油品种的选择液压油品种可分为三类：石油型、合成型和乳化型。其不同类型的油液的性能可参阅教材上的表1-2（p.11)。在选择液压油的种类时应考虑系统的使用性能，工作环境等因素的要求。2、液压油的选用基本原则：满足要求，价格便宜！第2章液压传动的基础知识类别组成代号特性和用途矿物型液压油无添加剂的石油基液压油L—HH稳定性差，易起泡，主要用于润滑HH+抗氧化剂、防锈剂L—HL有抗氧化和防锈能力，常用于中低压液压系统HL+抗磨剂L—HM改善抗磨性能，适用于工程机械、车辆液压系统HL+增粘剂L—HR改善温粘特性，适用于环境温度变化较大的低压系统和轻负载机械的润滑部位HM+增粘剂L—HV改善温粘特性，可用于环境温度在－40～20℃的高压系统。低温粘度小，高温下能保持一定粘度，故适用范围宽M+防爬剂L—HG改善粘滑性能，适用液压及导轨润滑为同一油路系统的精密机床抗燃液压液含水液压油高含水液压液L—HFA难燃、温粘特性好，有防锈能力，润滑性差，易泄漏。适用于抗燃、用油量大且泄漏严重的系统油包水乳化液L—HFB有抗磨、防锈性能和抗燃性，用于有抗燃要求的中压系统水-乙二醇L—HFC有温粘特性、难燃和抗蚀性好，能在－20～50℃温度下使用，用于有抗燃要求的中低压系统合成液压液磷酸酯氯化烃HFDR+HFDS其他合成液压液L—HFDRL—HFDSL—HFDTL—HFDU难燃、润滑性好，抗磨性能和抗氧化性能良好，能在较广温度范围内使用。用于有抗燃要求的高压精密液压系统常见液压油的代号、特性和用途a）液压系统工作压力的高低

液压系统的工作压力较高（泄漏突出），为避免系统泄漏过大，容积效率低；要选μ大的油.

反之，系统工作压力较低（摩擦突出），为减小摩擦，提高机械效率，要选μ小的油。（2）液压油黏度（牌号）的选择

液压油黏度对液压传动影响极大，因此黏度的选项择十分重要，一般从以下四个方面来考虑：

c）系统工作环境温度的大小

环境温度高宜选μ大的油，而环境温度低宜选μ小的油。故有的液压设备要求夏季和冬季用不同黏度的油。

b）执行元件运动速度的快慢

液压执行元件的运动速度高（摩擦突出），选μ小的油,反之，运动速度低（泄漏突出），选μ大的油。

以上所介绍的只是选择液压油的一些基本原则，掌握、运用好这些原则，还需要在生产实践中不断地模索和研究，积累经验。d）油泵类型的要求：

油泵是液压传动系统的心脏，工作负荷也比较大，对液压油的对黏度要求较严格，选择油液时要考虑油泵的要求。一般可将液压泵对油液黏度的要求作为选择液压油的参考，见教材表1-3（p.12）。第2章液压传动的基础知识

条件液压泵类型运动黏度(40℃)/mm2·s-1环境温度5～40℃时运动黏度(40℃)/mm2·s-1

环境温度40～80℃时叶片泵7MPa以下30～5040～757MPa以上50～7055～90齿轮泵30～7095～165柱塞泵30～5065～240按液压泵类型推荐用油粘度

液压油污染是液压系统故障的主要原因，据统计液压系统故障至少60—70％是油液污染造成的。因此液压油的正确使用，管理和防污是保证液压系统正常可靠工作的重要方面。三、液压油污染与控制1.油液污染的主要原因

（1）液压系统在加工、装配、存储、运输等过程中，因灰尘、焊渣、型砂、切屑、磨料等残留污染物造成的污染。（2）液压系统运行中，由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏而引起系统外部侵入污染物造成的污染。（3）液压系统运行中自身产生的污染物，如金属及密封件因磨损而产生的颗粒，油液的氧化变质等生成物造成的污染。2.油液污染的危害

（1）残留固体颗粒会使油泵滑动部分磨损加剧，缩短其使用寿命；同时会加速阀芯和阀体磨损，甚至卡死阀芯，堵塞节流孔和阻尼孔，使阀动作失灵或性能变坏；还会加快液压缸密封件磨损，使泄漏增大；同时，油中颗粒物还会堵塞过滤器滤孔，使泵吸油困难、回油不畅，产生气蚀、振动和噪声。（2）水的侵入会加速液压油的氧化，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。（3）空气混入会降低油液的体积模量，并引起振动、气蚀，降低其润滑性。（4）微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀3.油液污染的控制措施

（1）液压油在使用前要保持清洁。（2）合理选用、安装密封元件，减少污染物侵入途径。（3）液压系统在装配后、运行前要认真检查、清洗干净。（4）系统所使用的液压油要定期检查、补充戓更换，注意保持液压油在工作中的清洁。（5）控制液压油工作温度，防止过高温造成油液氧化变质。油液的污染控制贯穿于液压系统设计、制造、安装、使用、维修等各个工作环节。

对油液污染的控制概括起来有两个方面：一是防止污染物侵入系统；二是把已经侵入的污染物从系统中清除出去。想一想答答看1．为什么在液压传动系统中，要尽量减少混入液压油中的空气？2.液体黏性的大小用黏度表示。常用的黏度表示方法有

、

、

。3.选择液压油的时，我们主要考虑油液的是

。A、密度B、成份C、黏度4.在液压油的牌号的选择上，我们考虑的主要因素有：

、

、

、

。

学习目标：

1.理解液体静压力及其特性。2.掌握液体静压力的分布规律和静压力传递原理3.熟悉压力的表示方法。4.会计算液体静压力对固体壁面的作用力。课题二液体静力学基础

液体静力学主要是研究液体处于相对平衡状态的力学规律和应用的科学。

一、静止液体的压力及其特性

1.液体的静压力

（1）定义：静止液体单位面积上所受到的法向作用力。

常用p来表示，写成公式：（1-17）

注：这里所讲的压力与中学物理学中压强的概念是相同的，但是在工程实际中不称压强而称压力。F——法向作用力（N）A——承压面积（m2）单位：在SI制中，单位为Pa（N/m2）或MPa，1MPa=106Pa在工程中，常用工程大气压表示，1工程大气压=105Pa（2）液体静压力的特性：b、流体内任一点上各个方向的静压力相等。∵有一向压力不等，液体就会流动，∴各向压力必须相等a、静压力的方向沿着承压面的内法线方向。∵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静止液体压力具有两个重要特性：

2、重力作用下液体静压力的分布我们以A为圆心，从液面向下取一圆柱形液体柱为隔离体，液体柱的高度为h，底面积为ΔA。由于该液体柱是从静止液体中分离出来的，处于平衡状态，我们对此液体柱列写垂直方向的力平衡方程式，则有：（1-18）式中：g—重力加速度；ρ—液体的密度将式（1-18）化简，便可得以下方程式：

如果液面上所受压力为大气压时（p0=pa），则液体静力学基本方程还可写成：（1-19）式给出了重力作用下，静止液体中静压力的分布规律。称为液体静力学基本方程。它是我们解决液体静力学问题的重要工具，要很好地掌握。式中pa

——大气压力（1-19）3）静止液体内距液面深度相同的各处，其静压力相等。压力相等的点组成的面叫做等压面。在重力作用下静止液体内的等压面是水平面。液体静力学基本方程表明：1）静止液体内任意一点的压力由作用于液面上的压力p0

和液体自重引起的压力ρgh

两个部分组成；2）静止液体内的压力随深度增加而增大；FHP。解：1）求p0

：

p0=F/A=1000/10-3=106

（Pa）2）求p：

根据液体静力学基本方程

p=p0+ρgh=106+900×9.8×0.5

=106+4410=1004410=106（Pa）结论：通常液体受外部压力作用下所产生的压力p0远远大于液体自重所产生的压力ρgh，因此在液压传动中，我们常忽略液体自重产生的压力ρgh，认为“液压系统中的压力处处相等，均为油泵的输出压力”例2-1：如图所示,容器内盛有油液。已知油的密度ρ=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面积A=10-3m2，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为h=0.5m处的液体压力等于多少?

3.静压力传递原理

从液体静力学基本方程可知，液体内部任意点的静压力都与施加于液体表面的压力有关。当施加于液体表面的压力发生变化时，液体内部任一点的压力均会发生相同的变化，即是说：

在密封容器内，施加于静止液体表面的压力将等值地传递到液体内部各点。

这就是液体静压力的传递原理，即著明帕斯卡原理。`FGdD

例2-2：如图所示两个相互连通的液压油缸，已知大油缸直径D=100mm，小油缸直径d

=20mm，在大活塞上放置物体的质量M=5000kg，问要在小活塞上需加多大的力才能顶起大活塞上的重物？由于两个液压缸相互连通，根据帕斯卡原理可知小油缸活塞下部压力：解：要举起重物，大油缸活塞下部液压油的压力应为：由于d<<D，故用很小的力就可以举起很重的重物。液压千斤顶正是利用此原理来工作的。那么在小活塞上需加的力为:第2

假如，我们去掉大活塞上的负载，则p2=0，则p1=0，也就是说我们想在小活塞上施力都使不上劲F=0。由此，们可以得到一个重要的结论：

即：液体内的压力是由外负载作用形成的，并随着外负载的变化而变化。

简言之：“压力决定于负载”

这是液压传动的一条重要的基本原理

液体压力有两种表示方法：即绝对压力和相对压力

（1）绝对压力：以绝对真空作为基准所标示的压力；

（2）相对压力：以大气压力作为基准所标示的压力。绝大多数的压力表测得的压力是相对压力，所以相对压力也称表压力。在液压系统中，若没有特别说明，压力均指相对压力。

绝对压力和相对压力的关系：绝对压力＝大气压力＋相对压力

如果液体中某处的绝对压力低于大气压（如液压油泵的吸油口），则称该处具有真空，真空的程度用真空度（指不足大气压的部分）表示。

真空度＝大气压力—绝对压力

4.压力表示方法绝对压力、相对压力和真空度的关系如图1-7所示（p.16）5.液体对固体壁面的作用力

若固体壁面为平面，液体对固体壁面上的作用力F等于液体压力p与该平面面积A的乘积,即：

当固体壁面是曲面时，液体作用于曲面上某x方向上的作用力等于液体压力p与曲面在该方向投影面积Ax

的乘积，

在液压传系统设计计算时，常常需要计算液体作用于固体壁面的作用力。分两种情况来计论：即:想一想答答看1．什么是液体的静压力？液体的静压力具有哪些特性？2.静止液体中压力的有什么样的分布规律？3.请简述一下帕斯卡原理？4.在重力作用下静止液体中的等压面是

。

a.球面b.曲面c.水平面

5.“压力取决于负载”是指：

。6.压力有几种表示方法？通常情况下，压力表指示的压力值是什么压力？7.如何来计算液体静压力作用在固体壁面上的作用力？液体动力学是研究液体在外力作用下运动时，流速和压力变化规律的科学。是我们分析、解决液体运动规律和动力学问题的重要工具。课题三液体动力学基础学习目标：1.掌握描述液体运动的三大动力学方程即：连续性方程、伯努利方程、动量方程。2.会用液压流体动力学知识分析、计算有关实际问题一、基本概念定义：无黏性，且不可压缩的液体称为理想流体。

液体流动时，黏性就表现，若考虑黏性影响，会使流体运动问题的研究变得十分常复杂。

为了便于分析问题，突出流体流动性这一主要矛盾，忽略它的黏性。即先假设液体是无黏性的，进行理论研究，在得出结论之后，再根据实验，对结论进行修正，考虑其黏性的影响。

为此引入了理想液体的概念.1.理想流体和实际流体

有黏性，又可压缩的液体叫做实际流体。液体流动时，如果液体中任意一点处的压力、流速和密度都不随时间的变化而变化，则这种流动称作稳定流动。否则（其中任何一个参数有变化），则称作非稳定流动。2、稳定流动和非稳定流动

第2章液压传动的基础知识

单位：

m3／s，在工程中常用L／min,

换算：

1（L/min）=1/6×10-4

（m3/s）（1）过流断面定义：液体（在管道中）流动时，与液体流速方向垂直的截面称为过流断面（通流截面）。（可以是平面或曲面）

过流断面上的每一点流体的流速方向均垂直于该面。3、过流断面、流量和平均流速第2章液压传动的基础知识

（2）流量定义：单位时间内流过通流截面的液体体积称为体积流量（流量），用符号q表示，写成公式为：

计算：由于实际液体是有黏性的，过流断面上的流速是不均匀的，通过整个过流断面的流量要用积分的办法来计算。

即：

q=∫AudA

AdAu

（3）平均流速

以后我们所说的流速通常指的是平均流速。

单位：m/s

定义：液压油单位时间内所作的功。计算：从一个例子来讨论液压油在dt时间内所做的功：W=pAdlF经过dt时间dlqpA4.液压功率单位：在SI制中瓦特W(J/S)，千瓦(KW),1KW=103W第2将上式两边同时除以dt，就可以得到液压油在单位时间内所作的功，即液压功率：

P=W/dt=pAdl/dt=pq

通过这个例子，我们得到了一个重要的结论：在液压传动中，液压功率P可以用油的压力p与流量q之积来计算。即：P=pq5.层流、紊流与雷诺数（1）液体的流动状态液体的流动状态分为两种：层流状态和紊流状态。

什么是层流？什么是紊流？为了讲清这两个概念，我们先介绍1883年英国学者雷诺(Reynoids)

作过的著名实验。

液体流动时，液体质点除有轴向的运动外,还有横向运动和旋转运动（即呈混杂紊乱的流动状态）,这种流动称为紊流（湍流）,紊流时流体黏性的制约作用减弱，惯性力起主导作用，流动时能量损失大。

液体流动时，液体质点只有沿管道轴线的运动,而无横向运动（即流动是分层的,层与层之间互不干扰）,这种流动称为层流，层流时液体质点受黏性的制约，黏性摩擦力起主导作用，流动时能量损失较小。液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。雷诺通过试验发现：液体在管中流动时，其流动状态不仅与液体流速有关，还与管道直径和液体运动黏度有关，他指出判断液体的流动状态要用下面这样的一个比值:（2）雷诺数

（1-21）这个比值是一个无单位的量，称为雷诺数判断液体流动状态的具体方法是：计算管中液体流动时的雷诺数，将其与临界雷诺数Rec

进行比较:

当雷诺数Re＜Rec时，流动状态为层流；当雷诺数Re＞Rec时，流动状态为紊流。通过实验得出常用管道的临界雷诺数Rec见表2-3。管道Rec管道Rec光滑金属圆管2320带环槽的同心环状缝隙700橡胶软管1600～2000带环槽的偏心环状缝隙400光滑的同心环状缝隙1100圆柱形滑阀阀口260光滑的偏心环状缝隙1000锥阀阀口20～100表2-3常用管道的临界雷诺数Rec当液体在管道中作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内液体的质量不会增多也不会减少，因而在单位时间内液体流经管道任意截面的质量相等。

如图液体在直径不同的管道中流动时的情况。若在管道上取两个通流截面：l-1′截面和2-2′截面，它们的截面积分别为A1和A2，两截面上液体的平均流速分别为V1和V2，液体的密度为ρ1，ρ2

，在dt时间内，通过两截面的质量为m1,m2二、连续性方程由式可知：液体在同一管道中流动时，通过任一通流截面的流量是一个常数，因此管道截面越大处流速越小，管道截面越小处流速越大。

根据质量守恒有：m1=m2，那么有:

化简，即可得液体流动的连续性方程为：由于液体可压缩性很小，可忽略，则有：（1-22）即有：1122“速度取决于流量”

这是液压传动的又一条重要的基本原理例2-3已知油泵的供油流量为q,油缸的截面积为A，求活塞的运动速度。解：选取两个过流断面1-1和2-2,根据连续性方程有:q1=q2

又因：q1=q，q2=VA

所以:V=q/A

结论：油缸的运动速度取决于进入油缸的流量。即:

三、伯努利方程1、理想液体的伯努利方程

设理想液体在管道中作稳定流动，我们截取ab两个截面之间的一段液体来研究，经过dt时间，从初始的ab位置，运动到了a，b，位置，由于是理想液体（无黏性），流动时没有能量损失，那么根据能量守恒定律，流动中始、末位置的能量应保持不变。动能:位能:压力能:++b－b,段流体的能量：动能:位能:压力能:++根据能量守恒定律，则有：a－a,段流体的能量：

（1-23）式称为理想液体伯努利方程，它是分析解决流体动力学问题的重要工具。式中各项的单位为长度单位。由于1-1和2-2两个截面是任意选取的，因此还简化成：式中:

h—单位重量液体的的位能（位置头）化简后写成：（1-23）或者写成：—单位重量液体的压力能（压力头）—单位重量液体的的动能（速度头）理想液体伯努利方程是能量守恒定律在流体中的应用，故也称为流体的能量守恒定律。

理想液体伯努利方程的物理意义是：理想液体在重力场作用下稳定流动时，具有压力能、位能和动能三种形式的能量，它们之间可以互相转化，其总和保持不变。想一想答答看1．区分并理解下列基本概念：理想流体与实际流体稳定流动与非稳定流动层流与紊流2.什么是流量和平均流速，它们之间有什么联系？3.何谓液压功率？液压传动中液压功率如何计算？4.液体在管道中的流动状态是层流还是紊流，要用

来判定，

如何判定？5.液体在管道中流动时，通过任一通流截面的

是一个常数，故管道通流截面大则流速

，通流截面小则流速

。6.请写出理想流体的伯努利方程式，说明伯努利方程的物理意义？2.实际液体的伯努利方程

第一，实际流体存在着黏性，有黏性摩擦阻力，就要产生能量损失；同时由于管道尺寸、形状变化，也要损失部分能量。所以在方程中要添加能量损失项，用hw

表示，这样才能保持能量守恒。

第二，因黏性影响，实际液体流动时，过流断面上液体流速分布是不均匀的，若用平均流速替代实际流速来计算流体动能会产生一定的偏差，故需要引入动能修正系数α。α与流体流动状态有关。经过上述修正之后，实际流体的伯努利方程为:由于实际流体存在着黏性，因此对理想的伯努利方程要进行修正，才能够用于解决实际流体的问题。修正主要从以下两个方面来考虑：第2章液压传动的基础知识式中:

hw—液体由截面1-1流到截面2-2时产生的能量损失；

α1、α2—动能修正系数，与液体流动状态有关；紊流时：α=1，层流时α=2。

伯努利方程是流体动力学中的重要方程，应用伯努利方程时，要注意该方程的适用条件：①只适用于稳定流动的不可压缩的液体；②液体受到的质量力只是重力；③选取的两个过流断面应为缓变流过流断面。（1-24）第2章液压传动的基础知识

例2

如图液压泵装置，油箱与大气相通，试分析泵吸油高度h对泵工作性能的影响.解：解题步骤如下：1）取研究对象（流体）；2）选取参考基准面：油箱液面；3）选取过流断面，确定过流断面的状态参数（p,h,v)；4）列方程并求解；第2章液压传动的基础知识

即泵吸油口有真空，这样在大气压力作用下，将油箱中油压入油泵，这便是油泵吸油的实质。但并不是泵吸油口的真空越高越好，真空度太高，就会造成吸空现象，从而影响泵正常工作。使用时，泵吸油口不要离液面过高。一般h<0.5m

讨论：若油泵安装在油箱之上，h>0,

【小结】

运用伯努利方程解题时，请注意以下三点：

首先是两个通流截面的选取，为便于解题，一般要选择已知条件较多的通流截面或者要求的参数所在的通流截面。

其次是参基准面的确定，断面中心在基准面以上时，h取正值；反之则取负值。通常选取特殊位置的水平面作为基准面，这样可简化解题过程。

第三是列写伯努利方程要注意判断液体流动的方向，其能量损失项hw，一定是加在后面的过流断面上。

流体的动量方程是理论力学中质点系动量定理在流体中的具体应用。关于流体的动量方程我们就不作推导了，直接给出其公式。理想流体的动量方程为：四、流体的动量方程

（1-25）

动量修正系数β与流动状态有关，紊流时β=1，层流时β=1.33

要特别注意的是：动量方程是矢量方程，应用该方程时需将该方程在三个坐标轴方向上投影，即：下面我们用动量方程来分析一个具体的例子：

液压传动中，液压控制阀通常是靠阀芯在阀体中的移动，来改变阀口开度的大小或启闭，控制液体的流动。

当液流通过滑阀阀口时，阀芯要受到流体的作用力，称为稳态液动力（稳态液动力是控制阀阀阀口打开，且固定不变时，当液体流过阀口时，作用在阀芯上的力）。下面来分析阀芯受到的稳态液动力。X图2-11滑阀的稳态液动力按照同样方法，同学们可分析右图的受力情况，其结果相同结论是：稳态液动力的总是力图使阀芯关闭阀口。

我们以左图为例来分析，取阀芯两凸肩之间的液体作为研究对象（亦称控制体），设水平向右为x轴正方向，列写x方向控制体的动量方程，可得液流流经阀口时，液体受到的水平作用力：阀芯受到的稳态液动力与液体受到的力是一对作用与反作用力。大小相等,方向相反，作用于不同物体。即阀芯受到的：稳态液动力

由于液体有粘性，在流动时就会产生阻力，为了克服阻力，流体就要消耗能量，造成能量损失。这种能量损失主要表现为液体流动过程中的压力降低，称为压力损失。液体在管道中流动时，存在两种压力损失：一是沿程压力损失，二是局部压力损失课题四液体流动中的压力损失学习目标：

1.理解液体流动时，沿程压力损失和局部压力损失定义、产生原因。

2.会计算液体在管道中流动过程的沿程压力损失、局部压力损失及总压力损失

3、计算公式：2、原因：（1）流体有粘性，液体分子之间存在粘性摩擦。（2）液体与管壁的也存在相互摩擦。

一、沿程压力损失第2章液压传动的基础知识液流状态不同情况的管道λ的计算层流等温时的金属圆形管道(如对水)λ=64/Re对于非等温（靠近管壁液层被冷却）时的金属管道或截面不圆以及弯成圆滑曲线的管道λ=75/Re弯曲的软管，特别是弯曲半径较小时λ=108/Re紊流除与Re有关外，还与管壁的粗糙度有关Re<105λ=0.3164Re-0.25对于内壁光滑的管道105<Re<107λ=0.0032+0.221Re-0.237表2-4管道内的沿程阻力系数λ1、定义：指液体流经控制阀阀口、弯管及管径突变等局部阻力区域时，所引起的压力损失。用△pζ表示2、原因：液体流经过局部阻力区域时，流速和流向产生急剧变化，流体质点之间产生撞击，形成旋涡区，从而产生能量损失。3、计算公式：一般可按下式计算（基本公式）：式中：ζ—局部阻力系数，可查阅有关液压传动手册。二、局部压力损失

对于液体流经液压标准阀类元件（如换向阀、流量阀等）时的局部压力损失，用下式计算更为方便：式中：

Δpn

—阀类元件在额定流量qn

时的局部压力损失,从阀

的样本或手册中可查得

Δpζ

—通过阀类元件的实际流量q时的局部压力损失想一想答答看1．比较理想流体与实际流体的伯努利方程式，请説出两者的区别？运用实际流体的伯努利方程式解题时要注意哪三点？2.请写出理想流体和实际流体的动量方程，动量方程有何用处？3.何谓沿程压力损失？如何计算沿程压力损失？4.何谓局部压力损失？请写出局部压力损失的一般计算式，如何简便计算标准阀类元件的压力损失？

管路系统中总压力损失等于管路系统中所有沿层压力损失和所有局部压力损失之和，用公式表示即:

减小压力损失，必须控制管道中液体的流速。流速太高，压力损失大，但流速太低，会使管道及液压元件的尺寸增大。因此，我们常常对液压传动中管道流速给出一些推荐值：如:

吸油管：v=0.6～1.5m/s

压油管：v=2.5～5m/s

回油管：v=1.5～2.5m/s三、管路系统中的总压力损失(2-26)例3如图所示液压系统，已知:①进油路压力损失?②液压油泵的供油压力?求:2211HDdFD=100mmF=30KN解：①进油路压力损失

层流②液压油泵的供油压力

注：要精确计算液压泵的供油压力，应采用伯努利方程，但比较繁琐，工程上则往往上述方法来估算，即：第2章液压传动的基础知识

这通常也是液压传动中泵口溢流阀的调定压力。

在液压传动中常利用液体流经液压元件中的小孔来控制液体的压力和流量，以达到调速和调压的目的。另外，液压元件间的配合间隙，是引起油液泄漏的重要途径。因此要研究液体流经小孔或缝隙的流量压力特性。课题五流经小孔及缝隙的流量学习目标：1.掌握在液体流经薄壁小孔和细长小孔的流量压力特性。2.了解液体流经各种缝隙的流量压力特性。一、液体流经小孔的流量细长小孔：一般是指小孔的长径比l／d＞4的小孔液压传动中常见的小孔大致可分为三类：薄壁小孔：指小孔的长径比l／d≤0.5的小孔。短孔：短孔指介于薄壁小孔与细长小孔之间的小孔其长径比为:0.5＜l／d≤4

小孔的形式不同，流量的计算也不相同。图2-12液体流经薄壁小孔的状态1.薄壁孔的流量计算注：当管道直径与小孔直径之比：D／d≥7时，Cd

=0.6～0.62当D／d＜7时，流量系数Cd

=0.7～0.8。运用伯努利方程，很容易推导出流经薄壁小孔的流量公式：式中：AT

—小孔的通流面积；△p—小孔两端的压力差Cd—流量系数，由实验确定

液流在细长孔中流动时，一般是层流，根据前面讨论过的沿程压力损失计算式,可导出通过细长孔的流量公式:

从公式中可知，通过细长孔的流量与油的粘度有关，受油温的影响大，同时细长孔易被堵塞。细长孔常用作控制阀的阻尼孔。式中：μ—液压油的动力粘度；l—小孔的长度,d—小孔的孔径；Δp—小孔前后的压力差.2.细长孔的流量计算

从公式中可知：流经薄壁小孔的流量q与小孔的通流面积成正比，与小孔前后压差Δp

的平方根成正比。由于薄壁小孔的流量不受粘度的影响，因而油温变化对流量影响小，加之薄壁孔流程短，不易堵塞。故薄壁小孔适宜作为节流阀的阀口。式中：q:通过小孔的流量；A:小孔的通流截面积，

Δp:小孔前后压差，m:由小孔的结构形式决定的指数,0.5≤m≤1K:由小孔形式有关的系数在教科书（p.22）上将通过薄壁小孔和细长小孔的流量统一成以下的公式表示。即：小孔为细长小孔时，m=1，小孔为薄壁小孔，m=0.5,

在液压系统中，各种液压元件内部表面之间存在着间隙。液压系统的泄漏就是在压力差作用下通过间隙产生的，泄漏使系统效率降低，性能下降。为减少泄漏和提高液压系统的性能，有必要分析液体流经缝隙的泄漏规律。

流体流经缝隙时，其流动状态一般均为层流。在液压传动中常见的缝隙有两种，两个平行平面形成的缝隙和内、外圆柱表面形成的环状缝隙。二、流经缝隙的流量

如图所示，液体沿两个平行平面缝隙流动，在压差的作用下，流经该缝隙流量计算式为：

式中：Δp—缝隙两端的压力差，Δp=p1-p2；

μ—液压油的动力粘度；l、b、δ—分别为缝隙的长度、宽度和高度。(1-28)1.流经两平行平面缝隙的流量

图示为液体沿两个内外圆柱表面形成的环状缝隙流动情况，可视为由两平面间缝隙所卷而成，故将平面间缝隙的宽度以圆环周长πd来代替之，就可得流经同心环状缝隙流量计算式，(1-29)式中：d—同心圆孔的直径。δ—内外圆同心时缝隙的厚度l—环状缝隙的长度μ—液体的动力粘度2.流经同心环状缝隙

如图所示，液体沿两个内外圆柱形成的偏心环状缝隙流动情况，流经偏心环状缝隙的流量计算式为(1-30)3.偏心环状缝隙式中:ε—缝隙相对偏心率，当ε=0时，为同心环状缝隙当ε=1时，为完全偏心状态，此时通过