液壓傳動的流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、 液體靜力學(xué)研究靜止液體的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實際應(yīng)用。這里所說的靜止液體是指液體處于內(nèi)部質(zhì)點間無相對運動的狀態(tài)，因此液體不顯示粘液體不顯示粘性，液體內(nèi)部無剪切應(yīng)力，只有法向壓應(yīng)力即靜壓性，液體內(nèi)部無剪切應(yīng)力，只有法向壓應(yīng)力即靜壓力力。 作用在液體上的力有兩類，即質(zhì)量力和表面力。 質(zhì)量力質(zhì)量力是作用在液體質(zhì)點上的力，其大小與質(zhì)量成正比，如重力、慣性力等。表面力表面力是作用在液體表面上的力，表面力可以是其它物體(如活塞重力、大氣壓力)作用在液體上的力,這是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。 3.2.1 3.2.1 壓力及其性質(zhì)壓力及其性質(zhì) 作用在液體表面上的力可以分為切

2、向力和法向力。當(dāng)液體靜止時,由于液體質(zhì)點之間沒有相對運動,不存在切向摩擦力,所以作用在靜止液體表面上的力只有法向力。 靜止液體在單位面積上所承受的法向力稱為靜壓力。如果在液體內(nèi)部某點處微小面積A上作用有法向力F,則當(dāng)A趨于零時F/A的值,就是該點的靜壓力,用p表示。即AFpA0lim若法向力均勻作用在面積A上,則靜壓力可表示為AFp 靜壓力具有以下兩個重要特征：(1)。(2)。3.2.2 3.2.2 重力作用下靜止液體中的壓力分布重力作用下靜止液體中的壓力分布 微小液柱頂面上的作用力為 (方向向下)，液柱本身的重力 (方向向下)，液柱底面對液柱的作用力為 (方向向上)，則平衡方程為：dA0Pd

3、APhdAGhdAdAPAP0d則有hPP0將 代入上式ZZh0常量00ZPZP液體靜力學(xué)基本方程液體靜力學(xué)基本方程常量00gPgPZZ單位質(zhì)量液體單位質(zhì)量液體壓力能，壓力能， 為壓力水頭為壓力水頭gp/單位質(zhì)量液單位質(zhì)量液體位能，體位能，Z Z為位置水頭為位置水頭靜止液體中任一點都有單位質(zhì)量液體的位能和壓力能，具有這兩部分能量，并且各點的總能量之和為一常數(shù)。(1)靜止液體中任一點的壓力均由兩部分組成，即液面上的表面壓力P0和液體自重而引起的對該點的壓力 。h(2)靜止液體內(nèi)的壓力隨液體距液面的深度呈線性規(guī)律分布，且在同一深度上各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成的面為等壓面。(3)可通過3種

4、方式使液面產(chǎn)生壓力P0 ：通過固體壁面（如活塞）使液面產(chǎn)生壓力；通過氣體使液面產(chǎn)生壓力；通過不同質(zhì)的液體使液面產(chǎn)生壓力。hPP0 液壓系統(tǒng)中的壓力指，通常有絕對壓力、相對壓力和真空度三種表示方法。-以絕對真空為基準(zhǔn)零值時所測得的壓力。-相對于大氣壓（即以大氣壓為基準(zhǔn)零值時）所測量到的一種壓力，又稱為表壓力。-絕對壓力低于大氣壓時，習(xí)慣稱為出現(xiàn)真空。此時絕對壓力比大氣壓小的那部分?jǐn)?shù)值叫做真空度。3.2.3 3.2.3 壓力的表示方法及單位壓力的表示方法及單位絕對壓力總是正值，表壓力可正可負(fù)，負(fù)的表壓力就是真空度。00aPPgh 真空度的大小通?？梢杂靡褐叨萭PPha/00 理論上，當(dāng)P0等于零

5、時，即管中呈絕對真空時，h0達到最大值，設(shè)為(h0max)r/033. 1)8066. 9/(1325.10/atmrmax0gPhOmHOcmHhr223max033.10103310033. 1mmHgcmHghr760766 .13/10033. 13max0絕對壓力絕對壓力= =大氣壓力大氣壓力+ +表壓力表壓力表壓力表壓力= =絕對壓力絕對壓力- -大氣壓力大氣壓力真空度真空度= =大氣壓力大氣壓力- -絕對壓力絕對壓力 由靜力學(xué)基本方程可知,靜止液體中任意一點處的壓力都包含了液面上的壓力P0。這說明在密閉的容器中,由外力作用所產(chǎn)生的壓力將以等值地傳遞到液體內(nèi)部的所有各點。這就是(靜

6、壓傳動原理）。3.2.4 3.2.4 帕斯卡原理帕斯卡原理注意：注意：對于 ，通常外力產(chǎn)生的壓力遠比液體自重 所產(chǎn)生的壓力大得多，因此可把 省略，則認(rèn)為靜止液體內(nèi)部各點壓力處處相等。gh0PPhh由于(A1/A2) 1,因此可用一個很小的推力F2,就可以推動一個比較大的負(fù)載F1。液壓千斤頂就是根據(jù)此原理制成的。 21pp 2121AAFF 即2211AFAF 當(dāng)固體表面為一平面時,作用在該表面上靜壓力的方向是相互平行的,且與該平面垂直。作用力F等于液體的壓力p與該平面面積的乘積。即3.2.5 3.2.5 靜壓力對固體壁面的作用力靜壓力對固體壁面的作用力pAF 4/2DpF 當(dāng)固體表面為一曲面時

7、,曲面上各點的靜壓力是不平行的。但作用在曲面上各點的靜壓力的方向均垂直于曲面,且大小相等。 在工程上通常只需計算作用于曲面上某一指定方向上的分力。液壓油作用于這微小面積上的力dF的在x方向上的投影為dplrpdAdFFcoscoscosdx則液壓缸體右側(cè)內(nèi)壁面上x方向所受的作用力為 plrpdplrFx2/2/x2cos。即xxpAF 4p2dF3.2.1 3.2.1 基本概念基本概念1.1.理想液體、恒定流動和一維流動理想液體、恒定流動和一維流動 為了便于分析和計算,開始分析時可先假設(shè)液體沒有粘性,然后再考慮粘性的影響,并通過實驗驗證等辦法對分析和計算結(jié)果進行補充或修正。這種方法同樣可用來處

8、理液體的壓縮性問題。 一般把既無粘性也無壓縮性的液體稱為,把事實上既有粘性又有壓縮性的液體稱為。 液體流動時,若液體中任何一點的壓力、流速和密度等流動參數(shù)都不隨時間而變化,這種流動稱為。反之液體流動時的壓力、流速和密度等流動參數(shù)中任何一個參數(shù)隨時間變化的流動稱為。 。動畫演示動畫演示 當(dāng)液體整個作線形流動時，稱為；當(dāng)作平面或空間流動時，稱為。 。2.2.流線、流管和流束流線、流管和流束-流場中液體各質(zhì)點在某一瞬間運動狀態(tài)的一條空間曲線。在定常流動中，流線形狀不隨時間變化，流線與跡線重合；在非定常流動中，各質(zhì)點速度可能隨時間變化，所以流線形狀也隨時間改變。-在流場中畫一不屬于流線的任意封閉曲線，

9、沿曲線的每個點作流線，由這些流線組成的表面即為流管。-流管內(nèi)的流線群。3.3.通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速(1)-垂直于流束中所有流線的截面(2)-單位時間內(nèi)流過通流截面的液體體積，用q表示，常用單位為L/min。 設(shè)在液體中取一微小通流截面dA，液體在該截面上各點流速u可以認(rèn)為是相等的，流過該微小通流截面dA的流量為Auqdd 則流過整個通流截面A的流量為AudAq(3) 假想流經(jīng)通流截面的流速是均勻分布的,液體按平均流速流動通過通流截面的流量等于以實際流速流過的流量。即vAAuqAdAqv 由此得出通流截面上的平均流速為4.4.流動液體的壓力流動液體的壓力 當(dāng)慣性力很小

10、，且把液體當(dāng)作理想液體時，流動液體內(nèi)任意點處的壓力在各個方向上的數(shù)值仍看做是相等的。 質(zhì)量守恒是自然界的客觀規(guī)律，也遵守質(zhì)量守恒定律。在流體力學(xué)中這個規(guī)律用連續(xù)性方程的數(shù)學(xué)形式來表達。3.2.2 3.2.2 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間按流過這兩個截面的液體質(zhì)量相等，即由于通流截面是任意選取的，則有常數(shù) vAq常數(shù)2211AvAv2211AvAv則有 伯努利方程是能量守恒定律在流動液體中的表現(xiàn)形式。它主要反映動能、勢能、壓力能三種能量的轉(zhuǎn)換。3.3.3 3.3.3 伯努利方程（能量方程）伯努利方程（能量方程）1.1.理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程一般將液體作為沒有

11、粘性摩擦力的理想液體來處理。此為液體流束的一部分，取截面1、2所圍的一段恒定流動的理想液體，設(shè)1、2截面處的通流截面分別為A1,A2，壓力分別為P1,P2，流速分別為v1,v2，截面高度分別為h1,h2。假設(shè)在很短的時間dt內(nèi)，該段液體從截面1、2流到1、2。因為移動距離很小，在從1到1和2到2這兩小范圍內(nèi)，通流截面、壓力、流速、高度均可認(rèn)為不變，先分析該段液體的動能變化。(1)(1)外力對液體所作的功外力對液體所作的功 由于理想液體沒有粘性，不存在內(nèi)摩擦力，所以外力對液體所作的功僅為兩斷面壓力所作功的代數(shù)和。1-2段液體前后分別受到作用力P1A1和P2A2，當(dāng)1-2段液體運動到1-2，外力所

12、作的總功為根據(jù)液體流動的連續(xù)性原理有 2211AvAv或 VdtAvdtAv2211dtvApdtvApW222111(21) (22) 將式(22)代入式(21)得:VpVpW21(23)(2)(2)液體機械能的變化液體機械能的變化不會增減,而有變化的僅是微段液流1-1移動到2-2的位置高度和流速改變了,從而引起勢能和動能的變化,其總變化量E為 1212222121mghmvmghmvE(24)考察1-2段液體流到1-2時的能量變化。因為是恒定流動, 1-2這段液體任一點處的壓力和流速均不隨時間而變化,所以這段液體的能量因假設(shè)液體為理想液體,沒有粘滯能量損耗,故根據(jù)能量守恒定律,1-2段液體

13、流到1-2后所增加的能量應(yīng)等于外力對其所作的功,即 EW(25) 將式(23)和式(24)代入式(25)得 VpVp211212222121mghmvmghmv 或 121121mghmvVp=222221mghmvVp mghmvpV221=常數(shù) 單位質(zhì)量液單位質(zhì)量液體壓力能，體壓力能， 為壓力水頭為壓力水頭gp/p 單位質(zhì)量單位質(zhì)量液體動能，液體動能， 為速度水頭為速度水頭2/2g2/2 單位質(zhì)量單位質(zhì)量液體勢能，液體勢能， 為位置水頭為位置水頭ghh這就是理想液體作恒定流動時這就是理想液體作恒定流動時的能量方程的能量方程, ,也稱為伯努利方程也稱為伯努利方程 伯努利方程的是:理想液體在密

14、閉管道內(nèi)作恒定流動時具有的三種能量形式,分別是、和。這三種能量之和是常數(shù),即能量守恒,但三者之間可以互相轉(zhuǎn)換。 當(dāng)管道水平放置(h1=h2)時,各通流截面處的勢能均相等(或位置高低的影響甚小可以忽略不計時),則通流截面小的地方,液體流速高,而該處的壓力低。即。2.2.實際液體的伯努利方程實際液體的伯努利方程whhgvgphgvgp222221211122whhgvphgvp222221211122或 實際液體在流動時,由于液體存在粘性,會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力,消耗能量,同時管道局部形狀和尺寸的驟然變化,使液體產(chǎn)生擾動,也消耗能量。因此,實際液體流動時必須考慮因液體流動而損失的部分能量。實際液體的伯努利

15、方程可寫為液體在兩個截面之間流動時，單位質(zhì)量液體因克服內(nèi)摩擦力而損失的能量動能修正系數(shù),層流時取=2,湍流時取=1伯努利方程的適用條件：1）穩(wěn)定流動的不可壓縮液體，即密度為常數(shù)。2）液體所受的質(zhì)量力只有重力，忽略慣性力的影響。3）所選擇的兩個通流截面必須在同一個連續(xù)流動的流場中是漸變流（即流線近于平行線，有效截面近于平面），而不考慮兩截面間的流動狀況。3.2.4 3.2.4 動量方程動量方程動量方程是動量定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。在液壓傳動中,經(jīng)常需要計算液流作用在固體壁面上的力,這類問題用動量定律來解決比較方便。tmvFdd動量定律指出:作用在物體上的合力等于物體在力作用方向上單位時間內(nèi)動

16、量的變化量,即 一段液體1-2在管道內(nèi)作恒定流動，在通流截面1-1和2-2處的平均流速分別為v1和v2，面積分別為A1和A2。經(jīng)過很短時間dt后，液體從1-2流到1-2。因為是恒定流動，故液體段1-2內(nèi)各點流速不變，體積和質(zhì)量也不變，所以動量也沒有發(fā)生變化。這樣，在dt時間內(nèi)，液體段1-2的動量變化等于液體段2-2動量與液體段 1-1動量之差，也等于同一時間內(nèi)經(jīng)過液流段1-2流出與流入的液體動量的差值。故有tqvtqvmvmvmv12111222)()()(將上式代入 可得tmvFdd12Fqvqv但實際液體有粘性,用平均流速v計算動量時,會產(chǎn)生誤差。為了修正誤差,需引入動量修正系數(shù)。1122

17、vqvqFAvdAuvvAuudAtmvtdmuAAA22)()(3.3.13.3.1流動狀態(tài)、雷諾數(shù)流動狀態(tài)、雷諾數(shù)(1)動畫演示動畫演示在液體運動時，如果質(zhì)點沒有橫向脈動，不引起液體質(zhì)點混雜，而是層次分明，能夠維持安定的流束狀態(tài)，這種流動稱為層流。 如果液體流動時質(zhì)點具有脈動速度，引起流層間質(zhì)點相互錯雜交換，這種流動稱為紊流或湍流。液體流動時究竟是層流還是湍流，要用來判別層流，流速低，粘性力起主導(dǎo)作用；湍流，流速高，慣性力起主導(dǎo)作用。 (2) 實驗證明,液體在圓管中流動的狀態(tài)是層流還是湍流,不僅與管內(nèi)液體的平均流速v有關(guān),還和管徑d、液體的運動粘度有關(guān),決定液體流動狀態(tài)的是這三個參數(shù)組成的

18、一個的無因次量綱數(shù)雷諾數(shù)Re,即/Revd 液體的流動狀態(tài)由臨界雷諾數(shù) 決定。當(dāng) 時，為層流。當(dāng) 時，為湍流。creRcreReRcreReR 雷諾數(shù)的物理意義是：。當(dāng)雷諾數(shù)大時，慣性力起主導(dǎo)作用，這時液體流態(tài)為湍流；當(dāng)雷諾數(shù)小時，粘性力起主導(dǎo)作用，這時液體流態(tài)為層流。RH-通流截面的水力半徑：指有效通流截面積A和其濕周長度(通流截面上與液體相接觸的管壁周長)X之比。即 XARHHevRR4 對于非圓截面的管道,液流的雷諾數(shù)可按下式計算: 液壓傳動中，液體流動狀態(tài)多數(shù)是層流。3.3.2 3.3.2 圓管層流圓管層流假設(shè)液體在內(nèi)徑為d的管道中作層流運動，管道水平放置。在管內(nèi)取一段與管軸線重合的小

19、圓柱體，設(shè)其半徑為r，長度為l。施加在小圓柱體上的作用力有：左端壓力p1，右端壓力p2，圓柱面上的摩擦力為Ff。(1) (1) 通流截面上流速的分布規(guī)律通流截面上流速的分布規(guī)律微小液柱的力平衡方程為 122()0fpprF由液體內(nèi)摩擦定律可知rurlyuAAFfdd2dd流速增量du與半徑增量dr的符號相反若令 ，將Ff 代入平衡公式中可得21ppplrpdrdu2對上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當(dāng) ， 時,得Rr 0u224urRlplRp4u2max在半徑為r處取一層厚度為dr的微圓環(huán)面積，通過此環(huán)形面積的流量為：drrRlprrudr22422dq對上式積分可得lpdlpRdrrRlprdq

20、RR128842q442200(2) (2) 管路中的流量管路中的流量泊肅葉公式(3)(3)平均流速平均流速設(shè)管道內(nèi)的平均流速為v,根據(jù)平均流速的定義,可得將上式與umax比較得,平均流速v與最大流速umax的關(guān)系為max2ulRp4u2maxlpdlpRlpddlpdAq32832412822224將u和v帶入動能修正系數(shù)和動量修正系數(shù)的表達式中可得層流狀態(tài)下2343.3.33.3.3圓管湍流圓管湍流 湍流的特性之一是液體各質(zhì)點不再是規(guī)則的軸向運動,液體質(zhì)點在運動過程中互相碰撞、摻混與脈動,并形成漩渦。湍流能量損失比層流大得多。TudAdtTdAu0則湍流的時均流速就是若在時均周期內(nèi)，以某一

21、平均流速 流經(jīng)任一微小截面dA的液體量等譯同一時間內(nèi)以真實流速u流經(jīng)同一截面的液體量，即uTudtTu013.3.43.3.4壓力損失壓力損失 實際液體具有粘性,流動時會有阻力產(chǎn)生。為了克服阻力,流動的液體需要損耗掉一部分能量,這種能量損失可歸入伯努力方程中的hw項。hw是具有壓力的量綱,通常稱為壓力損失。 油液沿等直徑直管流動時由液體的內(nèi)、外摩擦力所產(chǎn)生的壓力損失。 油液流經(jīng)局部障礙（如彎頭、接頭、管道截面突然擴大或收縮）時，由于液流的方向和速度突然變化，在局部形成漩渦引起油液質(zhì)點間以及質(zhì)點與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。(1)(1)沿程壓力損失沿程壓力損失4212832dl

22、qdlvp 計算壓力損失時,為簡化,可將上式進行適當(dāng)變換,即沿程壓力損失公式可改寫成如下形式:22641264222vdlvdlRvdlvdRpeeRe/d沿程阻力系數(shù)，光滑金屬管 ,橡膠管 Re/75Re/80由圓管層流流量公式可得 流動液體除通過直管產(chǎn)生沿程壓力損失外,通過閥門、彎頭、接頭等局部障礙時,液流方向和流速發(fā)生變化,在這些地方發(fā)生撞擊、分離、旋渦等現(xiàn)象,也會造成能量損失,這部分能量損失稱為。 局部壓力損失是由漩渦使液體質(zhì)點相互撞擊消耗動能造成的,或者是由于截面流速劇烈變化產(chǎn)生附加摩擦消耗動能造成的。消耗的動能均由壓力能變?yōu)闊崮堋?2) (2) 局部壓力損失局部壓力損失局部壓力損失

23、可按下式計算局部阻力系數(shù)22vp(3)(3)管路系統(tǒng)中的總壓力損失管路系統(tǒng)中的總壓力損失 液壓系統(tǒng)的管道常由若干段直管和一些彎頭、管接頭、控制閥等組成。管路系統(tǒng)中總的壓力損失 等于所有直管的沿程壓力損失 與所有局部壓力損失 之和。即rp總pp2222vvdlppp總 在液壓傳動中常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制壓力和流量,以此來達到調(diào)壓或調(diào)速的目的。同時,液壓元件(如液壓缸)的泄漏屬于縫隙流動。因此,研究液體在孔口和縫隙中的流動規(guī)律,了解影響它們的因素,才能為正確地分析液壓元件和系統(tǒng)的工作性能以及合理設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)提供依據(jù)。 孔口根據(jù)它們的長徑比可分為三種:當(dāng)小孔的長度l、直徑d的比值l/

24、d0.5時,稱薄壁小孔；當(dāng)l/d 4時,稱為細長孔；當(dāng)0.5 l/d4時,稱為短孔。2.4.1 2.4.1 小孔流動小孔流動1.1.液流流經(jīng)薄壁小孔的流量液流流經(jīng)薄壁小孔的流量此為進口邊做成刃口形的典型薄壁孔口。液體流經(jīng)截面11時流速較低,流經(jīng)小孔時產(chǎn)生很大加速度,在慣性力作用下向中心匯集,使流束收縮,收縮至孔口下游約d/2處為最小,22截面稱為收縮斷面,這種現(xiàn)象稱為收縮現(xiàn)象。對于薄壁圓孔,當(dāng)孔前通道直徑D與小孔直徑d之比D/d7時,流束的收縮作用不受孔前通道內(nèi)壁的影響,這時的收縮稱為完全收縮；反之,當(dāng)D/d7時,孔前通道對液流進入小孔起導(dǎo)向作用,這時的收縮稱為不完全收縮。 通常把最小收縮面積

25、Ac與孔口截面積A0之比值稱為收縮系數(shù)Cc，即0cc/ AAC 列出11和22截面的伯努利方程式,則whhgvphgvgp222221211122gvhw222這里選軸線為參考基準(zhǔn)，h1=h2，且v1h和bh,縫隙兩端的壓力分別為p1和p2,其壓差為p=p1-p2。假定上平板向右運動的速度為u0,液體自左向右運動,從縫隙中取出一微小單元,其左右兩端面所受的壓力分別為p和p+p,上下兩側(cè)面所受的摩擦切應(yīng)力分別為和+d。恒定流動時微單元在水平方向上的受力平衡方程為 1.1.平行平板的縫隙流動平行平板的縫隙流動bdxbdydppbdxdbdyp)(dxdpdyd將 dydu代入上式得 dxdpdyu

26、d122對上式積分兩次得 2122CyCdxdpyu式中,C1、C2都是積分常數(shù)。 整理后得(1)(1)固定平行平板間隙流動固定平行平板間隙流動( () )且且u0=0上、下兩平板均固定不動，液體在間隙兩端的壓差的作用下而在間隙中流動。邊界條件：當(dāng)y=0時，u=0；當(dāng)y=h時，u=0，代入式 ，得 2122CyCdxdpyudxdpyhyu)(2則有312bhqpl則dxdpbhbdydxdpyhyudAqh12)(230因為作層流運動，則有l(wèi)plppdxdp)(12(2)(2)平行平板作相對運動時的間隙流動（平行平板作相對運動時的間隙流動（） 0uuyh則0002hAubhqudAydyuh

27、兩平板有相對運動，但無壓差。邊界條件：當(dāng)y=0時，u=0；當(dāng)y=h時，u=u0，且dp/dx=0,代入 得 2122CyCdxdpyu(3)(3)兩平板既有相對運動，兩端又存在壓差時的流動兩平板既有相對運動，兩端又存在壓差時的流動 yhuplyhyu02)(03212ubhplbhq 通過以上分析可知，液壓元件內(nèi)縫隙的大小對其泄漏量的影響是很大的。此外,這些泄漏所造成的功率損失可寫成:03212ubhplhbpqpP間隙h越小，泄露功率損失也越小，但卻會使液壓元件的摩擦功率損失增大，因此并不是h越小越好，而是間隙h有一個能使這兩種功率損失之和達到最小的最佳值。 在液壓缸的活塞和液壓缸之間,液壓

28、閥的閥芯和閥套之間,都存在著圓環(huán)縫隙。2.2.圓柱環(huán)形縫隙流動圓柱環(huán)形縫隙流動(1)(1)同心環(huán)形內(nèi)外圓柱表面有相對運動且又存在壓差的流動同心環(huán)形內(nèi)外圓柱表面有相對運動且又存在壓差的流動圓柱直徑d,縫隙高h,縫隙長l。當(dāng)h/r1, 可將環(huán)形縫隙沿圓周方向展開,相當(dāng)于一個平行平板縫隙。因此只要將b=d代入式 ,就可得出內(nèi)外表面之間有相對運動的同心環(huán)形縫隙流量公式。即30122bhbhqpul 03212udhpldhq(2)(2)偏心環(huán)形在偏心環(huán)形在內(nèi)外圓柱表面有相對運動且又存在壓差的流動內(nèi)外圓柱表面有相對運動且又存在壓差的流動 液壓元件在實際工作過程中,圓柱體與孔的配合很難保持同心,往往帶有一

29、定偏心e,如活塞與液壓缸不同心時就形成了偏心環(huán)狀縫隙?？装霃綖镽，其圓心為O，軸半徑為r，其圓心為O1，偏心距e，設(shè)半徑在任一角度時，兩圓柱表面間隙為h，則 )cos()coscos(erRerRh在d一個很小的角度范圍內(nèi)，通過間隙的流量可應(yīng)用平行平板縫隙流動流量公式計算，即dRuhdhlpRdq2120303212ubhplbhq令令R-r=h0，e/h0=(相對偏心率)，則上式積分變?yōu)?0230200203302)5 . 11 (12)cos1 (2)cos1 (12udhlpdhdeRudelpRhq=0時,即為同心環(huán)形間隙流動流量。當(dāng)=1時,偏心最大,流量為同心時的2.5倍。(3)(3

30、)偏心環(huán)形偏心環(huán)形內(nèi)外圓柱表面無相對運動但存在壓差的流動內(nèi)外圓柱表面無相對運動但存在壓差的流動)5 . 11 (12230lpdhq 液體溶解空氣的濃度受壓力和溫度的影響。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,空氣在水中的溶解度為2%(體積),在液壓油中的溶解度為612%。 在一定溫度下，當(dāng)液體壓力低于某值時，溶解在液體中的空氣將會突然地迅速從液體中分離出來，產(chǎn)生大量氣泡，這個壓力稱為液體在該溫度下的空氣分離壓。 當(dāng)液體在某一溫度下，氣壓力再繼續(xù)下降而低于一定數(shù)值時，液體本身便迅速氣化，產(chǎn)生大量蒸汽，這時的壓力成為液體在該溫度下的飽和蒸汽壓。2.5.12.5.1空氣分離壓和飽和蒸汽壓空氣分離壓和飽和蒸汽壓 在液壓系

31、統(tǒng)中，當(dāng)流動液體某處的壓力低于空氣分離壓時，原先溶解在液體中的空氣就會有利出來，是液體中產(chǎn)生大量氣泡，這種現(xiàn)象稱為。當(dāng)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象時,大量的氣泡破壞了液流的連續(xù)性,造成流量和壓力脈動,氣泡隨液流進入高壓區(qū)時又急劇破滅,引起局部液壓沖擊和高溫,產(chǎn)生振動和噪聲。當(dāng)附在金屬表面上的氣泡破滅時,局部產(chǎn)生的高溫和高壓會使金屬剝蝕,這種由氣穴造成的腐蝕作用稱為。氣蝕會縮短元件的使用壽命,嚴(yán)重時會造成故障。2.5.22.5.2節(jié)流口處的氣穴現(xiàn)象節(jié)流口處的氣穴現(xiàn)象 氣穴多發(fā)生在閥口和液壓泵的進口處。 由于閥口的通道狹窄,液流的速度增大,壓力大幅度下降,以致產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。 當(dāng)泵的安裝高度過大,吸油管直

32、徑太小,吸油阻力太大,或液壓泵轉(zhuǎn)速過高,吸油不充分,造成泵入口處的真空度過大,亦會產(chǎn)生氣穴。2.5.32.5.3減少氣穴現(xiàn)象的措施減少氣穴現(xiàn)象的措施為了防止產(chǎn)生空穴現(xiàn)象和氣蝕,可以采取下列措施:(1)減小液流在小孔或間隙處的壓力降,一般希望小孔或間隙前后的壓力比p1/p23.5。(2)正確選擇液壓系統(tǒng)各管段的管徑,對流速要加以限制,降低吸油高度,對高壓泵可采用輔助泵供油。(3)整個系統(tǒng)的管道應(yīng)盡可能做到平直,避免急彎和局部窄縫,密封要好,配置要合理。(4)提高零件抗氣蝕能力。如提高零件的機械強度、采用抗腐蝕能力強的金屬材料,減小零件加工的表面粗糙度等。 在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時，致使液流速度急速地改變(變向或停止)，由于流動液體的慣性或運動部件的慣性，會使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降低，這種現(xiàn)象稱為。 液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生液壓沖擊時,瞬時壓力峰值有時比正常壓力要大好幾倍,這就容易引起液壓設(shè)備振動,導(dǎo)致密封裝置、管道和元件的損壞。有時還會使壓力繼電器、順序閥等液壓元件產(chǎn)生誤動作,影響系統(tǒng)的正常工作。2.6.12.6.1液壓沖擊現(xiàn)象液壓沖擊現(xiàn)象圖2-26 水錘現(xiàn)象分析液體自一具有固定液面的壓力容器沿長度為l，直徑為d的管道經(jīng)出口處的閥門以速度v0流出。若將閥門突然