液壓與氣動第二章電子教案

1、授課日期：課程名稱課 時專業(yè)、層次液壓與氣動 4 五年大專課 型 單 一 型教學(xué)方式理論+實踐教學(xué)資源 教材 多媒體輔助 授課題目（章、節(jié)） 第二章液壓傳動基本知識教學(xué)目的及要求：掌握液壓油的特性 2、 掌握液壓油的類型、選擇和使用 3、 了解液壓油的污染與防護4、流體力學(xué)基礎(chǔ) 教學(xué)重點和難點：重點：掌握的類型、選擇和使用 難點：液壓油使用教學(xué)內(nèi)容與時間安排：一、液壓油的特性 （一）液壓油液的物理特性   1密度和重度  單位體積液體的質(zhì)量稱為密度，通常用符號“”表示即  &

2、#160;               = m/V                 （2-1） 單位體積液體的重量稱為重度，通常用符號“”表示，即   = G/V     

3、;                    （2-2） 2黏性和黏度 （1）黏性     液體在外力作用下流動時，液體分子間互相吸引的內(nèi)聚力阻礙其分子之間相對運動，而在液體內(nèi)部產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力的現(xiàn)象，稱為液體的黏性。但是，靜止液體不呈現(xiàn)黏性。黏性是液體的重要物理性也是選擇液壓油的主要依據(jù)之一。 （二）黏度與壓力的關(guān)系 &

4、#160;    液體所受的壓力增加時，其分子間的距離將減小，其內(nèi)聚力增加，黏度也隨之增大。   由式可知，對于液壓油，在中低壓液壓系統(tǒng)內(nèi)，壓力變化很小，因而對黏度影響較小，可以忽略不計；當(dāng)壓力較高（大于10MPa）或壓力變化較大時，則需要考慮壓力對黏度的影響。( 三）黏度與溫度的關(guān)系     黏度對溫度的變化是十分敏感的，當(dāng)溫度升高時，液體分子間的內(nèi)聚力減小，黏度就隨之降低，這一特性稱為黏溫特性。     不同種類

5、的液壓油有不同的黏溫特性，圖2-3所示為幾種典型液壓油的黏溫特性曲線圖。     對于一般常用的液壓油，當(dāng)運動粘度不超過76mm2/s，溫度在30150范圍內(nèi)時，可用下述近似公式計算其溫度為t的運動粘度，即  二、液壓油的類型、選擇與使用 1. 對液壓傳動工作介質(zhì)的要求     在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓油既是用來傳遞能量的工作介質(zhì)，還起著潤滑運動部件和保護金屬不被銹蝕的作用，因此對其有較高的要求。具體要求大致可概括如下：  （1）適宜的黏

6、度和良好的黏溫性能  （2）良好的潤滑性能。  （3）良好的化學(xué)穩(wěn)定性。  （4）質(zhì)地純凈、不含腐蝕性物質(zhì)等雜質(zhì)。 （5）抗泡沫性和抗乳化性好，對金屬和密封件材料具有良好的相容性。 （6）比熱容和熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小。 （7）流動點和凝固點低，閃點和燃點高。 （8）對人畜無害，價格低廉。 （9）可濾性好，即液壓油液中的顆粒污染物容易通過濾網(wǎng)過濾，以保證較高的清潔度。 2. 液壓油的類型     液壓油的品種很多，

7、主要可分為三大類：礦油型、合成型和乳化型液壓油。     礦油型液壓油是以機械油為原料，經(jīng)精煉后按需要加入適當(dāng)添加劑而成的液壓油。這類液壓油在液壓系統(tǒng)中最常用，各項性能都優(yōu)于其他品種，潤滑性能好，但抗燃性較差。  3液壓油的選擇和使用 面進行選用液壓油品種和黏度。 （1）根據(jù)工作機械的不同要求選用      精密機械與一般機械對黏度要求不同。為了避免溫度升高而引起機件變形，影響工作精度，精密機械宜采用較低黏度的液壓油。例如機床的液壓伺服系統(tǒng)，為保

8、證伺服機構(gòu)動作靈敏性，宜采用黏度較低的液壓油。 （2）根據(jù)液壓泵的類型選用      液壓泵的類型較多，如齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等，它是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運動速度、壓力和溫度都較高，工作時間又長，因而對黏度要求較嚴(yán)格，所以選擇黏度時應(yīng)先考慮到液壓泵的類型。在一般情況下，可將液壓泵要求液壓油的黏度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)，如表2-3所示。 表2-3   按液壓泵類型推薦選用的液壓油的黏度 （3）根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力選用    

9、 通常，當(dāng)工作壓力較高時，宜采用黏度較高的液壓油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低；當(dāng)工作壓力較低時，宜采用黏度較低的液壓油，這樣可以減少壓力損失，如表2-4所示。 （4）根據(jù)液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度選用     礦物油的黏度由于溫度的影響變化很大，為保證在工作溫度時有較適宜的黏度，還必須考慮周圍環(huán)境溫度的影響。當(dāng)周圍溫度高時，宜采用黏度較高的液壓油；當(dāng)周圍溫度低時，宜采用黏度較低的液壓油，如表2-4所示。 表2-4 根據(jù)工作環(huán)境和使用工況選擇液壓油的品種 （5）根據(jù)工作部件的運動速度選用 

10、60;   當(dāng)液壓系統(tǒng)中工作部件的運動速度很高時，液壓油液的流速也高，液壓損失隨著增大，而泄漏相對減少，因此宜用黏度較低的液壓油液；反之，當(dāng)液壓系統(tǒng)中工作部件的運動速度較低時，每分鐘所需的液壓油量很小，泄漏相對較大，對系統(tǒng)的運動速度影響也較大，所以宜選用黏度較高的液壓油液。 三、液壓油的污染與防護     液壓油是否清潔，不僅影響液壓系統(tǒng)的工作性能和液壓元件的使用壽命，而且直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)是否能正常工作。液壓系統(tǒng)多數(shù)故障與液壓油受到污染有關(guān)，因此控制液壓油的污染是十分重要的。 1.液壓油被污染

11、的原因 (1)液壓系統(tǒng)的管道及液壓元件內(nèi)的型砂、切屑、磨料、焊渣、銹片、灰塵等污垢在系統(tǒng)使用前、沖洗時未被洗干凈，在液壓系統(tǒng)工作時，這些污垢就進入到液壓油里。 (2)外界的灰塵、砂粒等，在液壓系統(tǒng)工作過程中，通過往復(fù)伸縮的活塞桿、流回油箱的漏油等進入液壓油里。另外在檢修時，稍不注意也會使灰塵、棉絨等進入液壓油里。 (3)液壓系統(tǒng)本身也不斷地產(chǎn)生污垢，而直接進入液壓油里，如金屬和密封材料的磨損顆粒，過濾材料脫落的顆?；蚶w維及油液因油溫升高氧化變質(zhì)而生成的膠狀物等。 2.液壓油污染的危害    液壓油污染嚴(yán)重時，直接影

12、響液壓系統(tǒng)的工作性能，使液壓系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，使液壓元件壽命縮短。造成這些危害的原因主要是污垢中的顆粒。對于液壓元件來說，由于這些固體顆粒進入到元件里，會使元件的滑動部分磨損加劇，并可能堵塞液壓元件里的節(jié)流孔、阻尼孔，或使閥芯卡死，從而造成液壓系統(tǒng)的故障。水分和空氣的混入使液壓油的潤滑能力降低并使它加速氧化變質(zhì)，產(chǎn)生氣蝕，使液壓元件加速腐蝕，使液壓系統(tǒng)出現(xiàn)振動、爬行等。 3.防止液壓油污染的措施 (1)使液壓油在使用前保持清潔。  (2)使液壓系統(tǒng)在裝配后、運轉(zhuǎn)前保持清潔。  (3)使液壓油在工作中保持清潔。  (

13、4)采用合適的濾油器。  (5)定期更換液壓油。更換新油前，油箱必須先清洗一次，系統(tǒng)較臟時，可用煤油清洗，排盡后注入新油。 (6)控制液壓油的工作溫度。一、液體靜力學(xué)及其特性  1. 液體靜壓力    作用在液體上的力有兩種類型：一種是質(zhì)量力，另一種是表面力。      質(zhì)量力作用在液體所有質(zhì)點上，它的大小與質(zhì)量成正比，屬于這種力的有重力、慣性力等。單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于重力加速度。   

14、;   靜止液體單位面積上所受的法向力稱為液體靜壓力，簡稱壓力，用符號“p”表示。在物理學(xué)中液體靜壓力稱為壓強。即    2. 液體靜壓力的特性 =(1)液體靜壓力沿著內(nèi)法線方向作用于其承壓面，即靜止液體承受的只時是法向壓力，而不承受剪切力和拉力。 (2)靜止液體內(nèi)任一點所受到的靜壓力在各個方向都相等。 二、液體靜壓力基本方程      如圖2-5所示，密度為的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在液體液面上的壓力為p0。為了求得液

15、體中距離液面深度為h的任意一點A的壓力p，可以假想從液面往下切取高度為h、底面積為dA的一個小液柱為研究對象。這個液柱在重力及周圍液體的作用下處于平衡狀態(tài)，作用于液柱上的各作用力在各方向都呈平衡。小液柱頂面上所受的作用力為p0dA(方向向下)，小液柱本身的重力ghdA(方向向下)，小液柱底面所受的作用力為pdA(方向向上)，則小液柱在Z方向的平衡方程為                    

16、60;           pdA=p0dA+ghdA             化簡后得           p=p0gh  圖2-5靜壓力的分布規(guī)律  三、壓力的表示方法   &

17、#160;        液壓系統(tǒng)中的壓力就是指壓強，液體壓力通常有絕對壓力、相對壓力(表壓力)、真空度三種表示方法。               絕對壓力、相對壓力(表壓力)和真空度的關(guān)系如圖2-6所示。             

18、0; 由圖2-6可知，絕對壓力總是正值，相對壓力（表壓力）則可正可負，負的相對壓力（表壓力）就是真空度，如真空度為0.4大氣壓，其相對壓力（表壓力）為-0.4大氣壓。根據(jù)上述歸納如下： (1)絕對壓力大氣壓力+相對壓力（表壓力） (2)相對壓力（表壓力）絕對壓力-大氣壓力 (3)真空度大氣壓力-絕對壓力   圖2-6  絕對壓力、相對壓力和真空度 四、帕斯卡原理     密封容器內(nèi)的靜止液體，當(dāng)邊界上的壓力p0發(fā)生變化時，例如增加p，則容器內(nèi)任意

19、一點的壓力將增加同一數(shù)值p0也就是說，在密封容器內(nèi)施加于靜止液體任一點的壓力將以等值傳遞到液體各點。這就是帕斯卡原理或靜壓傳遞原理。 五、液體靜壓力對固體壁面的總作用力 1. 液體靜壓力作用在平面上的總作用力     承受壓力作用的表面為平面時，液體作用于該平面上各點壓力的方向是互相平行、大小相等。所以液體對該平面的總作用力F等于液體的壓力p與受壓平面面積A的乘積， 2. 液體靜壓力作用在曲面上的總作用力      當(dāng)承受壓力作用的表面

20、為曲面時，由于液體作用于該曲面上各點壓力總是垂直于曲面，所以作用在曲面上各點的作用力不平行但大小相等。要計算液體靜壓力作用在曲面上的總作用力，必須明確要計算哪個方向上的力。1理想液體和恒定流動     由于液體實際流動時，不僅具有黏性，而且在壓力變化時體積會發(fā)生變化，因此研究液體流動時的運動規(guī)律必須考慮其黏性和可壓縮性，從而使我們對流動液體的研究變得非常困難。因此，我們引入理想液體的概念。理想液體就是指既無黏性又不可壓縮的液體。首先對理想液體進行研究，然后再通過實驗驗證的方法對所得的結(jié)論進行補充和修正。這樣，不僅使問題簡單化，而且得到的結(jié)論在實

21、際應(yīng)用中具有足夠的精確性。我們把既具有粘性又可壓縮的液體稱為實際液體。     液體流動時，若液體中任一點的壓力、速度及密度都不隨時間而變化，則稱液體的這種運動稱為恒定流動或定常流動。但只要壓力、速度及密度中有一個隨時間而變化，則液體流動就是非恒定流動或非定常流動。如圖2-11所示，圖a為恒定流動，圖b為非恒定流動。面積分別為dA1和dA2，在同一微小截面上各點的流速可認(rèn)為是相等的且分別為u1，u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt 時間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量，即 圖2-15  連續(xù)性方程示意圖&

22、#160;u1dA1dt = u2dA2dt       化簡得    u1dA1= u2dA2 對于整個流管，則有  即    q1q2 如用流管兩通流截面A1和A2上的平均流速v1和v2表示，則有 v1A1=v2A2 由于兩通流截面是任意取的，則有         

23、                       q=vA=常數(shù)                 （2-20） 式（2-20）稱液體流動的連續(xù)性方程，它表明在恒定流動的條件下，流過各個通流截面上

24、的液體流量是相等的（即流量是連續(xù)的），它是質(zhì)量守恒定律的具體體現(xiàn)。 三、伯努利方程 1. 理想液體的伯努利方程                假定理想液體在如圖2-16 所示的管道中恒定流動，密度為、質(zhì)量為m、體積為V的液體流過該管任意兩個通流截面11和22。假設(shè)兩通流截面處的中心高度分別為Z1、Z2，壓力分別為p1、p2，平均流速分別為v1、v2。若在很短的時間內(nèi)，液體通過兩通流截面的距離分別為

25、dS1和dS2，則液體在兩通流截面處具有的能量為 圖2-16  理想液體伯努利方程的推導(dǎo)示意圖 通流截面11              通流截面22   壓力能  位  能                mgZ1                      mgZ2  動  能 流動液體的能量因為也遵守能量守恒定律，因而有   化簡后得   或  式（2-22）或（2-23）稱為理想液體的伯努利方程，也稱為