第二章液壓傳動流體力學(xué)基礎(chǔ)

1、第二章第二章 液壓傳動的流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動的流體力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 流體動力學(xué)基礎(chǔ)流體動力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)第三節(jié) 液體流動時(shí)的壓力損失液體流動時(shí)的壓力損失第四節(jié)第四節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量第五節(jié)第五節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體靜力學(xué)液體靜力學(xué): :是液體在靜止時(shí)的平衡規(guī)律以及這些規(guī)是液體在靜止時(shí)的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律在工程上的應(yīng)用律在工程上的應(yīng)用. .是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對運(yùn)動運(yùn)動。一、液體的壓力；一、液體的壓力；二、重力作用下靜止

2、液體中的壓力分布；二、重力作用下靜止液體中的壓力分布；三、壓力的表示方法和計(jì)量單位；三、壓力的表示方法和計(jì)量單位；四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞；四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞；五、液體靜壓力作用在固體壁面上的力五、液體靜壓力作用在固體壁面上的力. .1.1.液體的壓力液體的壓力液體單位面積上所受的液體單位面積上所受的法向力法向力稱為稱為靜壓力靜壓力。在物。在物理學(xué)中稱為理學(xué)中稱為壓強(qiáng)壓強(qiáng)，但在液壓傳動中習(xí)慣稱為，但在液壓傳動中習(xí)慣稱為壓力壓力。靜止液體的壓力有如下靜止液體的壓力有如下特性特性： (1) (1)液體的壓力沿著內(nèi)法線方向作用于承壓面。液體的壓力沿著內(nèi)法線方向作用于承壓面。 (2) (2)靜止

3、液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力在各個(gè)方向上都相等。靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力在各個(gè)方向上都相等。 0limAFpA FpA2.2.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靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處壓力都由兩部分組成：壓力都由兩部分組成：一部分是液面上的一部分是液面上的壓壓力力 ，另一部分是該點(diǎn)，另一部分是該點(diǎn)以上液體以上液體自重自重所形成所形成的壓力。的壓力。液體靜力學(xué)基本方程液體靜力學(xué)基本方程 0ppgh0p ApAgh A 重力作用下重力作用下靜止液體壓力分布特征靜止液體壓力分布特征：1 1）任意點(diǎn)壓力由兩部分組成，）任意點(diǎn)壓力由兩部分組成，液面上壓力液面上壓力和該點(diǎn)以和該點(diǎn)

4、以上上液體自重液體自重形成得壓力。形成得壓力。2 2）液體內(nèi)的壓力隨液體）液體內(nèi)的壓力隨液體深度變化成直線深度變化成直線規(guī)律分布。規(guī)律分布。3 3）離液面深度相同處各點(diǎn)）離液面深度相同處各點(diǎn)壓力相等壓力相等。3.3.壓力的表示方法和計(jì)量單位壓力的表示方法和計(jì)量單位絕對壓力：以絕對真空絕對壓力：以絕對真空基準(zhǔn)度量基準(zhǔn)度量相對壓力：以大氣壓力相對壓力：以大氣壓力基準(zhǔn)來度量基準(zhǔn)來度量表壓力：以壓力表測得表壓力：以壓力表測得的壓力（相對壓力）的壓力（相對壓力）真空度：絕對壓力小于真空度：絕對壓力小于大氣壓力值大氣壓力值常用的壓力單位及換算：常用的壓力單位及換算：Pa，Psi,bar1Pa=1N/m2;

5、1MPa=106Pa;1bar=105Pa=0.1MPa;1psi=1lbf/in2=6894.76 Pa;例例2-12-1： 密度密度900kg/m900kg/m3 3；力；力10kN10kN；面積；面積1010-2-2mm2 2；求；求深度深度0.5m0.5m處的壓力。處的壓力。解：液面壓力解：液面壓力p p0 0=F/A=1MPa=F/A=1MPa深度深度h h處的壓力處的壓力p=pp=p0 0+ + gh=1.0044MPagh=1.0044MPa由液體自重引起的壓力相對甚小，可忽略不計(jì)。由液體自重引起的壓力相對甚小，可忽略不計(jì)。4.4.靜止液體內(nèi)壓力的傳遞靜止液體內(nèi)壓力的傳遞在密閉容

6、器內(nèi)，施加于靜在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值止液體上的壓力將以等值傳遞到液體內(nèi)各點(diǎn)。稱靜傳遞到液體內(nèi)各點(diǎn)。稱靜壓力傳遞原理，或壓力傳遞原理，或稱帕斯稱帕斯卡原理卡原理。 FpA例例2-22-2圖為相互聯(lián)通的兩個(gè)液壓缸。圖為相互聯(lián)通的兩個(gè)液壓缸。已知大液壓缸的直徑已知大液壓缸的直徑D=120mmD=120mm，小液壓缸的直徑，小液壓缸的直徑d=20mmd=20mm，大活塞上放置物，大活塞上放置物體的質(zhì)量為體的質(zhì)量為6000kg6000kg。試求在。試求在小活塞上應(yīng)加多大力，才能小活塞上應(yīng)加多大力，才能使大活塞頂起重物。使大活塞頂起重物。解：根據(jù)解：根據(jù)帕斯卡原理，由帕斯卡原理，由外

7、力產(chǎn)生的壓力在兩缸中外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相等，即相等，即2244FGdD5.5.液體靜壓力作用在固體壁面上的力液體靜壓力作用在固體壁面上的力液壓傳動中，由于不考慮由液體自重產(chǎn)生的那部液壓傳動中，由于不考慮由液體自重產(chǎn)生的那部分壓力，液體中各點(diǎn)的靜壓力可看作是均勻分布分壓力，液體中各點(diǎn)的靜壓力可看作是均勻分布的。液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面將受到的。液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面將受到總液壓力的作用?？傄簤毫Φ淖饔谩．?dāng)固體璧面為一當(dāng)固體璧面為一平面平面時(shí)，靜止液體對該平面的總時(shí)，靜止液體對該平面的總作用力等于液體壓力與該平面的面積的乘積，方作用力等于液體壓力與該平面的面積的乘積，方向與該

8、平面垂直。向與該平面垂直。F=PAF=PA。當(dāng)固體璧面為當(dāng)固體璧面為曲面曲面時(shí)，曲面上各點(diǎn)所受壓力的時(shí)，曲面上各點(diǎn)所受壓力的方方向是變化的，大小相等向是變化的，大小相等。在坐標(biāo)軸上的投影。在坐標(biāo)軸上的投影。求壓力缸筒右半壁X軸方向上的力取微小面積取微小面積力的微元分量力的微元分量dAldslrd2222cos2xxxFdFplrdplrpA coscoscosxdFdFpdAplrd 第二節(jié)第二節(jié) 液體動力學(xué)基礎(chǔ)液體動力學(xué)基礎(chǔ) 一、基本概念一、基本概念 二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程 三、伯努利方程三、伯努利方程 四、動量方程四、動量方程1.1.理想液體、恒定流動、一維流動理想液體、恒定流動、一

9、維流動理想液體理想液體：既無粘性又不可壓縮的假想液體。：既無粘性又不可壓縮的假想液體。恒定流動恒定流動：液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度等：液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度等參數(shù)都不隨時(shí)間而變化的流動。參數(shù)都不隨時(shí)間而變化的流動。一維流動一維流動：液體整個(gè)作線性流動。當(dāng)液體作平面或：液體整個(gè)作線性流動。當(dāng)液體作平面或空間流動時(shí)，二維和三維流動?？臻g流動時(shí)，二維和三維流動。把密閉容器內(nèi)流動的液體把密閉容器內(nèi)流動的液體按一維流動按一維流動分析，再用試分析，再用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。驗(yàn)數(shù)據(jù)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。2.2.流線、流管和流束流線、流管和流束流線流線：流場中曲線。恒定流動流線不能相交或突

10、然：流場中曲線。恒定流動流線不能相交或突然轉(zhuǎn)折，是一條光滑曲線。轉(zhuǎn)折，是一條光滑曲線。流管流管：流場中畫一不屬于流線的任意封閉曲線，沿：流場中畫一不屬于流線的任意封閉曲線，沿該封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些該封閉曲線上的每一點(diǎn)作流線，由這些流線流線組成的組成的表面稱流管表面稱流管。流束流束：流管內(nèi)的流線群。：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、流量和平均流速通流截面通流截面：流束中與所有流線正交的截面：流束中與所有流線正交的截面流量流量：單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面的液體體積。：單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面的液體體積。q qV V =V/t =V/t平均流速平均流速：假設(shè)通流截面上

11、各點(diǎn)流速均勻分布，液體以此：假設(shè)通流截面上各點(diǎn)流速均勻分布，液體以此均布流速流過此截面的流量等于以實(shí)際流速流過的流量，均布流速流過此截面的流量等于以實(shí)際流速流過的流量，即即VVqqudAvAvA 流速分布流速分布qA二、連續(xù)性方程二、連續(xù)性方程 在管中作穩(wěn)定流動的理想液體，既不能增多也在管中作穩(wěn)定流動的理想液體，既不能增多也不能減少，即不能減少，即符合物質(zhì)不滅定律符合物質(zhì)不滅定律。因此在單位時(shí)間。因此在單位時(shí)間內(nèi)通過任意截面的內(nèi)通過任意截面的液體質(zhì)量液體質(zhì)量一定是一定是相等相等的，即液體的，即液體的連續(xù)性原理。的連續(xù)性原理。 1122AA流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律圖圖

12、2-9 液流連續(xù)性方程液流連續(xù)性方程 推導(dǎo)簡圖推導(dǎo)簡圖 根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得：不考慮液體的壓縮性：或?qū)懗桑荷鲜綖橐毫鞯牧髁窟B續(xù)性方程 1 11222v Av A1122v Av A1122qv Av AvA 常量假設(shè)液體無能量損失，據(jù)能量守恒定律能量守恒定律可得：或?qū)懗桑阂陨蟽墒郊礊槔硐胍后w的伯努利方程。物理意義：物理意義：理想流體具有壓力能、動能、勢能。三者可以互相轉(zhuǎn)換，但總的能量不變。 伯努利方程伯努利方程能量守恒定律能量守恒定律 圖圖2-10 伯努利方程推導(dǎo)簡圖伯努利方程推導(dǎo)簡圖 1. 1. 理想液體的伯努利方程理想液體的伯努利方程gvzgpgvzgp2222222111常量gvzgp2

13、2三、伯努力方程作用在兩端截面上的壓力作用在兩端截面上的壓力作用在微元體上的重力作用在微元體上的重力微元體的慣性力微元體的慣性力根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律()pppdApds dAdsdAss gdsdA 1.理想液體的運(yùn)動微分方程()duuumadsdAdsdA udtstcos()puudsdAdsdAdsdA usstduFmadsdAdt()pppdApds dAdsdAss coszsdsudt0ut1pzugusss2.理想液體的能量方程2211221222pupuz gz g22puzg常數(shù)比壓能 比位能 比動能 理想液體能量方程的物理意義：理想液體能量方程的物理意義： 理

14、想液體作恒定流動時(shí)具有壓力能、理想液體作恒定流動時(shí)具有壓力能、位能和動能三種能量形式，在任一截面上位能和動能三種能量形式，在任一截面上這三種能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換，但三這三種能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換，但三者之和為一定值，即能量守恒。者之和為一定值，即能量守恒。 3. 實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體存在能量損失hw，并且存在動能修正系數(shù) ，它用下式表示：紊流時(shí) =1.1，層流時(shí) =2，實(shí)際計(jì)算常取 =1.0。AvdAuAvvudAuAA33222121 在引進(jìn)了能量損失hw和動能修正系數(shù)后，實(shí)際液體的伯努利方程表示為：whgvgpzgvgpz222222221111注意：截面注意：截面1 1、2

15、 2應(yīng)順流向選取。應(yīng)順流向選取。p54.p54.實(shí)際液體在管道內(nèi)流動時(shí)，由于液體存在粘性，實(shí)際液體在管道內(nèi)流動時(shí)，由于液體存在粘性，會產(chǎn)生摩擦力，消耗能量；同時(shí)，管道局部形狀會產(chǎn)生摩擦力，消耗能量；同時(shí)，管道局部形狀和尺寸的變化，會使液流產(chǎn)生擾動，也消耗一部和尺寸的變化，會使液流產(chǎn)生擾動，也消耗一部分能量。同時(shí)，引入速度分布不均勻修正系數(shù)，分能量。同時(shí)，引入速度分布不均勻修正系數(shù)，實(shí)際液體流動的伯努利方程為實(shí)際液體流動的伯努利方程為 : :2211 12221222wppz gz gh g四、動量方程動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。用動量方程

16、來計(jì)算液流作用在固體壁面上的力，用動量方程來計(jì)算液流作用在固體壁面上的力，比較方便。比較方便。動量定理動量定理：作用在物體上的合外力的大小等于物：作用在物體上的合外力的大小等于物體在力作用方向上的動量的變化率，即體在力作用方向上的動量的變化率，即()dpd mvFdtdt第三節(jié)第三節(jié) 液體流動時(shí)的壓力損失液體流動時(shí)的壓力損失實(shí)際液體具有粘性，流動時(shí)會有阻力產(chǎn)生。為了實(shí)際液體具有粘性，流動時(shí)會有阻力產(chǎn)生。為了克服阻力，流動液體需要損耗一部分能量，通?？朔枇Γ鲃右后w需要損耗一部分能量，通常稱為稱為壓力損失壓力損失。壓力損失可分為兩類：。壓力損失可分為兩類：沿程壓力沿程壓力損失損失和和局部壓力損

17、局部壓力損失。失。 一、兩種流態(tài)和雷諾數(shù)一、兩種流態(tài)和雷諾數(shù) 二、沿程壓力損失二、沿程壓力損失三、局部壓力損失三、局部壓力損失 四、管路中的總壓力損失四、管路中的總壓力損失一、兩種流態(tài)和雷諾數(shù)液體的流動有兩種液體的流動有兩種狀態(tài)，即狀態(tài)，即層流層流和和紊紊流流（又稱湍流）這（又稱湍流）這兩種流動狀態(tài)的物兩種流動狀態(tài)的物理現(xiàn)象可以通過一理現(xiàn)象可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察出來，個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察出來，這就是雷諾實(shí)驗(yàn)。這就是雷諾實(shí)驗(yàn)。 eRdv 雷諾數(shù)的物理意義 雷諾數(shù)是液流的慣性力對粘性力的無量綱比值，當(dāng)雷雷諾數(shù)是液流的慣性力對粘性力的無量綱比值，當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，液體的慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀諾數(shù)較大時(shí)，

18、液體的慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，粘性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài)狀態(tài)。 非圓管截面管道雷諾數(shù)：非圓管截面管道雷諾數(shù)： 對通流截面相同的管道，若雷諾數(shù)相同流動狀態(tài)就相同。對通流截面相同的管道，若雷諾數(shù)相同流動狀態(tài)就相同。 水力直徑：大，濕周長短水力直徑：大，濕周長短, ,阻力小。阻力小。 ReHd vH4Adx二、沿程壓力損失 液體在等徑直管中流動時(shí)因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，液體在等徑直管中流動時(shí)因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失稱為沿程壓力損失。液體的流動狀態(tài)不同，所產(chǎn)生的沿程壓力。液體的流動狀態(tài)不同，所

19、產(chǎn)生的沿程壓力損失也有所不同。損失也有所不同。 層流和紊流的沿程阻力損失計(jì)算公式：層流和紊流的沿程阻力損失計(jì)算公式： 沿程阻力系數(shù)的計(jì)算不相同。沿程阻力系數(shù)的計(jì)算不相同。 流通截面上的流通截面上的 速度分布規(guī)律。液體在等徑水平直管中流動，速度分布規(guī)律。液體在等徑水平直管中流動，其流態(tài)為層流。其流態(tài)為層流。22lvpd沿程阻力計(jì)算式的推導(dǎo)沿程阻力計(jì)算式的推導(dǎo)在液流中取一段與管軸重合的微小圓柱體，其半徑在液流中取一段與管軸重合的微小圓柱體，其半徑r r，長度長度l l，作用在兩端的壓力為，作用在兩端的壓力為p p1 1,p ,p2 2，作用在側(cè)面的內(nèi)，作用在側(cè)面的內(nèi)摩擦力摩擦力F Ff f，液流勻

20、速運(yùn)動，受力平衡，液流勻速運(yùn)動，受力平衡: :212()fpprF管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)流速在半徑方向上按拋物線規(guī)管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布。最小流速在管壁處，最大流速在管律分布。最小流速在管壁處，最大流速在管軸中心。軸中心。22max416ppuRdll4pdurdrl 2fduFrldr 22()4puRrl通過管道的流量通過管道的流量對于半徑對于半徑r r，寬度，寬度drdr微小環(huán)形通流截面，面積微小環(huán)形通流截面，面積dAdA，通過的流量通過的流量224422022()42()48128VRVpdqudArudrRrrdrlpRdqRrrdrpplll 管道內(nèi)的平均流速管道內(nèi)的平

21、均流速根據(jù)平均流速的定義根據(jù)平均流速的定義4221128324VqddvppdAll 沿程壓力損失沿程壓力損失222232,6464222elvppdlvlvpdvdRdlvd 當(dāng)直管中液流為層流時(shí)，沿程壓力損失的大小與管長、流當(dāng)直管中液流為層流時(shí)，沿程壓力損失的大小與管長、流速、粘度成正比，與管直徑平方成反比。速、粘度成正比，與管直徑平方成反比。三、局部壓力損失 液體流經(jīng)管道的彎頭、管接頭、突變截面以及閥口、濾液體流經(jīng)管道的彎頭、管接頭、突變截面以及閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)，液流會產(chǎn)生旋渦，并發(fā)生強(qiáng)烈的紊動現(xiàn)網(wǎng)等局部裝置時(shí)，液流會產(chǎn)生旋渦，并發(fā)生強(qiáng)烈的紊動現(xiàn)象，由此而造成的壓力損失稱為局部壓力

22、失。象，由此而造成的壓力損失稱為局部壓力失。 局部阻力系數(shù)可查有關(guān)手冊。局部阻力系數(shù)可查有關(guān)手冊。22vp閥類元件局部壓力損失閥類元件局部壓力損失2nVnVqppq q qVnVn- -閥的額定流量；閥的額定流量；q qV V- -閥的實(shí)際流量；閥的實(shí)際流量；p pn n- -額定流量下的額定流量下的壓力損失。壓力損失。四、管路中的總壓力損失整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和即失和所有局部壓力損失之和即具體系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對上式進(jìn)行調(diào)整。具體系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對上式進(jìn)行調(diào)整。只要在各局部阻力之間有足夠的距離才是

23、正確的只要在各局部阻力之間有足夠的距離才是正確的。遇到一個(gè)局部阻力之后，要在直管中流過一段距遇到一個(gè)局部阻力之后，要在直管中流過一段距離才能穩(wěn)定；否則互相干擾，比正常大離才能穩(wěn)定；否則互相干擾，比正常大2323倍，兩倍，兩個(gè)局部阻力之間直管長度大于（個(gè)局部阻力之間直管長度大于（10201020）d d0 0,d ,d0 0為管為管子內(nèi)徑。子內(nèi)徑。2222lvvpppd 在中高壓液壓系統(tǒng)中，常取流速范圍：在中高壓液壓系統(tǒng)中，常取流速范圍：吸油管：吸油管：回油管：回油管：壓油管：壓油管：閥閥 口：口：0.5 1.5/3/3 6/5 8/m sm sm sm s()pPp泵（工）（總）例例2-52-

24、5 已知泵流量已知泵流量q qV V=0.0015m=0.0015m3 3/s /s，缸徑，缸徑D=100mmD=100mm，負(fù)，負(fù)載載F=40kNF=40kN，回油腔壓力近似為零，液壓缸進(jìn)油管內(nèi)徑，回油腔壓力近似為零，液壓缸進(jìn)油管內(nèi)徑d=25mmd=25mm鋼管，總長（管）垂直高度鋼管，總長（管）垂直高度H=4mH=4m，進(jìn)油管總局，進(jìn)油管總局部阻力系數(shù)部阻力系數(shù)=7=7，液壓油密度，液壓油密度=900kg/m=900kg/m3 3, ,工作溫度下的液工作溫度下的液壓油的運(yùn)動粘度壓油的運(yùn)動粘度=46mm=46mm2 2/s /s。試求：（。試求：（1 1）進(jìn)油路的壓力損）進(jìn)油路的壓力損失；（

25、失；（2 2）泵的供油壓力。）泵的供油壓力。計(jì)算進(jìn)油路的壓力損失計(jì)算進(jìn)油路的壓力損失計(jì)算進(jìn)油管流速計(jì)算進(jìn)油管流速計(jì)算雷諾數(shù)，液流狀態(tài)計(jì)算雷諾數(shù)，液流狀態(tài)計(jì)算沿程阻力系數(shù)計(jì)算沿程阻力系數(shù)計(jì)算進(jìn)油路的壓力損失計(jì)算進(jìn)油路的壓力損失計(jì)算泵的供油壓力計(jì)算泵的供油壓力取截面取截面1-11-1和和2-22-2伯努利方程，能量方程伯努利方程，能量方程計(jì)算液壓缸壓力計(jì)算液壓缸壓力計(jì)算液壓缸的速度計(jì)算液壓缸的速度計(jì)算單位體積液體的位能變化計(jì)算單位體積液體的位能變化計(jì)算單位體積液體的動能變化計(jì)算單位體積液體的動能變化計(jì)算泵的供油壓力計(jì)算泵的供油壓力結(jié)論：一般可忽略位能和動能變化。結(jié)論：一般可忽略位能和動能變化。第四

26、節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量量 在液壓系統(tǒng)中，常常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來在液壓系統(tǒng)中，常常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制流量和壓力達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏控制流量和壓力達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏也屬于縫隙流動。因而研究小孔或縫隙的流量計(jì)算，了解也屬于縫隙流動。因而研究小孔或縫隙的流量計(jì)算，了解其影響因素，對正確分析液壓元件和系統(tǒng)的工作性能、合其影響因素，對正確分析液壓元件和系統(tǒng)的工作性能、合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)是很有必要的。理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)是很有必要的。 一、液體流過小孔的流量一、液體流過小孔的流量 二、液體流過縫隙的流量二、液體流過縫隙的流量小孔類型小孔類型小孔按孔的長

27、度和直徑比分為：小孔按孔的長度和直徑比分為：薄壁孔；細(xì)長孔；薄壁孔；細(xì)長孔；短孔三種短孔三種。長徑比小于長徑比小于0.5-0.5-薄壁孔；薄壁孔；長徑比大于長徑比大于4-4-長孔；長孔；長徑比在長徑比在0.540.54之間為短孔。之間為短孔。1.1.薄壁小孔的流量計(jì)算薄壁小孔的流量計(jì)算 當(dāng)小孔的長徑比當(dāng)小孔的長徑比l/dl/d 0.54l/d4時(shí)，稱為細(xì)長孔；當(dāng)時(shí)，稱為細(xì)長孔；當(dāng)0. 5l/d40. 5l/dp p2 2，p p=p p1 1p p2 2 ，將邊界條，將邊界條件，件，y=y=0 0,u,u=0=0；y=h,u=y=h,u=0 0, ,分別代入通式求出常數(shù)分別代入通式求出常數(shù)C

28、C1 1、C C2 2得得12,02()2hpCClpuhyyl流量和壓力損失的計(jì)算公式流量和壓力損失的計(jì)算公式003d() d212hhVpqub ybhy y ylbhpl312Vlqph b 2.2.液體流過相對運(yùn)動的平行平板縫隙的液體流過相對運(yùn)動的平行平板縫隙的流量流量 流速：流速：(1)(1)剪切流動：剪切流動：(2)(2)既有壓差流動，又有剪切流動：既有壓差流動，又有剪切流動：0uu 00002hhVuuqubdybydybhh301122Vbhqpu bhl 泄漏損失功率泄漏損失功率3101()122VbhPpqppu bhl （二）液體流過圓環(huán)縫隙的流量（二）液體流過圓環(huán)縫隙的

29、流量 在液壓元件中，如液壓缸的活塞和缸孔之間，在液壓元件中，如液壓缸的活塞和缸孔之間，液壓閥的閥芯和閥孔之間，都存在圓環(huán)縫隙。液壓閥的閥芯和閥孔之間，都存在圓環(huán)縫隙。圓環(huán)縫隙有同心和偏心的兩種情況，它們的圓環(huán)縫隙有同心和偏心的兩種情況，它們的流量公式不同。流量公式不同。 只要將只要將b=pib=pi* *d d替代，流過同心圓的流量替代，流過同心圓的流量1.1.流過同心圓環(huán)縫隙的流量流過同心圓環(huán)縫隙的流量 3031()122()12VVdhqpdhuldhqpl 有相對運(yùn)動無相對運(yùn)動2.2.流過偏心圓環(huán)縫隙的流量流過偏心圓環(huán)縫隙的流量 當(dāng)當(dāng)e e=0=0時(shí)，它就是同心時(shí)，它就是同心圓環(huán)縫隙的流

30、量公式；圓環(huán)縫隙的流量公式；當(dāng)當(dāng)e e=1=1時(shí)，即在最大偏時(shí)，即在最大偏心情況下，其壓差流流心情況下，其壓差流流量為同心圓環(huán)縫隙壓差量為同心圓環(huán)縫隙壓差流量的流量的2.52.5倍。倍。 3201(1 1.5),122Vdhpehqdhul3.3.圓環(huán)平面縫隙流量圓環(huán)平面縫隙流量 ()2puhy yl3216 lnVhqprr30d26dhVrrhpqurdzr1d()2drpuhz zr36lnVqprCh 當(dāng)當(dāng)r=rr=r2 2,p=p,p=p2 2, ,求出求出C,C,代入代入又當(dāng)又當(dāng)r=rr=r1 1時(shí)時(shí),p=p,p=p1 1，則圓環(huán)平面縫隙流量，則圓環(huán)平面縫隙流量2232236ln6

31、ln,VVqrpqphCphrr36lnVqprCh 3216 lnVhqprr例例2-62-6滑閥閥體與閥芯滑閥閥體與閥芯同心，因加工誤同心，因加工誤差閥體帶有一定差閥體帶有一定錐度，造成閥體錐度，造成閥體與閥套兩端縫隙不同，與閥套兩端縫隙不同，h h1 1=0.0001m, =0.0001m, h h2 2=0.00015m=0.00015m。已知閥套孔徑。已知閥套孔徑d=0.02md=0.02m，閥，閥體長度體長度l=0.02ml=0.02m。滑閥進(jìn)出口壓差?；y進(jìn)出口壓差8MPa8MPa，液，液體粘度體粘度0.1Pas0.1Pas。求通過滑閥縫隙的流量。求通過滑閥縫隙的流量。用同心圓環(huán)

32、公式計(jì)算，只是用同心圓環(huán)公式計(jì)算，只是h h沿閥芯軸線方向上有變化，沿閥芯軸線方向上有變化，須進(jìn)行處理。令圓錐半角為須進(jìn)行處理。令圓錐半角為 ，距閥體左端面為，距閥體左端面為x x處的縫隙處的縫隙為為h h，壓力為，壓力為p p，則由圖可知，則由圖可知，h=hh=h1 1+xtan +xtan ,dp/dx=-,dp/dx=-p/lp/l，代入代入q qV V中得中得3131321112(tan ),12(tan )1261tan(tan )(tan )VVVVqd hxdpqdpdxdxd hxqqpdxCdd hxhx 301122Vdhqpdhul 1121212122121222112

33、21221212610,()tan,tan611()tan66VVVVqxppCpdhC hhxqppdhhhlq l hhh hdppqpdh hl hh2代入前式h由圖可知，當(dāng)x=l,tan =第五節(jié)第五節(jié) 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓沖擊和空穴現(xiàn)象會給系統(tǒng)在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓沖擊和空穴現(xiàn)象會給系統(tǒng)的正常工作帶來不利影響，因此需要了解這些現(xiàn)象的正常工作帶來不利影響，因此需要了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并采取措施加以防治。產(chǎn)生的原因，并采取措施加以防治。一、液壓沖擊一、液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，系統(tǒng)的壓力在某在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，系統(tǒng)的壓力在某一瞬

34、間會突然急劇上升，形成很高的壓力峰值，一瞬間會突然急劇上升，形成很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊液壓沖擊。 1.液壓沖擊產(chǎn)生的原因閥門突然關(guān)閉，制動，換向，運(yùn)動受阻。閥門突然關(guān)閉，制動，換向，運(yùn)動受阻。 由于液體的慣性，從受阻端開始，動能立即逐層轉(zhuǎn)變由于液體的慣性，從受阻端開始，動能立即逐層轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的擠壓能，使壓力升高；隨后液體動能的轉(zhuǎn)換過程為液體的擠壓能，使壓力升高；隨后液體動能的轉(zhuǎn)換過程迅速傳遞到后面各層液體，形成壓力波，在液體中迅速傳迅速傳遞到后面各層液體，形成壓力波，在液體中迅速傳播。往復(fù)來回傳播振蕩。沖擊波。播。往復(fù)來回傳播振蕩。沖擊波。受摩擦力衰減，而趨向穩(wěn)定。受

35、摩擦力衰減，而趨向穩(wěn)定。2.2.危害危害當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊時(shí)，瞬時(shí)的壓力峰值有時(shí)要比正常工當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊時(shí)，瞬時(shí)的壓力峰值有時(shí)要比正常工作壓力大很多倍。作壓力大很多倍。 往往會引起機(jī)械振動，產(chǎn)生噪聲，使管接頭松動；往往會引起機(jī)械振動，產(chǎn)生噪聲，使管接頭松動； 有時(shí)還會引起某些液壓元件的誤動作，降低系統(tǒng)的工作性有時(shí)還會引起某些液壓元件的誤動作，降低系統(tǒng)的工作性能。能。 嚴(yán)重時(shí)會造成油管、密封裝置及液壓元件的損壞；產(chǎn)生空嚴(yán)重時(shí)會造成油管、密封裝置及液壓元件的損壞；產(chǎn)生空穴、氣蝕現(xiàn)象。穴、氣蝕現(xiàn)象。 3.3.沖擊壓力沖擊壓力max111,(),()lcpppvlpAlApvcvtttpc vvp

36、c vvt 管道閥門關(guān)閉,根據(jù)動量方程=制動沖擊:pA t=m v4.減小液壓沖擊的措施（1 1）延長換向閥換向時(shí)間。實(shí)踐證明，運(yùn)動部件制）延長換向閥換向時(shí)間。實(shí)踐證明，運(yùn)動部件制動換向時(shí)間若能大于動換向時(shí)間若能大于0.2s,0.2s,沖擊就大為減輕。沖擊就大為減輕。（2 2）在液壓元件結(jié)構(gòu)上采取一些措施，如在液壓缸）在液壓元件結(jié)構(gòu)上采取一些措施，如在液壓缸中設(shè)置節(jié)流緩沖裝置，以減小流速的突然變化。中設(shè)置節(jié)流緩沖裝置，以減小流速的突然變化。（3 3）在易產(chǎn)生液壓沖擊的地方，設(shè)置溢流閥或蓄能）在易產(chǎn)生液壓沖擊的地方，設(shè)置溢流閥或蓄能器。器。（4 4）盡量縮短管路長度，減少管路彎曲，采用橡膠）盡量縮短管路長度，減少管路彎曲，采用橡膠軟管。軟管。二、空穴現(xiàn)象二、空穴現(xiàn)象在液壓系統(tǒng)中，如果某處的壓力低于空氣分離壓時(shí)，在液壓系統(tǒng)中，如果某處的壓力低于空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會分離出來，導(dǎo)致液體原先溶解在液體