液壓基本原理

液壓基本原理液壓油的性質(zhì)和選用靜止液體力學(xué)流動(dòng)液體力學(xué)液體的管道流動(dòng)液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量計(jì)算液壓沖擊和空穴現(xiàn)象1.液體的密度對(duì)于非均質(zhì)液體：對(duì)于均質(zhì)液體，其單位體積的質(zhì)量就是液體的密度，即Notes:如無特殊說明，一般認(rèn)為液壓油都是均質(zhì)的，其密度ρ=（850-960）kg/m3一、液壓油的性質(zhì)和選用液體的壓縮性是指液體受壓后體積變小的性能（1）液體的壓縮性系數(shù)

液壓油的壓縮性系數(shù)值一般為（5-7）×10-10m2/N（2）液體的體積彈性模量βe=1/β

液壓油的體積彈性模量一般為（1.4-2.0）×109N/m2鋼的體積彈性模量一般為2.06×1011N/m22.液體的壓縮性粘性：液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力阻礙分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力。液體的這種性質(zhì)，叫做液體的粘性。

粘度是表示液體粘性大小的物理量，常用的粘度表示方式有三種，即：絕對(duì)粘度（動(dòng)力粘度）、運(yùn)動(dòng)粘度、相對(duì)粘度。牛頓液體：速度梯度變化時(shí)η值不變的液體。3、液體的粘性和粘度

絕對(duì)粘度的單位為

1Pa.S=10P=1000cP

運(yùn)動(dòng)粘度：液體的絕對(duì)粘度與其密度的比值稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度的單位是m2/s。過去通常使用厘斯（cSt）作運(yùn)動(dòng)粘度的單位，它等于10-6m2/s，（即1cSt=1mm2/s。

我國液壓油牌號(hào)新標(biāo)準(zhǔn)以液壓油在40攝氏度運(yùn)動(dòng)粘度ν的平均厘斯（cSt）數(shù)來命名。

粘度和溫度的關(guān)系∵溫度↑，內(nèi)聚力↓，μ↓

∴粘度隨溫度變化的關(guān)系叫粘溫特性，粘度隨溫度的變化較小，即粘溫特性較好。工作介質(zhì):傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力液壓油的任務(wù)

潤滑劑

:潤滑運(yùn)動(dòng)部件4.粘度和溫度的關(guān)系對(duì)液壓油的要求(1)合適的粘度和良好的粘溫特性；(2)良好的潤滑性；(3)純凈度好，雜質(zhì)少；(4)對(duì)系統(tǒng)所用金屬及密封件材料有良好的相容性。(5)對(duì)熱、氧化水解都有良好穩(wěn)定性，使用壽命長；(6)抗泡沫性、抗乳化性和防銹性好，腐蝕性??；(7)比熱和傳熱系數(shù)大，體積膨脹系數(shù)小，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高，流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低。（凝點(diǎn):油液完全失去其流動(dòng)性的最高溫度）(8)對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜

5、對(duì)液壓油的要求

研究內(nèi)容：研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)的力學(xué)規(guī)律和這些規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用。

研究對(duì)象：靜止液體，所謂靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至于液體整體完全可以象剛體一樣做各種運(yùn)動(dòng)。

二、靜止液體力學(xué)

定義：液體單位面積上所受的法向力，物理學(xué)中稱壓強(qiáng)，液壓傳動(dòng)中習(xí)稱壓力特性：（1）垂直并指向于承壓表面

∵液體在靜止?fàn)顟B(tài)下不呈現(xiàn)粘性

∴內(nèi)部不存在切向剪應(yīng)力而只有法向應(yīng)力

（2）各向壓力相等

∵有一向壓力不等，液體就會(huì)流動(dòng)

∴各向壓力必須相等

1、

液體的壓力

液體靜力學(xué)基本方程式

質(zhì)量力（重力、慣性力）--作用于液體的所有質(zhì)點(diǎn)

作用于液體上的力〈

表面力（法向力、切向力、或其它物體或其它容器對(duì)液體、

一部分液體作用于令一部分液體等）--作用于液體的表面

例：計(jì)算靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)A處的壓力p

∵pdA=p0dA+G=p0dA+ρghdA

∴p=p0+ρgh

特征：液面壓力p0（1）靜止液體中任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成〈

液體自重所形成的壓力ρgh

（2）靜止液體內(nèi)壓力沿液深呈線性規(guī)律分布

（3）離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，壓力相等的點(diǎn)組成的面叫等壓面.

2靜止液體中的壓力分布

絕對(duì)壓力--以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)所測

相對(duì)壓力*--以大氣壓力為基準(zhǔn)所測測壓兩基準(zhǔn)

絕對(duì)壓力

=大氣壓力

+相對(duì)壓力

關(guān)系：

相對(duì)壓力（表壓）=絕對(duì)壓力

-大氣壓力

注

：

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所測壓力均為相對(duì)壓力即表壓力

真空度

=大氣壓力

-絕對(duì)壓力3壓力的表示方法和單位單位

帕斯卡(Pa)

巴(bar)

工程大氣壓(at)

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)

托(torr)

磅每平方英寸(psi)

換算

1Pa=1N/平方m;=10?5bar≈10.197×10?6at≈9.8692×10?6atm≈7.5006×10?3Torr≈145.04×10?6psi

1bar=100000Pa=106dyn/cm²≈1.0197at≈0.98692atm≈750.06Torr≈14.504psi

1at=98066.5Pa=0.980665bar=1kgf/cm²≈0.96784atm≈735.56Torr≈14.223psi

1atm=101325Pa=1.01325bar≈1.0332at=101325Pa=760Torr≈14.696psi

1torr≈133.322Pa≈1.3332×10?3bar≈1.3595×10?3at≈1.3158×10?3atm=1mmHg≈19.337×10?3psi

1psi≈6894.76Pa≈68.948×10?3bar≈70.307×10?3at≈68.046×10?3atm≈51.715Torr=1lbf/in²

為方便記憶，可以簡化為如下規(guī)律：

1.1atm=0.1MPa=100KPa=1公斤=1bar=10米水柱＝14.5PSI

2.1KPa=0.01公斤=0.01bar=10mbar=7.5mmHg=0.3inHg=7.5torr=100mmH2O=4inH2O絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、真空度三者的關(guān)系

pp>pa

表壓力

大氣壓

真空度pa絕對(duì)壓力p<pa

絕對(duì)壓力0絕對(duì)真空p=0靜止液體中壓力的傳遞

1

帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）

在密閉容器內(nèi)，液體表面的壓力可等值傳遞到液體內(nèi)部所有各點(diǎn)。

根據(jù)帕斯卡原理：p=F/A

2

液壓系統(tǒng)壓力形成

p=F/A

F=0

p=0

F↑

p↑

F↓

p↓

結(jié)論：液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負(fù)載，并且隨著負(fù)載的變化而變化。

4.靜止液體中壓力的傳遞

(1)

作用在平面上的總作用力

P=pA

如：液壓缸，若設(shè)活塞直徑為D,則

P=pA=p(πD2/4)

(2)

作用在曲面上的總作用力

Fx=pAx

結(jié)論：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液體壓力與曲面在該方向的垂直投影面積之乘積

例：液壓缸缸筒受力分析

設(shè)缸筒半徑為r，長度為l，取一微小窄條面積為：dA=lrdθ

液體作用在dA上的力dFx為

dFx=dFCOSθ=pdACOSθ=plCOSθdθ

缸筒右半壁的水平作用力為

Fx=∫π/2-π2dFx=∫π/2-π/2plrCOSθdθ=2plr=pAx

5液體靜壓力作用在固體壁面上的力研究內(nèi)容：研究液體運(yùn)動(dòng)和引起運(yùn)動(dòng)的原因，即研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力之間的關(guān)系（或液壓傳動(dòng)兩個(gè)基本參數(shù)的變化規(guī)律）

主要討論：動(dòng)力學(xué)三大方程

三、流動(dòng)液體力學(xué)（1）

理想液體、定常流動(dòng)和一維流動(dòng)

理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體

定常流動(dòng)（穩(wěn)定流動(dòng)、恒定流動(dòng)）：流動(dòng)液體中任一點(diǎn)的p、u和ρ都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)

一維流動(dòng)：液體整個(gè)作線形流動(dòng)

（

2）

流線、流管和流束

流線--流場中的曲線

流管--由任一封閉曲線上的流線所組成的表面

流束--流管內(nèi)的流線群1、基本概念

（3）通流截面、流量和平均流速

通流截面：在流束中與流線正交的截面（垂直于液體流動(dòng)方向的截面）

流量：單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的液體的體積qv

平均流速：通流截面上各點(diǎn)流速均勻分布（假想）

q=V/t=Al/t=Au

v=q/A

q=0

v=0

q↑

v↑

q↓

v↓

結(jié)論：液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入液液壓缸的流量，并且隨著流量的變化而變化。

1

連續(xù)性原理--理想液體在管道中恒定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，因此在單位時(shí)間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量。

2

連續(xù)性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2

若忽略液體可壓縮性ρ1=ρ2

則v1A1=v2A2

或Q=vA=常數(shù)

結(jié)論：液體在管道中流動(dòng)時(shí)，流過各個(gè)斷面的流量是相等的，因而流速和過流斷面成反比。

Notes:2conclusionsv1/v2=A2/A1Q=Q1+Q22、

連續(xù)性方程--質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用能量守恒定律：理想液體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等。

3伯努利方程--能量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用

動(dòng)量定理：作用在物體上的外力等于物體單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化量

即∑F=dI/dt=d（mv）/dt

考慮動(dòng)量修正問題，則有：

∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)

X向動(dòng)量方程

∑Fx=ρqv(β2v2x-β1v1x)

X向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力

F'x=-∑Fx=ρqv(β1v1x-β2v2x)

結(jié)論：作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力總是力圖使閥口關(guān)閉。4動(dòng)量方程--動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的應(yīng)用

1

液體的流動(dòng)狀態(tài)

層流：液體的流動(dòng)是分層的，層與層之間互不干擾，粘性力起主導(dǎo)作用；紊流（湍流）：液體的流動(dòng)不分層，做混雜紊亂流動(dòng)，慣性力起主導(dǎo)作用。液體的流動(dòng)是層流還是紊流，需根據(jù)雷諾數(shù)判別。雷諾數(shù)定義為：四、液體的管道流動(dòng)

流速：流量：平均流速：2.液體在圓管中的層流流動(dòng)

概述：孔口和縫隙流量在液壓技術(shù)中占有很重要的地位，它涉及液壓元件的密封性，系統(tǒng)的容積效率，更為重要的是它是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，因此，小孔雖小，縫隙雖窄，但其作用卻不可等閑視之

寬度一般在0、1mm以下

直徑一般在1mm以內(nèi)

五、液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量計(jì)算

薄壁小孔l/d≤0.5

（1）孔口分類

細(xì)長小孔l/d>4

短孔0、5<l/d≤4

1、

孔口流量

（2）薄壁孔口的流量（3）細(xì)長小孔的流量

平面縫隙壓差流動(dòng)

常見縫隙<縫隙流動(dòng)狀況<

環(huán)狀縫隙剪切流動(dòng)

1）

通過平行平板縫隙的流量

2）圓柱環(huán)形間隙的流量

2

縫隙流量1、

空穴（氣穴）現(xiàn)象空穴現(xiàn)象：液壓系統(tǒng)中，由于某種原因（如速度突變），使壓力降低而使氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象

產(chǎn)生原因：壓力油流過節(jié)流口、閥口或管道狹縫時(shí)，速度升高，壓力降低；液壓泵吸油管道較小，吸油高度過大，阻力增大，壓力降低；液壓泵轉(zhuǎn)速過高，吸油不充分等，壓力降低。六、空穴現(xiàn)象和液壓沖擊空穴現(xiàn)象的危害：

（1）系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和