第二章液壓傳動(dòng)基本知識(shí)

液壓傳動(dòng)

1、什么是液壓傳動(dòng)？2、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和作用各是什么？3、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有哪幾次能量轉(zhuǎn)換?復(fù)習(xí)項(xiàng)目二液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)液壓油的作用：傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；潤(rùn)滑、冷卻、防銹等功能。第2章液壓傳動(dòng)的基本知識(shí)液壓油的作用：工作介質(zhì)—傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；潤(rùn)滑劑—潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)部件本章主要講解液壓油性質(zhì)、參數(shù)、能量傳遞及傳動(dòng)中的常見(jiàn)問(wèn)題。2.1液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)2.1.1液壓油的主要性質(zhì)：

液壓油的密度

液壓油的粘性

液壓油的可壓縮性

其他性質(zhì)快來(lái)看哦！密度定義：?jiǎn)挝惑w積液體的質(zhì)量ρ=m/vkg/m3液壓油的密度隨著溫度或壓力的變化而變化，但變化不大，通常忽略。一般取ρ=900kg/m3?？蓧嚎s性

定義：液體受壓力后其容積發(fā)生變化的性質(zhì)。注：一般液壓系統(tǒng)，其液體的可壓縮性很小，可認(rèn)為油液不可壓縮，而在壓力變化很大的高壓系統(tǒng)則必須考慮。當(dāng)液壓油中混入空氣，其壓縮性將顯著增加嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作性能。粘性

定義：液體分子之間存在內(nèi)聚力,液體在外力作用下流動(dòng)時(shí),液體分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)摩擦力的產(chǎn)生,液體流動(dòng)時(shí)具有內(nèi)摩擦力的性質(zhì)被稱為粘性.

注：靜止液體不呈現(xiàn)粘性粘性

粘度：衡量粘性大小的物理量動(dòng)力粘度μ

運(yùn)動(dòng)粘度ν

相對(duì)粘度0E

動(dòng)力粘度定義：動(dòng)力粘度又稱絕對(duì)粘度，它表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)。用μ來(lái)表示。單位：在國(guó)際單位（SI制）中為帕·秒（Pa·s）運(yùn)動(dòng)粘度定義：動(dòng)力粘度與液體密度之比值。

ν=μ/ρ

單位:SI制:m2/S工程單位制：st（斯）、cst（厘斯）（cm2/s）（mm2/s）換算關(guān)系：1m2/s=104st=106cst運(yùn)動(dòng)粘度應(yīng)用:運(yùn)動(dòng)粘度，常用于液壓油牌號(hào)標(biāo)注.

液壓油的牌號(hào)，就是這種油液在40攝氏度時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值（mm2/s)。例如：牌號(hào)—32號(hào)液壓油，指這種油在40°C時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度為32cst。老牌號(hào)—20號(hào)液壓油，指這種油在50°C時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度為20cst。相對(duì)粘度定義：相對(duì)粘度又稱條件粘度，它是采用特定的粘度計(jì)，在規(guī)定的條件下測(cè)出來(lái)的液體粘度。

∵μ不易直接測(cè)量，∴工程中常用測(cè)定方法較容易的相對(duì)粘度來(lái)表示。相對(duì)粘度恩氏粘度：由恩氏粘度計(jì)測(cè)定，即將200cm3的被測(cè)液體裝入底部有直徑為2.8mm小孔的恩氏粘度計(jì)的容器中，在某一特定溫度時(shí)，測(cè)定全部液體在自重作用下流過(guò)小孔所需的時(shí)間與同體積的蒸餾水在20攝氏度時(shí)流過(guò)同一小孔所需的時(shí)間之比值，便是該液體在此溫度的恩氏粘度，用°E表示。恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度之間的換算關(guān)系：ν=（7.31°E-6.31/°E）×10-6粘度的影響因素

1、粘度和壓力的關(guān)系

∵p↑，內(nèi)摩擦力↑,粘度↑∴粘度隨p↑而↑，液壓系統(tǒng)中，若系統(tǒng)壓力不高，壓力對(duì)粘度的影響可以忽略不計(jì)，50MPa以上才考慮。粘度的影響因素2、粘度和溫度的關(guān)系溫度↑，內(nèi)摩擦力↓，粘度↓;反之,粘度↑注: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。

其它性質(zhì)液壓油還有一些其它的物理化學(xué)性質(zhì)，如：抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤(rùn)滑性、抗凝性等2.1.2液壓傳動(dòng)介質(zhì)的選用一、要求：（1）合適的粘度和良好的粘溫特性；（2）良好的潤(rùn)滑性；（3）化學(xué)穩(wěn)定性好;（4）質(zhì)地純凈,抗泡沫性好.（5）閃點(diǎn)要高（130~150°C），凝固點(diǎn)低（-10~-15°C）。（6）對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境污染小，成本低，價(jià)格便宜注解閃點(diǎn):油品在特定的標(biāo)準(zhǔn)條件下加熱至某一溫度，令由其表面逸出的蒸氣剛夠與周圍的空氣形成一可燃性混合物，當(dāng)以一標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試火源與該混合物接觸時(shí)即會(huì)引致瞬時(shí)的閃火，此時(shí)油品的溫度即定義為其閃點(diǎn)。油品閃點(diǎn)的高低表明油品的易燃程度，易揮發(fā)性化合物的含量，氣化程度以及它的安全性。

對(duì)液壓油的要求及選用(二）種類和選用：按成分不同分為：同上。按用途不同分為：機(jī)械油、精密機(jī)床液壓油、汽輪機(jī)油、變壓器油等。打起精神了！液壓油選擇：首先根據(jù)工作條件（v、p、T）和元件類型選擇油液品種，然后根據(jù)粘度選擇牌號(hào)慢速、高壓、高溫：粘度大通常<快速、低壓、低溫：粘度小對(duì)液壓油的要求及選用2.1.3工作介質(zhì)的污染和控制油液的污染：是指油液中含有固體顆粒、水、微生物等雜物。影響：固體顆粒和膠狀生成物堵塞濾油器或閥類元件的小孔或縫隙。微小固體顆粒加速有相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件表面的摩損、劃傷密封件。水分和空氣的混入會(huì)降低液壓油液的潤(rùn)滑性，并加速其氧化變質(zhì)，產(chǎn)生氣蝕。2.1.3工作介質(zhì)的污染和控制措施：減少外來(lái)的污染；濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)；控制液壓油液的工作溫度；定期檢查更換液壓油液。2.2液壓傳動(dòng)的主要參數(shù)壓力和流量1.壓力的概念：液體在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)慣稱壓力）。定義式：p=F/A2.2.1壓力壓力的單位1Pa=1N/m21MPa=106Pa1at（工程大氣壓）=9.8×104Pa1kgf/cm2=1at（工程大氣壓）1bar=105Pa≈1.02kgf/cm22.靜壓傳遞作用于液體上的力

作用于液體表面的力p=ρgh+F/A+p0在液壓系統(tǒng)中，由液體自重和大氣壓所產(chǎn)生的壓力常忽略不計(jì)，一般認(rèn)為靜止液體壓力都是由外力作用產(chǎn)生的，稱為靜壓力。重力大氣壓2.靜壓傳遞帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）：在密閉容器內(nèi)的靜止液體，由外力作用在液面的壓力能等值地傳遞到液體內(nèi)部所有各點(diǎn)。p=F

/A1，當(dāng)F時(shí)，p,當(dāng)pA2=W

時(shí)，大活塞開始運(yùn)動(dòng)。結(jié)論：F

/A1=W/A2；F/W=A1/A22.靜壓傳遞靜壓力傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：1）傳動(dòng)必須在密封容器內(nèi)進(jìn)行。2）系統(tǒng)內(nèi)壓力大小取決于外負(fù)載的大小。3）液壓傳動(dòng)可以將力放大，力的放大倍數(shù)等于活塞面積之比。靜壓傳遞3.液壓系統(tǒng)中壓力的建立液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，流動(dòng)油液在某處的壓力也是因?yàn)槭艿礁鞣N形式負(fù)載的擠壓而產(chǎn)生的。除了靜壓力外，流動(dòng)油液中還有動(dòng)壓力，可忽略不計(jì)。3.液壓系統(tǒng)中壓力的建立F=0,p=0F≠0,p=F/AF∞,p∞3．液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中壓力的建立1）當(dāng)F=0時(shí)，p=02）當(dāng)F≠0時(shí)，p=F/A3）當(dāng)活塞碰到死擋鐵時(shí)，F(xiàn)相當(dāng)于無(wú)限大，p會(huì)急劇升高，如沒(méi)有保護(hù)措施，系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)將會(huì)損壞。3.液壓系統(tǒng)壓力的建立當(dāng)泵出口有兩個(gè)負(fù)載并聯(lián)時(shí)：pc＜p時(shí)，活塞不動(dòng)，溢流閥打開溢流。pc＞p時(shí)，溢流閥關(guān)閉，活塞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，油壓達(dá)到pc時(shí)，溢流閥打開溢流。pc=p時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)，溢流閥打開溢流。3.液壓系統(tǒng)壓力的建立結(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，當(dāng)某處有幾個(gè)負(fù)載并聯(lián)時(shí)，壓力的大小取決于克服負(fù)載的各個(gè)壓力值中的最小值。應(yīng)特別注意的是，液體壓力是從無(wú)到有，從小到大迅速建立起來(lái)的4.壓力的表示方法絕對(duì)壓力—以絕對(duì)零壓力為基準(zhǔn)所測(cè)相對(duì)壓力—以大氣壓力為基準(zhǔn)所測(cè)注：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力均為相對(duì)壓力，即表壓力相對(duì)壓力=絕對(duì)壓力-大氣壓力真空度—當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，絕對(duì)壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值。真空度=大氣壓力–絕對(duì)壓力5.液體作用在固體壁面的力作用在平面上的作用力：F=p·A在液壓系統(tǒng)中，油液在密閉的管路中流動(dòng)，油液有壓力，所以，油液對(duì)管壁和元件內(nèi)壁有作用力，有時(shí)候，我們需要計(jì)算這種作用力的大小，以用于選擇材料，校核強(qiáng)度。作用在曲面上的作用力：

5.液體作用在固體壁面的力在工程上通常只需計(jì)算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力

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。Fx=p·Ax；Fy=p·Ay；Fz=p·Az5.液體作用在固體壁面的力通流截面：液體在管道中流動(dòng)時(shí)，垂直于流動(dòng)方向的截面.2.2.2流量2.2.2流量1.流量的概念理想液體：既無(wú)粘性又不可壓縮的假想液體.流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某通流截面的液體體積。q

=Ｖ／t單位:SI制m3/s;工程L/min1m3/s=6×104L/min平均流速：通流截面上各點(diǎn)流速的平均值.v=q/A

液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度

結(jié)論：活塞或液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度等于液壓缸內(nèi)油液的平均速度，其大小取決于輸入液壓缸的流量。

v1=q1/A1v2=q2/A2v=v1=v2q1-進(jìn)入液壓缸的流量q2-排出液壓缸的流量A1-進(jìn)油腔活塞的有效作用面積A2-排油腔活塞的有效作用面積2.液流的連續(xù)性

液流連續(xù)性原理：理想狀態(tài),液體在同一時(shí)間內(nèi)流過(guò)同一通道兩個(gè)通流截面的體積相等.

q1=q2

注：質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用2.液流的連續(xù)性連續(xù)性方程：q1=q2

q1=v1A1q2=v2A2v1A1=v2A2v1/v2=A2/A1因而流速與通流面積成反比。2.3液體流動(dòng)時(shí)的能量2.3.1理想液體流動(dòng)時(shí)的能量理想液體在管道中流動(dòng)時(shí),具有三種能量:液壓能+動(dòng)能+位能.注:根據(jù)能量守恒定律，理想液體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等.伯努利方程理想液體的伯努利方程:p1+ρ

v12/2+ρgh1=p2+ρv22/2+ρgh2伯努利方程實(shí)際液體伯努利方程:p1+ρ

v12/2+ρgh1=p2+ρv22/2+ρgh2+△p注：在液壓系統(tǒng)中，壓力能比動(dòng)能和位能的和大得多。所以，動(dòng)能和位能一般忽略不計(jì)，液體主要是依靠它的壓力能來(lái)作功。液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用形式：p1=p2+△p2.3.3液體系統(tǒng)的能量損失1.壓力損失液阻:由于流動(dòng)油液各質(zhì)點(diǎn)之間以及油液與管壁之間的摩擦與碰撞會(huì)產(chǎn)生阻力,這種阻力稱為液阻.壓力損失：系統(tǒng)存在液阻,油液流動(dòng)時(shí)會(huì)引起能量損失,主要表現(xiàn)為壓力損失.分類：沿程壓力損失、局部壓力損失1)沿程壓力損失定義：液體在直徑不變的直管中流動(dòng)時(shí)，因內(nèi)外摩擦力而產(chǎn)生的壓力損失。影響因素：直管中壓力損失主要取決于管長(zhǎng)、流速、液體粘性以及油管的內(nèi)徑及粗糙度，管道越長(zhǎng)，沿程損失越大。定義

:當(dāng)液體流經(jīng)彎頭、接頭、突變截面以及閥口時(shí)，由于流速或流向的劇烈變化，形成旋渦、脫流，因而使液體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊而產(chǎn)生的壓力損失，稱為局部損失。注：液壓系統(tǒng)中主要的壓力損失為局部壓力損失．2）局部壓力損失壓力損失的危害

△p→熱能→粘度↓→泄漏↑→污染

↓散逸

↓

液壓元件受熱膨脹也會(huì)影響正常工作，甚至卡死。壓力損失的近似估算p泵=K壓p缸p泵——液壓泵的最高工作壓力p缸——液壓缸的最高工作壓力K壓——系統(tǒng)的壓力損失系數(shù)，一般取值為1.3-1.5;系統(tǒng)復(fù)雜或管路較長(zhǎng)取較大的值2、流量損失泄漏定義：在液壓系統(tǒng)正常工作情況下，從液壓元件的密封間隙漏過(guò)少量油液的現(xiàn)象。泄漏包括：外泄漏、內(nèi)泄漏流量損失的近似估算q泵=K漏q缸q泵——液壓泵的最大輸出流量q缸——液壓缸的最大流量K漏——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取值為1.1-1.3;系統(tǒng)復(fù)雜或管路較長(zhǎng)取較大的值。3.液壓傳動(dòng)的功率計(jì)算1）液壓缸的輸出功率P缸:P缸=p缸q缸2）液壓泵的輸出功率P泵:P泵=p泵q泵3.液壓傳動(dòng)的功率計(jì)算3）液壓泵的效率和驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算液壓泵的總效率：驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)功率：2.4液體流經(jīng)小孔和間隙時(shí)的流量概述：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（直徑一般在1mm以內(nèi)），縫隙雖窄（寬度一般在0.1mm以下），但其作用卻不可等閑視之。一、液體流經(jīng)小孔的流量計(jì)算

薄壁小孔l/d≤0·5孔口分類<細(xì)長(zhǎng)小孔l/d>4短孔0.5<l/d≤4

一、液體流經(jīng)小孔的流量計(jì)算流量通用方程：q=KA△pm

K-由孔口形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)A-孔的通流截面積△p-小孔前、后的壓力差m-由孔的長(zhǎng)徑比決定的指數(shù)，細(xì)長(zhǎng)孔m=1,薄壁孔m=0.5,短孔0.5＜m＜1注：油液流經(jīng)薄壁小孔時(shí)，流量受溫度變化影響小，所以常用作液壓系統(tǒng)的節(jié)流元件，細(xì)長(zhǎng)孔則常作為阻尼孔。相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的間隙大小對(duì)液壓元件的性能影響極大。間隙太小會(huì)使零件卡死；間隙過(guò)大，會(huì)造成泄漏，使系統(tǒng)效率和傳動(dòng)精度降低，同時(shí)污染環(huán)境。流經(jīng)固定平行平板間隙的流量與間隙量h的三次方成正比；流經(jīng)環(huán)狀間隙的流量不僅與徑向間隙量有關(guān)，而且還隨著圓環(huán)內(nèi)外圓的偏心距的增大而增大。二、液體流經(jīng)間隙的流量第六節(jié)

液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊：液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起壓力突然急劇上升，形成很高壓力峰值的現(xiàn)象。如：急速關(guān)閉自來(lái)水管可能使水管發(fā)生振動(dòng)，同時(shí)發(fā)出噪聲。

液壓沖擊產(chǎn)生的原因1）液壓沖擊的產(chǎn)生多發(fā)生在閥門突然關(guān)閉或運(yùn)動(dòng)部件快速制動(dòng)的場(chǎng)合，這時(shí)，油液迅速換向或油路突然關(guān)閉，使液體受阻，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，使壓力升高，從而產(chǎn)生了壓力沖擊波。2)當(dāng)液壓系統(tǒng)某些元件