液壓與氣壓傳動

液壓與氣壓傳動普通高等教育“十一五〞國家級規(guī)劃教材〔ISBN6-111-19113-7〕多媒體課件

液壓與氣壓傳動是針對普通高等職業(yè)技術(shù)教育的特點，根據(jù)編者多年的教學(xué)與實踐經(jīng)驗編寫的。全書共分16章，前9章詳細講解了液壓傳動部份，后7章介紹了氣壓傳動部份。液壓與氣壓傳動可作為高等職業(yè)技術(shù)院校機械類專業(yè)教材，也可以作為相關(guān)行業(yè)崗位培訓(xùn)教材。進入21世紀(jì)高職高專規(guī)劃教材〔機械類〕1編輯ppt液壓與氣壓傳動普通高等教育“十一五〞國家級規(guī)劃教材制作羅紅專緒論第4章液壓控制元件第3章液壓缸第2章液壓動力元件第1章液壓傳動的根底知識第5章液壓輔助元件第6章液壓根本回路第9章液壓系統(tǒng)設(shè)計第8章液壓伺服系統(tǒng)第11章氣壓傳動概述第12章氣壓傳動元件第13章氣動根本回路與系統(tǒng)第14章氣動系統(tǒng)安裝調(diào)試和維護

第7章典型液壓傳動系統(tǒng)2編輯ppt緒論0.1液壓傳動的開展及研究對象0.2液壓傳開工作原理0.2.1液壓千斤頂工作原理0.2.2磨床工作臺工作原理0.3液壓傳動的組成及特點0.3.1液壓傳動系統(tǒng)組成0.3.2液壓傳動的優(yōu)缺點3編輯ppt緒論工作介質(zhì):油液控制元件：閥液壓傳動:原動機的機械能液體的壓力能液體的壓力能

執(zhí)行機構(gòu)的機械能(所需的運動和動力)

緒論4編輯ppt緒論液壓技術(shù)的開展，可追溯到17世紀(jì)帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，開始奠定了流體靜壓傳動的理論根底。在第二次世界大戰(zhàn)后，液壓技術(shù)由軍工迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)。我國液壓工業(yè)經(jīng)過40余年的開展，其生產(chǎn)的液壓產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防等各個部門。近20年來，產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)飛快開展。設(shè)計生產(chǎn)了許多新型液壓元件。此外通過計算機輔助設(shè)計〔CAD〕、計算機輔助測試〔CAT〕、污染控制、故障診斷、機電一體化等方面研究成果的應(yīng)用，液壓技術(shù)水平得到很大的提高。液壓傳動的任務(wù)：研究液壓系統(tǒng)各類元件的結(jié)構(gòu)、作用、工作原理、應(yīng)用方法，以及組成液壓系統(tǒng)的特點。掌握液壓設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護及操作。

0.1開展及研究對象5編輯ppt0.2液壓傳開工作原理緒論0.2.1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砣鐖D0-1所示。大缸體3和大活塞4組成了舉升缸，杠桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動液壓泵。當(dāng)抬起手柄6，使小活塞7向上移動，小活塞下腔密封容積增大形成局部真空時，單向閥9翻開，油箱1中的油液在大氣壓力的作用下通過吸油管進入小活塞的下腔，完成一次吸油過程。當(dāng)用力壓下手柄6時，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油液受擠壓使壓力升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5翻開，油液進入舉升缸下腔，驅(qū)動大活塞4使重物G上升一段距離，完成一次排油過程。反復(fù)地抬、壓手柄，使油液不斷地壓入舉升缸，重物不斷升高，到達起重的目的。如將放油閥2旋轉(zhuǎn)90°，活塞4可以在重力的作用下實現(xiàn)回程。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程。6編輯ppt1—油箱2—放油閥3—大缸體4—大活塞

5、9—單向閥6—杠桿手柄7—小活塞8—小缸體

緒論圖0-1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?編輯ppt緒論8編輯ppt0.2.2磨床工作臺工作原理緒論圖0-2磨床工作臺液壓傳動原理圖a)液壓傳動結(jié)構(gòu)原理圖b)用圖形符號表示的液壓原理圖1—油箱2—過濾器3—液壓泵4—節(jié)流閥5—溢流閥6—換向閥7—手柄8—液壓缸9—活塞10—工作臺P、A、B、T—各油口a)b)

如圖0-2所示。系統(tǒng)的功能是推動磨床工作臺實現(xiàn)往復(fù)直線運動，其工作過程如下。9編輯ppt緒論⑴工作臺向右直線運動：電動機(圖中未畫)帶動液壓泵3工作，從油箱l中吸入液壓油，經(jīng)過過濾器2進入油管，走節(jié)流閥4進入換向閥6，當(dāng)手柄7向右推時，閥芯向右移，使油液進入液壓缸8的左腔，推動活塞9向右移動，同時帶開工作臺10向右直線運動。⑵工作臺向左直線運動：由于工作臺運動方向需要變化，當(dāng)手柄7向左拉時，換向閥6的閥芯相對于閥體位置改變，油液通道發(fā)生變化，于是液壓泵3從油箱1中吸入的液壓油，經(jīng)進油路進入液壓缸8的右腔，推動活塞9向左移動，帶開工作臺10向左直線運動。⑶工作臺處于停止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)換向閥6閥芯相對于閥體處于中位時，如圖1-2a所示位置，這時由液壓泵3輸出的壓力油經(jīng)溢流閥5，沿回油管直接流回油箱1。磨床工作時，工作臺往復(fù)運動速度能夠調(diào)節(jié)。通過改變節(jié)流閥4的開口大小，來控制通過節(jié)流閥的流量，從而控制進入液壓缸的流量，使其控制工作臺運動速度的快慢，即液壓缸的運動速度取決于流量。

10編輯ppt緒論工作臺移動時，要克服各種負載(如切削力、摩擦力等)。因為工件材料不同、切削用量不同，其負載大小也不同，因此液壓缸必須有足夠大的推力來克服工作負載。液壓缸的推力是由油液壓力產(chǎn)生的，其負載越大，所需推力就越大，工作壓力也越高。即工作壓力的上下直接取決于負載的大小。同時根據(jù)負載不同，系統(tǒng)提供的油液壓力可以調(diào)整，通過調(diào)整溢流閥5的彈簧壓緊力來控制油液的壓力，壓緊力越大，油液壓力越大；反之那么小。油液的壓力數(shù)值可以通過壓力表來觀察，當(dāng)系統(tǒng)壓力到達溢流閥的調(diào)整壓力時，溢流閥溢流，系統(tǒng)的壓力維持在溢流閥的調(diào)定值上，油液壓力不再升高。綜上所述，液壓傳動系統(tǒng)是以液壓油為工作介質(zhì)來實現(xiàn)各種機械傳動和控制的。其壓力和流量是液壓系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)，它們的特性是液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負載，液壓缸的運動速度取決于流量。液壓系統(tǒng)圖按國標(biāo)GB/T786.1—1993中所規(guī)定的繪制。11編輯ppt0.3液壓傳動的組成及特點緒論0.3.1液壓傳動系統(tǒng)組成

⑴動力裝置：泵，將機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的裝置。

⑵執(zhí)行裝置：缸或馬達，將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。⑶控制裝置：閥，對液體的壓力、流量和流動方向進行控制和調(diào)節(jié)的裝置。⑷輔助裝置：對工作介質(zhì)起到容納、凈化、潤滑、消聲和實現(xiàn)元件間連接等作用的裝置。⑸傳動介質(zhì)：傳遞能量的液體——液壓油。12編輯ppt圖0-3氣壓傳動系統(tǒng)1－電動機2－空氣壓縮機3－儲氣罐3-壓力控制閥4-邏輯元件5-方向控制閥6-流量控制閥7-機控閥9－氣缸8-消聲器11－油霧器12－空氣過濾器13編輯ppt0.3.2液壓傳動的優(yōu)缺點緒論

液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比有以下優(yōu)點⑴輸出力大,定位精度高、傳動平穩(wěn)，使用壽命長。⑵容易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大。⑶容易實現(xiàn)過載保護和自動控制。⑷機構(gòu)簡化和操作簡單。液壓傳動的缺點⑴傳動效率低，對溫度變化敏感，實現(xiàn)定比傳動困難。⑵出現(xiàn)故障不易診斷。⑶液壓元件制造精度高，⑷油液易泄漏。14編輯ppt§0-4液壓與氣動技術(shù)的應(yīng)用工程機械推土機、挖掘機、壓路機起重運輸汽車吊、叉車、港口龍門吊礦山機械鑿巖機、提升機、液壓支架建筑機械打樁機、平地機、液壓千斤頂農(nóng)業(yè)機械拖拉機、聯(lián)合收割機冶金機械壓力機、軋鋼機鍛壓機械壓力機、模鍛機、空氣錘機械制造組合機床、沖床、自動線、氣動扳手輕工機械打包機、注塑機汽車工業(yè)汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器、自卸汽車智能機械模擬駕駛艙、機器人

15編輯ppt平面磨床16編輯ppt四柱液壓機17編輯ppt注塑機18編輯ppt挖掘機19編輯ppt推土機20編輯ppt升降機21編輯ppt汽車式升降臺返回22編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.1液體的性質(zhì)1.1.1液壓油的物理性質(zhì)1.1.2粘度的表示方法1.1.3液壓油的根本要求1.1.4常用液壓油的類型1.1.5液壓油的選用1.1.6液壓油污染控制措施1.2液體靜力學(xué)根底1.2.1靜止液體的壓力及其性質(zhì)1.2.2帕斯卡原理23編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.2.3壓力表示方法1.2.4液體對固體壁面的作用力1.3液體動力學(xué)根底1.3.1根本概念1.3.2連續(xù)性方程1.3.3伯努利方程1.3.4液體動量方程1.4管路的壓力損失1.4.1沿程壓力損失1.4.2局部壓力損失1.4.3管路系統(tǒng)中的壓力損失24編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.4.4液壓泵出口壓力確實定1.5液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性1.5.1液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性1.5.2液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性1.6液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象1.6.1液壓沖擊1.6.2氣穴現(xiàn)象25編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識第1章液壓傳動的根底知識

油液是液壓傳動與控制系統(tǒng)中用來傳遞能量的工作介質(zhì)。此外，它還起著傳遞信號、潤滑、冷卻、防銹和減振等作用。26編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

1.1液體的性質(zhì)油液直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能，因此必須合理的選擇和使用。1.1.1液壓油的物理性質(zhì)

1.液體的密度密度是指單位體積內(nèi)液體所具有的質(zhì)量，用符號ρ表示，單位為kg/m3。計算式為

液壓油的密度隨壓力的升高而增大，隨著溫度的升高而減小。但在通常的使用壓力和溫度范圍內(nèi)對密度的影響都極小，一般情況下可視液壓油的密度為常數(shù)，其密度值為900kg/m3。

〔1-1〕27編輯ppt

2.液體的可壓縮性液體受壓力作用其體積會減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，其定義為單位壓力變化時引起的液體單位體積的變化量，用體積壓縮率k來表示，單位為m2/N，計算式為

由于液體隨壓力的增加體積減小，故在公式前加負號，使k為正值。〔1-2〕第1章液壓傳動的根底知識28編輯ppt液體的體積壓縮系數(shù)〔或體積彈性模量〕說明液體抵抗壓縮能力的小，其值與壓力、溫度有關(guān)，但影響甚小。因此，在壓力、溫度變化不大的液壓系統(tǒng)中可視為常數(shù)，認為液壓油是不可壓縮的。常用油液體積彈性模量K＝〔1.2～2.0〕×109Pa。

第1章液壓傳動的根底知識

體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為體積彈性模量K，單位為Pa，寫成微分形式，即〔1-3〕K29編輯ppt

如圖2-1所示，粘性使流動液體內(nèi)部各處的速度不等。假設(shè)兩平行平板間存在著液體，當(dāng)上平板以u0速度向右運動，下平板靜止不動時，液體在附著力的作用下，緊貼上平板的一層液體以u0速度向右運動，而緊貼下平板的液體保持靜止，當(dāng)兩平板之間的距離較小時，各液層間的速度呈線性變化。第1章液壓傳動的根底知識圖1-1液體粘度示意圖

3.液體的粘性液體流動時分子間相互牽制的力稱為液體的內(nèi)摩擦力或粘滯力，而液體流動時呈現(xiàn)阻礙液體分子之間相對運動的這種性質(zhì)稱為液體的粘性。30編輯ppt式〔1-4〕稱為牛頓液體的內(nèi)摩擦定律。

根據(jù)實驗得出，液體流動時相鄰液層間的內(nèi)摩擦力F與接觸面積A和速度變化量du成正比，與液層間距離的變化量dy成反比，其比例系數(shù)為μ，即或?qū)懗伞?-4〕第1章液壓傳動的根底知識31編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識圖1-2液體的粘度-溫度特性曲線1—石油型普通液壓油2—石油型高度指數(shù)液壓油3—水包油乳化液4—水-乙二醇5—磷酸酯液

4.粘度和壓力、溫度的關(guān)系液體的粘度隨壓力變化的性質(zhì)稱為液體的粘壓特性，液體壓力增大時，其粘度增大；變化量較小，可忽略不計。液體粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為液體的粘溫特性。如圖1-2所示，粘度隨溫度變化越小，其粘溫特性越好，該油適宜溫度范圍就越廣。32編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.1.2粘度的表示方法液體的粘度主要用動力粘度、運動粘度和相對粘度來表示。1.動力粘度動力粘度是絕對粘度，是指液體在單位速度梯度流動時的外表切應(yīng)力。其計算式為〔1-5〕動力粘度的單位為帕·秒〔Pa·s〕1Pa·s＝10P〔泊〕＝103cP(厘泊)33編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

〔1-6〕運動粘度的單位為m2/s，或斯〔St〕和厘斯〔cSt〕。1m2/s=104St(cm2/s)=106cSt(mm2/s)。我國液壓油的牌號：指在某一溫度下運動粘度的平均厘斯〔cSt〕值來表示，例如N32號液壓油，就是指此種油在40℃時運動粘度的平均值為32厘斯。

2.運動粘度液體的動力粘度μ與它的密度ρ之比，用符號ν表示，即34編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

3.相對粘度相對粘度有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度等。恩氏粘度的測量方法：將200mL的被測液體放入粘度計的容器內(nèi)，加熱到溫度t℃后，讓它沉著器底部一個2.8mm的直徑小孔流出，測出液體全部流出所用的時間t1；然后與流出同樣體積的20℃的蒸餾水所需時間t20之比，比值即為該液體在溫度t℃時的恩氏粘度，用符號oEt表示，即〔1-7〕35編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識在20℃時，水值常數(shù)t20=50～52。工業(yè)上常以20℃、50℃、100℃作為測定液體粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此得到的恩氏粘度可用0E20、0E50、0E100標(biāo)記。恩氏粘度和運動粘度可通過以下經(jīng)驗公式進行換算〔1-8〕(m2/s)36編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識⑴粘溫特性好，壓縮性要小。⑵潤滑性能好，防銹、耐腐蝕性能好。⑶抗泡沫、抗乳化性好。⑷抗燃性能好。1.1.3液壓油的根本要求37編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識礦物油型液壓油是以石油的精煉物為根底，參加各種添加劑調(diào)制而成。這種油液的特點是潤滑性好，腐蝕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，所以約90％以上的液壓系統(tǒng)采用此類液壓油。常見液壓油的代號、特性和用途見表1-1所示。1.1.4常用液壓油的類型38編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識類別組成代號特性和用途礦物型液壓油無添加劑的石油基液壓油L—HH穩(wěn)定性差，易起泡，主要用于潤滑HH+抗氧化劑、防銹劑L—HL有抗氧化和防銹能力，常用于中低壓液壓系統(tǒng)HL+抗磨劑L—HM改善抗磨性能，適用于工程機械、車輛液壓系統(tǒng)HL+增粘劑L—HR改善溫粘特性，適用于環(huán)境溫度變化較大的低壓系統(tǒng)和輕負載機械的潤滑部位HM+增粘劑L—HV改善溫粘特性，可用于環(huán)境溫度在－40～20℃的高壓系統(tǒng)。低溫粘度小，高溫下能保持一定粘度，故適用范圍寬M+防爬劑L—HG改善粘滑性能，適用液壓及導(dǎo)軌潤滑為同一油路系統(tǒng)的精密機床抗燃液壓液含水液壓液高含水液壓液L—HFA難燃、溫粘特性好，有防銹能力，潤滑性差，易泄漏。適用于抗燃、用油量大且泄漏嚴(yán)重的系統(tǒng)油包水乳化液L—HFB有抗磨、防銹性能和抗燃性，用于有抗燃要求的中壓系統(tǒng)水-乙二醇L—HFC有溫粘特性、難燃和抗蝕性好，能在－20～50℃溫度下使用，用于有抗燃要求的中低壓系統(tǒng)合成液壓液磷酸酯氯化烴HFDR+HFDS其他合成液壓液L—HFDRL—HFDSL—HFDTL—HFDU難燃、潤滑性好，抗磨性能和抗氧化性能良好，能在較廣溫度范圍內(nèi)使用。用于有抗燃要求的高壓精密液壓系統(tǒng)表1-1常見液壓油的代號、特性和用途39編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識液壓油對液壓系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性、工作可靠性、靈敏性、系統(tǒng)效率、功率損耗、氣蝕和磨損等都有顯著影響，所以選用液壓油時，選擇適宜的粘度和適當(dāng)?shù)挠鸵浩贩N。⑴按工作機的類型選用；精密機械與一般機械對粘度要求不同，為了防止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粘度的液壓油。如機床液壓伺服系統(tǒng)，為保證伺服機構(gòu)動作靈敏性，也宜采用粘度較低的油液。⑵按液壓泵的類型選用：液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運動速度、壓力和溫升都較高，工作時間又較長，因而對粘度要求較嚴(yán)格，所以選擇粘度時應(yīng)先考慮到液壓泵。否那么，泵磨損過快，容積效率降低，甚至可能破壞泵的吸油條件。在一般情況下，可將液壓泵要求的粘度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)，見表1-2所示。1.1.5液壓油的選用40編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

條件液壓泵類型運動粘度(40℃)/mm2·s-1環(huán)境溫度5～40℃時運動粘度(40℃)/mm2·s-1

環(huán)境溫度40～80℃時葉片泵7MPa以下30～5040～757MPa以上50～7055～90齒輪泵30～7095～165柱塞泵30～5065～240表1-2按液壓泵類型推薦用油粘度41編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

⑶按液壓系統(tǒng)工作壓力選用：工作壓力較高時，宜選用粘度較高的油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低；工作壓力較低時，宜用粘度較低的油，這樣可以減少壓力損失，例如機床工作壓力一般低于6.3MPa，采用(20～60)×8-6m2／s的油液；工程機械工作壓力屬于高壓，多采用較高粘度的油液。

⑷考慮液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度：礦物油的粘度受溫度影響很大，為了保證在工作溫度下有較適宜的粘度，還必須考慮環(huán)境溫度的影響。當(dāng)溫度高時，宜采用粘度較高的油液；環(huán)境溫度低時，宜采用粘度較低的油液。42編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識⑸考慮液壓系統(tǒng)的運動速度：當(dāng)液壓系統(tǒng)工作部件的運動速度很高時，油液的流速也高，液壓損失隨著增大，而泄漏相對減少，因此宜用粘度較低的油液；反之，當(dāng)工作部件運動速度較低時，每分鐘所需的油量很小，這時泄漏相對較大，對系統(tǒng)的運動速度影響也較大，所以宜選用粘度較高的油液。

⑹選擇適宜的液壓油品種：液壓系統(tǒng)使用的油液品種很多，主要有機械油、變壓器油、汽輪機油、通用液壓油、低溫液壓油、抗燃液壓油和抗磨液壓油等。機械油最為廣泛采用。如果溫度較低或溫度變化較大時，應(yīng)選擇粘溫特性好的低溫液壓油；假設(shè)環(huán)境溫度較高且有防火要求，那么應(yīng)選擇抗燃液壓油；如果設(shè)備長期在重載下工作，為減少磨損，可選用抗磨液壓油。選擇適宜的液壓油品種可以保證液壓系統(tǒng)的正常工作，減少故障發(fā)生，還可以提高設(shè)備使用壽命。43編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

液壓油污染是液壓系統(tǒng)故障的主要原因，據(jù)統(tǒng)計液壓系統(tǒng)故障至少70％是油液污染造成的。因此液壓油的正確使用、管理和防污是保證液壓系統(tǒng)正?？煽抗ぷ鞯闹匾矫妗?/p>

1.油液污染的主要原因液壓油污染造成液壓系統(tǒng)故障。其主要原因表現(xiàn)為：

1)油液在煉制、運輸和儲存過程中受到了污染。

2)液壓系統(tǒng)在加工、裝配、存儲、運輸過程中灰塵、焊渣、型砂、切屑、磨料等殘留物造成了污染。

3)液壓系統(tǒng)運行中由于油箱密封不完善以及元件密封裝置損壞而由系統(tǒng)外部侵入污染物造成污染。

4)液壓系統(tǒng)運行中自身產(chǎn)生的污染物，如金屬及密封件因磨損而產(chǎn)生的顆粒，油液氧化變質(zhì)生成物也都會造成油液的污染。1.1.6液壓油污染控制措施44編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

2.油液污染的危害液壓系統(tǒng)中污染物主要有固體顆粒、水、空氣、化學(xué)物質(zhì)、微生物等雜物。其中固體顆粒性污垢是引起污染危害的主要原因。1)固體顆粒會使泵的滑動局部(如葉片泵中的葉片和葉片槽、轉(zhuǎn)子端面和配油盤)磨損加劇，縮短泵的使用壽命；對于閥類元件，污垢顆粒會加速閥芯和閥體的磨損，甚至使閥芯卡死，把節(jié)流孔和阻尼孔堵塞，從而使閥的性能下降、變壞、甚至動作失靈；對于液壓缸，污垢顆粒會加速密封件的磨損，使泄漏增大；當(dāng)油液中的污垢堵塞過濾器的濾孔時，會使泵吸油困難、回油不暢，產(chǎn)生氣蝕、振動和噪聲。2)水的侵入加速了液壓油的氧化，并且和添加劑起作用，產(chǎn)生粘性膠質(zhì)，使濾芯堵塞。3)空氣的混入能降低油液的體積模量，引起氣蝕，降低其潤滑性能。4)微生物的生成使油液變質(zhì)，降低潤滑性能，加速元件腐蝕。45編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識3.油液污染的控制措施對液壓油進行良好的管理，保證液壓油的清潔，對于保證設(shè)備的正常運行，提高設(shè)備使用壽命有著非常重要的意義。對液壓油的污染控制工作概括起來有兩個方面：一是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)；二是把已經(jīng)侵入的污染物從系統(tǒng)中去除出去。污染控制貫穿于液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝、使用、維修等各個環(huán)節(jié)。在實際工作中污染控制主要有以下措施：1)油液使用前保持清潔。液壓油進廠前必須取樣檢驗，參加油箱前應(yīng)按規(guī)定進行過濾。貯運液壓油的容器應(yīng)清潔、密封，系統(tǒng)中漏出來的油液未經(jīng)過濾不得重新參加油箱。2)合理選用液壓元件和密封元件，減少污染物侵入的途徑。裝配前所有液壓元件及零件應(yīng)徹底清洗，特別是細管、細小盲孔及死角的鐵屑、銹片和灰塵、沙粒等應(yīng)清洗干凈。在確保液壓傳動系統(tǒng)性能的前提下，盡量少用液壓元件，減少管路的連接和泄漏。46編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識3)液壓系統(tǒng)在裝配后、運行前保持清潔。液壓元件加工和裝配時要認真清洗和檢驗，裝配后進行防銹處理。油箱、管道和接頭應(yīng)去除毛刺、焊渣后進行酸洗以去除外表氧化物。液壓系統(tǒng)裝配好后應(yīng)做循環(huán)沖洗并進行嚴(yán)格檢查后再投入使用。4)注意液壓油在工作中保持清潔。液壓油在工作中會受到環(huán)境的污染，所以采用密封油箱或在通氣孔上加裝高效能空氣濾清器，可防止外界雜質(zhì)、水分的侵入。合理選用過濾器，是防止雜質(zhì)污染油液的非常重要措施。根據(jù)設(shè)備的要求、使用場合在液壓系統(tǒng)中選用不同的過濾方式、不同精度和結(jié)構(gòu)的濾油器，并對濾油器定期檢查、清洗。5)系統(tǒng)中使用的液壓油應(yīng)定期檢查、補充、更換。6)控制液壓油的工作溫度，防止過高油溫造成油液氧化變質(zhì)。47編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識液體靜力學(xué)主要研究靜止液體所具有的力學(xué)規(guī)律。所謂靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點與質(zhì)點之間沒有相對運動，而液體整體那么完全可以隨同容器一起作各種勻速運動。1.2液體靜力學(xué)根底48編輯ppt

。1.2.1靜止液體的壓力及其性質(zhì)

1.液體的壓力液體單位面積上所受到的法向作用力，常用p來表示。壓力的單位為Pa或MPa，1MPa=106Pa，計算公式為〔1-9〕式中F——法向作用力〔N〕；A——承壓面積〔m2〕。在這里壓力與壓強的概念相同，物理學(xué)中稱為壓強，工程實際中稱為壓力。靜止液體壓力具備兩個重要特性：1)壓力的方向沿著承壓面的內(nèi)法線方向；2)流體內(nèi)任一點上各個方向的壓力相等。第1章液壓傳動的根底知識49編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識在重力作用下靜止液體外表受壓力p0的作用,如圖1-3所示。如果

2.液體靜壓力液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的壓力稱為液體靜壓力。在液壓傳動中所指壓力都是指液體的靜壓力。圖1-3重力作用下的靜止液體50編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識求液體內(nèi)任意一點A的壓力p，可從液面向下取一微小圓柱，其高度為h，底面積為ΔA，那么該圓柱除受側(cè)面力外，上外表受力為p0ΔA，下外表所受力pΔA，液體所受重力為ρghΔA，作用在圓柱的質(zhì)心上。小圓柱在這些力的作用下處于平衡狀態(tài)，于是在垂直方向上力應(yīng)平衡。平衡方程式為〔1-10〕式中g(shù)——重力加速度；

ρ——液體的密度。51編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

由式〔2-10〕簡化后，得液體靜力學(xué)根本方程式如果液面上所受壓力為大氣壓時〔p0=pa〕，那么〔1-11〕式中pa——大氣壓力。由式可知：液體的靜壓力是由液體的自重和液體外表受到的外力產(chǎn)生的?！?-12〕52編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識靜壓力特性：1)靜止液體內(nèi)任意一點的壓力由液面上的壓力〔p0=F/A〕和液體重力引起的壓力ρgh兩局部組成；2)靜止液體內(nèi)的壓力隨深度增加而增大；3)液面深度相等，其靜壓力相等。壓力相等的點組成的面叫做等壓面。在重力作用下等壓面是水平面。53編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

1.2.2帕斯卡原理

靜止液體，當(dāng)其液面上的壓力發(fā)生變化時，液體內(nèi)部任一點的壓力均將發(fā)生相同的變化，即：在密封容器內(nèi)，靜止液體任一點的壓力將等值地傳遞到液體內(nèi)部各點。這就是靜止液體中的壓力傳遞原理，即帕斯卡原理。在液壓傳動系統(tǒng)中，通常由外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重形成的壓力大的多，可以忽略ρgh影響，即認為靜止液體中的壓力處處相等。

54編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識液體壓力表示方法有兩種：一種是以絕對真空為基準(zhǔn)表示的絕對壓力；另一種是以大氣壓力為基準(zhǔn)表示的相對壓力。絕大多數(shù)壓力儀表所測得的壓力是相對壓力，所以也稱為表壓力。在液壓系統(tǒng)中，沒有特別說明的壓力均指相對壓力。絕對壓力和相對壓力的關(guān)系為

絕對壓力＝大氣壓力＋相對壓力當(dāng)液體中某處絕對壓力低于大氣壓力(即相對壓力為負值)時，習(xí)慣上稱該處具有真空，絕對壓力小于大氣壓力的那局部數(shù)值用普通壓力表無法測量，而要用真空計或真空表來測量，所以稱為真空度。它們的關(guān)系為

真空度＝大氣壓力—絕對壓力絕對壓力、相對壓力和真空度的相互關(guān)系如圖2-4所示。1.2.3壓力表示方法55編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識圖1-4絕對壓力、相對壓力和真空度的關(guān)系56編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識例1如圖1-5所示為裝有水銀的U形管測壓計，左端與水的容器相連，右端與大氣相通。汞的密度為ρ汞=13.6×103kg／m3，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=101325Pa。1)如圖2-5a，h=20cm，h1=30cm，試計算A點的相對壓力和絕對壓力。2)如圖2-5b，h1=15cm，h2=30cm，試計算A點的真空度和絕對壓力。圖1-5U形管測壓計57編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識上式求得是相對壓力，A點的絕對壓力是

解：a〕圖取B-B′面為等壓面，列靜力學(xué)方程，即58編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識b〕圖取C-C′面為等壓面，pC壓力等于大氣壓pa，列靜力學(xué)方程，即上式求得是絕對壓力，A點的真空度是59編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.2.4液體對固體壁面的作用力

當(dāng)固體壁面為平面時，液體對固體壁面上的作用力F等于液體壓力p與該平面面積A的乘積,即

〔1-13〕

當(dāng)固體壁面是曲面時，液體作用于曲面某x方向上的作用力等于液體壓力p與曲面在該方向投影面積Ax

的乘積，即〔1-14〕60編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識本節(jié)主要研究液體流動時的流動狀態(tài)、運動規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化等問題。并介紹幾個根本方程，即連續(xù)性方程、能量方程(伯努利方程)和動量方程。它們是液體動力學(xué)根底，也是液壓技術(shù)分析問題和設(shè)計計算的理論依據(jù)。1.3液體動力學(xué)根底61編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.3.1根本概念2.穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動液體流動時，如果任意點處的壓力、流速和密度都不隨時間變化而變化，那么這種流動稱作穩(wěn)定流動，否那么，稱作非穩(wěn)定流動。如圖2-6a所示,由于水箱中的水位保持不變，1-1’、2-2’截面處的壓力、流速和密度都不隨時間變化而變化，故1-1＇、2-2＇截面處為穩(wěn)定流動。如圖1-6b所示1.理想液體和實際液體粘性對液體的流動將產(chǎn)生一定的影響，假設(shè)考慮這種影響，將使問題變得復(fù)雜。為了分析問題的方便清晰，首先假設(shè)液體是沒有粘性的，然后再考慮粘性的影響并進行修正。所以把既無粘性又不可壓縮的液體叫做理想液體，而把實際上既有粘性又可壓縮的液體叫做實際液體。62編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

由于水箱中的水位隨時間而變化，1-1‘、2-2’截面處的壓力、流速和密度都隨時間變化而變化，故1-1＇、2-2＇截面處為非穩(wěn)定流動。在液壓系統(tǒng)中液體流動通常是穩(wěn)定流動狀態(tài)。圖1-6穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動a〕穩(wěn)定流動b〕非穩(wěn)定流動1—水箱2—進水管3—溢流口4—出水管A、B—閥門63編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

3.流量單位時間內(nèi)流過通流截面液體的體積，用符號q表示，單位為m3／s，在工程中常用L／min,1L/min=1/6×8-4m3/s。4.流速通常所說的流速均指平均流速，是假想液體經(jīng)過通流截面的流速是均勻分布的，用符號v表示，單位為m/s。用平均流速計算流量，那么有〔1-15〕式中A——垂直于液體流動方向的通流截面的面積。64編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

5.液體的流動狀態(tài)液體的流動狀態(tài)分為層流和紊流，這一現(xiàn)象可通過雷諾實驗觀察。

1)雷諾實驗，人們?yōu)榱颂剿髁黧w摩擦阻力的規(guī)律，研究了液體流動過程中的物理現(xiàn)象，1883年著名的雷諾(Reynoids)實驗揭示了液體流動時存在著兩種不同的流動狀態(tài)——層流和紊流。如圖2-7所示為雷諾實驗裝置示意圖。在透明水箱內(nèi)，水面下部安裝一根帶有喇叭形進口的玻璃管，管的下游裝有閥門以便調(diào)節(jié)管內(nèi)水的流速。水箱的液面始終保持不變，使液體作穩(wěn)定流動。玻璃管的喇叭形口中心有一根針形小管，紅色液體由針管流出，紅色液體的密度ρ與水的密度ρ幾乎相同。

65編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識實驗結(jié)果說明當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速較小時，管中心的紅色液體呈現(xiàn)一根平穩(wěn)的細線流，沿著玻璃管的軸線流過全管，如圖1-7a所示。隨著水的流速增大至某個值后，紅色液體的細線開始抖動、彎曲，呈現(xiàn)波浪形，如圖1-7b所示，速度再增大，細線被沖散、斷裂，最后使全管內(nèi)水的顏色均勻一致，如圖1-7c所示。圖1-7雷諾實驗裝置示意圖a〕層流b〕過度流c〕紊流66編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

雷諾實驗揭示了液體流動有兩種截然不同的狀態(tài)。一種相當(dāng)于圖1-7a的流動，稱為層流，液體流動呈現(xiàn)層狀；另一種相當(dāng)于圖1-7b、c的流動，稱為紊流，液體流動呈現(xiàn)混雜狀。層流時粘性力起主導(dǎo)地位，液體質(zhì)點受粘性的約束，流動時能量損失??；紊流時慣性力起主導(dǎo)作用，粘性力的制約作用減弱，流動時能量損失大。67編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

2)判別液體的流態(tài)是層流或紊流，可通過雷諾數(shù)Re

來判斷。液體在圓管中流動時的雷諾數(shù)

Re與管道的直徑和液體流速成正比而與運動粘度成反比，即

〔1-16〕式中

v——管道內(nèi)液體的流動速度；

d——圓形管道的直徑；

ν——液體的運動粘度。

液體的流動狀態(tài)是層流或紊流，由臨界雷諾數(shù)Rec決定。當(dāng)雷諾數(shù)Re＜Rec時，流動狀態(tài)為層流；當(dāng)雷諾數(shù)Re＞Rec時，流動狀態(tài)為紊流。通過實驗得出常用管道的臨界雷諾數(shù)見表1-3。68編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識管道Rec管道Rec光滑金屬圓管2320帶環(huán)槽的同心環(huán)狀縫隙700橡膠軟管1600～2000帶環(huán)槽的偏心環(huán)狀縫隙400光滑的同心環(huán)狀縫隙1100圓柱形滑閥閥口260光滑的偏心環(huán)狀縫隙1000錐閥閥口20～100表1-3常用管道的臨界雷諾數(shù)Rec69編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

對于非圓截面的管道來說，雷諾數(shù)Re可用下式計算〔1-17〕式中dH——為管道截面的水力直徑，其值與通流截面的有效面積A

和濕周長度x(通流截面上與液體接觸的固體壁面的周界長度)的關(guān)系式，即〔1-18〕

水力直徑大，液體流動時與管壁接觸少，阻力小，通流能力大；水力直徑小，液體流動時與管壁接觸多，阻力大，通流能力小，容易堵塞。一般液壓傳動系統(tǒng)所用液體為礦物油，粘度較大，且管中流速不大，多屬層流。只有當(dāng)液體流經(jīng)閥口或彎頭等處時才會形成紊流。70編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

當(dāng)液體在管道中作穩(wěn)定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會增多也不會減少，因而在單位時間內(nèi)液體流經(jīng)管道任意截面的質(zhì)量相等，這就是液體的質(zhì)量守恒定律，也稱液流的連續(xù)性定律。如圖1-8所示為液體在直徑不同的管道中流動時的情況。假設(shè)在管道上取l-1′通流截面，其通流截面的面積為A1，液體的平均流速為V1；假設(shè)在管道上取2-2′通流截面，其通流截面的面積為A2，液體的平均流速為V2，液體的密度為ρ。1.3.2連續(xù)性方程71編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

由式可知：液體在同一管道中作穩(wěn)定流動時，流量是一個常數(shù)，管道截面越大處流速越小，管道截面越小處流速越大。

根據(jù)質(zhì)量守恒有(1-19)

常數(shù)即液體流動的連續(xù)性方程為常數(shù)〔1-20〕72編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識圖1-9伯努利方程示意圖

設(shè)密度為ρ的液體在通道內(nèi)流動如圖2-9所示。現(xiàn)任取兩通流截面1-1’和2-2’為研究對象，兩截面至水平參考面的距離分別為h1和h2，兩截面處液體的流速分別為vl和v2，壓力分別為p1和p2。

1.理想液體的伯努利方程由于理想液體無粘性，在管道中作穩(wěn)定流動時就不存在能量損失，這樣同一管道中任意截面上的總能量都應(yīng)相等，這就是能量守恒定律。1.3.3伯努利方程73編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

根據(jù)能量守恒定律可導(dǎo)出重力作用下液體在通道內(nèi)穩(wěn)定流動時方程，即或在通道內(nèi)任意截面，那么有〔1-21〕=常數(shù)〔1-22〕式中

——單位重量液體的壓力能〔壓力頭〕；

式〔1-21〕和式〔1-22〕稱為伯努利方程，其物理意義表示：理想液體在重力場作穩(wěn)定流動時，具有壓力能、位能和動能三種形式，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化，且總和保持不變。h——單位重量液體的的位能〔位置頭〕；——單位重量液體的的動能〔速度頭〕。74編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

2.實際液體的伯努利方程實際液體存在著粘性，流動時會產(chǎn)生能量損失，同時管道局部形狀和尺寸的變化也會引起能量損失，能量損失的大小用hw表示，故對理想液體的伯努利方程進行修正，此時伯努利方程為〔1-23〕式中hw——液體由截面1-1’流到截面2-2’時引起的能量損失；

α1、α2——動能修正系數(shù)，紊流時α=1，層流時α=2。75編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識例2如圖1-10所示，液壓泵的流量q=32L／min,吸油管內(nèi)徑d=20mm,液壓泵吸油口距離液面高度h=500mm,液壓油的運動粘度為20×8-6m2／s，密度900kg／m3，不計壓力損失〔hW=0〕，求液壓泵吸油口的真空度？解：吸油管內(nèi)油液流動的速度：=1.7m/s液壓油在吸油管中的流動狀態(tài)76編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識即真空度

由此可見，泵吸油口的真空度主要是克服位置和速度引起的壓力損失以及摩擦引起的壓力損失，因此，泵口不要離液面過高，以防產(chǎn)生吸空現(xiàn)象。查表1-3知，光滑金屬圓管Rec=2320＞Re=1700，故流動狀態(tài)為層流，即α1=α2=2。選取油池的液面為Ⅰ-Ⅰ和靠近泵吸油口的截面為Ⅱ-Ⅱ，列伯努利方程，并以Ⅰ-Ⅰ截面為基準(zhǔn)面，因此h1=0,v1=0〔因為油箱截面面積大，流速較小〕,p1=pa〔油池液面上受大氣壓力作用〕。伯努利方程為=7015.5Pa≈7.01kPa77編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

根據(jù)理論力學(xué)中的動量定理，作用在物體上的合力等于物體在力作用方向上動量的變化率，即穩(wěn)態(tài)液動力〔1-24〕〔1-25〕對于作穩(wěn)定流動的液體，假設(shè)忽略可壓縮性，液體的密度不變，那么單位時間內(nèi)流過的液體質(zhì)量m=ρqΔt，將其代入上式，動量方程式為1.3.4液體動量方程78編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

假設(shè)考慮實際流速與平均流速之間存在誤差，應(yīng)引入動量修正系數(shù)，其動量方程為〔1-26〕式中

F——作用在液體上外力的合力；

v1、v2

——液體在前后兩個過流截面上的流速；

β1、β2——動量修正系數(shù)，紊流時β=1，層流時β=1.33。為簡化計算，通常均取β=1。79編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

很多液壓閥都是滑閥結(jié)構(gòu)，這些滑閥靠閥芯的移動來改變閥口的大小或啟閉，從而控制了液流。液流通過閥口時，閥芯所產(chǎn)生的液動力，將對這些液壓閥的性能有很大影響。作用在閥芯上的液動力有穩(wěn)態(tài)液動力和瞬態(tài)液動力兩種，這里我們只討論對滑閥芯移動有影響的穩(wěn)態(tài)軸向液動力。穩(wěn)態(tài)液動力是閥芯移動結(jié)束且開口固定以后，液流流過閥口時因動量變化而作用在閥芯上的力。如圖1-11所示，液流流過閥口的兩種情況。圖1-11滑閥的穩(wěn)態(tài)液動力80編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

由式可知：穩(wěn)態(tài)液動力的方向總是使閥口趨于關(guān)閉。

取閥芯兩凸肩間的容腔中液體作為控制體，由式(1-25)可求得液流流入或流出閥腔時的穩(wěn)態(tài)液動力為0式中

θ——是射流角，一般取θ=69ο；

v1、v2——是滑閥閥口處的平均流速。81編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

由于液體具有粘性，在流動時會有阻力，為了克服阻力，液體就要消耗能量，造成能量的損失。在液壓傳動系統(tǒng)中，能量損失主要表現(xiàn)在液壓油的壓力降低，因此將其稱為壓力損失。在密封管道中流動的液體存在兩種壓力損失：沿程壓力損失和局部壓力損失。1.4管路的壓力損失82編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識2.4.1沿程壓力損失液體在等截面直管中流動時，由于液體與管壁的摩擦以及液體分子間的內(nèi)摩擦，必然要消耗一局部能量，這種因摩擦而產(chǎn)生的能量損失稱為沿程壓力損失。實驗證明：液體的沿程壓力損失與管道長度、單位體積的動能成正比與管徑成反比，其比例系數(shù)為λ。即沿程壓力損失△pλ為

(1-27)式中λ——沿程阻力系數(shù)；其取值可利用經(jīng)驗公式計算，見表2-4l——液體流經(jīng)管路的長度；

d——管路內(nèi)徑；

v——液體的平均流速。1.4.1沿程壓力損失83編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識液流狀態(tài)不同情況的管道λ的計算層流等溫時的金屬圓形管道(如對水)λ=64/Re對于非等溫(靠近管壁液層被冷卻)時的金屬管道或截面不圓以及彎成圓滑曲線的管道λ=75/Re彎曲的軟管，特別是彎曲半徑較小時λ=108/Re紊流除與Re有關(guān)外，還與管壁的粗糙度有關(guān)Re<105λ=0.3164Re-0.25對于內(nèi)壁光滑的管道105<Re<107λ=0.0032+0.221Re-0.237表1-4管道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)λ84編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

例3

某液壓系統(tǒng)中，采用管長為25m，內(nèi)徑為20mm，油液的密度為900kg／m3，運動粘度為40×8-6m2/s，當(dāng)流量為18L／min時，試計算沿程壓力損失？解：計算雷諾數(shù)Re：m/s=477.585編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

=80578Pa≈0.081MPa

查表1-3知光滑金屬圓管Rec=2320＞Re=477.5，故流動狀態(tài)為層流。由于實際情況下管壁附近的液體層應(yīng)冷卻而粘度增大較多。故沿程壓力損失為86編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識式中ξ——局部阻力系數(shù)，液體流經(jīng)這些局部障礙物時的流動現(xiàn)象復(fù)雜，具體數(shù)據(jù)可通過實驗測定或查閱有關(guān)液壓傳動設(shè)計手冊。

局部壓力損失是指液體流經(jīng)閥口、彎管及變化的截面等局部阻力處所引起的壓力損失。液體經(jīng)過這些局部阻力處流速和方向產(chǎn)生急劇變化，流體質(zhì)點間產(chǎn)生撞擊，液流形成死水旋渦區(qū)，從而產(chǎn)生了能量損失。局部壓力損失△pξ可按下式計算

(1-28)1.4.2局部壓力損失87編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

管路系統(tǒng)中的壓力損失等于所有管路系統(tǒng)中的沿層壓力損失和局部壓力損失之和，即(1-29)利用上式進行計算時，只有在各局部障礙之間有足夠的距離時才正確。因為當(dāng)液體流過一個局部障礙后，要在直管中流過一段距離，液體才能穩(wěn)定，否那么其局部阻力系數(shù)可能比正常情況大2～3倍。因此一般希望在兩個障礙之間直管的長度l＞(10～20)d。液壓系統(tǒng)中的壓力損失絕大局部將轉(zhuǎn)換為熱能，造成系統(tǒng)油溫的升高、泄漏增大，影響液壓系統(tǒng)的工作性能。因此常采用減小流速，縮短管路的長度，減少管路截面突變和管路的彎曲，減少管路內(nèi)壁的粗糙度和適當(dāng)增大管路的直徑，合理選用閥門等元件的一系列措施，減少管路系統(tǒng)中的壓力損失，保證系統(tǒng)正常運行。=1.4.3管路系統(tǒng)中的壓力損失88編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識2.4.4液壓泵出口壓力確實定在液壓技術(shù)中，研究液體傳動中產(chǎn)生壓力損失的主要目的就是為了保證液壓泵向液壓缸提供所需的工作壓力，因此，要仔細計算油液由液壓泵向液壓缸供油時，油液在管道流動過程中產(chǎn)生的壓力損失，但是計算沿程壓力損失和局部壓力損失是非常繁瑣的，一般不詳細計算，而是采用估算的方法。通常將液壓泵出口壓力設(shè)定為液壓缸工作壓力的〔1.3～1.5〕倍，即pp=〔1.3～1.5〕p，或者根據(jù)液壓泵到液壓缸之間采用的液壓元件估算總壓力損失∑Δp，那么液壓泵的出口工作壓力為液壓缸所需的工作壓力p與估算的總壓力損失∑Δp之和，即

(1-30)

式中

pp——液壓泵的出口工作壓力；

p——液壓缸的工作壓力。1.4.4液壓泵出口壓力確實定89編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識液壓元件經(jīng)常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制液體的壓力和流量，從而到達調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏也屬于間隙流動。1.5液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性90編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

1.薄壁孔的流量計算所謂薄壁孔是指小孔的通道長度l與直徑d之比小于或等于0.5的孔，如圖2-12所示為液流流經(jīng)節(jié)流孔口的狀態(tài)。液流在小孔上游大約d／2處開始加速并從四周流向小孔，貼近管壁的液體由于慣性不會作直角轉(zhuǎn)彎而是向管軸中心收縮，從而形成收縮斷面，大約在小孔出口d／2的地方，形成最小收縮截面de，截面收縮的程度取決于Re、孔口及邊緣形狀、孔口離管道及容器側(cè)壁的距離等因素。如果圓形小孔，當(dāng)管道直徑與小孔直徑之比D／d≥7時，稱完全收縮，此時流束的收縮不受孔前通道側(cè)壁的影響。反之，當(dāng)D／d＜7時，稱為不完全收縮，由于這時管壁與孔前通道側(cè)壁較近，側(cè)壁對收縮的程度有影響。

液體流經(jīng)的小孔有薄壁小孔、細長小孔和介于二者之間的短孔。

1.5.1液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性91編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識圖1-12液體流經(jīng)節(jié)流孔口的狀態(tài)92編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識式中AT

——小孔的通流面積；

△p——小孔兩端的壓力差；

Cd

——流量系數(shù)，由實驗確定。當(dāng)液流完全收縮時，Cd幾乎不變。計算時一般取Cd=0.6～0.62；當(dāng)液流不完全收縮時，管壁離小孔較近，此時管壁對液流起導(dǎo)向作用，流量系數(shù)Cd可增大到0.7～0.8。從公式中可以看出：流經(jīng)薄壁孔的流量q與小孔的通流面積成正比，與小孔前后壓差Δp的平方根成正比。由于薄壁孔的流程很短，沿程阻力小，且不受粘度的影響，因而油溫變化對流量影響也很小，薄壁小孔處流速較高不易堵塞。這些特性使薄壁小孔常作為節(jié)流閥的閥口。

根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程推導(dǎo)出通過薄壁小孔的流量公式為(1-31)93編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

例4

有一薄壁小孔，通過流量q=25L/min時，孔前后的壓力損失為Δp=0.3MPa,設(shè)流量系數(shù)Cd=0.62，油的密度ρ=900kg/m3。試求節(jié)流閥孔的通流面積。解：根據(jù)薄壁小孔的流量公式(1-31)=25L/minm3/s那么=0.000026m2=0.26cm2

AT=94編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

2.細長孔的流量計算所謂細長孔一般是指小孔的長徑比l／d＞4時的情況，如液壓系統(tǒng)中的導(dǎo)管、某些阻尼孔等。液流在細長孔中流動時，一般都是層流，通過細長孔的流量公式為(1-32)式中μ——液壓油的動力粘度。

從公式中可知，通過細長孔的流量由于與油的動力粘度成反比，故受油溫的影響較大，同時細長孔易被堵塞。細長孔常用作控制閥的阻尼孔。95編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

3.短孔

短孔指介于薄壁小孔與細長小孔之間的孔，即l／d≤4l／d≥

0.5。短孔加工起來比薄壁孔容易得多，因此特別適合于作固定的節(jié)流孔。流量計算也可采用薄壁小孔的公式，但流量系數(shù)Cd應(yīng)根據(jù)短管的形狀和安裝方式不同而作具體計算或查表，關(guān)于這方面的深入了解，可參考有關(guān)的流體力學(xué)專著。

在液壓系統(tǒng)中，各種小孔的流量壓力特性，可用下式表示

(1-33)式中K——由小孔的形狀和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，對于薄壁孔K=Cd〔2/ρ〕1/2，對于細長孔K=d2/32μl；m——由小孔的長徑比決定的壓差指數(shù)，薄壁孔m=0.5、細長孔m=1、短孔m=0.5～1；AT——小孔的通流面積；Δp——小孔兩端的壓力差。96編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識在液壓系統(tǒng)中，各種液壓元件內(nèi)部外表之間存在著間隙。液壓系統(tǒng)的泄漏主要是在壓力差作用下通過間隙產(chǎn)生的，泄漏使系統(tǒng)效率降低，性能下降。為減少泄漏和提高液壓系統(tǒng)的工作性能，有必要分析液體流經(jīng)縫隙的泄漏規(guī)律。流體流經(jīng)縫隙的大小相對其長度和寬度小得很多，因此縫隙中的流動受固體壁面的影響很大，其流動狀態(tài)一般均為層流。常見的縫隙有兩種，兩個平行平面形成的縫隙和內(nèi)、外圓柱外表形成的環(huán)狀縫隙。1.5.2液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性97編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

1.兩個平行平面的縫隙如圖1-13所示，液體沿兩個平行平面縫隙流動時，由于壓差的作用，其流經(jīng)該縫隙流量計算式為

式中Δp——縫隙兩端的壓力差，Δp=p1-p2；

μ——液壓油的動力粘度；

l、b、δ——分別為縫隙的長度、寬度和高度。(1-34)98編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識圖1-13液體在兩個平行平面縫隙中流動圖1-14液體在同心園環(huán)縫隙中流動

2.同心環(huán)狀縫隙如圖2-14所示，液體沿兩個內(nèi)外圓柱外表環(huán)狀縫隙流動時，計算時將其展開后可視為平面間縫隙，故以平面間縫隙的寬度用圓環(huán)的周長πd來代替,其流經(jīng)縫隙流量計算式為(1-35)式中d——同心圓孔的直徑。99編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識圖1-15偏心園環(huán)縫隙的流量式中:ε—縫隙的相對偏心率，即內(nèi)圓柱中心與外圓柱中心的偏心距離e與縫隙δ的比值，即ε=e/δ。當(dāng)ε=0時，兩個內(nèi)外圓柱外表形成的是同心環(huán)狀縫隙；當(dāng)ε=1時，即平均縫隙δ等于偏心距e，處于完全偏心情況下，通過偏心環(huán)狀縫隙的流量是同心環(huán)狀縫隙流量的2.5倍。所以，為了減少泄漏，應(yīng)盡量使液壓元件的配合處于同心狀態(tài)。3.偏心環(huán)狀縫隙如圖2-15所示，液體沿兩個內(nèi)外圓柱外表偏心環(huán)狀縫隙流動情況，其橫截面形狀為月牙形的偏心環(huán)狀縫隙。其流經(jīng)該縫隙的流量計算式為(1-36)100編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識

在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體壓力在瞬間急劇升高，形成很大的壓力峰值，這種現(xiàn)象，稱為液壓沖擊。1.6.1液壓沖擊

1.液壓沖擊產(chǎn)生的原因⑴流動液體突然停止產(chǎn)生的液壓沖擊，如圖1-16所示有一根等直徑的圓管，其進口與大容積的蓄能器或液壓缸相連，出口處接一個閥門。設(shè)兩端距離為l，當(dāng)閥門開啟情況下，管內(nèi)液體以流速v流動。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時，首先是緊靠閥門的液體停止運動，它的動能在極短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為較高的壓力能，引起后面的液體被擠壓，壓力也急劇升高，從而引起液壓沖擊現(xiàn)象。1.6.1液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象101編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識⑵運動部件制動時所產(chǎn)生的液壓沖擊，如圖2-17所示，活塞以一定的速度向左移動。當(dāng)換向閥突然關(guān)閉時，油液被封死在油缸兩腔及管道中。由于運動部件的慣性作用，活塞不能立即停止運動，將繼續(xù)向左運動使左腔內(nèi)油液受到擠壓，壓力急劇上升到達某一峰值，產(chǎn)生液壓沖擊。當(dāng)運動部件的動能全部轉(zhuǎn)化為油液的壓力能時，活塞將停止向左運動。圖1-16閥門關(guān)閉時產(chǎn)生的液壓沖擊圖1-17液壓缸制動時產(chǎn)生的液壓沖擊102編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識⑶液壓元件反映不靈也會產(chǎn)生液壓沖擊，液壓系統(tǒng)中壓力突然升高時、溢流閥不能迅速翻開溢流閥口，或限壓式變量泵不能及時自動減少輸出流量時，都會導(dǎo)致液壓沖擊。2.液壓沖擊的危害液壓沖擊產(chǎn)生的壓力峰值常常比正常壓力要大好幾倍，同時會產(chǎn)生噪音與振動，嚴(yán)重時會損壞液壓元件和密封裝置等等，有時還會使某些液壓元件〔如壓力繼電器、順序閥〕產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作。3.減小液壓沖擊的措施液壓系統(tǒng)采取的主要措施有以下幾點：⑴限制管中液流的流速和運動部件的速度，減少沖擊波的強度。⑵開啟閥門的速度要慢。⑶采用吸收液壓沖擊的能量裝置如蓄能器等。⑷在出現(xiàn)有液壓沖擊的地方，安裝限制壓力的平安閥。⑸適當(dāng)加大管道內(nèi)徑或采用橡膠軟管。103編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識1.氣穴與氣蝕當(dāng)液體某一點處的絕對壓力降到了相應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓以下時，油液中的空氣就會別離出來，產(chǎn)生大量的氣泡，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。雖然油液的飽和蒸氣壓力很低，但實際上絕對壓力高出飽和蒸氣壓時，油液中就會別離出來大量的氣泡。氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生氣穴，使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)。在液壓系統(tǒng)中的節(jié)流口，在突然關(guān)閉的閥門元件附近，在吸油不暢的油泵吸油口等處，均容易產(chǎn)生氣穴。現(xiàn)以油泵吸油口處為例進行分析，根據(jù)伯努利方程得知，該處壓力較低，如壓力低于該液壓油工作溫度下的空氣別離壓時，溶解在油中的空氣將會迅速地別離出來變成氣泡，這些氣泡隨著液流流到泵的高壓區(qū)時，會因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動。當(dāng)附在金屬外表上的氣泡破滅時，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會使金屬剝落，會使外表粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。節(jié)流口下游部位常發(fā)生這種腐蝕的痕跡，這種因氣穴現(xiàn)象而產(chǎn)生的零件剝落和腐蝕稱為氣蝕。1.6.2氣穴現(xiàn)象104編輯ppt第1章液壓傳動的根底知識2.氣穴的危害氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生大量的氣泡，使液流不通暢，使液壓泵輸出流量和壓力急劇波動，系統(tǒng)無法穩(wěn)定地工作。氣蝕嚴(yán)重時使泵的機件腐蝕，并使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動，降低液壓元件的壽命。3.氣穴的預(yù)防措施泵的吸入口、油液流經(jīng)節(jié)流部位、突然啟閉的閥門、帶大慣性負載的液壓缸、液壓馬達在運轉(zhuǎn)中突然停止或換向時等都將產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。為了防止產(chǎn)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象，一般可采用以下的預(yù)防措施：⑴減少流經(jīng)節(jié)流口及縫隙前后的壓力差，一般希望節(jié)流口或縫隙前后壓力比小于3.5；⑵正確確定液壓泵吸油管內(nèi)徑，對管內(nèi)液體的流速加以限制，降低液壓泵的吸油高度，盡可能減少吸油管路中的壓力損失；⑶提高管道的密封性能，防止空氣的滲入；⑷提高零件的機械強度和降低零件外表的粗糙度，采用抗腐蝕能力強的金屬材料〔如鑄鐵和青銅等〕，以提高元件的抗氣蝕能力。105編輯ppt第2章液壓動力元件

2.1液壓動力元件概述2.1.1液壓泵的工作原理2.1.2液壓泵的分類2.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)

2.2齒輪泵2.2.1齒輪泵工作原理2.2.2外嚙合齒輪泵的排量和流量2.2.3KCB型齒輪油泵2.2.4齒輪泵存在問題

2.3葉片泵2.3.1單作用葉片泵2.3.2雙作用葉片泵106編輯ppt第2章液壓動力元件

2.4柱塞泵2.4.1徑向柱塞泵2.4.2軸向柱塞泵2.5液壓泵的類型選用2.6液壓泵常見故障及排除方法2.6.1液壓泵的安裝要求2.6.2液壓泵的使用本卷須知2.6.3液壓泵故障分析及排除2.7液壓馬達2.7.1液壓馬達的分類2.7.2液壓馬達的工作原理及圖形符號2.7.3液壓馬達的主要性能參數(shù)107編輯ppt

第2章液壓泵和液壓馬達液壓泵液壓馬達108編輯ppt目的任務(wù)了解液壓泵主要性能參數(shù)分類掌握泵的工作原理、必要條件、排流量、葉片泵和齒輪泵的結(jié)構(gòu)、工作原理、葉片泵的調(diào)整方法和減小齒輪泵困油現(xiàn)象的方法。109編輯ppt液壓泵和液壓馬達

重點難點:

容積式泵工作原理、必要條件、齒輪泵工作原理、排流量計算、容積式泵的共同弊病、困油現(xiàn)象的實質(zhì).

110編輯ppt第2章液壓動力元件2.1液壓動力元件概述

液壓泵和液壓馬達在液壓系統(tǒng)中都屬于能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵是動力裝置，它將電機輸出的機械能轉(zhuǎn)變成液體的壓力能，為系統(tǒng)提供一定流量和壓力的液體。

液壓馬達是執(zhí)行元件，它將液體的壓力能轉(zhuǎn)變成機械能，使執(zhí)行元件輸出一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從而驅(qū)動負載運動。第2章液壓動力元件111編輯ppt第2章液壓動力元件

1.工作原理單柱塞液壓泵的工作原理如圖3-1所示。吸油閥6和排油閥7均是單向閥，柱塞2和泵體5之間是間隙配合密封，它們組成了一個密封可變的工作容積4。柱塞2依靠彈簧3壓在偏心輪1上，偏心輪轉(zhuǎn)動時，柱塞作往復(fù)直線運動。當(dāng)柱塞向右移動時，密封可變的工作容積4逐漸增大，形成真空，油箱的油液在大氣壓力作用下通過吸油閥6進入工作容積4，此時排油閥7關(guān)閉，以防系統(tǒng)油液回流，從而完成一個吸油過程；當(dāng)柱塞向左移動時，密封可變的工作容積4逐漸減小，油液受擠壓，壓力增大，工作容積4內(nèi)的液體通過排油閥7壓出，進入液壓系統(tǒng)，此時吸油閥6關(guān)閉，防止油流回油箱，從而完成了一個壓油過程。由于液壓泵是靠密封工作容積的變化來實現(xiàn)吸油和排油的，故稱其為容積式泵。2.1.1液壓泵的工作原理112編輯ppt第2章液壓動力元件a〕b〕c〕d〕圖2-1液壓泵的工作原理及圖形符號a〕液壓泵的工作原理b〕一般符號c〕定量泵d〕變量泵1—偏心輪2—柱塞3—彈簧4—工作容積5—泵體6、7—單向閥113編輯ppt容積式泵的工作原理第2章液壓動力元件114編輯ppt第2章液壓動力元件2.構(gòu)成液壓泵的必備條件從液壓泵的工作原理可知，構(gòu)成液壓泵必須具備以下條件：1)容積式液壓泵必須具備密封可變的工作容積，吸油和壓油過程是依靠工作容積的變化來實現(xiàn)的；2)必須具備配油裝置。泵在吸油時密封可變的工作容積必須與油箱相通，排油口關(guān)閉；在壓油時密封可變的工作容積與排油口相通，而與油箱不通，由吸油到壓油或由壓油到吸油的轉(zhuǎn)換稱為配流。圖3-1中分別由單向閥6、7來實現(xiàn)的，閥6和7稱為配流裝置；

3)油箱壓力應(yīng)大于泵吸油口的壓力。115編輯ppt第2章液壓動力元件1.按輸出流量是否可變分類液壓泵分為定量泵和變量泵。定量泵是指泵的輸出流量是不能調(diào)節(jié)的，變量泵是指泵的輸出流量是可以調(diào)節(jié)的。

2.按輸出油液的方向是否可變分類液壓泵分為單向液壓泵和雙向液壓泵。單向液壓泵是指泵的輸出油液方向是不能變化的，雙向液壓泵是指泵的輸出油液方向是可以變化的。

3.按結(jié)構(gòu)形式分類液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等。2.1.2液壓泵的分類116編輯ppt第2章液壓動力元件

液壓泵的主要性能參數(shù)是指泵的壓力、流量、功率和效率。

1.壓力液壓泵的壓力主要指工作壓力和額定壓力。液壓泵的工作壓力是指泵工作時實際輸出壓力，用符號p表示，單位為Pa。其大小取決于外負載，隨外負載增大而升高，與泵的流量無關(guān)。液壓泵的額定壓力是指泵正常工作連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高工作壓力。正常工作時不允許超過此值，超過此值即為過載，使泵的效率明顯下降、壽命降低。實際上泵的額定壓力是由泵本身結(jié)構(gòu)和壽命決定的。通常將其標(biāo)在液壓泵的銘牌上。

2.排量液壓泵的排量是指泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出液體的幾何體積，用符號V表示，其單位為m3/r，工程上通常用ml/r。2.1.3液壓泵的主要性能參數(shù)117編輯ppt第2章液壓動力元件式中V——液壓泵的排量；

n——液壓泵的轉(zhuǎn)速。

實際流量是指泵在實際工作壓力下單位時間內(nèi)輸出液體的體積，用符號q表示。實際流量與壓力有關(guān)，壓力越高，泄漏越大，實際流量越小。所以實際流量、理論流量和泄漏量的關(guān)系，即〔2-1〕

3.流量液壓泵的流量有理論流量、實際流量、額定流量三種。理論流量是指單位時間內(nèi)輸出液體的幾何體積，用符號qth表示。排量和理論流量的關(guān)系，即式中Δq——泵的泄漏量。額定流量是指泵在額定壓力下輸出的流量，其值標(biāo)在液壓泵銘牌上?！?-2〕118編輯ppt第2章液壓動力元件

4.功率液壓泵是將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。液壓系統(tǒng)中液體的壓力能可用實際工作壓力和實際流量之積表示，故液壓泵的實際輸出功率為〔2-3〕式中P0——液壓泵的實際輸出功率；

p——液壓泵的出口工作壓力；

q——液壓泵的實際輸出流量；液壓泵的實際輸入功率，即〔2-4〕式中Pi——液壓泵的實際輸入功率〔電機輸出功率〕；T——液壓泵的實際輸入轉(zhuǎn)矩；ω——液壓泵的角速度ω=2πn；n——液壓泵的轉(zhuǎn)速。119編輯ppt第2章液壓動力元件