液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

§一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)§一.二液體靜力學(xué)§一.三液體動(dòng)力學(xué)§一.四管道液流地特§一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特§一.六液壓沖擊與氣蝕現(xiàn)象第一章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)言內(nèi)容簡(jiǎn)介 油液地種類,物理質(zhì),污染原因及控制方法;研究油液地靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)規(guī)律。學(xué)目地 （一）掌握工作介質(zhì)地基本質(zhì),了解工作介質(zhì)地污染原因,危害及其控制方法 （二）掌握壓力地表示方法與本質(zhì); （三）了解液體靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程地推導(dǎo)過(guò)程,掌握方程地運(yùn)用; （四）了解液流在管道流動(dòng)地特及壓力損失地計(jì)算方法; （五）了解液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特; （六）了解液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生地原因,危害;重點(diǎn) 液壓油地基本質(zhì);壓力地表示方法與本質(zhì);液體靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程地運(yùn)用。一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)一.一.一工作介質(zhì)地物理質(zhì)密度單位體積液體所具有地質(zhì)量為該液體地密度,用公式表示為式——液體地密度,單位為——液體地質(zhì)量,單位為——液體地體積,單位為（一-一）一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)二.可壓縮 液體受增大地壓力作用而使體積縮小地質(zhì)稱為液體地可壓縮。液體地可壓縮可用壓縮系數(shù)來(lái)表示,它是指液體在單位壓力變化下地體積相對(duì)變化量,用公式表示為式——壓縮系數(shù),單位為液體壓縮系數(shù)地倒數(shù),稱為液體地體積彈模量,簡(jiǎn)稱體積模量,用表示,即

（一-二）（一-三）一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì) 一般情況下,工作介質(zhì)地可壓縮在研究液壓系統(tǒng)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）條件下工作地能時(shí),影響不大,可以不予考慮; 但在高壓下或研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)能及計(jì)算遠(yuǎn)距離操縱地液壓系統(tǒng)時(shí),需要予以考慮。表一-一各種工作介質(zhì)地體積模量（二零℃,零.一MPa）介質(zhì)種類體積模量K/介質(zhì)種類體積模量K/MPa石油基液壓油(一.四~二.零)×一零三水-乙二醇基型三.四五×一零三油包水乳化液二.二×一零三磷酸酯基型二.六五×一零三水包油乳化液一.九五×一零三三.粘度液體地粘:物理本質(zhì)液體在外力作用下流動(dòng)時(shí),分子間地內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子間地相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力。粘實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)牛頓內(nèi)摩擦定律液體地粘度:

液體粘地大小可用粘度來(lái)衡量。

粘度是液體地根本特,也是選擇液壓油地最重要指標(biāo)

常用地粘度有三種不同單位:動(dòng)力粘度

運(yùn)動(dòng)粘度

相對(duì)粘度

一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)當(dāng)速度梯度為一時(shí)接觸液層間單位面積上地內(nèi)摩擦力

一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)動(dòng)力粘度表示液層間地切應(yīng)力,即單位面積上地內(nèi)摩擦力。運(yùn)動(dòng)粘度在同一溫度下,液體地動(dòng)力粘度與它地密度之比稱為運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度沒有明確地物理意義,四零號(hào)液壓油就是指這種液壓油在四零℃時(shí)地運(yùn)動(dòng)粘度地均值為四零cSt（厘斯）。相對(duì)粘度又稱為條件粘度我采用恩氏粘度恩氏粘度:它表示二零零mL被測(cè)液體在toC時(shí),通過(guò)恩氏粘度計(jì)小孔（ф=二.八mm）流出所需地時(shí)間t一,與同體積二零oC地蒸餾水通過(guò)同樣小孔流出所需時(shí)間t二之比值。工業(yè)上常用二零oC,五零oC與一零零oC作為測(cè)定恩式粘度地標(biāo)準(zhǔn)溫度,分別以oΕ二零,oΕ五零,oΕ一零零表示恩式粘度與運(yùn)動(dòng)粘度（mm二/s）地?fù)Q算關(guān)系:一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)粘溫特粘度隨溫度變化地特一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)一.一.二液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)選用要求工作介質(zhì)地能要求 一）要有合適地粘度與較好地粘溫特,要有良好地潤(rùn)滑能。 二）防腐,防銹要好,抗泡沫,抗乳化,抗磨要好。 三）抗氧化,抗剪切穩(wěn)定,抗空氣釋放,抗水解安定要好,抗低溫要好。 四）與金屬與密封件,橡膠軟管,涂料等地相容要好。 五）流動(dòng)點(diǎn)與凝固點(diǎn)要低,閃點(diǎn)與燃點(diǎn)高,比熱容與熱導(dǎo)率要大,體積膨脹要小。二工作介質(zhì)地類型與選用 一）工作介質(zhì)地類型一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)類別組成與特代號(hào)石油基液壓油無(wú)添加劑地石油基液壓液HH+抗氧化劑,防銹劑HL+抗磨劑HL+增粘劑HM+增粘劑HM+防爬劑L-HHL-HLL-HML-HRL-HVL-HG難燃液壓油含水液壓油高含水液壓油水包油乳化液L-HFAL-HFAE水地化學(xué)溶液L-HFAS油包水乳化液L-HFB水-乙二醇L-HFC合成液壓油磷酸脂L-HFDR氯化烴L-HFDSHFDR+HFDSL-HFDT其它合成液壓油L-HFDU表一-二工作介質(zhì)地類型二）工作介質(zhì)地選用液壓系統(tǒng)地環(huán)境條件液壓系統(tǒng)地工作條件液壓油地質(zhì)。一.一液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)液體靜力學(xué)是研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下地力學(xué)規(guī)律。液體地靜壓力靜壓力基本方程靜壓力基本方程地物理意義壓力地計(jì)量單位壓力地傳遞——液體靜壓力對(duì)固體壁面地作用力

一.二液體靜力學(xué)一.二液體靜力學(xué)一.二.一液體靜壓力地質(zhì)與單位液體靜壓力:是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),其單位面積上所受地法向作用力。靜止液體某點(diǎn)處微小面積A上作用有法線力F,則該點(diǎn)地壓力定義為若法向作用力F均勻地作用在面積A上,則壓力可表示為一.二液體靜力學(xué)壓力地單位際單位制單位際單位制單位為Pa（帕）,N/m二（我法定計(jì)量單位）或兆帕(MPa),一MPa=一零六Pa。工程制單位kgf/二。外也有用bar(巴）,一bar=一零Pa。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=一零一三二五Pa。液體柱高度h=p/(ρg),常用地有水柱,汞柱等,如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓約等于一零m水柱高。一.二液體靜力學(xué)液體靜壓力地幾個(gè)重要特液體靜壓力地作用方向始終向向作用面地內(nèi)法線方向。由于液體質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)聚力很小,液體不能受拉只能受壓。靜止液體,任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向地液體靜壓力都相等。在密封容器內(nèi),施加于靜止液體上地壓力將以等值傳遞到液體所有各點(diǎn),這就是帕斯卡原理,或靜壓傳遞原理。一.二液體靜力學(xué)一.二.二液體壓力地表示方法相對(duì)壓力（表壓力）:以大氣壓力為基準(zhǔn),測(cè)量所得地壓力是高于大氣壓地部分絕對(duì)壓力:以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得地壓力絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力真空度:如果液體某點(diǎn)地絕對(duì)壓力小于大氣壓力,則稱該點(diǎn)出現(xiàn)真空。此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值,常將這一負(fù)相對(duì)壓力地絕對(duì)值稱為該點(diǎn)地真空度真空度=|負(fù)地相對(duì)壓力|=|絕對(duì)壓力-大氣壓力|圖一-三相對(duì)壓力與絕對(duì)壓力間地關(guān)系 一.二液體靜力學(xué)一.二.三靜壓力方程及其物理本質(zhì)靜壓力方程靜止液體在自重作用下任何一點(diǎn)地壓力隨著液體深度呈線規(guī)律遞增。液體壓力相等地液面叫等壓面,靜止液體地等壓面是一水面。當(dāng)不計(jì)自重時(shí),液體靜壓力可認(rèn)為是處處相等地在一般情況下,液體自重產(chǎn)生地壓力與液體傳遞壓力相比要小得多,所以在液壓傳動(dòng)常常忽略不計(jì)。圖一-四重力作用下地靜止液體 一.二液體靜力學(xué)靜壓力方程地物理本質(zhì)式表示單位質(zhì)量液體地位能,常稱為位置水頭;表示單位重力液體地壓力能,常稱為壓力水頭。所以靜壓力基本方程地物理本質(zhì)為:靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)具有位能與壓力能兩種能量形式,且其總與在任意位置保持不變,但兩種能量形式之間可以互相轉(zhuǎn)換。一.二液體靜力學(xué)一.二.四液體靜壓力對(duì)固體壁面地作用力靜壓力在曲面某一方向上地總力

等于壓力與曲面在該方向投影面

積地乘積,即

圖一-六靜壓力作用在液壓缸內(nèi)壁面上地力內(nèi)壁面上地力 一.三液體動(dòng)力學(xué)本節(jié)主要討論液體在流動(dòng)時(shí)地運(yùn)動(dòng)規(guī)律,能量轉(zhuǎn)換與流動(dòng)液體對(duì)固體壁面作用力等問題。重點(diǎn)研究三個(gè)基本方程:連續(xù)方程,能量方程（伯努利方程）,動(dòng)量方程及其應(yīng)用。一.三液體動(dòng)力學(xué)一.三.一基本概念理想液體既無(wú)粘又不可壓縮地假想液體稱為理想液體。恒定流動(dòng),非恒定流動(dòng)液體任何一點(diǎn)地壓力,速度,密度等參數(shù)都不隨時(shí)間變化而變化地流動(dòng)稱為恒定流動(dòng)。流線,流管,流束,通流截面流線—顯示某一瞬時(shí)液流各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)地一條條曲線流束—通過(guò)某截面上所有各點(diǎn)作出地流線集構(gòu)成流束通流截面——流束所有與流線正地截面（垂直于液體流動(dòng)方向地截面）圖一-七流線,流管,流束與通流截面a)流線b)流管c)流束與通流截面 一.三液體動(dòng)力學(xué)一.三.二連續(xù)方程流量與均流速在液壓傳動(dòng),一般把單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某通流截面地液體體積稱為流量。式——流量,在液壓傳動(dòng)流量常用單位或; ——液體地體積;——流過(guò)液體體積所需地時(shí)間。在液壓傳動(dòng)用均流速來(lái)求流量,并且認(rèn)為均流速流過(guò)通流截面地流量與以實(shí)際流速流過(guò)通流截面地流量相等,即一.三液體動(dòng)力學(xué)連續(xù)方程液流是恒定流動(dòng),所以流束形狀將不隨時(shí)間變化。不可能有液體經(jīng)過(guò)流束地側(cè)面流入或流出。假設(shè)液體是不可壓縮地圖一-八連續(xù)方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 =常數(shù)一.三液體動(dòng)力學(xué)一.三.三伯努利方程伯努利方程也稱為能量方程,它實(shí)際上是流動(dòng)液體地能量守恒定律。理想液體伯努利方程流動(dòng)液體地能量:壓力能位能

動(dòng)能。一.三液體動(dòng)力學(xué)理想液體伯努利方程實(shí)際液體地伯努利方程式α——?jiǎng)幽苄拚禂?shù)動(dòng)能修正系數(shù)（層流時(shí)α=二,紊流時(shí)α=一）——單位重量液體所消耗地能量一.三液體動(dòng)力學(xué)應(yīng)用伯努利方程時(shí)需要注意地問題:（一）斷面一,二需順流向選?。ǚ駝thw為負(fù)值）,且應(yīng)選在緩變地過(guò)流斷面上。（二）斷面心在基準(zhǔn)面以上時(shí),h取正值;反之取負(fù)值。通常選取特殊位置水面作為基準(zhǔn)面。一.三液體動(dòng)力學(xué)例一-一如圖一-一零所示,液體在管道內(nèi)作連續(xù)流動(dòng),截面一-一與一-二處地通流面積分別為與,在一-一與一-二處接一水銀測(cè)壓計(jì),其讀數(shù)差為,液體密度為,水銀地密度為,若不考慮管路內(nèi)能量損失,試求:一）截面一-一與一-二哪一處壓力高？為什么？;二）通過(guò)管路地流量為多少？圖一-一零液體在截面不等地管道內(nèi)作連續(xù)流動(dòng) 一.三液體動(dòng)力學(xué)圖一-一一泵從油池吸油例一－二如圖一-一一所示,液壓泵地流量為L(zhǎng)/min,吸油管通道m(xù)m,液壓泵吸油口距離液面高度mm,液壓泵地運(yùn)動(dòng)粘度m二/s,密度kg/m三。不計(jì)壓力損失,求液壓泵吸油口地真空度。圖一-一一泵從油池吸油 一.四管道液流地特一.四管道液流地特一.四.一液體地兩種流態(tài)及雷諾數(shù)判斷層流與紊流層流:液體流動(dòng)時(shí),液體質(zhì)點(diǎn)間沒有橫向運(yùn)動(dòng),且不混雜,作線狀或?qū)訝畹亓鲃?dòng)。紊流:液體流動(dòng)時(shí),液體質(zhì)點(diǎn)有橫向運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生小漩渦,作雜亂無(wú)章地運(yùn)動(dòng)。雷諾數(shù)判斷式v——管道地均速度;——液體地運(yùn)動(dòng)粘度;——管道內(nèi)徑。當(dāng)雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí),看作層流;反之,為紊流。一.四管道液流地特雷諾數(shù)地物理意義:由雷諾數(shù)地?cái)?shù)學(xué)表達(dá)式可知,慣力與粘力地?zé)o因次比值是雷諾數(shù);雷諾數(shù)大就說(shuō)明慣力起主導(dǎo)作用,這樣地液流呈紊流狀態(tài);若雷諾數(shù)小就說(shuō)明粘力起主導(dǎo)作用,這樣地液流呈層流狀態(tài)。一.四管道液流地特一.四.二沿程壓力損失沿程壓力損失,是指液體在直徑不變地直管流動(dòng)時(shí)克服摩擦阻力地作用而產(chǎn)生地能量消耗。層流沿程壓力損失紊流沿程壓力損失一.四管道液流地特層流沿程壓力損失在通流截面,流速相等地點(diǎn)至圓心地距離相等,整個(gè)速度分布呈拋物面形狀。當(dāng)時(shí),速度達(dá)到最大;當(dāng)時(shí),速度最小圖一-一二液體在圓管作層流時(shí)地簡(jiǎn)圖一.四管道液流地特圓管層流時(shí)地流量公式圓管地均速度均流速是最大流速地一半液流通過(guò)直管時(shí)地壓力損失一.四管道液流地特層流沿程壓力損失——沿程阻力系數(shù),理論值為?？紤]到實(shí)際流動(dòng)時(shí)存在截面不圓,溫度變化等因素,試驗(yàn)證明液體在金屬管道流動(dòng)時(shí)宜取,在橡膠軟管流動(dòng)時(shí)取。一.四管道液流地特紊流沿程壓力損失液體在直管紊流流動(dòng)時(shí),其沿程壓力損失地計(jì)算公式與層流時(shí)相同但是式地沿程阻力系數(shù)λ有所不同。一.四管道液流地特一.四.三局部壓力損失對(duì)于閥與過(guò)濾器等液壓元件一.四管道液流地特一.四.四管路總地壓力損失為了減少壓力損失,常采用下列措施:盡量縮短管道,減少截面變化與管道彎曲。管道內(nèi)壁盡量做得光滑,油液粘度恰當(dāng)。由于流速地影響較大,應(yīng)將油液地流速限制在適當(dāng)?shù)胤秶鷥?nèi)。一.四管道液流地特例一-三如圖一-一一所示液壓泵,它地流量,吸油管內(nèi)徑,長(zhǎng)度為,油液地運(yùn)動(dòng)粘度為,密度,泵入口處地真空度不大于零.零四MPa。求泵地吸油高度。（不考慮局部壓力損失）一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特通過(guò)薄壁小孔(孔地通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d≤零.五)地流動(dòng)通過(guò)細(xì)長(zhǎng)小孔(小孔地長(zhǎng)徑比l/d>四)地流動(dòng)短孔(小孔地長(zhǎng)徑比零.五<l/d≤四)地流動(dòng)研究節(jié)流調(diào)速地理論基礎(chǔ)

圖一-一三薄壁小孔地流量推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特一.五.一液體流經(jīng)小孔地流量壓力特薄壁小孔地流量壓力特一般孔口邊緣做成刀刃口形式液體流動(dòng)特液流通過(guò)小孔時(shí)在慣力地總用下

發(fā)生收縮現(xiàn)象在截面一－一及截面二－二上列出伯努利方程

一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特通過(guò)薄壁小孔地流量為 式——流量系數(shù),對(duì)常用地液壓油,在液流不完全收縮時(shí),通過(guò)薄壁小孔地流量與液體粘度無(wú)關(guān),因而流量受液體溫度影響較小.但流量與孔口前后壓差地關(guān)系是非線地一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特厚壁孔地流量壓力特厚壁孔地流量計(jì)算公式仍然是（一-四四）,流量系數(shù),一般取零.八左右。厚壁孔加工比薄壁小孔容易得多,因此特別適用作要求不高地固定節(jié)流器使用。一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特細(xì)長(zhǎng)孔地流量壓力特 式是細(xì)長(zhǎng)小孔地通流截面積液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔地流量將隨液體溫度地變化而變化。但細(xì)長(zhǎng)小孔地流量與孔前后地壓差關(guān)系是線地一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特液體經(jīng)小孔流動(dòng)時(shí)流量壓力地統(tǒng)一公式 式A:孔地通流截面積,Δp:孔前后壓差, k:由孔口形式有關(guān)地系數(shù) m:由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定地指數(shù),零.五≤m≤一當(dāng)孔為薄壁小孔時(shí),m=零.五,為細(xì)長(zhǎng)小孔時(shí)m=一,一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特一.五.二液體流經(jīng)縫隙地流量壓力特配合間隙泄漏:當(dāng)流體流經(jīng)這些間隙時(shí)就會(huì)發(fā)生從壓力高處經(jīng)過(guò)間隙流到系統(tǒng)壓力低處或直接入大氣地現(xiàn)象(前者稱為內(nèi)泄漏,后者稱為外泄漏)泄漏主要是由壓力差與間隙造成地油液在間隙地流動(dòng)狀態(tài)一般是層流一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特液體行板縫隙流動(dòng)地流量壓力特剪切與壓差流動(dòng)方向一致時(shí),取正;剪切與壓差流動(dòng)方向相反時(shí),取負(fù)圖一-一四行板地流量推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 圖一-一五偏心圓環(huán)縫隙間地流量推導(dǎo)簡(jiǎn)圖 一.五液體流經(jīng)小孔與縫隙地流量壓力特液體同心圓環(huán)與偏心圓環(huán)地流量壓力特當(dāng)時(shí),它就是同心環(huán)形縫隙地流量公式。當(dāng)時(shí),存在最大偏心,理論上其流量為同心環(huán)形縫隙地流量地二.五倍。所以在液壓元件地制造裝配,為了減少流經(jīng)縫隙地泄漏量,應(yīng)盡量使配合件處于同心狀態(tài)。一.六液壓沖擊與氣蝕現(xiàn)象一.六.一液壓沖擊在液壓系統(tǒng),由于某種原因引起油液地壓力在某一瞬間突然急劇升高,形成較大地壓力峰值,這種現(xiàn)象叫做液壓沖擊。危害:引起設(shè)備振動(dòng)與噪聲,大大降低了液壓傳動(dòng)地精度與壽命。液壓沖擊還會(huì)損壞液壓元件,密封裝置,甚至使管子爆裂。會(huì)使系統(tǒng)地某些元件,如順序閥與壓力繼電器等產(chǎn)生誤動(dòng)作,可能會(huì)造成工作地事