g第一章液壓油與液體傳動的基礎(chǔ)知識

1、第一部分第一部分 液壓傳動液壓傳動第一章第一章 液壓油與液體傳動的基礎(chǔ)知識液壓油與液體傳動的基礎(chǔ)知識第一節(jié)第一節(jié) 液壓液壓油油一、液壓一、液壓油油的的性質(zhì)性質(zhì)（一）液體的密度 單位體積液體的質(zhì)量為液體的密度，用表示，即 （1-1） 密度是液體的一個重要的物理參數(shù)，它隨溫度的升高而下降，隨壓力的增加而增大。對于液壓傳動中常用的液壓油來說，在常用的溫度和壓力范圍內(nèi)，密度變化很小，可視為常數(shù)。一般液壓油的密度值（二）液體的可壓縮性液體在壓力作用下體積減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性?？蓧嚎s性的大小用體積壓縮系數(shù)來表示，其定義為：液體在單位壓力變化下的體積相對變化量，即（1-2） 液體的體積壓縮系數(shù) 的倒

2、數(shù)稱為液體的體積彈性模量，用 表示，即 （1-3） 在實際中常用K值說明液體抵抗壓縮能力的大小，它表示產(chǎn)生單位體積相對變化量所需的壓力增量。 液壓油的體積彈性模量為 K =（1.42） N / m2，它的可壓縮性約比鋼大100170倍。但是對一般液壓系統(tǒng)壓力不高時，液體的可壓縮性很小。故可認(rèn)為液體是不可壓縮的故可認(rèn)為液體是不可壓縮的。只有在研究液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性和高壓情況下，才考慮油液的可壓縮性。在實際液壓系統(tǒng)的液壓油中難免會混有空氣，通常對礦物油型液壓油的通常對礦物油型液壓油的體積彈性模量取體積彈性模量取K =（0.71.4） N / m2。（三三）液體的）液體的黏性黏性 1黏性的意義 液體

3、在外力作用下流動時，液體分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這一特性被稱為液體的黏性。它是液體的重要物理性質(zhì)，也是選擇液壓用油的主要依據(jù)。 2牛頓液體內(nèi)摩擦定律 如圖1-1所示，設(shè)兩平行平板間充滿液體，兩平行平板間的距離為h ，下平板固定不動。當(dāng)上平板以速度u0相對于靜止的下平板向右平動時，由于液體的粘性作用，緊靠上平板的液體層隨上平板一起以u0的速度向右運動；而緊靠下平板的液體層則速度為零，而中間各層液體速度則從上到下按遞減的速度向右運動，這是因為相鄰兩薄層液體間存在內(nèi)摩擦力，該力對上層液體起阻滯作用，而對下層液體起拖拽作用。當(dāng)兩平板間的距離較小時，各液層的速度按線性規(guī)律

4、分布。圖1-1 液體粘性示意圖 實驗測定表明，液體流動時相鄰液層間的內(nèi)摩擦力F與液層接觸面積A和液層間相對運動的速度梯度du成正比，而與液層間的距離dy成反比。即 （1-4）式中: F 相鄰液層間的內(nèi)摩擦力； 比例常數(shù)。又稱為粘性系數(shù)或動力粘度。 S 液層的接觸面積； 速度梯度，即相對運動速度對液層距離的變化率。若以 表示內(nèi)摩擦切應(yīng)力，則式（1-4）也可表達為： （1-5）這就是牛頓液體內(nèi)摩擦定律牛頓液體內(nèi)摩擦定律。 由上式可知，在靜止液體中，因速度梯度 = 0，故內(nèi)摩擦力為零。因此，液體在靜止?fàn)顟B(tài)下不呈現(xiàn)粘性，液體在靜止?fàn)顟B(tài)下不呈現(xiàn)粘性，只有在流動時才會呈現(xiàn)粘性只有在流動時才會呈現(xiàn)粘性。 3

5、液體的黏度 黏度是用來表示液體粘性大小的，常用的黏度有三種：即動力黏度、運動黏度和相對黏度。 （1）動力黏度 動力黏度是表征流體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)或絕對黏度，用 表示。即 （1-6） 的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動時，接觸液層間的內(nèi)摩擦切應(yīng)力（單位面積上的內(nèi)摩擦力）。 動力粘度 的法定計量單位是Ns /m2 或用Pa s表示。 （2）運動黏度 動力黏度與其密度的比值，稱為運動黏度，用表示。即 （1-7） 運動黏度無明確的物理意義，因為在其單位中只有長度與時間的量綱，類似于運動學(xué)的量，所以稱為運動粘度。它是工程實際中經(jīng)常用到的一個物理量，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)定統(tǒng)一采用運動黏度來表示液壓油

6、的黏度等級。 運動粘度 的法定計量單位是m2/ s，由于該單位偏大，實際上常用的單位是cm2/ s 或 mm2/ s 。它們之間的換算關(guān)系為：1m2/ s = 104 cm2/ s = 106 mm2/ s 液壓油的牌號，就是用這種油液在40溫度下運動粘度 (mm2/s) 的平均值來標(biāo)號的。 例如LHM32液壓油的粘度等級為32，是指這種油在40時的運動粘度平均值為32 mm2/ s。 又如 LHL46液壓油的粘度等級為46，是指這種油在40時的運動粘度平均值為46 mm2/ s。 （3）相對黏度 相對粘度又稱條件粘度。它是采用特定的粘度計在規(guī)定的條件下測出來的液體粘度。測量條件不同，采用的相

7、對粘度單位也不同。我國采用恩氏粘度（E）。 恩氏粘度用恩氏粘度計測定。溫度為 t（）的200 cm3被測液體由恩氏粘度計容器底部 的小孔中流盡所用的時間t1，與溫度為20的200 cm3蒸餾水由恩氏粘度計的同一容器中流盡所用的時間t2（通常t2 =51s）之比，稱為該被測液體在 t（）下的恩氏粘度，記為Et，即 （1-8） 一般以20、50和100作為測量液體的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此得到的恩氏粘度為E20、E50 和 E100。 恩氏粘度與運動粘度mm2/s的換算關(guān)系為： 當(dāng)1.3 E 3.2時 = 8 Et-8.64 / Et （1-9） 當(dāng)E 3.2時 = 7.6 Et-4 / Et （1-10）

8、 （4）調(diào)和油的粘度 選擇粘度合適的液壓油，對液壓系統(tǒng)的工作性能有著重要的作用。但有時現(xiàn)有的液壓油粘度不符合要求，這時可把兩種不同粘度的液壓油混合起來使用，這種混合油稱為調(diào)和油。調(diào)和油的粘度可用下面的經(jīng)驗公式計算（1-11）式中 E1 、E2 混合前兩液壓油的粘度，E1E2 ； E混合后調(diào)和油的粘度； a、b 參與調(diào)和的兩種液壓油各占的百分?jǐn)?shù)（ a+ b =100）； c實驗系數(shù) 4壓力對黏度的影響關(guān)系 當(dāng)液體所受的壓力增加時，其分子間的距離將減小，于是內(nèi)聚力增加，其黏度也略隨之增大。液體的動力黏度與壓力的關(guān)系公式為 （1-12）式中 0 大氣壓下液壓油的動力黏度； k 隨液壓油而異的指數(shù)，對

9、礦物型液壓油 k = 0.0150.03。 另外，液體的運動黏度與壓力的關(guān)系公式為（1-13）式中 p 壓力為 時液體的運動粘度； 大氣壓下液體的運動粘度； p 液體所受的壓力。 對于中低壓液壓系統(tǒng)，壓力變化對粘度的影響一般可忽略不計。 5溫度對黏度的影響關(guān)系 液壓油黏度對溫度的變化十分敏感，溫度升高，黏度顯著下降。油液黏度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量，因此，希望黏度隨溫度的變化越小越好。不同的油液有不同的黏度溫度變化關(guān)系，這種油液黏度隨溫度變化的關(guān)系稱為黏溫特性。圖1-2所示為國產(chǎn)常用液壓油的黏溫曲線。圖1-2 國產(chǎn)常用液壓油的黏溫曲線 液壓油的黏溫特性常用黏度指數(shù)VI來衡量，黏度指

10、數(shù)VI表示被試油和標(biāo)準(zhǔn)油黏度隨溫度變化程度之比。VI數(shù)值大，表示黏溫特性平緩，即油的黏度受溫度影響小，因而性能好；反之則差。一般的液壓油要求VI數(shù)在90 以上， (四) 其它性能 液壓油還有其它許多性能。 物理性質(zhì)物理性質(zhì)有抗燃性、抗凝性、抗泡沫性、抗氧化性、抗乳化抗燃性、抗凝性、抗泡沫性、抗氧化性、抗乳化性、防銹性、滑潤性性、防銹性、滑潤性等； 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)有熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性和相容性相容性等。 這些性質(zhì)對液壓系統(tǒng)的性能影響較大。對于不同品種的液壓油，這些性質(zhì)的指標(biāo)是不同的，具體應(yīng)用時可查油類產(chǎn)品手冊。 二、液壓油的種類與牌號二、液壓油的種類

11、與牌號 液壓油的分類方法過去主要有以下幾種： 按用途分類：航空液壓油、艦船液壓油、數(shù)控機床液壓油，特種液壓油等。 按使用溫度范圍分類按使用溫度范圍分類：普通、高溫、低溫液壓油、寬溫范圍液壓油。 按組成分類按組成分類：無添加劑型、防銹抗氧型、抗磨型、高粘度指數(shù)液壓油型等。 按使用特性分類按使用特性分類：易燃、難燃、環(huán)保型等。 按使用壓力分類按使用壓力分類：普通、高壓液壓油等。 按添加劑類型分類按添加劑類型分類：無灰、有灰，鋅型、無鋅、低鋅、高鋅液壓油等。 1982年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO發(fā)布了液壓系統(tǒng)分類標(biāo)準(zhǔn)ISO 6743.4-82。 1987年我國等效采用ISO標(biāo)準(zhǔn)制定了潤滑劑和有關(guān)產(chǎn)品（L類

12、）的分類第2部分 H組（液壓系統(tǒng)）的分類標(biāo)準(zhǔn)GB 7631.2-87。 1999年ISO出臺了新的液壓油分類標(biāo)準(zhǔn)ISO 6743.4-1999，我國目前已經(jīng)等效ISO標(biāo)準(zhǔn)對原標(biāo)準(zhǔn)GB7631.2-87進行修訂。 新增加了環(huán)境可接受的液壓液HETG、HEPG、HEES、HEPR四種，取消了對身體有害的難燃液壓液HFDS和HFDT兩種。 液壓系統(tǒng)用油可分為石油基液壓油石油基液壓油和難燃液壓液難燃液壓液兩大類。三、液壓油的正確選用三、液壓油的正確選用1油液品種的選擇油液品種的選擇 液壓油品種的選用，要依據(jù)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境、工況條件工作環(huán)境、工況條件及液壓泵類型液壓泵類型來進行。 目前，90%以上的

13、液壓系統(tǒng)采用石油基液壓油為工作介質(zhì)。 選用時，應(yīng)優(yōu)先考慮普通液壓油優(yōu)先考慮普通液壓油。有特殊要求時，則選用抗磨、低溫或高粘度指數(shù)的液壓油。合成型抗燃工作液價格貴，只有在某些特殊設(shè)備中，例如在對抗燃性要求高并且使用壓力高、溫度變化范圍大等情況下采用。 在一般情況下，齒輪泵用LHL普通液壓油 或LHM抗磨液壓油；葉片泵和柱塞泵用LHM抗磨液壓油。2油液油液黏黏度等級的選擇度等級的選擇 液壓油黏度對液壓傳動系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、可靠性、效率和磨損都有顯著影響。 一般根據(jù)黏度選擇液壓油的原則選擇液壓油的原則是： 工作壓力高或環(huán)境溫度高時，宜選用黏度較高的液壓油以減少泄漏； 運動速度高或配合間隙小時，宜選用

14、黏度較低的液壓油以減少摩擦損失。 液壓系統(tǒng)的所有元件中，液壓泵的轉(zhuǎn)速最高，壓力最大，溫度也較高。一般應(yīng)根據(jù)液泵的要求來確定液壓油的黏度。四四、液壓油的、液壓油的污染與控制污染與控制1油液污染的危害油液污染的危害 液壓油被污染是指液壓油中含有水分、空氣、微小固體物、橡膠粘狀物等雜質(zhì)。液壓油被污染后，對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的不良后果，主要有： （1) 固體顆粒和膠狀生成物堵塞濾油器使泵吸油困難，產(chǎn)生噪聲；堵塞閥件的小孔和縫隙使閥的性能下降和動作失靈；擦傷密封件會產(chǎn)生泄漏。 （2) 水分和空氣的混入會降低液壓油的潤滑性能，并使其氧化變質(zhì)；產(chǎn)生氣蝕，加速元件腐蝕；還使液壓系統(tǒng)出現(xiàn)振動，爬行等現(xiàn)象。四四、液壓油

15、的、液壓油的污染與控制污染與控制2油液污染的油液污染的原因原因 液壓油液遭受污染原因是多方面的，雜質(zhì)主要來源于外來和自生的兩類： （1) 液壓裝置組裝時殘留下來的污染物主要有鐵屑、毛刺、砂粒、磨料、焊渣、鐵銹等。 雖經(jīng)清洗，但仍有殘留雜質(zhì)。 （2) 從周圍環(huán)境混入的污染物主要是空氣、塵埃、水滴。它們從可浸入的渠道進入系統(tǒng)，造成油液污染。 （3) 在工作過程中產(chǎn)生的自生污染物主要是金屬微粒、銹斑、液壓油變質(zhì)后的膠狀生成物及涂料和密封件的剝離片等。四四、液壓油的、液壓油的污染與控制污染與控制3油液污染的油液污染的控制控制 為了延長液壓元件使用壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠工作，防止液壓油污染，將液壓油污染

16、控制在某一限度內(nèi)，可實行以下辦法。 （1) 力求減少外來污染。力求減少外來污染。 （2) 濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)。濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)。 （3) 控制液壓油的溫度?？刂埔簤河偷臏囟取?（4) 定期檢查和更換液壓油。定期檢查和更換液壓油。五五、液壓油的、液壓油的使用及管理使用及管理1在清潔處存放。2保持干燥。3油桶存放要求。4當(dāng)油液存放在大容器時的要求。5定期檢查油液。6要對所有儲油器進行常規(guī)檢查和漏損檢驗。（一）液壓油保管（一）液壓油保管 1換油前要對液壓系統(tǒng)進行清洗。 2液壓油不能隨意混用。 3注意液壓系統(tǒng)密封的良好。 4根據(jù)換油指標(biāo)及時更換液壓油。（二二）液壓油）液壓油使用使用（三三）廢廢油油再

17、生再生 1過濾過濾 讓油液流過濾材以去除雜質(zhì)的方法。 2吸附吸附 是用活性白土、活性鋁礬土、活性炭等吸附液壓油的劣化產(chǎn)生、分解的產(chǎn)物等而將它們清除的方法。 3靜電分離靜電分離 是讓油液流過加有直流高電壓的電極之間，使油中的雜質(zhì)極化，用集塵紙捕捉而除去它們的方法。第第二二節(jié)節(jié) 靜止靜止液液體的性質(zhì)體的性質(zhì) 一、靜止液體的壓力一、靜止液體的壓力 液體相對靜止時，其單位面積上所受的內(nèi)法線方向上的法向力，稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力，在物理學(xué)中則稱為壓強。 靜止液體中某點處微小面積 A上作用有法向力 F，則該點的壓力定義為： 若法向作用力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為： （1-14）

18、 SI單位：N / m2 （牛/米2 ）或 Pa （帕斯卡）、 kPa、 MPa它們之間的換算關(guān)系： 1Pa = 10-3 kPa =10-6 MPa 1MPa = 103 kPa =106 Pa 液體靜壓力具有兩個重要的特性： 1液體靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向，即靜液體靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向，即靜止液體只承受法向應(yīng)力而不承受剪切應(yīng)力和拉力。止液體只承受法向應(yīng)力而不承受剪切應(yīng)力和拉力。 2靜止液體內(nèi)任一點處所受到的靜壓力在各個方向上的壓靜止液體內(nèi)任一點處所受到的靜壓力在各個方向上的壓力都相等（否則液體將運動）。力都相等（否則液體將運動）。 二、靜止液體的基本方程二、

19、靜止液體的基本方程 （a）壓力分布 (b）假想液柱 圖1-6 靜止液體內(nèi)壓力分布規(guī)律 如圖1-6所示，密度為 的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在液面上的壓力為 p0，若計算離液面深度為 h處某點的壓力 p，可以假想從液面往下切取高度為 h ，底面積為 A的一個小液柱為研究體。這個液柱在重力及周圍液體的壓力作用下處于平衡狀態(tài)，在液柱垂直方向上的力有： p0 S 、G =gh S 和 p S ，所以有平衡方程：此式即為靜止液體的基本方程。（1-15） 由上式可知： 靜止液體中任一點處的靜壓力是作用在液面上的壓力 p0 和液體重力所產(chǎn)生的壓力 gh 之和。當(dāng)液面與大氣接觸時， p0 = = pa （

20、大氣壓力），故 p = = pa+ + gh 。 液體靜壓力隨液深 h 呈線性規(guī)律分布。 離液面深度相同的各點組成了等壓面，等壓面為一水平面。 液體靜力學(xué)基本方程的另一種形式： 如圖1-7所示密封容器內(nèi)的壓力為 ，取一基準(zhǔn)平面MM為相對高度的起始點，則距MM基準(zhǔn)平面 處A點處的壓力 為：式中： gh 單位質(zhì)量液體的位能，稱為 位置水頭； 單位質(zhì)量液體的壓力能，稱 為壓力水頭 上式的物理意義：靜止液體中任意一點處的位能和壓力能靜止液體中任意一點處的位能和壓力能之和為一常數(shù)。二者可以互相轉(zhuǎn)換（能量守恒）之和為一常數(shù)。二者可以互相轉(zhuǎn)換（能量守恒）。（1-16） 三、液體靜壓力傳遞定理三、液體靜壓力傳

21、遞定理 四、壓力的表示方法四、壓力的表示方法 壓力的兩種表示方法有兩種：絕對壓力絕對壓力和相對壓力相對壓力。 以絕對真空為基準(zhǔn)來度量的壓力，叫做絕對壓力絕對壓力；以大氣壓力為基準(zhǔn)來度量的壓力，叫做相對壓力（表壓力）相對壓力（表壓力）。在地球的表面上用壓力表所測得的壓力數(shù)值就是相對壓力，液壓技術(shù)中的壓力一般也都是相對壓力。若液體中某點的絕對壓力小于大氣壓力，那么比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值叫做真空度真空度。 絕對壓力、相對壓力和真空度之間的關(guān)系如圖1-9所示。 圖圖1-9 絕對壓力、相對壓力、真空度絕對壓力、相對壓力、真空度二者的關(guān)系：當(dāng)當(dāng) p pa 時：絕對壓力時：絕對壓力 = 大氣壓力大氣壓力

22、+ 相對壓力相對壓力 當(dāng)當(dāng) p pa 時：時： 真空度真空度 = 大氣壓力大氣壓力 絕對壓力絕對壓力 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 具有一定壓力的液體與固體相接觸時，固體壁面上各點在某一方向上所受油壓作用力的總和，即為液體在該方向上作用于固體壁面上的力。當(dāng)不計油液的自重對壓力的影響時，可以認(rèn)為作用于固體壁面上的壓力是均勻分布的。 當(dāng)固體壁面為一個平面時，如圖1-9 (a)所示，則液壓力作用在活塞上的力 F為： 當(dāng)固體壁面為一個曲面時，作用在曲面上各點的液體壓力是不平行的，但其大小是相等的，因而作用在曲面上的總作用力在不同方向也就不同。因此，必須先明確要計

23、算的是曲面上哪一個方向的力。第第三三節(jié)節(jié) 流動流動液液體的性質(zhì)體的性質(zhì) 一、一、流動流動液體的液體的基本概念基本概念 （一）理想液體與穩(wěn)定流動（一）理想液體與穩(wěn)定流動 1理想液體理想液體和和實際液體實際液體 理想液體理想液體是為簡化問題難度而假設(shè)的既無粘性，又不可壓縮的液體。實際上理想液體是不存在的。 實際液體實際液體是指實際上存在的既有粘性，又可壓縮（盡管可壓縮性很?。┑囊后w。 2穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動和和非穩(wěn)定流動非穩(wěn)定流動 穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動是指液體流動時，液體中任一空間點處的壓力、流速和密度等都不隨時間而變化的流動。（或稱定常流動、恒定流動）。 非穩(wěn)定流動非穩(wěn)定流動是指液體流動時，液體內(nèi)任一點

24、處的壓力、流速和密度中有一個參數(shù)隨時間而變化的流動。 （1-14） （二二）流量和平均流速）流量和平均流速 流量和平均流速是描述液體流動的主要參數(shù)，液體在管道中流動時，通常將垂直于液體流動方向的截面稱為通流截面或稱過流斷面。 1流量流量 在單位時間內(nèi)，流過某通流截面（過流斷面）的液體體積稱為流量，用 表示。即 （1-19） 流量在SI制中的單位：m3/s 或cm3/s ； 工程中常用：L/min （升/分） 它們之間的換算關(guān)系：1 m3/s = 106 cm3/s = 6104 L/min 2平均流速平均流速 由于液體都具有粘性，液體在管中流動時，在同一截面上各點的流速是不相同的，分布規(guī)律為拋

25、物線體。由于計算很不方便，所以引入一個平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點的流速均勻分布，如圖1-10所示。 因此，將液流質(zhì)點在單位時間 內(nèi)流過的距離稱為流速，通常用 vc表示，單位為（ ms或mmin） 即（1-20） 若把上式分子和分母各乘以通流 截面面積S，則得 于是流量和流速的關(guān)系為： （1-21）= （ ms或mmin） （1-20） 若把上式分子和分母各乘以通流截面面積A，則得 （三三）層流層流和和紊流紊流 層流是指液體流動時，液體質(zhì)點沒有橫向運動，互相不混雜，呈線狀或?qū)訝畹牧鲃印?紊流是指液體流動時，液體質(zhì)點有橫向運動（或產(chǎn)生小旋渦），作紊亂狀態(tài)的流動。 液體流動呈現(xiàn)出的流態(tài)是層

26、流還是紊流，可通過雷諾實驗和計算雷諾數(shù)Re來進行判別。 雷諾數(shù)Re的計算公式為：式中：vc管內(nèi)液體的平均流速； 液體的運動粘度； dH水力當(dāng)量直徑： dH = 4S/x，其中：S為通流截面面積， x為濕周長度。 對于圓管： dH = d 將計算出的雷諾數(shù)Re 與臨界雷諾數(shù)Rec 進行比較，判別流態(tài)是層流還是紊流。 當(dāng) Re Rec時，液流為層流層流；當(dāng) Re Rec 時，液流為紊流紊流。 對于金屬光滑圓管： Rec =2300；即 Re 2300時為層流層流； Re 2300時為紊流紊流。 二二、液體流量連續(xù)性原理、液體流量連續(xù)性原理 液體的可壓縮性很小，在一般條件下，可以認(rèn)為是不可壓縮的，如

27、圖1-12所示，當(dāng)流體在管路內(nèi)作穩(wěn)定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定質(zhì)量守恒定律律，管路內(nèi)液體的質(zhì)量不會增多，也不會減少，所以在單位時間內(nèi)流過每一通流截面的液體質(zhì)量必然相等，即式(1-23) 稱為液體流量連續(xù)性方程。 二二、液體流量連續(xù)性原理、液體流量連續(xù)性原理 液體流量連續(xù)性方程說明： 在同一管路中： 無論通流截面積怎樣變化，只要沒有泄漏，液體通過任一截面的流量是相等的； 通流截面積大的地方，液體流速小，反之，液體流速大； 當(dāng)通流截面積一定時，通過的液體流量越大，其流速也越大。 三三、流動流動液體液體的伯努利方程的伯努利方程 （一）理想液體的伯努利方程（一）理想液體的伯努利方程 為了理論研究方便，圖1

28、-13所示為一液流管道，假定其為理想液體，并為穩(wěn)定流動。根據(jù)能量守恒定律在同一管道內(nèi)各個截面處酌總能量都相等。對于靜止液體，由靜力學(xué)基本方程式可知： 對于流動液體，除上述單位質(zhì)量液體的壓力能 p / 和單位質(zhì)量液體的位能 gh之和外，還有單位質(zhì)量液體的動能，即 vc2 / 2。 當(dāng)液體在圖1-13所示的管道中流動時，取兩通流截面 S1、S2 ，其離基準(zhǔn)線的距離分別為 h1、h2 ，流速分別為 vc1、vc2，壓力分別為 p1、p2 ，根據(jù)能量守恒定律則有： 上式稱為理想上式稱為理想液體的伯努利方程液體的伯努利方程。 其物理意義是：其物理意義是：在密閉管路內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想液體，具有壓力能、位在

29、密閉管路內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想液體，具有壓力能、位能、動能三種形式的能量，在任一截面上這三種能量可以互相轉(zhuǎn)化，其總和能、動能三種形式的能量，在任一截面上這三種能量可以互相轉(zhuǎn)化，其總和卻保持不變。（而靜壓力基本方程是理想液體伯努利方程卻保持不變。（而靜壓力基本方程是理想液體伯努利方程 的特例）的特例） （二）實際液體的伯努利方程（二）實際液體的伯努利方程 實際液體在管路中流動時，由于有粘性，會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，而且管道形狀尺寸有所變化，局部使液體產(chǎn)生擾動，造成能量損失。用平均速度 代替實際流速計算動能時，必然產(chǎn)生偏差，因此可用動能修正系數(shù) 來對偏差進行補償，于是實際液體的伯努利方程為：式式中 1、 2動

30、能修正系數(shù)（紊流時： =1；層流時： =2） ghw單位質(zhì)量液體的壓力損失。 四四、流動流動液體液體的動量方程的動量方程 流動液體的動量方程是剛體力學(xué)中的動量定理在液體力學(xué)中具體應(yīng)用。它用來計算液流作用在固體壁面上作用力的大小。剛體力學(xué)動量定理指出，作用在物體上的外力等于物體在單位時間內(nèi)的動量變化量。即將mV 和 V /tqV 代人上式 工程上往往求液流對通道固體壁面的作用力，即動量方程中 F的反作用力 F，通常稱穩(wěn)態(tài)液動力，在 x向的穩(wěn)態(tài)液動力為 五五、液體、液體流動時的壓力損失流動時的壓力損失 液體在流動時的壓力損失可分為以下兩種： （一）沿程壓力損失 液體在等徑直管中流動時，因其內(nèi)外摩擦

31、而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失。它主要決定于液體的流速、粘性、管路的長度以及油管的內(nèi)徑等。計算公式為： 式中：vc液流的平均流速； 液體的密度； l 管路的長度; d油管的內(nèi)徑; 沿程阻力系數(shù)。 五五、液體、液體流動時的壓力損失流動時的壓力損失 （二）局部壓力損失 液體流經(jīng)管道突然變化的彎頭、管接頭、以及控制閥閥口等局部障礙處時的壓力損失，稱為局部壓力損失。其計算公式為： 式中： 局部阻力系數(shù)，由實驗求得，一般可查有關(guān)手冊。 液體流過各種閥類的局部壓力損失常用下列經(jīng)驗公式： 式中 qn閥的額定流量； qV通過閥的實際流量。 pn閥在額定流量下的壓力損失（從閥的樣本手冊查）。 五五、液體、液

32、體流動時的壓力損失流動時的壓力損失 （三）管路系統(tǒng)的總壓力損失 管路系統(tǒng)中總的壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即 液壓傳動中壓力損失，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮茉斐捎蜏厣?，泄漏增多，使液壓傳動效率降低，甚至影響系統(tǒng)的工作性能。所以應(yīng)注意盡量減少壓力損失。布置管路時盡量縮短管道長度，減少管路彎曲和截面的突然變化，管內(nèi)壁力求光滑，選用合理管徑，采用較低流速，以提高系統(tǒng)效率。第第四四節(jié)節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙時的流量計算液體流經(jīng)小孔和縫隙時的流量計算 一、液體流經(jīng)小孔時的流量計算一、液體流經(jīng)小孔時的流量計算 小孔可分為三種： 薄壁小孔孔的長度l與直徑d 的比值 l / d 0.5； 細長

33、孔 l / d 4； 短孔（厚壁孔） 0.5 l / d 4。（一）薄壁小孔（一）薄壁小孔流量的計算流量的計算 圖1-17所示為當(dāng)液體從薄壁小孔流出時，左邊大直徑處的液體均向小孔匯集，在慣性力的作用下，在小孔出口處的液流由于流線不能突然改變方向，通過孔口后會發(fā)生收縮現(xiàn)象，而后再開始擴散。這一收縮和擴散過程就產(chǎn)生了很大的壓力損失。 收縮斷面積 SC與孔口斷面積S之比稱為斷面收縮系數(shù)CC 。即CC = SC / S 。 當(dāng)管道直徑 D與小孔直徑d 的比值 D / d 7時，收縮作用不受孔前管道內(nèi)壁的影響，這時收縮稱為完全收縮。 反之，當(dāng) D / d 7時，孔前管道對液流進入小孔起導(dǎo)向作用，這時的收

34、縮稱為不完全收縮不完全收縮。 現(xiàn)對小孔前后斷面11和收縮斷面CC列伯努利方程 式中, C 為液體流經(jīng)小孔時流束突然縮小的局部阻力系數(shù)。 由于 D d ，可認(rèn)為 v1 0，又由于小孔過流的收縮斷面上流速基本均布，故有 =1，則得式中 Cv小孔速度系數(shù)， ； p小孔前后壓力差， p = p1 p2。 考慮 SC= SCC ，由式(121)可得通過薄壁小孔的流量公式為 考慮 SC= SCC ，由式(121)可得通過薄壁小孔的流量公式為:式中 Cq小孔流量系數(shù)， Cq = CvCC ；流量系數(shù)值由實驗確定。 當(dāng)完全收縮時， Cq = 0.610.62； 當(dāng)不完全收縮時，Cq = 0.70.8。 流經(jīng)薄

35、壁小孔時，孔短，其摩擦阻力的作用很小，并與壓力差 的平方根成正比，所以，流量受溫度和粘度變化的影響小，流量穩(wěn)定。因此，液壓系統(tǒng)中常采用薄壁小孔作為節(jié)流元件。 （二）短孔的流量計算（二）短孔的流量計算 短孔的流量公式仍為式(1-37)，但流量系數(shù)不同，一般取 Cq = 0.82。短孔容易加工，故常用于固定節(jié)流器。 （三）細長小孔的流量計算（三）細長小孔的流量計算 流經(jīng)細長小孔的液流，由于粘性而流動不暢，一般都是層流狀態(tài)，故其流量公式可用層流時直管的流量公式，即 由式(1-38)可知，液體流經(jīng)細長小孔的流量與液體的粘度成反比，即流量受溫度影響，并且流量與小孔前后的壓力差成線性關(guān)系。 通過上述三種小

36、孔的流量可以歸納為一個通用公式： (1-39)式中 K 由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)： 對細長孔： 對薄壁孔和短孔： S小孔通流截面面積； p小孔兩端壓力差； m 由小孔長徑比決定的指數(shù)： 細長孔：m =1；薄壁孔：m = 0.5；短孔：m = 0.51。第第四四節(jié)節(jié) 液體流經(jīng)小孔和縫隙時的流量計算液體流經(jīng)小孔和縫隙時的流量計算 二二、液體流經(jīng)、液體流經(jīng)縫隙縫隙時的流量計算時的流量計算 液壓元件內(nèi)有相對運動的配合間隙，會造成液壓油的泄漏，可分為內(nèi)泄漏和外泄漏。 泄漏產(chǎn)生的原因： 間隙兩端的壓力差引起壓差流動； 間隙配合面有相對運動引起的剪切流動。 二二、液體流經(jīng)、液體流經(jīng)縫隙縫隙時的流

37、量計算時的流量計算 （一）流經(jīng)平行平板間隙的流量 1流經(jīng)固定平行平板間隙的流量 圖1-18所示為液體在兩固定平行平板間隙內(nèi)的流動狀態(tài)，間隙兩端有壓力差 p p1 一p2 ，故屬于壓差流動。若其間隙高度為h ，寬度為b ，長度為l ，經(jīng)理論推導(dǎo)可得： 從上式可知，在壓力差作用下，流過間隙的流量與間隙高度 的三次方成正比，所以液壓元件間隙的大小對泄漏的影響很大，因此，在要求密封的地方應(yīng)盡可能縮小間隙，以便減少泄漏。 2流經(jīng)相對運動平行平板間隙的流量 由圖1-19可知，當(dāng)一平板固定，另一平板以速度 v0作相對運動時。由于液體粘性存在，緊貼于作相對運動的平板上的油液同樣以v0速度運動。緊貼于固定的平板

38、上的油液則保持靜止，中間液體的速度則呈線性分布，液體作剪切流動，其平均流速 v v0 /2。于是，由平板運動而使液體流過平板間隙的流量為： 如果液體在平行平板間隙中既有壓差流動又有剪切流動，則間隙中流速的分布規(guī)律和流量是上述兩種情況的疊加，其間隙流量為： 式中 v0 平行平板間的相對運動速度。 “”號的確定方法如下：當(dāng)長平板相對于短平板移動的方向和壓差方向相同方向相同時取“+”號，方向相反方向相反時取“一”號。（二）流經(jīng)環(huán)狀間隙的流量 1流經(jīng)同心環(huán)狀間隙的流量流經(jīng)同心環(huán)狀間隙的流量 如圖1-20所示為液流通過同心環(huán)狀間隙的流動情況，其柱塞直徑為 d，間隙為h ，柱塞長度為l 。如果將圓環(huán)間隙沿

39、圓周方向展開，就相當(dāng)于一個平行平板間隙，因此，只要用 d替代式中b ，就可得到通過同心環(huán)狀間隙的流量公式：（二）流經(jīng)環(huán)狀間隙的流量 2流經(jīng)流經(jīng)偏偏心環(huán)狀間隙的流量心環(huán)狀間隙的流量 如圖1-21所示，若圓環(huán)的內(nèi)外圓不同心，偏心距為 e，則形成了偏心環(huán)狀的間隙。其流量公式為：式中 h內(nèi)外圓同心時的間隙； 相對偏心率， eh 。 從上式可以看出，當(dāng) 0時，即為同心環(huán)間隙的流量。隨著 的增大，通過的 qV也隨之增加。當(dāng) =1，即 e = h時，為最大偏心，其壓差流量為同心環(huán)狀間隙壓差流量的2.5倍。由此可見保持閥件配合同軸度的重要性，為此常在閥芯上開有環(huán)形壓力平衡槽，通過壓力作用使能自動對中，減少偏心

40、，減少泄漏。第第五五節(jié)節(jié) 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象 一一、液壓沖擊液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因而引起油液的壓力在瞬間急劇上升，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。 1產(chǎn)生液壓沖擊的原因產(chǎn)生液壓沖擊的原因 （1） 閥門突然關(guān)閉引起液壓沖擊。 （2） 運動部件突然制動引起液壓沖擊。 （3） 液壓系統(tǒng)中某些元件反應(yīng)不靈敏造成液壓沖擊。 2液壓沖擊的危害液壓沖擊的危害 液壓沖擊將會引起振動和噪聲，損壞液壓元件和裝置，產(chǎn)生誤動作。 一一、液壓沖擊液壓沖擊 3減小液壓沖擊的措施減小液壓沖擊的措施 （1）緩慢開關(guān)閥門； （2）限制管路中液流的速度； （3）在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器和安全閥； （4）在液壓元件

41、中設(shè)置緩沖裝置(如節(jié)流孔)。 二二、氣穴現(xiàn)象氣穴現(xiàn)象 1產(chǎn)生氣穴的原因產(chǎn)生氣穴的原因 在液壓系統(tǒng)中，由于流速突然變大，供油不足等因素，壓力會迅速下降至低于空氣分離壓時，溶于油液中的空氣游離出來形成氣泡，這些氣泡夾雜在油液中形成氣穴，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。 2氣穴的危害氣穴的危害 當(dāng)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時，大量的氣泡破壞了油流的連續(xù)性，造成流量和壓力脈動，當(dāng)氣泡隨油流進入高壓區(qū)時又急劇破滅，引起局部液壓沖擊，使系統(tǒng)產(chǎn)生強烈的噪聲和振動。 當(dāng)附著在金屬表面上的氣泡破滅時，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓作用，以及油液中逸出的氣體的氧化作用，會使金屬表面剝蝕或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。這種因空穴造成的腐蝕作用稱

42、為氣蝕，導(dǎo)致元件壽命的縮短。 二二、氣穴現(xiàn)象氣穴現(xiàn)象 3減小氣穴的措施減小氣穴的措施 氣穴多發(fā)生在閥口和液壓泵的進口處，由于閥口的通道狹窄，流速增大，壓力大幅度下降，以致產(chǎn)生氣穴。當(dāng)泵的安裝高度過大或油面不足，吸油管直徑太小，吸油阻力大，濾油器阻塞，造成進口處真空度過大，亦會產(chǎn)生空穴。為減少空穴和氣蝕的危害，一般采取下列措施： （1）減小液流在小孔和間隙處的壓力降，一般希望小孔和間隙前后的壓力比為 / 3.5。 （2) 降低吸油高度，適當(dāng)加大吸油管內(nèi)徑，限制吸油管的流速，及時清洗濾油器。對高壓泵可采用輔助泵供油。 （3）管路要盡可能直，避免急彎和局部窄縫；要有良好的密封，防止空氣進入。 （4）提高元件的抗氣蝕能力。 鞏固與練習(xí)鞏固與練習(xí)一、填空題一、填空題 1液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)，稱為液體的 。在 或 時，應(yīng)考慮液體的可壓縮性。 2液體流動時， 的性質(zhì)，稱為液體的黏性。 3常用的黏度有 、 和 。 4液體的動力黏度 與其密度的