液壓與氣壓傳動第二章

1、第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)液壓與氣壓傳動液壓與氣壓傳動青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院制作人制作人 吳天吳天第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)第二章 液壓油與液壓流體力學(xué) 2.1.1液壓油的物理特性 2.1.4對液壓油的要求 2.1.5 液壓油的選擇第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 一、 液體的密度和重度液體的密度和重度g：單位體積液體內(nèi)所含有的質(zhì)：單位體積液體內(nèi)所含有的質(zhì)量量 單位：單位：kg/m3，N.s2/m4：單位體積液體的重量：單位體積液體的重量二、流體的壓縮性及液壓彈簧剛性系數(shù)二、流體的壓縮性及液

2、壓彈簧剛性系數(shù) ：液體受壓力作用其體積會減小的性質(zhì)：液體受壓力作用其體積會減小的性質(zhì)第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 二、可壓縮性二、可壓縮性 液壓油的體積將隨壓力的增高而減小。液壓油的體積將隨壓力的增高而減小。 體積壓縮系數(shù)體積壓縮系數(shù) VVp1即單位壓力變化下的體積相對變化量即單位壓力變化下的體積相對變化量體積變化體積變化初始體積初始體積壓力變化壓力變化第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)體積彈性模量體積彈性模量K K V V一定，在同樣一定，在同樣pp下，下， K K 越大越大, , V V 越小越小 說明說明K K 越大，液體的抗壓能力越強(qiáng)越大，

3、液體的抗壓能力越強(qiáng) 礦物油礦物油 K K = (1.4= (1.42.0)2.0)10 10 9 9 N/mN/m 2 2 鋼鋼 K K = 2.06 = 2.06 10 10 11 11 N/mN/m 2 2 k k鋼鋼 = = 100100150 150 k k油油 在靜態(tài)下工作時，不考慮液體的可壓縮性。在靜態(tài)下工作時，不考慮液體的可壓縮性。VpVK1第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)AFplAVVKAlFkh2 封閉在容器中的液體在外力作用封閉在容器中的液體在外力作用下的情況類似彈簧，外力增大體積減下的情況類似彈簧，外力增大體積減小，外力減小體積增大。小，外力減小體積

4、增大。壓力變化壓力變化體積變化體積變化dVdpVVpVkV）（0lim1按彈簧定義按彈簧定義第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)三 粘性 附著力附著力 液體與固體表面液體與固體表面 內(nèi)聚力內(nèi)聚力 液體分子與分子之間液體分子與分子之間液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運(yùn)動而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩檫力，這種現(xiàn)聚力要阻止分子相對運(yùn)動而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩檫力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性象叫做液體的粘性第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)粘性示意圖粘性示意圖下板固定下板固定上板以上板以u u0 0運(yùn)動

5、運(yùn)動附著力附著力 A A點(diǎn)：點(diǎn)：u = 0 u = 0 B B點(diǎn)：點(diǎn)：u = uu = u0 0內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力 兩板之間液流速度逐漸小。兩板之間液流速度逐漸小。B BA Ax xz z根據(jù)實際測定的數(shù)據(jù)所知，流根據(jù)實際測定的數(shù)據(jù)所知，流體層間的內(nèi)摩擦力體層間的內(nèi)摩擦力T與流體層的與流體層的接觸面積接觸面積A及流體層的相對流速及流體層的相對流速du成正比，而與此二流體層間成正比，而與此二流體層間的距離的距離dz成反比成反比 第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律 式中：式中：粘度系數(shù)粘度系數(shù) du /dz速度梯度速度梯度dzdu切應(yīng)力切應(yīng)力: :當(dāng)速

6、度梯度變化時，當(dāng)速度梯度變化時，為不變常數(shù)的流體稱為牛頓流體，為不變常數(shù)的流體稱為牛頓流體，為變數(shù)的流體稱為非牛頓流體。為變數(shù)的流體稱為非牛頓流體。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 粘度粘度 三種表示方法三種表示方法dzdu2) 2) 運(yùn)動粘度運(yùn)動粘度 單位：Pa.S（帕秒）單位：m2/sdzdu1) 動力粘度動力粘度第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)3)相對粘度(恩氏粘度)21ttE式中：式中：t1 油流出的時間油流出的時間 t220OC蒸餾水蒸餾水流出時間流出時間恩氏粘度與運(yùn)動粘度的換算關(guān)系恩氏粘度與運(yùn)動粘度的換算關(guān)系610)31. 631. 7(

7、tEE200ml=2. 8mm恩氏粘度計第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)粘度與壓力的關(guān)系第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)粘度與溫度的關(guān)系粘度與溫度的關(guān)系 T 影響：影響： 大，阻力大，能耗大，阻力大，能耗 小，油變稀，泄漏小，油變稀，泄漏 限制油溫：限制油溫：T，加冷卻器，加冷卻器 T，加熱器，加熱器第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)粘溫圖返回目錄第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.1.4 2.1.4 對液壓油的要求對液壓油的要求 1.1.合適的粘度，粘溫性好合適的粘度，粘溫性好 2.2.潤滑性能好潤滑性能好

8、 3.3.雜質(zhì)少雜質(zhì)少 4.4.相容性好相容性好 5.5.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 6.6.抗泡性好、防銹性好抗泡性好、防銹性好 7.7.凝點(diǎn)低凝點(diǎn)低, ,閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高 8.8.無公害、成本低無公害、成本低第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油的種類液壓油的種類液壓油的種類：液壓油的種類：（1 1）礦物油系液壓油（可燃性）礦物油系液壓油（可燃性）：主要由石臘基（主要由石臘基（paraffin paraffin basebase）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用用途最多途最多的一種；的一種；其缺點(diǎn)為耐火性差其缺點(diǎn)為耐火

9、性差。（2）耐火性液壓油（難燃性）耐火性液壓油（難燃性）：專用于專用于防止有引起火災(zāi)防止有引起火災(zāi)危危險的乳化型液壓油。有水中油滴型（險的乳化型液壓油。有水中油滴型（o/w）和油中水滴形）和油中水滴形（w/o）兩種，水中油滴型（）兩種，水中油滴型（o/w）的潤滑性差，會侵蝕）的潤滑性差，會侵蝕油封和金屬；油中水滴形（油封和金屬；油中水滴形（w/o）化學(xué)穩(wěn)定性很差。）化學(xué)穩(wěn)定性很差。（3）專用液壓油專用液壓油：航空、艦船、炮用及車輛制動用液壓油。：航空、艦船、炮用及車輛制動用液壓油。 返回目錄第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油液的選擇液壓油液的選擇 一、液壓油液的選擇一

10、、液壓油液的選擇 1.1.優(yōu)先考慮粘性優(yōu)先考慮粘性 =11.5 =11.5 41.3 41.3 cSt cSt 即即 2020、3030、4040號機(jī)械號機(jī)械油油 2.2.按工作壓力按工作壓力 p p 高，選高，選大；大； p p 低，選低，選小小 3.3.按環(huán)境溫度按環(huán)境溫度 T T 高，選高，選大；大； T T 低，選低，選小小 4.4.按運(yùn)動速度按運(yùn)動速度 v v 高，選高，選?。恍。?v v 低，選低，選大大 5.5.其他其他 （污染、抗燃、毒性）（污染、抗燃、毒性） （相容性、穩(wěn)定性、防銹抗腐）（相容性、穩(wěn)定性、防銹抗腐） （價格、使用壽命、更換）（價格、使用壽命、更換）工作條件工作

11、條件工作環(huán)境工作環(huán)境油液質(zhì)量油液質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性返回目錄第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油的污染與保養(yǎng)液壓油的污染與保養(yǎng)液壓油的污染與保養(yǎng)液壓油的污染與保養(yǎng) 液壓油使用一段時間后會受到污染，常使閥內(nèi)的閥芯卡液壓油使用一段時間后會受到污染，常使閥內(nèi)的閥芯卡死，并使油封加速死，并使油封加速磨耗及液壓缸內(nèi)壁磨損，更為嚴(yán)重的會導(dǎo)致油泵損壞。磨耗及液壓缸內(nèi)壁磨損，更為嚴(yán)重的會導(dǎo)致油泵損壞。 造成液壓油污染的原因有三方面：造成液壓油污染的原因有三方面：1）污染：污染：（1）侵入物污染；（）侵入物污染；（2）殘留物污染；（）殘留物污染；（3）生成）生成物污染。物污染。2）惡化：）惡

12、化：液壓油的惡化速度與含水量、氣泡、壓力、油溫、液壓油的惡化速度與含水量、氣泡、壓力、油溫、金屬粉末等有關(guān)，金屬粉末等有關(guān)， 其中以溫度影響最大，故液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時，須特別其中以溫度影響最大，故液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時，須特別注意油溫之變化。注意油溫之變化。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)3）泄漏：）泄漏：液壓設(shè)備因配管不良，油封破損是造成泄液壓設(shè)備因配管不良，油封破損是造成泄漏的原因，泄漏發(fā)生時空氣、水、塵埃便可輕易漏的原因，泄漏發(fā)生時空氣、水、塵埃便可輕易的侵入油中，故當(dāng)泄漏發(fā)生時，必須立即加以排的侵入油中，故當(dāng)泄漏發(fā)生時，必須立即加以排除。除。液壓油的更換液壓油的更換 液壓油經(jīng)

13、長期使用，油質(zhì)必會惡化，一般皆用目液壓油經(jīng)長期使用，油質(zhì)必會惡化，一般皆用目視法判定油質(zhì)是否惡化，視法判定油質(zhì)是否惡化，當(dāng)油顏色混蝕并有異味當(dāng)油顏色混蝕并有異味時，須立即更換時，須立即更換；更換方法有二種：；更換方法有二種：一為定期更一為定期更換（約為換（約為5000-20000小時），其次是采用理化分小時），其次是采用理化分析方法（測量析方法（測量液壓油的粘度、酸值、水液壓油的粘度、酸值、水分及雜質(zhì)）確定液壓油是否需要更換。分及雜質(zhì)）確定液壓油是否需要更換。 第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)思考題思考題 1.液壓的（液壓的（ ）具有明確的物理意義，它表示了液體在以）具有

14、明確的物理意義，它表示了液體在以 單位速度梯度流動時，單位面積上的內(nèi)摩擦力。單位速度梯度流動時，單位面積上的內(nèi)摩擦力。 A. 動力粘度動力粘度 B.運(yùn)動粘度運(yùn)動粘度 C. 恩氏粘度恩氏粘度 D.賽氏粘度賽氏粘度 2.當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度較高，工作部件運(yùn)動速度較當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度較高，工作部件運(yùn)動速度較 低時，為減少泄漏，宜采用粘度較（低時，為減少泄漏，宜采用粘度較（ ） 的液壓油；當(dāng)系的液壓油；當(dāng)系 統(tǒng)工作壓力、環(huán)境溫度較低，工作部件運(yùn)動速度較高時，統(tǒng)工作壓力、環(huán)境溫度較低，工作部件運(yùn)動速度較高時， 為了為了 減少功率損失，宜采用粘度較（減少功率損失，宜采用粘度較（ ）的液壓油。

15、）的液壓油。 A.高低高低B.高高高高C.低高低高D.低低低低3. 我國生產(chǎn)的機(jī)械油和液壓油采用我國生產(chǎn)的機(jī)械油和液壓油采用40OC時其（時其（ ）的）的 標(biāo)號。標(biāo)號。 A.動力粘度，動力粘度，Pas B.恩氏粘度恩氏粘度OE C.運(yùn)動粘度運(yùn)動粘度mm/s D.賽賽 氏粘氏粘 秒秒第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.2 液壓靜力學(xué)基礎(chǔ)第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.2.1 液體的壓力1 1、液體靜壓力、液體靜壓力： 靜止液體在單位面積上所受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(qiáng)。2.2.液體靜壓力有兩個重要特性液體靜

16、壓力有兩個重要特性: :（1 1）液體靜壓力垂直于承壓面）液體靜壓力垂直于承壓面, ,其方向和該面的內(nèi)法線方向其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。一致。（2 2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個方向上都相等。靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個方向上都相等。 為什么？為什么？ 如果某點(diǎn)受到的壓力在某個方向上不相等如果某點(diǎn)受到的壓力在某個方向上不相等, ,那么液體就那么液體就會流動會流動, ,這就這就 違背了液體靜止違背了液體靜止的條件的條件。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.2.2 2.2.2 在重力作用下靜止液體的壓力分布在重力作用下靜止液體的壓力分布 a a、靜壓力基本方

17、程、靜壓力基本方程 如圖所示容器中盛有液體，作如圖所示容器中盛有液體，作用在液面上的壓力為用在液面上的壓力為P P0 0，現(xiàn)在求離，現(xiàn)在求離液面液面h h深處深處A A點(diǎn)壓力，在液體內(nèi)取點(diǎn)壓力，在液體內(nèi)取一個底面包含一個底面包含A A點(diǎn)的小液柱，設(shè)其點(diǎn)的小液柱，設(shè)其底部面積為底部面積為 A A，高為，高為h h。這個小液這個小液柱在重力及周圍液體的壓力作用柱在重力及周圍液體的壓力作用下，處于平衡狀態(tài)。則在垂直方下，處于平衡狀態(tài)。則在垂直方向上的力平衡方程為向上的力平衡方程為 P=pP=p0 0+gh=p+gh=p0 0+h +h 其中其中為液體的密度，為液體的密度，為液為液體的重度。體的重度。

18、第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)液體液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程說明什么問題說明什么問題2 2 液體液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程說明什么問題：說明什么問題：（1） 靜止液體中任何一點(diǎn)的靜壓力為作用在液面靜止液體中任何一點(diǎn)的靜壓力為作用在液面的壓力的壓力Po和液體重力所產(chǎn)生的壓力和液體重力所產(chǎn)生的壓力ggh之和。之和。（2） 液體中的靜壓力隨著深度液體中的靜壓力隨著深度h 而線性增加。而線性增加。（3）在連通器里，靜止液體中只要深度）在連通器里，靜止液體中只要深度h 相同其相同其壓力都相等。壓力都相等。 p=pp=p0 0+ +ghgh第二章第二章 液壓油及液壓流體

19、力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)應(yīng)用靜壓力基本方程3 3、應(yīng)用液體、應(yīng)用液體靜壓力基本方程靜壓力基本方程： 例例1-1 1-1 如圖如圖1-31-3所示，容器內(nèi)所示，容器內(nèi)盛 油 液 。 已 知 油 的 密 度盛 油 液 。 已 知 油 的 密 度 =900kg/m=900kg/m3 3，活塞上的作用，活塞上的作用力力F=1000NF=1000N，活塞的面積，活塞的面積A=1A=11010-3-3m m2 2，假設(shè)活塞的重，假設(shè)活塞的重量忽略不計。問活塞下方深量忽略不計。問活塞下方深度為度為h=0.5mh=0.5m處的壓力等于多處的壓力等于多少？少？ 第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體

20、力學(xué)解解: : 活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布，有活塞與液體接觸面上的壓力均勻分布，有根據(jù)靜壓力的基本方程式（根據(jù)靜壓力的基本方程式（1-31-3），深度為），深度為h h處的液體壓力處的液體壓力 =10 =106 6 +900 +9009.89.80.50.5 = 10 = 106 6 + 4410 + 4410 10106 6(Pa)(Pa)從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重從本例可以看出，液體在受外界壓力作用的情況下，液體自重所形成的那部分壓力所形成的那部分壓力 ghgh相對甚小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎韵鄬ι跣?，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?，因而不計，因而可近似認(rèn)為整個液

21、體內(nèi)部的壓力是相等的可近似認(rèn)為整個液體內(nèi)部的壓力是相等的。以后。以后我們在分析液壓系統(tǒng)的壓力時，一般都采用這種結(jié)論我們在分析液壓系統(tǒng)的壓力時，一般都采用這種結(jié)論。2/6102310110000mNmNAFpghppa第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 如圖所示為盛有液體的密閉如圖所示為盛有液體的密閉容器，液面壓力為容器，液面壓力為p p0 0。選擇一基準(zhǔn)。選擇一基準(zhǔn)水平面水平面(0(0 x x) )，根據(jù)靜壓力基本方程，根據(jù)靜壓力基本方程式可確定距液面深度為式可確定距液面深度為h h處處A A點(diǎn)的點(diǎn)的壓力壓力p p即即 p=pp=p0 0+h=p+h=p0 0+(z+(z0

22、 0-z) -z) 整理后得整理后得 P/P/+z+z=p=p0 0/+z/+z0 0= =常數(shù)常數(shù)式中式中z z實質(zhì)上表示了實質(zhì)上表示了A A點(diǎn)單位重量點(diǎn)單位重量 液體的位能。單位重量液體的位液體的位能。單位重量液體的位 能為能為mgzmgz/mg=/mg=z,zz,z又稱為位置水頭。又稱為位置水頭。b b、靜壓力基本方程式的物理意義、靜壓力基本方程式的物理意義hp第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 如果在與如果在與A A點(diǎn)等高的容器上，接一根上端封閉并點(diǎn)等高的容器上，接一根上端封閉并抽去空氣的玻璃管，可以看到在靜壓力作用下，液抽去空氣的玻璃管，可以看到在靜壓力作用下，液

23、體將沿玻璃管上升體將沿玻璃管上升h hp p, ,根據(jù)上式對根據(jù)上式對A A點(diǎn)有：點(diǎn)有： 靜壓力基本方程式說明：靜止液體中單位重量靜壓力基本方程式說明：靜止液體中單位重量液體的壓力能和位能可以相互轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能液體的壓力能和位能可以相互轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量保持不變，即量保持不變，即能量守恒。能量守恒。p/+z=z+hp/+z=z+hp p，故，故 p/=hp/=hp p 這說明了這說明了A A處液體質(zhì)點(diǎn)由于受到靜壓力作用而處液體質(zhì)點(diǎn)由于受到靜壓力作用而具有具有mghmghp p的勢能，單位重量液體具有的勢能為的勢能，單位重量液體具有的勢能為h hp p。因為因為h hp p=p/=p/，故

24、，故p/p/為為A A點(diǎn)單位重量液體的壓力能點(diǎn)單位重量液體的壓力能。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 2.2.3 2.2.3 壓力的表示方法和單位壓力的表示方法和單位靜壓力的表示方法及單位：靜壓力的表示方法及單位：表示方法表示方法：1 1、絕對壓力（以真空為基準(zhǔn)）、絕對壓力（以真空為基準(zhǔn)） 2 2、相對壓力（以大氣壓力為基準(zhǔn)）、相對壓力（以大氣壓力為基準(zhǔn)）絕對壓力絕對壓力= =大氣壓力大氣壓力+ +相對壓力相對壓力真空度真空度= =大氣壓力大氣壓力- -絕對壓力絕對壓力單位：單位：PaPa或或N/mN/m2 2 ，kPakPa，MPaMPa工程單位制：工程單位制：kgfk

25、gf/cm2/cm2、bar(bar(巴）、巴）、at(at(工程大氣壓）工程大氣壓）atmatm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）、液柱高度（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）、液柱高度思考思考：PaPa是壓力的單位還是壓強(qiáng)的單位？工程上常用的公是壓力的單位還是壓強(qiáng)的單位？工程上常用的公斤力指的是什么？斤力指的是什么？第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)注意：由常用液壓測試儀所測得的壓力均為相對壓力，即表壓力。注意：由常用液壓測試儀所測得的壓力均為相對壓力，即表壓力。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 2.2.4 2.2.4 靜止液體內(nèi)壓力的傳遞靜止液體內(nèi)壓力的傳遞帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）：帕

26、斯卡原理（靜壓傳遞原理）：在密閉容器內(nèi)，液體表面的壓力可在密閉容器內(nèi)，液體表面的壓力可等值傳遞等值傳遞到液體到液體內(nèi)部所有各點(diǎn)。內(nèi)部所有各點(diǎn)。在液壓傳動系統(tǒng)中，通常有外力產(chǎn)生的壓力要比液在液壓傳動系統(tǒng)中，通常有外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重形成的壓力大很多，因此常常將重力省略不計，體自重形成的壓力大很多，因此常常將重力省略不計，而認(rèn)為而認(rèn)為“靜止液體的壓力處處相等。靜止液體的壓力處處相等?！睉?yīng)用實例應(yīng)用實例：液壓千斤頂液壓千斤頂?shù)诙碌诙?液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)壓力作用壓力作用在平面上在平面上 液壓作用力大小、方向、作用點(diǎn)都與受壓面的形液壓作用力大小、方向、作用點(diǎn)都與受壓面的形

27、狀及受壓面上液體壓力的分布有關(guān)狀及受壓面上液體壓力的分布有關(guān)。不同點(diǎn)上的壓力方向不一致，液壓作用不同點(diǎn)上的壓力方向不一致，液壓作用力在某一方向上的分力等于靜壓力與該力在某一方向上的分力等于靜壓力與該曲面在該方向投影面積的乘積。曲面在該方向投影面積的乘積。方向相互平行，液壓作用力方向相互平行，液壓作用力F F等等于壓力于壓力P P與承壓面積與承壓面積A A的乘積。的乘積。F=PF=P A A壓力作用壓力作用在曲面上在曲面上第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.3 2.3 液體動力學(xué)基礎(chǔ)液體動力學(xué)基礎(chǔ)第二章第二章 液壓油及液

28、壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.32.3 液體動力學(xué)液體動力學(xué) 流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程 伯努利方程伯努利方程 動量方程動量方程主要是研究液體流動時主要是研究液體流動時流速和壓力流速和壓力的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。前兩個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，前兩個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題。動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.3 2.3 液體動力學(xué)基礎(chǔ)液體動力學(xué)基礎(chǔ)1 1、基本概述、基本概述 理想液體理想液體-無粘性、不可壓縮的液體無粘性、不可壓縮

29、的液體 恒定流動恒定流動液體中任意點(diǎn)的壓力、流速、密度不隨時液體中任意點(diǎn)的壓力、流速、密度不隨時 間變化間變化 流線流線表示某一瞬間液流各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)的曲線表示某一瞬間液流各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)的曲線 流束流束流線的集合流線的集合 通流面積通流面積與流線正交的通流截面與流線正交的通流截面 流量流量單位時間通過通流面積的液體的體積單位時間通過通流面積的液體的體積 平均流速平均流速流量流量/ /有效面積有效面積 通流截面通流截面垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué) 理想液體理想液體 假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流體

30、稱為理想流體。假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。當(dāng)液體流動時，可以將流動液體當(dāng)液體流動時，可以將流動液體中空間任一點(diǎn)上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)，中空間任一點(diǎn)上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)，例如壓力例如壓力p p、流速、流速v v及密度及密度表示為表示為空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，例如空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，例如： 壓力壓力p=pp=p（x x，y y，z z，t)t) 速度速度v=vv=v（x x，y y，z z，t)t) 密度密度=（x x，y y，z z，t t）=第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：HvDRe其中：其中：為

31、液體運(yùn)動粘度，為液體運(yùn)動粘度， v為液體運(yùn)動的平均速度為液體運(yùn)動的平均速度 DH為水力直徑為水力直徑當(dāng)雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，為層流；當(dāng)雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，為層流；當(dāng)雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時，為紊流。當(dāng)雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時，為紊流。臨界雷諾數(shù)見表臨界雷諾數(shù)見表2-3第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.3.2 2.3.2 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。 液體在管內(nèi)作恒定流液體在管內(nèi)作恒定流動，任取動，任取1、2兩個通流截兩

32、個通流截面，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，面，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時間內(nèi)流過兩個截在單位時間內(nèi)流過兩個截面的液體質(zhì)量相等，即：面的液體質(zhì)量相等，即： 1v1 A1 = 2v2 A2 不考慮液體的壓縮性則得不考慮液體的壓縮性則得 q = v A = 常量常量 流量連續(xù)性方程說明了恒定流動中流過各截面的不可流量連續(xù)性方程說明了恒定流動中流過各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截面的面積壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截面的面積成反比。成反比。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)(3) (3) 伯努利方程伯努利方程2)2)實際液體微小流束的伯努利方程實際液體微小流束的伯

33、努利方程實際流體存在粘性，流動時存在能量損失，實際流體存在粘性，流動時存在能量損失，hw 為單位質(zhì)量液體在為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動的能量損失。兩截面之間流動的能量損失。guZp22111hguZp22222 3)3)實際液體總流的伯努利方程實際液體總流的伯努利方程 用平均流速替代實際流速用平均流速替代實際流速gvZp221111hgvZp222222 伯努利方程的物理意義：伯努利方程的物理意義：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想流體具有壓在管內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想流體具有壓力能，勢能和動能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其力能，勢能和動能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒?？?/p>

34、和不變，即能量守恒。為動能修正系數(shù)，與速度分布有關(guān)，速度分布越均勻，為動能修正系數(shù)，與速度分布有關(guān)，速度分布越均勻， 值越接近值越接近1。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)例一例一如圖所示為一抽吸設(shè)備水平放置，其出口和大氣相通，細(xì)管如圖所示為一抽吸設(shè)備水平放置，其出口和大氣相通，細(xì)管處截面積處截面積A1=3.210-4m2，出口處管道截面積，出口處管道截面積A2=4A1，h=1m，試求開始抽吸時，水平管中所必須通過的流量。假設(shè)液體為試求開始抽吸時，水平管中所必須通過的流量。假設(shè)液體為理想液體，不計損失。理想液體，不計損失。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力

35、學(xué)(4) 動量方程動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來計算動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來計算流流動液體動液體和限制其流動的和限制其流動的固體壁面上固體壁面上的相互的相互作用力作用力。 2 2) )液體液體的動量的動量方程方程 1)動量定理（剛體）：動量定理（剛體）：作用在物體上的全部外力矢量和等于作用在物體上的全部外力矢量和等于物體在力作用方向上的動量變化率。物體在力作用方向上的動量變化率。 應(yīng)用動量方程注意：應(yīng)用動量方程注意：F、v是矢量；流動液體作用在固體壁是矢量；流動液體作用在固體壁面上的力與壁面作用在液體上的力大小相等、方向相反。面上的力與壁面作用在液體上的力

36、大小相等、方向相反。F = （m v）/t = q（v2 - v1）F = （m v）/t推論：作用在液體控制體積上的外推論：作用在液體控制體積上的外力總和力總和等于單位時間內(nèi)流出控制表面與流等于單位時間內(nèi)流出控制表面與流入控制入控制表面的液體的動量之差。表面的液體的動量之差。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)例二例二如圖所示為一水平放置的固定導(dǎo)板，將直徑如圖所示為一水平放置的固定導(dǎo)板，將直徑d=0.1m，流，流速為速為v=20m/s的射流轉(zhuǎn)過的射流轉(zhuǎn)過90角，試求導(dǎo)板作用于液體合角，試求導(dǎo)板作用于液體合力的大小及方向（力的大小及方向（=1000kg/m3)。第二章第二章

37、液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.4 2.4 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.4 2.4 液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量 液體流經(jīng)小孔的情況可以根據(jù)孔長液體流經(jīng)小孔的情況可以根據(jù)孔長l與孔徑與孔徑d的比值分為三種的比值分為三種情況：情況：l/d0.5時，稱為薄壁小孔；時，稱為薄壁小孔；0.5l/d4時，稱為短孔；時，稱為短孔；l/d4時，稱為細(xì)長時，稱為細(xì)長孔。液體在薄壁小孔中的流動液體在薄壁小孔中的流動 第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)1)流經(jīng)薄壁小孔的流量通過薄壁小孔

38、的流量與液體粘度無關(guān)，因而流量受液體溫度通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關(guān)，因而流量受液體溫度影響較小影響較小.但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的 。pAcpAccAqdc2202ccccdC Cd d稱為小孔流量系數(shù)，流量系數(shù)一般稱為小孔流量系數(shù)，流量系數(shù)一般由實驗確定由實驗確定 。pp為小孔前后壓差。為小孔前后壓差。 第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2)2)流經(jīng)細(xì)長孔和短孔的流量流經(jīng)細(xì)長孔和短孔的流量 液體流經(jīng)細(xì)長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。液體流經(jīng)細(xì)長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。 但細(xì)長小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系

39、是線性的。但細(xì)長小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系是線性的。24dA24dAA A是細(xì)長小孔的通流截面積是細(xì)長小孔的通流截面積pAldlpdq3212824液流流經(jīng)短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量計算式，但其中的液流流經(jīng)短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量計算式，但其中的流量系數(shù)不同流量系數(shù)不同 。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)3) 3) 統(tǒng)一的經(jīng)過小孔的流量公式統(tǒng)一的經(jīng)過小孔的流量公式 式中式中 A:孔的通流截面積，孔的通流截面積，p:孔前后壓差，孔前后壓差， m:由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的指數(shù)由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的指數(shù),0.5m1 k:由孔口形式有關(guān)的系數(shù)由孔口形式有關(guān)的系數(shù) 當(dāng)孔為薄壁小孔

40、時，當(dāng)孔為薄壁小孔時，m=0.5, 為細(xì)長小孔時為細(xì)長小孔時m=1， mpKAq2dcK ldK322（1）由）由K知，液體通過薄壁小孔的流量與液體的粘度無關(guān)，與知，液體通過薄壁小孔的流量與液體的粘度無關(guān)，與直徑的直徑的2次方成正比，而通過細(xì)長孔的流量與粘度有關(guān)，與直次方成正比，而通過細(xì)長孔的流量與粘度有關(guān)，與直徑的四次方成正比。徑的四次方成正比。（2）由）由m知，當(dāng)孔口前后的壓差發(fā)生相同變化時，薄壁孔的流知，當(dāng)孔口前后的壓差發(fā)生相同變化時，薄壁孔的流量變化較小，所以在液壓傳動中常以薄壁小孔做為節(jié)流孔。量變化較小，所以在液壓傳動中常以薄壁小孔做為節(jié)流孔。第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)2.5 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象第二章第二章 液壓油及液壓流體力學(xué)液壓油及液壓流體力學(xué)( (一一) )液壓沖擊現(xiàn)象液壓沖擊現(xiàn)象 在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時，致使液流在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時，致使液流速度急速地改變速度急速地改變(變向或停止變向或停止)，由于流動液體的慣性或運(yùn)動，由于流動液體的慣性或運(yùn)動部件的慣性，會使系