液壓第一章課件

第一章

液壓油及液壓流體力學基礎

§1-1液壓油一、流體的密度與比容①密度：單位體積液體內所含有的質量②比容：密度的倒數(shù)壓力↑→↑溫度↑→↓變化及小※結論：可視液體的密度為一個常數(shù)§1-1液壓油二、流體的可壓縮性①壓縮性：液體受壓力作用其體積會減小的性質②與壓力、溫度有關，變化很小結論：可視為液壓油是不可壓縮的§1-1液壓油三、液體的粘性①粘性的定義粘性：液體在外力作用下流動時，液體分子間的內聚力阻礙分子間的相對運動而產生一種內摩擦力§1-1液壓油結論：a液體只有在流動（或有流動趨勢）時呈現(xiàn)粘性b靜止液體不呈現(xiàn)粘性

2、溫度和壓力對粘的影響液壓油的粘度隨溫度的增加而減小液壓油的粘度隨壓力的升高而變大，但粘度增大的數(shù)值很小?？梢院雎圆挥?§1-1液壓油粘性的表示方法1、動力粘度液體粘性的大小用粘度來衡量。液體的粘度是指它在單粘位粘度梯度下流動時單位面積上產生的內摩擦力。又稱動力粘度或絕對粘度。它的計量單位為帕秒Pas.2、運動粘度動力粘度與液體密度的比值，稱為液體的運動粘度。運動粘度是沒有實際的意義的。只有在計算分析中經(jīng)常用到?！?-1液壓油3、相對粘度相對粘度又稱條件粘度。它是按一定測量條件制定的，然后再根據(jù)關系換算出動力粘度或運動粘度。中國、德國采用恩氏粘度

美國用賽氏粘度英國用雷氏粘度注意：1.國家規(guī)定，統(tǒng)一采用運動粘度來表示油的粘性（粘度等級）。

2.我國生產的全損耗系統(tǒng)油和液壓油采用40攝氏度時的運動粘度值為其粘度等級標號。如L-HL32指在40攝氏度時運動粘度的平均值為32?！?-1液壓油四、對液壓油的要求和選用在機床液壓傳動中，液壓油有三方面的作用：傳遞動力的介質運動件間的潤滑劑散熱§1-1液壓油1、要求：粘度適當，粘溫性好可壓縮性要小潤滑性好較好的化學穩(wěn)定性雜質少，污染度低抗乳化性好對密封材料的影響小流動點、凝固點低，燃點高§1-1液壓油2、選用（主要考慮粘度）工作壓力小環(huán)境溫度工作部件的運動速度液壓泵的類型經(jīng)濟性考慮因素：§1-1液壓油3.液壓油的分類液壓油:可燃性難燃性專用液壓油§1-2液體靜力學一、靜壓力（壓力）及其性質1、靜止液體：液體內部質點與質點無相對運動2、靜壓力：單位面積上液體所受作用力單位:§1-2液體靜力學一、液體靜壓力的基本方程式

3、性質：液體靜壓力垂直于作用面，指向作用面的內法線方向；靜止液體內，任意點的壓力在各個方向上都相等?！?-2液體靜力學二、在重力作用下靜止液體中的壓力分布

§1-2液體靜力學二、在重力作用下靜止液體中的壓力分布結論：靜壓力由兩部分組成：液面壓力；液柱重量產生的壓力；靜止液體內的壓力沿深度呈直線規(guī)律分布；離液面深度相同處各點的壓力都相等?！?-2液體靜力學三、壓力的表示方法及單位絕對壓力相對壓力真空度帕（Pa）：N/㎡絕對壓力＝相對壓力＋大氣壓力真空度＝大氣壓力－絕對壓力§1-2液體靜力學帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）：在密閉的容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到液體各點。四、靜壓傳遞原理－－帕斯卡定律重要概念：液體系統(tǒng)的工作壓力取決于外界負載?！?-3流動液體的基本力學特性一、基本概念1、理想液體：是一種假想的沒有粘性、不可壓縮的液體。2、恒定流動：指液體運動參數(shù)僅是空間坐標的函數(shù)，不隨時間的變化，即在任何時間內，通過空間某一固定點的各液體質點的速度、壓力和密度等參數(shù)都保持某一常數(shù)?！?-3流動液體的基本力學特性一、基本概念3、非恒定流動：通過空間某一固定點的各液體質點的速度、壓力和密度等任一參數(shù)只要有一個是隨時間變化的，即為非恒定流動。§1-3流動液體的基本力學特性一、基本概念4、流線：是某一瞬時液流中一條條標志其質點運動狀態(tài)的曲線，在流線上各點處的瞬時液流方向與該點的切線方向重合。對于恒定流動，流線形狀不隨時間變化。流線不能相交，也不能轉折，它是一條條光滑的曲線?！?-3流動液體的基本力學特性一、基本概念5、流束：如果通過某截面A上所有各點畫出流線，這些流線的集合構成流束?！?-3流動液體的基本力學特性一、基本概念流束的特性：穩(wěn)定流動時，流束的形狀不隨時間改變；流體質點不能穿過流束表面流入或流出；由于微小流束的橫斷面很小，所以在此截面上各點的運動參數(shù)可視為相同?！?-3流動液體的基本力學特性一、基本概念6、通流截面：流束中與所有流線正交的截面。7、微小流束：通流截面無限小時的流束為微小流束，微小流束截面上各點上的運動速度可以認為是相等的?！?-3流動液體的基本力學特性一、基本概念8、流量：單位時間內通過某通流截面的液體體積。9、平均流速：是假想的液體運動速度，認為通流截面上所有各點的流速是均勻分布的?！?-3流動液體的基本力學特性層流：指液體流動時，液體質點沒有橫向運動，互不混雜，呈線狀或層狀的流動。紊流：指液體流動時，液體質點有橫向流動（或產生小漩渦），作混雜紊亂的流動狀態(tài)。二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)實驗證明§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)雷諾數(shù)工程上常用一個臨界雷諾數(shù)Re來判別液流狀態(tài)。當Re<Re時液流為層流；當Re>Re時液流為紊流。

crcrcr實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內的平均流速v有關，還和管徑d、液體的運動粘度v有關。決定液體狀態(tài)的是這三個參數(shù)所組成的一個稱之為雷諾數(shù)Re的無量綱純數(shù)。§1-3流動液體的基本力學特性二、流體的流動狀態(tài)、雷諾數(shù)§1-3流動液體的基本力學特性三、連續(xù)性方程假設液體是不可壓縮的，而且是作恒定流動，則液體的流動過程遵守質量守恒定律，即在單位時間內流體流過通道任意截面的液體質量相等。連續(xù)性方程的物理意義：平均流速與通流截面的面積成反比。連續(xù)性方程的適用條件：1、必須是不可壓縮的液體；2、必須是作穩(wěn)定流動；3、適用于任何液體，與粘度無關?！?-3流動液體的基本力學特性1、理想流體的伯努利方程四、伯努利方程－－能量守恒定律§1-3流動液體的基本力學特性2、理想流體的伯努利方程伯努利方程的物理意義是，理想的不可壓縮液體在重力場中作恒定流動時，具有勢能、壓力能和動能三種形式，他們之間可以相互轉化，但總和保持不變。§1-3流動液體的基本力學特性3、實際液體的伯努利方程由于實際液體在流動時，是具有粘性的由此會產生內摩擦力造成能量損失。另一方面，實際液體在管道通流截面上的流速分布是不均勻的，而我們用平均流速代替實際流速進行計算，這樣必然會產生誤差?！?-4流動液體的流量－－壓力特性一、壓力損失沿程損失：指液體在管道中流動時因液體具有的粘性而產生的壓力損失；局部損失：指由于管道突然變化、液流速度大小和方向突然改變等而引起的壓力損失?！?-4流動液體的流量－－壓力特性2、局部壓力損失產生原因：液體流過局部裝置時形成死水區(qū)或渦旋區(qū)，液體在此區(qū)域并不參加主流動，而是不斷的打旋，加速液體摩擦或造成質點碰撞，產生局部能量損失；液體流過局部裝置時流速的大小和方向發(fā)生急劇變化，各截面上的速度分布規(guī)律也不斷變化，引起附加摩擦而消耗能量。§1-4流動液體的流量－－壓力特性管路系統(tǒng)總能量損失管路系統(tǒng)中總能量損失等于系統(tǒng)中所有直管沿程能量損失之和與局部能量損失之和的疊加P25§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式孔口形式：薄壁小孔（一般節(jié)流閥的節(jié)流口）細長孔（一般用于阻尼孔）短孔（一般用于固定節(jié)轍口）§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式（1）薄壁小孔的流量公式Cd為流量系數(shù)，一般取Cd=0.60~0.61§1-4流動液體的流量－－壓力特性二、流量公式1、孔口流量公式（2）細長小孔的流量公式（3）短孔（厚壁孔）的流量公式厚壁孔流量計算可采用薄壁小孔的流量公式，但流量系數(shù)Cd的選取則具體情況具體確定§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊定義：在液壓系統(tǒng)的工作過程中，因執(zhí)行部件的突然換向或閥門突然關閉以及外負載的急劇變化而引起壓力急劇變化，出現(xiàn)壓力交替升降的波動過程，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊液壓沖擊的類型:閥門突然打開或關閉，及系統(tǒng)中某些元件反應的滯后，使液流突然停止運動而產生的液壓沖擊；運動部件突然啟動或停止，因其慣性使液壓缸和相連管道中壓力產生急劇變化而形成壓力波，產生液壓沖擊。§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、產生液壓沖擊的原因1、流動液體的突然停止§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象2、靜止液體的突然運動3、流動液體的突然換向4、運動部件的突然制動5、靜止部件的突然運動6、運動部件的速度突然改變7、某些液壓元件動作不靈敏§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊消除或減弱液壓沖擊的措施:緩慢關閉閥門，減慢管道的換向速度；縮短管子長度；減慢換向閥關閉前的液流速度；設置蓄能器、安全閥等。§1-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象二、氣穴和氣蝕1、氣穴在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因會產生低氣壓，當壓力低于液體的空氣分離壓時，液體中溶解的空氣就會分離出來，以氣泡的形式存在于液體中，使原來充滿管道的液體出現(xiàn)了氣體的空穴，這種現(xiàn)象稱為空穴現(xiàn)象；另外，當絕對壓力低于液體的飽和蒸氣壓時，液體中會出現(xiàn)大量的蒸氣泡，這也氣穴現(xiàn)象?！?-5液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象2、氣蝕管道中發(fā)生空穴現(xiàn)象時，氣泡隨著液流進入高壓區(qū)后，隨即急劇潰滅或急劇縮小，原來氣泡所占的空間形成了真空，四周液體質點將以極大的速度沖向潰滅或壓縮氣泡中心，產生局部沖擊現(xiàn)象（形成高壓、高溫），使金屬剝落，表面形面