液壓傳動基礎(chǔ)知識優(yōu)秀公開課

第二章：液壓傳動基礎(chǔ)知識§2.1、液體的性質(zhì)§2.2、液體靜力學(xué)基礎(chǔ)§2.3、液體動力學(xué)基礎(chǔ)§2.4、管道內(nèi)的壓力損失§2.5、液體流經(jīng)小孔和間隙的流量§2.6、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象§2.1、液體的性質(zhì)一、液體的密度單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為V、質(zhì)量為m的液體的密度ρ為

ρ＝m/V

礦物型液壓油的密度隨溫度和壓力而變化的，壓力增加密度加大，溫度升高而減小但其變動值很小，可認(rèn)為其為常數(shù)，一般礦物油系液壓油在20℃時密度:850～960kg/m3。二、液體的可壓縮性

液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)。液體的壓縮性可用體積壓縮系數(shù)κ（m2/N）表示。

液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的體積彈性模量，以K表示，即K＝1/k液壓油的體積模量為（1.4~1.9）x109N/m2。對于液壓系統(tǒng)來說一般以為其不可壓縮，但在混入空氣，動態(tài)性能要求高，壓力變化范圍大的高壓系統(tǒng)中要考慮起影響。實際計算時一般取其體積模量為（0.7~1.4）x109N/m2。（二）、液體的粘度液體的粘性用粘度表示。表示方式有：動力粘度、運(yùn)動粘度、相對粘度。（1）、動力粘度（絕對粘度），用μ表示。

物理意義：當(dāng)速度梯度為dv/dy=1(即單位速度梯度）時，流動液體內(nèi)接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。

法定計量單位：帕·秒（Pa·s）

（2）、運(yùn)動粘度，用ν表示。

運(yùn)動粘度沒有明確的物理意義。在工程中液體的粘度常用的表示方法。法定計量單位：m2/s前單位cSt（厘斯），關(guān)系為：1m2/s=106cSt=106mm2/s（3）、相對粘度（條件粘度）

根據(jù)測量的儀器和條件不同分為：美國的賽氏年度SSU、英國的雷氏粘度R和我國及歐洲的恩氏粘度oΕ。恩氏粘度：它表示200mL被測液體在toC時，通過恩氏粘度計小孔（ф=2.8mm）流出所需的時間t1，與同體積20oC的蒸餾水通過同樣小孔流出所需時間t2之比值。恩氏粘度與運(yùn)動粘度（mm2/s)之間的換算關(guān)系：當(dāng)1.35＜o(jì)Ε≤3.2時υ=8oΕ-8.64/oΕ當(dāng)oΕ

＞3.2時υ=7.6oΕ-4/oΕ（2）、溫度粘溫特性：粘度隨溫度變化的特性，溫度升高粘度降低。

不同的液體粘溫特性不同，在實際的應(yīng)用中希望工作液體的粘度隨溫度變化的影響越小越好。四、液壓油（液）的選用1、液壓油（液）的品種及牌號（1）品種：礦物油型，難燃型（2）牌號：以粘度的大小劃分。標(biāo)稱粘度等級是40℃時的運(yùn)動粘度中心值的近似值表示，單位為mm2/s。液壓油代號示例：L-HM32:L—潤滑劑類；H—液壓油（液）組；M—防銹、抗氧和抗磨型；32—粘度等級為32mm2/s。2、液壓油（液）的選擇（1）選擇品種：根據(jù)液壓系統(tǒng)所處的工作環(huán)境、系統(tǒng)的工況條件（壓力、溫度和液壓泵類型）以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性（價格、使用壽命等），再按液壓油（液）各品種的性能綜合考慮選擇；（2）選擇粘度等級：根據(jù)系統(tǒng)的工作溫度范圍，參考液壓泵的類型、工作壓力等因素確定。ΔA:液體內(nèi)某點處的微小面積；ΔF：液體內(nèi)某點處的微小面積上所受的法向力。計量單位：Pa（帕斯卡）或N/m2。工程上一般用KPa和MPa。1at（工程大氣壓）=1kgf/cm2=9.8×104Pa

1mH2O(米水柱)=9.8×103Pa

1mmHg(毫米汞柱)=1.33×102Pa

1bar(巴)=105Pa≈1.02kgf/cm2當(dāng)液體受到外力的作用時就形成液體的壓力。2、液體靜壓力特性：1）、液體的靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向2）、靜止液體中任何一點所受到各個方向的壓力都相等二、液體靜力學(xué)基本方程

液體靜力學(xué)的基本方程：p=p0+ρgh

由液體靜力學(xué)基本方程可知:1）、靜止液體內(nèi)任一點處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力p0，另一部分是ρg與該點離液面深度h的乘積。當(dāng)液面上只受大氣壓力p0作用時，點A處的靜壓力則為p=p0+ρgh。2）、液體靜壓力隨液深呈線性規(guī)律分布。3）、離液面深度相同的各點組成的面稱為等壓面，等壓面為水平面。四、絕對壓力、相對壓力、真空度相對壓力（表壓力）:以大氣壓力為基準(zhǔn)，測量所得的壓力，是高于大氣壓的部分絕對壓力:以絕對零壓為基準(zhǔn)測得的壓力絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度:當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時，比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值。真空度=大氣壓力-絕對壓力五、液體作用在固體壁面上的力當(dāng)承受壓力的固體壁面為平面時:則作用在其上的總作用力等于壓力與該壁面面積之積如果承受壓力的固體壁面是曲面時:曲面上總作用力在某一方向上的分力等于曲面在與該方向垂直平面內(nèi)的投影面積與靜壓力的乘積。§2.3、液體動力學(xué)基礎(chǔ)液體動力學(xué)基礎(chǔ)研究的內(nèi)容：液體運(yùn)動和引起運(yùn)動的原因，即研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。一、基本概念1、理想液體和穩(wěn)定流動理想液體：既無粘性又不可壓縮的假想液體。穩(wěn)定流動：液體流動時，液體任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動。2、過流斷面、流量和平均流速過流斷面：液體在管道中流動時，垂直于液體流動方向的截面。

二、連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律的表達(dá)式）連續(xù)性方程：ｐ1a1A1=ｐ2a2A2忽略液體的可壓縮性時a1A1=a2A2q=aA=常數(shù)（1）、不可壓縮液體在管中流動時，流過各個過流截面的流量相等(流量是連續(xù)的）。（2）、通過過流截面的流速與過流截面的面積成反比，管徑粗流速低，管徑細(xì)流速快。三、伯努利方程（能量守恒定律的表達(dá)式）p/g:單位質(zhì)量液體的壓力能;gh:單位質(zhì)量液體的位能;V2/2:單位質(zhì)量液體的動能。物理意義：在密閉管道內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想液體具有三種形式的能量（壓力能、位能、動能），在沿管道流動過程中三種能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，但在任一截面處，三種能量的總和為一常數(shù)。1、理想液體的伯努利方程ghw:單位質(zhì)量液體能量的損失;α1α2:動能修正系數(shù)，紊流時取1，層流時取2。2、實際液體的伯努利方程實際液體由于存在粘性，流動中會有能量損失。平均流速代替實際流速也會產(chǎn)生偏差。于是需對理想液體的伯努利方程進(jìn)行修正。X向動量方程：∑Fx=ρq(β2v2x-β1v1x)X向穩(wěn)態(tài)液動力：F'x=-∑Fx=ρq(β1v1x-β2v2x)結(jié)論：作用在滑閥閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動力總是力圖使閥口關(guān)閉，流量越大，流速越大，則穩(wěn)態(tài)液動力越大。這將增大操縱滑閥所需要的力。四、動量方程§2.4、管道內(nèi)的壓力損失1、基本概念：在液壓傳動中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，壓力損失分為兩類：沿程壓力損失和局部壓力損失

2、沿程壓力損失：

油液沿等直徑直管流動時所產(chǎn)生的壓力損失，這類壓力損失是由液體流動時的內(nèi)、外摩擦力所引起的。3、局部壓力損失：

是油液流經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、管道截面突然擴(kuò)大或收縮）時，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點間，以及質(zhì)點與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。

二、局部壓力損失

局部壓力損失：液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口，致使流速的方向和大小發(fā)生劇烈變化形成旋渦、脫流，因而使液體質(zhì)點相互撞擊、造成能量損失。：局部阻力系數(shù)，可查手冊流經(jīng)各種閥的局部壓力損失常用式（2-31）進(jìn)行計算。三、管道系統(tǒng)中總壓力損失管道系統(tǒng)中總壓力損失：所有的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和。危害：油溫升高，泄露增多，系統(tǒng)效率降低，影響性能。改善措施：縮短管路長度，減小管路彎曲和截面的突變，管壁光滑，管徑合理，流速低。§2.5、液體流經(jīng)小孔和間隙的流量一、液體流經(jīng)小孔的流量l/d≤0.5，薄壁小孔；l/d>4，細(xì)長孔；0.5＜l/d≤4,短孔1、流經(jīng)薄壁小孔的流量Cq：流量系數(shù)，Cq=CvCc,當(dāng)完全收縮（D/d>7）Cq=0.60~0.62，當(dāng)不完全收縮時，Cq=0.7~0.8Cc：收縮系數(shù)；Ac：收縮完成處的面積；A：過流小孔截面積。2、流經(jīng)細(xì)長小孔的流量比較：薄壁小孔：流量與壓力差ΔP的平方根成正比，因孔短摩擦阻力小，流量受溫度和粘度變化的影響小，流量穩(wěn)定?？勺龉?jié)流孔用（節(jié)流閥）。細(xì)長小孔：流量與液體的粘度有關(guān)，溫度變化引起粘度變化，所以流量受溫度變化影響較大。通用公式：K：由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，薄壁孔：K=Cq（2/ρ）0.5，細(xì)長孔K=d2/32μl。m：由孔的長徑比決定的指數(shù)，薄壁孔：m=0.5，細(xì)長孔：m=1，短孔：m=0.5~1。二、液體流經(jīng)間隙的流量產(chǎn)生泄露的原因：（1）、間隙兩端壓力差引起壓差流動；（2）、間隙的兩端面相對運(yùn)動一起的剪切流動。1、流經(jīng)平行平板間隙的流量（1）、流過固定平行板間的流量

（2）、流過相對運(yùn)動平行平板間的流量一平板運(yùn)動，一平板固定時，僅有剪切流動時：既有剪切流動又有差壓流動時：長平板相對短平板運(yùn)動方向與壓差流動方向一致時，取“+”；反之，取“-”。2、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（2）、流經(jīng)偏心環(huán)狀間隙的流量§2.6、液壓沖擊和空穴現(xiàn)象一、液壓沖擊定義：在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起油液的壓力在瞬間急劇上升的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：流速突變（關(guān)閉閥）或突然改變液流方向（換向）等原因引起系統(tǒng)中油液壓力的驟然升高而產(chǎn)生液壓沖擊。危害：引起振動和噪聲，導(dǎo)致密封裝置、管路和液壓元件的損壞，使壓力繼電器、順序閥產(chǎn)生誤動作等。避免措施：1、緩慢開關(guān)閥門；2、限制管路中液流的速度；3、盡量縮短管道長度，增大管徑；4、系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器和安全閥；5、在液壓元件中設(shè)置緩沖裝置（如節(jié)流孔）。二、空穴現(xiàn)象定義：在液壓系統(tǒng)中，由于流速突然變大，供油不足等因素，壓力迅速下降至低于空氣分離壓時，溶解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的現(xiàn)象。危害：造成流量和壓力的脈動，引起局部液壓沖擊，造成系統(tǒng)強(qiáng)烈的噪聲和振動。會產(chǎn)生氣蝕。避免措施：1、減少液流在閥口處的壓力降，p1/p2<3.5；2、降低吸油高度（H<0.5m)，適當(dāng)加大吸油管內(nèi)徑，限制吸油管的流速（va<1m/s),及時清洗吸油過濾器，對高壓泵采用輔助泵供油；3、吸油管路有良好的密封，防止空氣進(jìn)入。