液壓傳動基礎知識

液壓傳動基礎知識第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六§2.1液壓油2.1.1液壓油的主要性質單位體積液體的質量稱為液體的密度。液體的密度為

1.密度

式中m：液體的質量(kg)；V：液體的體積（m3）；液壓油的密度ρ=900kg/m3

表2-1常用工作介質的密度（kg/m3）工作油液第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

液體受增大的壓力作用而使體積縮小的性質稱為液體的可壓縮性。液體的可壓縮性可用體積壓縮系數表示，它是指液體在單位壓力變化下的體積相對變化量，用公式表示為2.可壓縮性

液體壓縮系數的倒數，稱為液體的體積彈性模量，簡稱體積模量，用K表示，即第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，液體分子間內聚力要阻止分子間的相對運動，在液層相互作用的界面之間會產生一種內摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。

3.粘性液體的粘性示意圖（1）粘性的物理意義牛頓內摩擦定律單位面積上的內摩擦力

第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六表示粘性大小的物理量。流體抵抗剪切變形能力的度量，粘度大，這種能力強。

（2）粘度動力粘度(絕對粘度)運動粘度相對粘度表示方法動力粘度：表征流動液體內摩擦力大小的粘性系數。運動粘度：液體動力粘度與密度的比值，沒有明確的物理意義，但是工程實際中常用的物理量。一般的：同種介質比較大小時常用運動粘度不同介質比較大小時一般用動力粘度第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六恩氏粘度0E——中國、德國、前蘇聯等用賽氏粘度SSU——美國用雷氏粘度R——英國用巴氏粘度0B——法國用第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變。對液壓傳動工作介質來說，壓力增大時，粘度增大。在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內，增大的數值很小，可以忽略不計。但液壓傳動工作介質的粘度對溫度的變化十分敏感，溫度升高，粘度下降。這個變化率的大小直接影響液壓傳動工作介質的使用，其重要性不亞于粘度本身。（3）溫度和壓力對粘度的影響典型液壓油的粘溫特性曲線第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六油液的其他物理機化學性質包括：防銹性、潤滑性、抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、導熱性、相溶性以及純凈性等。都對液壓系統(tǒng)工作性能有重要影響。

（4）其它性質粘溫特性好有良好的潤滑性有良好的化學穩(wěn)定性成分要純凈抗泡沫性和抗乳化性好材料相容性好無毒、價格便宜燃點高，凝點低液壓油的要求：第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.1.2液壓油的種類表2-2液壓油的主要品種及其特性和應用第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.1.3液壓油的選用選擇液壓系統(tǒng)的工作介質一般需考慮以下幾點：環(huán)境因素工作壓力——壓力高，選粘度較大的液壓油環(huán)境溫度——溫度高，選粘度較大的液壓油運動性能運動速度——速度高，選粘度較低的液壓油液壓泵的類型液壓泵的類型——各類泵適用粘度范圍見表2-6第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.1.4液壓油的污染及控制液壓油污染的危害液壓油的污染源污染的控制造成系統(tǒng)故障降低元件壽命使液壓油變質影響工作性質系統(tǒng)殘留物外界侵入物內部生成物徹底清洗系統(tǒng)保持系統(tǒng)清潔定期清除污物定期換油第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六§2.2液體靜力學基礎2.2.1液體的壓力及其特性作用在液體上的兩種力：質量力和表面力

靜壓力：單位面積上所受的法向力。靜壓力在液體傳動中簡稱壓力，在物理學中稱為壓強。本書以后只用“壓力”一詞。靜止液體中某點處微小面積A上作用有法線力F，則該點的壓力定義為1.液體的壓力第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六

若法向作用力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為2.液體靜壓力的重要特性

（1）液體靜壓力的作用方向始終向作用面的內法線方向。由于液體質點間內聚力很小，液體不能受拉只能受壓。（2）靜止液體中，任何一點所受到各個方向的液體靜壓力都相等。

第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.2液體靜力學基本方程及其物理意義

靜壓力基本方程重力作用下靜止液體的受力分析

可以看出：靜止液體在自重作用下任何一點的壓力隨著液體深度呈線性規(guī)律遞增。液體中壓力相等的液面叫等壓面，靜止液體的等壓面是一水平面。

第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.3壓力的傳遞由帕斯卡原理可知，由外力作用所產生的壓力可以等值地傳遞到液體內部所有各點，故在液體內部各點的壓力也就處處相等了。液壓傳動是依據帕斯卡原理實現力的傳遞、放大和方向變換的。液壓系統(tǒng)的壓力完全決定于外負載。第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.4壓力的表示方法及單位相對壓力（表壓力）:

以大氣壓力為基準，測量所得的壓力，是高于大氣壓的部分。絕對壓力:

以絕對零壓為基準測得的壓力絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度:如果液體中某點的絕對壓力小于大氣壓力，則稱該點出現真空。此時相對壓力為負值，常將這一負相對壓力的絕對值稱為該點的真空度真空度=|負的相對壓力|=|絕對壓力-大氣壓力|

1.壓力的表示方法第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.壓力的單位國際單位制單位國際單位制單位為Pa（帕）、N/m2（我國法定計量單位）或兆帕(MPa)，1MPa=106Pa。工程制單位kgf/cm2。國外也有用bar(巴），1bar=105Pa。標準大氣壓1標準大氣壓=101325Pa。液體柱高度h=p/(ρg)，常用的有水柱、汞柱等，如1個標準大氣壓約等于10m水柱高。第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.2.5液體靜壓力對固體壁面的作用力

當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當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的投影面積與靜壓力的乘積。若已知曲面上總作用力在三個坐標軸方向的分量分別為Fx、Fy和Fz時，總作用力的大小為：

第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六§2.3液體動力學基礎2.3.1基本概念1.理想液體和恒定流動理想液體恒定流動假設的既無粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。恒定流動與非恒定流動液體流動時，液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動，亦稱為定常流動或非時變流動。第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.流線、流束、流管和通流截面

流線流束某一瞬時液流中一條條標志其各處質點運動狀態(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，在恒定流動狀態(tài)下流線的形狀不隨時間而變化。對于非恒定流動來說，由于液流通過空間點的速度隨時間而變化，因而流線形狀也隨時間變化而變化。液體中的某個質點在同一時刻只能有一個速度，所以流線不能相交，不能轉折，但可相切，是一條條光滑的曲線。許多流線組成的一束曲線。第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六流管通流截面通過一條封閉曲線的密集流線束。垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。流線、流束、流管和通流截面

第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六3.流量和平均流速

流量單位時間內流過某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3/s或L/min。在通流截面A上取一微小流束的截面dA，則通過dA的微小流量為對上式積分，可得流經整個通流截面A的流量第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六平均流速實際流體流動時，速度的分布規(guī)律很復雜。假設通流截面上各點的流速均勻分布，平均流速為4.層流、紊流和雷諾數

層流液體流動時，液體質點間沒有橫向運動，且不混雜，作線狀或層狀的流動。液體流動時，液體質點有橫向運動或產生小漩渦，作雜亂無章的運動。紊流ab第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六雷諾實驗雷諾實驗動畫第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六雷諾數判斷液體的流動狀態(tài)是層流還是紊流，可以通過無量綱值雷諾數來判斷。實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)可用下式來表示常見管道的臨界雷諾數第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2流體連續(xù)性方程液流連續(xù)性方程推導用圖

流體連續(xù)性方程是質量守恒定律在流體力學中的表達方式。

液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定律，在單位時間內流過兩個截面的液體質量相等，即：

ρ1v1A1=ρ2v2A2

不考慮液體的壓縮性則得

q=vA=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。管細流速大，管粗流速小第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六連續(xù)性方程在液壓系統(tǒng)中的應用第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.3.3伯努利方程

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的表達方式。1.理想液體的伯努利方程

在管內作穩(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，它們可以互相轉換，但其總和不變，即能量守恒。第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.實際液體的伯努利方程

實際流體存在粘性，流動時存在能量損失，ΔPW

為單位質量液體在兩截面之間流動的能量損失。用平均流速替代實際流速，α為動能修正系數。層流為2，紊流為1.第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六例1：如圖示簡易熱水器，左端接冷水管，右端接淋浴蓮蓬頭。已知

A1=A2/4和A1、h值，問冷水管內流量達到多少時才能抽吸熱水？3.伯努利方程應用舉例

第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六例2：用伯努利方程分析如圖所示液壓泵的吸油過程，試分析吸油高度H對泵工作性能的影響。第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六例3：如圖，已知液壓泵的流量q=32L/min，吸油管內徑d=20mm，液壓泵吸油口距離液面高度h=500mm，油箱足夠大，液壓油的運動粘度v=20x10-6m2/s，密度ρ=900kg/m3.試求：1.吸油管中油液的流速？2.判別吸油管中油液的流態(tài)？3.不計壓力損失，泵吸油口的真空度？（為簡化計算可取g=10m/s2）第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六例4：如圖，水箱兩側壁開一個小孔，水箱自由液面1-1與小孔2-2處的壓力分別為P1和P2，小孔中心到水箱自由液面的距離為h，且h基本不變，如果不計損失，求水從小孔流出的速度。第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六§2.4管路內液流的壓力損失

實際液體在管道中流動時，因其具有黏性而產生摩擦力，故有能量損失。另外，液體在流動時會因管道尺寸或形狀變化而產生撞擊和出現漩渦，也會造成能量損失。在液壓管路中這種能量消耗表現為壓力損失。損耗的能量轉變?yōu)闊崮埽挂簤合到y(tǒng)溫度升高，性能變差。因此在設計液壓系統(tǒng)時，應盡量減少壓力損失。這種壓力損失一般可分為兩種，一種是沿程壓力損失，一種是局部壓力損失。第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.1沿程壓力損失液體在等截面直管中流動時因粘性摩擦而產生的壓力損失稱為沿程壓力損失。第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.2局部壓力損失局部壓力損失，就是液體流經管道的彎頭、接頭、閥口以及突然變化的截面等處時，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產生流動阻力所造成的壓力損失。由于液流在這些局部阻礙處的流動狀態(tài)相當復雜，影響因素較多，因此除少數（比如液流流經突然擴大或突然縮小的截面時）能在理論上作一定的分析外，其它情況都必須通過實驗來測定。第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.4.3管路系統(tǒng)的總壓力損失整個管路系統(tǒng)的總壓力損失是系統(tǒng)中所有直管中的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和。減小液壓系統(tǒng)壓力損失的措施：減小流速縮短管道長度減小管道截面的突變提高管道內壁的加工質量第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六例1：某液壓泵裝在油箱油面以下，液壓泵的流量q=25L/min，所用液壓油的運動粘度為20mm2/s，油液密度為900kg/m3，吸油管為光滑圓管，管道直徑為20mm，過濾器的壓力損失為0.2x105pa，試求油泵入口處的絕對壓力。第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六§2.5孔口的流量

在液壓元件特別是液壓控制閥中，對液流壓力、流量及方向的控制通常是通過特定的孔口來實現的，它們對液流形成阻力，使其產生壓力降，其作用類似電阻，稱其為液阻?！翱卓诹鲃印敝饕榻B孔口的流量公式及液阻特性。第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六1.薄壁小孔的流量壓力特性通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關，因而流量受液體溫度影響較小.但流量與孔口前后壓差的關系是非線性的。第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六2.細長小孔的流量壓力特性第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六3.液體經小孔流動時流量壓力的統(tǒng)一公式

第43頁，共46頁，2023年，2月20日，星期六1.液壓沖擊概念

在液壓系統(tǒng)工作過程中，由于運