液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)課件

1.1.2液壓油的主要物理性質(zhì)一、密度ρ：單位體積液體的質(zhì)量

式中m：液體的質(zhì)量(kg)；V：液體的體積（m3）；ρ=900kg/m3

可壓縮性：液體受壓力作用而發(fā)生體積變化的性質(zhì)?？捎皿w積壓縮系數(shù)κ或體積彈性模量K表示體積壓縮系數(shù)κ：單位壓力變化所引起的體積相對(duì)變化量，（m2/N）

式中V：液體加壓前的體積（m3）；△V：加壓后液體體積變化量（m3）；△p：液體壓力變化量（N/m2）；體積彈性模量K（N/m2）：液體體積壓縮系數(shù)κ的倒數(shù)

計(jì)算時(shí)常取K=7×108N/m2

二、可壓縮性：三、粘度液體的粘性：

液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性

靜止液體則不顯示粘性

液體的粘度：

液體粘性的大小可用粘度來衡量。

粘度是液體的根本特性，也是選擇液壓油的最重要指標(biāo)常用的粘度有三種不同單位：即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）μ

牛頓內(nèi)摩擦定律式中μ:稱為動(dòng)力粘度系數(shù)（Pa·s）τ:單位面積上的摩擦力（即剪切應(yīng)力）:速度梯度，即液層間速度對(duì)液層距離的變化率物理意義：當(dāng)速度梯度為1時(shí)接觸液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力

法定計(jì)量單位：帕·秒（Pa·s）圖1-4液體粘性示意圖運(yùn)動(dòng)粘度ν

定義：動(dòng)力粘度μ與密度ρ之比

法定計(jì)量單位：m2/s

由于ν的單位中只有運(yùn)動(dòng)學(xué)要素，故稱為運(yùn)動(dòng)粘度。液壓油的粘度等級(jí)就是以其40oC時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的某一平均值來表示，如L-HM32液壓油的粘度等級(jí)為32，則40oC時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32mm2/s粘溫特性

定義：粘度隨溫度變化的特性

圖1-5幾種國產(chǎn)油液粘溫圖1.1.3液壓油的選擇液壓油的要求

液壓油的選擇：1、優(yōu)先考慮粘性ν=11.5~41.3

即20、30、40號(hào)液壓油2.按工作壓力p高，選ν大；p低，選ν小3.按環(huán)境溫度T高，選ν大；T低，選ν小4.按運(yùn)動(dòng)速度v高，選ν小；v低，選ν大5.其他環(huán)境（污染、抗燃）經(jīng)濟(jì)（價(jià)格、使用壽命）特殊要求（精密機(jī)床、野外工作的工程機(jī)械）1.2靜止液體的力學(xué)規(guī)律液體的靜壓力靜壓力基本方程靜壓力基本方程的物理意義壓力的計(jì)量單位壓力的傳遞液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力1.2.1液體的靜壓力靜壓力:是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),其單位面積上所受的法向作用力若包含液體某點(diǎn)的微小面積ΔA上所作用的法向力為ΔF，則該點(diǎn)的靜壓力p定義為：若法向力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為:靜壓力的特性:液體的靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向靜止液體中任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向的壓力都相等1.2.2液體靜壓力的基本方程液體靜壓力基本方程:反映了在重力作用下靜止液體中的壓力分布規(guī)律

p=po+ρghp是靜止液體中深度為h處的任意點(diǎn)上的壓力,p0為液面上的壓力，若液面為與大氣接觸的表面，則p0等于大氣壓p。同一容器同一液體中的靜壓力隨著深度h的增加線性地增加同一液體中深度h相同的各點(diǎn)壓力都相等.在重力作用下靜止液體中的等壓面是深度（與液面的距離）相同的水平面

圖2—1重心作用下的靜止液體2.2.3靜壓力基本方程物理意義p=p0+ρg(z0-z)

+z=+z0=C

Z:單位重量液體的位能,稱位置水頭:單位重量液體的壓力能,稱壓力水頭物理意義:靜止液體具有兩種能量形式，即壓力能與位能。這兩種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和對(duì)液體中的每一點(diǎn)都保持不變?yōu)楹阒担虼遂o壓力基本方程從本質(zhì)上反映了靜止液體中的能量守恒關(guān)系.1.2.4壓力的計(jì)量單位法定單位:牛頓/米2(N/m2)即帕（Pa）

1MPa=106Pa單位換算:

1工程大氣壓（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕

=0.1MPa1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa

相對(duì)壓力（表壓力）:

以大氣壓力為基準(zhǔn)，測(cè)量所得的壓力是高于大氣壓的部分絕對(duì)壓力:

以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力

絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力

真空度:如果液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，則稱該點(diǎn)出現(xiàn)真空。此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值，常將這一負(fù)相對(duì)壓力的絕對(duì)值稱為該點(diǎn)的真空度

真空度=|負(fù)的相對(duì)壓力|=|絕對(duì)壓力-大氣壓力|

圖2—2絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度1.2.5壓力的傳遞帕斯卡原理:若在處于密封容器中靜止液體的部分邊界面上施加外力使其壓力發(fā)生變化，只要液體仍保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，則液體中任一點(diǎn)的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化液壓傳動(dòng)是依據(jù)帕斯卡原理實(shí)現(xiàn)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(fù)載圖2-4帕斯卡原理應(yīng)用1.2.6液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力當(dāng)承受壓力的固體壁面為平面時(shí):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(shí):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。一、力的放大二、壓力的放大1.2.7流體靜力學(xué)在液壓技術(shù)中的應(yīng)用1.3流動(dòng)液體的力學(xué)規(guī)律基本概念連續(xù)性方程伯努利方程1.3.1基本概念理想液體:

既不可壓縮又無粘性的液體實(shí)際液體:

既可以可壓縮又具有粘性的液體一維定常流動(dòng):

即流場(chǎng)中速度與壓力只是空間點(diǎn)的位置的函數(shù)而與時(shí)間無關(guān)，則稱流場(chǎng)中的流動(dòng)為定常流動(dòng)。

跡線、流線、流束、流管

①跡線：跡線是流場(chǎng)中液體質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。②流線：流線是流場(chǎng)中液體質(zhì)點(diǎn)在某一瞬間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一條空間曲線。(a)流線(b)流束③流管：某一瞬時(shí)t在流場(chǎng)中畫一封閉曲線，經(jīng)過曲線的每一點(diǎn)作流線，由這些流線組成的表面稱流管。④流束：充滿在流管內(nèi)的流線的總體，稱為流束。

通流截面:在流場(chǎng)中作一面。若該面與通過面上的每一條流線都垂直，則稱該面為通流截面

流量:單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的流體體積

法定單位:

米3/秒(m3/s)工程中常用升/分（L/min）通流截面上的平均流速:圖2—7流線、流束與通流截面流動(dòng)液體中的壓力和能量:

由于存在運(yùn)動(dòng)，所以理想流體流動(dòng)時(shí)除了具有壓力能與位能外，還具有動(dòng)能。即流動(dòng)理想流體具有壓力能，位能和動(dòng)能三種能量形式單位重量的壓力能:單位重量的位能:Z單位重量的動(dòng)能:1.3.2連續(xù)性方程:質(zhì)量守恒定律在流動(dòng)液體情況下的具體應(yīng)用q=A=常數(shù)

不可壓縮流體作定常流動(dòng)時(shí)，通過流束（或管道）的任一通流截面的流量相等通過通流截面的流速則與通流截面的面積成反比

1.3.3伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表達(dá)形式理想液體的伯努利方程實(shí)際液體的伯努利方程伯努利方程應(yīng)用實(shí)例理想液體的伯努利方程圖2-8伯努利方程推導(dǎo)簡圖理想液體定常流動(dòng)時(shí)，液體的任一通流截面上的總比能（單位重量液體的總能量）保持為定值?？偙饶苡杀葔耗埽ǎ?、比位能（Z）和比動(dòng)能（）組成，可以相互轉(zhuǎn)化。

實(shí)際液體的伯努利方程α:動(dòng)能修正系數(shù),為截面上單位時(shí)間內(nèi)流過液體所具有的實(shí)際動(dòng)能，與按截面上平均流速計(jì)算的動(dòng)能之比（層流時(shí)α=2，紊流時(shí)α=1）:單位重量液體所消耗的能量伯努利方程應(yīng)用實(shí)例液壓泵吸油口處的真空度是油箱液面壓力與吸油口處壓力p2之差。液壓泵吸油口處的真空度卻不能太大.實(shí)踐中一般要求液壓泵的吸油口的高度h不超過0.5米.圖2-10液壓泵從油箱吸油1.4管路系統(tǒng)流動(dòng)分析兩種流動(dòng)狀態(tài)定常管流的壓力損失通過小孔的流動(dòng)通過間隙的流動(dòng)1.4.1兩種流動(dòng)狀態(tài)層流

紊流

雷諾數(shù):液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)決定于由管道中流體的平均流速υ、管道直徑d和液體運(yùn)動(dòng)粘度這三個(gè)參數(shù)所組成的無量綱數(shù)的大小:流動(dòng)液體的雷諾數(shù)低于臨界雷諾數(shù)(由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)為層流，反之液流的狀態(tài)為紊流雷諾數(shù)的物理意義:流動(dòng)液體的慣性力與粘性力之比

層流：在液體運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果質(zhì)點(diǎn)沒有橫向脈動(dòng)，不引起液體質(zhì)點(diǎn)混雜，而是層次分明，能夠維持安定的流束狀態(tài)，這種流動(dòng)稱為層流紊流：如果液體流動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)具有脈動(dòng)速度，引起流層間質(zhì)點(diǎn)相互錯(cuò)雜交換，這種流動(dòng)稱為紊流。1.4.2沿程壓力損失1.4.2.1層流時(shí)管截面上的速度分布

1.4.2.2流量

式中d:管道內(nèi)徑（m）；l:管道長度（m）；

:流體的動(dòng)力粘度（N·S/m2）；=p1-p2:管道兩端的壓力差（N/m2）；

λ:沿程壓力損失系數(shù),其理論值為.

當(dāng)流動(dòng)液體為液壓油時(shí)，1.4.2.3層流是時(shí)沿程壓力損失

λ:沿程壓力損失系數(shù)與Re有關(guān)還與管壁Ra有關(guān)

1.4.2.4紊流是時(shí)沿程壓力損失局部壓力損失Δpξ:在流經(jīng)閥口、管道截面變化、彎曲等處時(shí)，由于流動(dòng)方向和速度變化及復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象(旋渦，二次流等)而造成局部能量損失

ξ稱為局部壓力損失系數(shù)

1.4.3局部壓力損失1.4.４定常管流的壓力損失管路系統(tǒng)的壓力損失和壓力效率:整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失是系統(tǒng)中所有直管的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和使用條件:管路系統(tǒng)中兩相鄰局部壓力損失之間距離足夠大（相連管徑的10-20倍）

系統(tǒng)動(dòng)力元件所供的工作壓力:

管路系統(tǒng)的壓力效率

1.５通過小孔的流動(dòng)

在液壓與氣壓傳動(dòng)中常用通過改變閥口通流截面積或通過通流通道的長短來控制流量的節(jié)流裝置來實(shí)現(xiàn)流量控制。這種節(jié)流裝置的通流截面一般為不同形式的小孔。通過薄壁小孔(孔的通流長度l與孔徑d之比l/d≤0.5)

通過短孔通過細(xì)長小孔(小孔的長徑比l/d>4)1.5.1通過薄壁小孔的流動(dòng)

稱為小孔流量系數(shù)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.但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的

圖2-15液體在薄壁小孔中的流動(dòng)圖2-15液體在薄壁小孔中的流動(dòng)1.5.2通過細(xì)長小孔的流動(dòng)

是細(xì)長小孔的通流截面積液體流經(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)系是線性的1.5.3通過小孔的流動(dòng)統(tǒng)一的經(jīng)過小孔的流量公式

式中A:孔的通流截面積，Δp:孔前后壓差，m:由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的指數(shù),0.5≤m≤1k:由孔口形式有關(guān)的系數(shù)

當(dāng)孔為薄壁小孔時(shí)，m=0.5,