液壓與氣壓傳動-液壓流體力學基礎課件

液壓與氣動技術煙臺南山學院液壓流體力學基礎

液壓油液體靜力學液體動力學管道中液體的壓力損失孔口及縫隙的流量—壓力特性液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象2.1液壓油

液壓傳動所用液壓油一般為礦物油，它不僅是液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，還起潤滑、冷卻和防銹作用。其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。有良好的潤滑性；成分要純凈；有良好的化學穩(wěn)定性；抗泡沫性和抗乳化性好；粘溫特性好；材料相容性好；無毒，價格便宜2.1.1液壓油的物理性質(zhì)

一、液體的密度二、液體的粘性三、液體的可壓縮性四、其它性質(zhì)液體的粘溫特性

2.1.2對液壓油的要求和選用

一、對液壓油的要求合適的粘度和良好的粘溫特性；潤滑性能好；有良好的化學穩(wěn)定性；抗泡沫性和抗乳化性好；粘溫特性好；材料相容性好；閃點要高，凝固點要低。2.1.2對液壓油的要求和選用

二、液壓油的選用工作壓力環(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：2.1.2對液壓油的要求和選用

二、液壓油的選用種類2.1.2對液壓油的要求和選用

幾種液壓油的牌號和技術性能指標2.2液體靜力學

2.2.1液體靜壓力及其特性2.2.2

液體靜力學基本方程2.2.3壓力的表示方法及單位

2.2.4

靜壓傳遞原理2.2.5

液體對固體壁面的作用力2.2.1液體靜壓力及其特性2.2.2

液體靜力學基本方程2.2.3壓力的表示方法及單位

2.2.4靜壓傳遞原理

作用在大活塞上的負載F1形成液體壓力

p=F1/A1

為防止大活塞下降，在小活塞上應施加的力為：

F2=pA2=F1A2/A1

由此可得液壓傳動可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。

液體內(nèi)的壓力是由負載決定的。2.2.4

靜壓傳遞原理2.3流體動力學

2.3.1基本概念2.3.1基本概念2.3.2連續(xù)性方程2.3.3伯努利方程2.4管道中液體的壓力損失

由于流動液體具有粘性，以及流動時突然轉彎或通過閥口會產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動時必然會產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，流動液體會損耗一部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來表示。

壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部分組成。2.4.1液體的流動狀態(tài)雷諾雷諾實驗雷諾實驗雷諾實驗2.4.2沿程壓力損失液體在等直徑管中流動時因摩擦而產(chǎn)生的損失，稱為沿程壓力損失。因液體的流動狀態(tài)不同沿程壓力損失的計算有所區(qū)別。2.4.2沿程壓力損失一、流速分布規(guī)律二、圓管層流的流量2.4.2沿程壓力損失三、圓管沿程壓力損失因為q＝vπd2/4，μ＝ρν，Re=dv/ν，代入并整理得

λ稱為沿程阻力系數(shù)。

λ的理論值為64/Re，水在作層流流動時的實際阻力系數(shù)和理論值是很接近的。液壓油在金屬圓管中作層流流動時，常取λ＝75/Re，在橡膠管中λ＝80/Re。2.4.2沿程壓力損失四、圓管紊流的壓力損失紊流流動現(xiàn)象很復雜的，因此紊流狀態(tài)下液體流動的壓力損失仍用上式來計算，式中的λ值不僅與雷諾數(shù)Re有關，而且與管壁表面粗糙度有關。

2.4.3局部壓力損失液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口等處時，液體流速的大小和方向發(fā)生變化，會產(chǎn)生漩渦并發(fā)生紊動現(xiàn)象，由此造成的壓力損失稱為局部壓力損失。

v為液體的平均流速，一般情況下均指局部阻力后部的流速。數(shù)據(jù)是在若實際通過流量與其額定流量qn不一樣可按下式計算，即

2.4.4管道系統(tǒng)的總壓力損失

整個液壓系統(tǒng)的總壓力損失應為所有沿程壓力損失和所有的局部壓力損失之和。

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(xiàn)的，它們對液流形成阻力，使其產(chǎn)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。2.5孔口及縫隙的流量—壓力特性2.5.1小孔流量—壓力特性

孔口流量壓力公式薄壁小孔

細長孔

液流經(jīng)過細長孔的流量與液體粘度成反比。流過細長孔流量受液體溫度影響較大。一、通過平板縫隙的流量

2.5.2環(huán)形縫隙流量—壓力特性1、固定平行平板間隙流動（壓差流動）2、兩平行平板有相對運動時的間隙流動二、環(huán)形縫隙的流量壓力特性2.5.2環(huán)形縫隙流量—壓力特性1、同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動

2.5.2環(huán)形縫隙流量—壓力特性2.偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動2.6液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象一、液壓沖擊——因某些原因液體壓力在一瞬間會突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值

，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。瞬間壓力沖擊不僅引起振動和噪聲，而且會損壞密封裝置、管道、元件，造成設備事故。

液壓沖擊的類型:1.管道閥門突然關閉時的液壓沖擊;2.運動部件制動時產(chǎn)生的液壓沖擊.二、在液壓系統(tǒng)中，如果某點處的壓力低于液壓優(yōu)液所在溫度下的空氣分離壓時，原先溶解在液體中的空氣就會分離出來，使液體中迅速出現(xiàn)大量氣泡，叫氣穴現(xiàn)象。2.6液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象2.6液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象減少氣穴現(xiàn)象的措施

1、減小閥孔前后的壓力降，一般使壓力比p1/p2＜3.5。

2、盡量降低泵的吸油高度，減少吸油管道阻力。

3、各元件聯(lián)接處要密封可靠，防止空氣進入。

4、增強容易產(chǎn)生氣蝕的元件的機械強度。高速電主軸在臥式鏜銑床上的應用越來越多，除了主軸速度和精度大幅提高外，還簡化了主軸箱內(nèi)部結構，縮短了制造周期，尤其是能進行高速切削，電主軸轉速最高可大10000r/min以上。不足之處在于功率受到限制，其制造成本較高，尤其是不能進行深孔加工。而鏜桿伸縮式結構其速度有限，精度雖不如電主軸結構，但可進行深孔加工，且功率大，可進行滿負荷加工，效率高，是電主軸無法比擬的。因此，兩種結構并存，工藝性能各異，卻給用戶提供了更多的選擇?，F(xiàn)在，又開發(fā)了一種可更換式主軸系統(tǒng)，具有一機兩用的功效，用戶根據(jù)不同的加工對象選擇使用，即電主軸和鏜桿可相互更換使用。這種結構兼顧了兩種結構的不足，還大大降低了成本。是當今臥式鏜銑床的一大創(chuàng)舉。電主軸的優(yōu)點在于高速切削和快速進給，大大提高了機床的精度和效率。臥式鏜銑床運行速度越來越高，快速移動速度達到25～30m/min，鏜桿最高轉速6000r/min。而臥式加工中心的速度更高，快速移動高達50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重復定位精度0.004～0.005mm。落地式銑鏜床銑刀由于落地式銑鏜床以加工大型零件為主，銑削工藝范圍廣，尤其是大功率、強力切削是落地銑鏜床的一大加工優(yōu)勢，這也是落地銑鏜床的傳統(tǒng)工藝概念。而當代落地銑鏜床的技術發(fā)展，正在改變傳統(tǒng)的工藝概念與加工方法，高速加工的工藝概念正在替代傳統(tǒng)的重切削概念，以高速、高精、高效帶來加工工藝方法的改變，從而也促進了落地式銑鏜床結構性改變和技術水平的提高。當今，落地式銑鏜床發(fā)展的最大特點是向高速銑削發(fā)展，均為滑枕式(無鏜軸)結構，并配備各種不同工藝性能的銑頭附件。該結構的優(yōu)點是滑枕的截面大，剛性好，行程長，移動速度快，便于安裝各種功能附件，主要是高速鏜、銑頭、兩坐標雙擺角銑頭等，將落地銑鏜床的工藝性能及加工范圍達到極致，大大提高了加工速度與效率。傳統(tǒng)的銑削是通過鏜桿進行加工，而現(xiàn)代銑削加工，多由各種功能附件通過滑枕完成，已有替代傳統(tǒng)加工的趨勢，其優(yōu)點不僅是銑削的速度、效率高，更主要是可進行多面體和曲面的加工，這是傳統(tǒng)加工方法無法完成的。因此，現(xiàn)在，很多廠家都競相開發(fā)生產(chǎn)滑枕式(無鏜軸)高速加工中心，在于它的經(jīng)濟性，技術優(yōu)勢很明顯，還能大大提高機床的工藝水平和工藝范圍。同時，又提高了加工精度和加工效率。當然，需要各種不同型式的高精密銑頭附件作技術保障，對其要求也很高。高速銑削給落地式銑鏜床帶來了結構上的變化，主軸箱居中的結構較為普遍，其剛性高，適合高速運行。滑枕