模塊1 認識液壓傳動控制技術《液壓與氣壓傳動技術》教學課件

《液壓與氣壓傳動技術》?精品課件合集第X章XXXX模塊1

認識液壓傳動控制技術液壓傳動是以液體為介質來傳遞和轉換能量的，那么了解液體的性質，液體平衡與運動力學規(guī)律是很有必要的。

為此，我們先要學習和討論液壓流體力學的基礎知識。模塊一認識液壓傳動控制技術學習目標：

1.掌握液壓油的物理性質及其選用

2.掌握液體靜力學和動力學的相關知識

3.理解液壓油在管道中流動的能量損失及其計算

4.了解液壓油流經孔口的壓力流量特性

液壓油不僅是液壓傳動系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質，而且還起著潤滑元件，冷卻系統(tǒng)、防銹和減振等重要作用，液壓油的優(yōu)劣直接影響到液壓傳動的工作性能。學習目標：1.掌握液壓油的物理性質2.掌握液壓油的類型、選擇和使用3.了解液壓油的污染與防護課題一液壓油

一、液壓油的性質1.密度

定義：對均質液壓油，單位體積具有的質量。用符號ρ表示，寫成公式：注：液壓油的密度隨壓力的升高而增大，隨著溫度的升高而減小。一般情況下，液壓油的密度可視為常數(shù),其值為900kg/m3。（1-6）單位：kg/m3

由于液體所受的壓力的增加其體積是減小的（ΔV）為使體積壓縮率k為正數(shù)值，故在公式前加“—”負號。

2.可壓縮性在溫度不變的情況下，液體受壓力作用體積減小，密度增大的性質，稱為液體的可壓縮性。油液可壓縮性大小可用體積壓縮率k來表示。

k定義為：單位壓力變化時引起的液體體積相對變化量。寫成公式：注意：若油液中混入了空氣，油液的可壓縮性就會顯著增加，所以在液壓系統(tǒng)中應盡防止空氣混入油中，以保證液壓系統(tǒng)的工作性能。

工程上，人們常用體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)K，來表示液體抵抗壓縮的能力，K稱為液體的體積彈性模量，單位為Pa（N/m2），寫成公式即為：純凈油液的體積彈性模量K＝（1.2～2.0）×109Pa數(shù)值很大，可認為液壓油是不可壓縮的。3.黏性液體在外力作用下流動時，由于液體分子間相互吸引的內聚力阻礙其分子之間相對運動，而在液體內部產生內摩擦力（黏滯力）的現(xiàn)象，稱為液體的黏性。

注意：液體流動（或者有流動趨勢）時才會呈現(xiàn)出黏性，靜止的液體是不呈現(xiàn)黏性的。為了進一步深入分析黏性的物理本質，在這里我們介紹物理學家牛頓曾經作個的一個實驗。（1）黏性的物理本質

由于各液體層運動速度不同，流動快的液層會拖動流動慢的液層，反過來，流動慢的液層會阻滯流動快的液層，這樣相鄰兩層液體之間就產生了相互作用的內摩擦力。

實驗測定，液體流動時相鄰兩液層間的內摩擦力F與液層的接觸面積A和液層的相對流速du成正比，與液層間的距離dy成反比，寫成公式:

即：μ—內摩擦系數(shù)（1-7）（1-8）

（2）黏度流體黏性大小用黏度衡量，黏度是選擇液壓油的重要指標。工程中黏度有三種表示方法：動力黏度、運動黏度和相對黏度：a)動力黏度（絕對黏度）定義:動力黏度就是牛頓內摩擦定律中的比例系數(shù)。根據(jù)(1-8)：單位:

在SI制中：帕·秒（Pa·S）1Pa·S=1N·S/m2；在CGS制中：泊（P）、厘泊（CP）。1CP=1dyn·S/cm2換算關系：1Pa·S=10P=103CP物理意義：指液體以單位速度梯度流動時，接觸液層間單位面積上

的內摩擦力。

注：我國液壓油的牌號是根據(jù)該油液在溫度為40度時，平均運動黏度的厘斯值來命名的。如牌號為N32的液壓油，在40°C時的平均運動黏度為32cSt（mm2/S）。定義：液體的動力黏度μ與密度ρ之比，寫成公式即:單位：在SI制中：m2/S；在CGS制中：St(斯)（cm2/S），

cSt(厘斯)（mm2/S）換算關系：1m2/s=104St(cm2/s)=106

cSt(mm2/s)b）運動黏度

相對黏度是油液相對于蒸餾水而言的，是在一定條件下，通過特定黏度計所測得的值。

根據(jù)測試的條件不同，相對黏度分為：

恩氏黏度（0E）——中國、德國、前蘇聯(lián)用通用賽氏秒（SUS）——美國、英國用商用雷氏秒（R1S）——英國用c）相對黏度

恩氏黏度的測量方法是:即：注：0E無量綱，在工業(yè)上，常以20℃，50℃，100℃作為測定油液黏度的標準溫度，分別以0E20、0E50、0E100來表示。恩氏黏度和運動黏度可通過下列經驗公式進行換算:(m2/s)

溫度t↑，液體的內聚力↓，μ↓，如圖所示。

我們把液體的黏度隨溫度變化的性質稱為液體的黏溫特性。液壓油黏溫特性越好，油液的黏度隨溫度變化就越小，該油液所適宜溫度范圍就越廣。

壓力p↑，液體分子間距離↓,F↑，μ↑液體的黏度隨壓力變化的性質稱為液體的黏壓特性。壓力較小時，這種變化可忽略不計，壓力達到32Mpa以上，才加以考慮。(3)黏度和溫度、壓力的關系

（3）良好的化學穩(wěn)定性，保證油在使用中不易變質1.液壓傳動對液壓油的性能要求二、液壓油的選用工作介質—傳遞運動和動力；潤滑劑—潤滑運動部件（1）合適的黏度，良好的黏溫特性。（2）良好的潤滑性能，以減小元件中相對運動表面的磨損。（4）凝固點低，閃點和燃點高，對人體無害，成本低

液壓油的選擇包含兩項內容：

（1）液壓油品種的選擇液壓油品種可分為三類：石油型、合成型和乳化型。其不同類型的油液的性能可參閱教材上的表1-2（p.11)。在選擇液壓油的種類時應考慮系統(tǒng)的使用性能，工作環(huán)境等因素的要求。2、液壓油的選用基本原則：滿足要求，價格便宜！第2章液壓傳動的基礎知識類別組成代號特性和用途礦物型液壓油無添加劑的石油基液壓油L—HH穩(wěn)定性差，易起泡，主要用于潤滑HH+抗氧化劑、防銹劑L—HL有抗氧化和防銹能力，常用于中低壓液壓系統(tǒng)HL+抗磨劑L—HM改善抗磨性能，適用于工程機械、車輛液壓系統(tǒng)HL+增粘劑L—HR改善溫粘特性，適用于環(huán)境溫度變化較大的低壓系統(tǒng)和輕負載機械的潤滑部位HM+增粘劑L—HV改善溫粘特性，可用于環(huán)境溫度在－40～20℃的高壓系統(tǒng)。低溫粘度小，高溫下能保持一定粘度，故適用范圍寬M+防爬劑L—HG改善粘滑性能，適用液壓及導軌潤滑為同一油路系統(tǒng)的精密機床抗燃液壓液含水液壓油高含水液壓液L—HFA難燃、溫粘特性好，有防銹能力，潤滑性差，易泄漏。適用于抗燃、用油量大且泄漏嚴重的系統(tǒng)油包水乳化液L—HFB有抗磨、防銹性能和抗燃性，用于有抗燃要求的中壓系統(tǒng)水-乙二醇L—HFC有溫粘特性、難燃和抗蝕性好，能在－20～50℃溫度下使用，用于有抗燃要求的中低壓系統(tǒng)合成液壓液磷酸酯氯化烴HFDR+HFDS其他合成液壓液L—HFDRL—HFDSL—HFDTL—HFDU難燃、潤滑性好，抗磨性能和抗氧化性能良好，能在較廣溫度范圍內使用。用于有抗燃要求的高壓精密液壓系統(tǒng)常見液壓油的代號、特性和用途a）液壓系統(tǒng)工作壓力的高低

液壓系統(tǒng)的工作壓力較高（泄漏突出），為避免系統(tǒng)泄漏過大，容積效率低；要選μ大的油.

反之，系統(tǒng)工作壓力較低（摩擦突出），為減小摩擦，提高機械效率，要選μ小的油。（2）液壓油黏度（牌號）的選擇

液壓油黏度對液壓傳動影響極大，因此黏度的選項擇十分重要，一般從以下四個方面來考慮：

c）系統(tǒng)工作環(huán)境溫度的大小

環(huán)境溫度高宜選μ大的油，而環(huán)境溫度低宜選μ小的油。故有的液壓設備要求夏季和冬季用不同黏度的油。

b）執(zhí)行元件運動速度的快慢

液壓執(zhí)行元件的運動速度高（摩擦突出），選μ小的油,反之，運動速度低（泄漏突出），選μ大的油。

以上所介紹的只是選擇液壓油的一些基本原則，掌握、運用好這些原則，還需要在生產實踐中不斷地模索和研究，積累經驗。d）油泵類型的要求：

油泵是液壓傳動系統(tǒng)的心臟，工作負荷也比較大，對液壓油的對黏度要求較嚴格，選擇油液時要考慮油泵的要求。一般可將液壓泵對油液黏度的要求作為選擇液壓油的參考，見教材表1-3（p.12）。第2章液壓傳動的基礎知識

條件液壓泵類型運動黏度(40℃)/mm2·s-1環(huán)境溫度5～40℃時運動黏度(40℃)/mm2·s-1

環(huán)境溫度40～80℃時葉片泵7MPa以下30～5040～757MPa以上50～7055～90齒輪泵30～7095～165柱塞泵30～5065～240按液壓泵類型推薦用油粘度

液壓油污染是液壓系統(tǒng)故障的主要原因，據(jù)統(tǒng)計液壓系統(tǒng)故障至少60—70％是油液污染造成的。因此液壓油的正確使用，管理和防污是保證液壓系統(tǒng)正?？煽抗ぷ鞯闹匾矫妗Ｈ?、液壓油污染與控制1.油液污染的主要原因

（1）液壓系統(tǒng)在加工、裝配、存儲、運輸?shù)冗^程中，因灰塵、焊渣、型砂、切屑、磨料等殘留污染物造成的污染。（2）液壓系統(tǒng)運行中，由于油箱密封不完善以及元件密封裝置損壞而引起系統(tǒng)外部侵入污染物造成的污染。（3）液壓系統(tǒng)運行中自身產生的污染物，如金屬及密封件因磨損而產生的顆粒，油液的氧化變質等生成物造成的污染。2.油液污染的危害

（1）殘留固體顆粒會使油泵滑動部分磨損加劇，縮短其使用壽命；同時會加速閥芯和閥體磨損，甚至卡死閥芯，堵塞節(jié)流孔和阻尼孔，使閥動作失靈或性能變壞；還會加快液壓缸密封件磨損，使泄漏增大；同時，油中顆粒物還會堵塞過濾器濾孔，使泵吸油困難、回油不暢，產生氣蝕、振動和噪聲。（2）水的侵入會加速液壓油的氧化，產生粘性膠質，使濾芯堵塞。（3）空氣混入會降低油液的體積模量，并引起振動、氣蝕，降低其潤滑性。（4）微生物的生成使油液變質，降低潤滑性能，加速元件腐蝕3.油液污染的控制措施

（1）液壓油在使用前要保持清潔。（2）合理選用、安裝密封元件，減少污染物侵入途徑。（3）液壓系統(tǒng)在裝配后、運行前要認真檢查、清洗干凈。（4）系統(tǒng)所使用的液壓油要定期檢查、補充戓更換，注意保持液壓油在工作中的清潔。（5）控制液壓油工作溫度，防止過高溫造成油液氧化變質。油液的污染控制貫穿于液壓系統(tǒng)設計、制造、安裝、使用、維修等各個工作環(huán)節(jié)。

對油液污染的控制概括起來有兩個方面：一是防止污染物侵入系統(tǒng)；二是把已經侵入的污染物從系統(tǒng)中清除出去。想一想答答看1．為什么在液壓傳動系統(tǒng)中，要盡量減少混入液壓油中的空氣？2.液體黏性的大小用黏度表示。常用的黏度表示方法有

、

、

。3.選擇液壓油的時，我們主要考慮油液的是

。A、密度B、成份C、黏度4.在液壓油的牌號的選擇上，我們考慮的主要因素有：

、

、

、

。

學習目標：

1.理解液體靜壓力及其特性。2.掌握液體靜壓力的分布規(guī)律和靜壓力傳遞原理3.熟悉壓力的表示方法。4.會計算液體靜壓力對固體壁面的作用力。課題二液體靜力學基礎

液體靜力學主要是研究液體處于相對平衡狀態(tài)的力學規(guī)律和應用的科學。

一、靜止液體的壓力及其特性

1.液體的靜壓力

（1）定義：靜止液體單位面積上所受到的法向作用力。

常用p來表示，寫成公式：（1-17）

注：這里所講的壓力與中學物理學中壓強的概念是相同的，但是在工程實際中不稱壓強而稱壓力。F——法向作用力（N）A——承壓面積（m2）單位：在SI制中，單位為Pa（N/m2）或MPa，1MPa=106Pa在工程中，常用工程大氣壓表示，1工程大氣壓=105Pa（2）液體靜壓力的特性：b、流體內任一點上各個方向的靜壓力相等?！哂幸幌驂毫Σ坏?，液體就會流動，∴各向壓力必須相等a、靜壓力的方向沿著承壓面的內法線方向?！咭后w在靜止狀態(tài)下不呈現(xiàn)粘性，∴內部不存在切向剪應力而只有法向應力靜止液體壓力具有兩個重要特性：

2、重力作用下液體靜壓力的分布我們以A為圓心，從液面向下取一圓柱形液體柱為隔離體，液體柱的高度為h，底面積為ΔA。由于該液體柱是從靜止液體中分離出來的，處于平衡狀態(tài)，我們對此液體柱列寫垂直方向的力平衡方程式，則有：（1-18）式中：g—重力加速度；ρ—液體的密度將式（1-18）化簡，便可得以下方程式：

如果液面上所受壓力為大氣壓時（p0=pa），則液體靜力學基本方程還可寫成：（1-19）式給出了重力作用下，靜止液體中靜壓力的分布規(guī)律。稱為液體靜力學基本方程。它是我們解決液體靜力學問題的重要工具，要很好地掌握。式中pa

——大氣壓力（1-19）3）靜止液體內距液面深度相同的各處，其靜壓力相等。壓力相等的點組成的面叫做等壓面。在重力作用下靜止液體內的等壓面是水平面。液體靜力學基本方程表明：1）靜止液體內任意一點的壓力由作用于液面上的壓力p0

和液體自重引起的壓力ρgh

兩個部分組成；2）靜止液體內的壓力隨深度增加而增大；FHP。解：1）求p0

：

p0=F/A=1000/10-3=106

（Pa）2）求p：

根據(jù)液體靜力學基本方程

p=p0+ρgh=106+900×9.8×0.5

=106+4410=1004410=106（Pa）結論：通常液體受外部壓力作用下所產生的壓力p0遠遠大于液體自重所產生的壓力ρgh，因此在液壓傳動中，我們常忽略液體自重產生的壓力ρgh，認為“液壓系統(tǒng)中的壓力處處相等，均為油泵的輸出壓力”例2-1：如圖所示,容器內盛有油液。已知油的密度ρ=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面積A=10-3m2，假設活塞的重量忽略不計。問活塞下方深度為h=0.5m處的液體壓力等于多少?

3.靜壓力傳遞原理

從液體靜力學基本方程可知，液體內部任意點的靜壓力都與施加于液體表面的壓力有關。當施加于液體表面的壓力發(fā)生變化時，液體內部任一點的壓力均會發(fā)生相同的變化，即是說：

在密封容器內，施加于靜止液體表面的壓力將等值地傳遞到液體內部各點。

這就是液體靜壓力的傳遞原理，即著明帕斯卡原理。`FGdD

例2-2：如圖所示兩個相互連通的液壓油缸，已知大油缸直徑D=100mm，小油缸直徑d

=20mm，在大活塞上放置物體的質量M=5000kg，問要在小活塞上需加多大的力才能頂起大活塞上的重物？由于兩個液壓缸相互連通，根據(jù)帕斯卡原理可知小油缸活塞下部壓力：解：要舉起重物，大油缸活塞下部液壓油的壓力應為：由于d<<D，故用很小的力就可以舉起很重的重物。液壓千斤頂正是利用此原理來工作的。那么在小活塞上需加的力為:第2

假如，我們去掉大活塞上的負載，則p2=0，則p1=0，也就是說我們想在小活塞上施力都使不上勁F=0。由此，們可以得到一個重要的結論：

即：液體內的壓力是由外負載作用形成的，并隨著外負載的變化而變化。

簡言之：“壓力決定于負載”

這是液壓傳動的一條重要的基本原理

液體壓力有兩種表示方法：即絕對壓力和相對壓力

（1）絕對壓力：以絕對真空作為基準所標示的壓力；

（2）相對壓力：以大氣壓力作為基準所標示的壓力。絕大多數(shù)的壓力表測得的壓力是相對壓力，所以相對壓力也稱表壓力。在液壓系統(tǒng)中，若沒有特別說明，壓力均指相對壓力。

絕對壓力和相對壓力的關系：絕對壓力＝大氣壓力＋相對壓力

如果液體中某處的絕對壓力低于大氣壓（如液壓油泵的吸油口），則稱該處具有真空，真空的程度用真空度（指不足大氣壓的部分）表示。

真空度＝大氣壓力—絕對壓力

4.壓力表示方法絕對壓力、相對壓力和真空度的關系如圖1-7所示（p.16）5.液體對固體壁面的作用力

若固體壁面為平面，液體對固體壁面上的作用力F等于液體壓力p與該平面面積A的乘積,即：

當固體壁面是曲面時，液體作用于曲面上某x方向上的作用力等于液體壓力p與曲面在該方向投影面積Ax

的乘積，

在液壓傳系統(tǒng)設計計算時，常常需要計算液體作用于固體壁面的作用力。分兩種情況來計論：即:想一想答答看1．什么是液體的靜壓力？液體的靜壓力具有哪些特性？2.靜止液體中壓力的有什么樣的分布規(guī)律？3.請簡述一下帕斯卡原理？4.在重力作用下靜止液體中的等壓面是

。

a.球面b.曲面c.水平面

5.“壓力取決于負載”是指：

。6.壓力有幾種表示方法？通常情況下，壓力表指示的壓力值是什么壓力？7.如何來計算液體靜壓力作用在固體壁面上的作用力？液體動力學是研究液體在外力作用下運動時，流速和壓力變化規(guī)律的科學。是我們分析、解決液體運動規(guī)律和動力學問題的重要工具。課題三液體動力學基礎學習目標：1.掌握描述液體運動的三大動力學方程即：連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程。2.會用液壓流體動力學知識分析、計算有關實際問題一、基本概念定義：無黏性，且不可壓縮的液體稱為理想流體。

液體流動時，黏性就表現(xiàn)，若考慮黏性影響，會使流體運動問題的研究變得十分常復雜。

為了便于分析問題，突出流體流動性這一主要矛盾，忽略它的黏性。即先假設液體是無黏性的，進行理論研究，在得出結論之后，再根據(jù)實驗，對結論進行修正，考慮其黏性的影響。

為此引入了理想液體的概念.1.理想流體和實際流體

有黏性，又可壓縮的液體叫做實際流體。液體流動時，如果液體中任意一點處的壓力、流速和密度都不隨時間的變化而變化，則這種流動稱作穩(wěn)定流動。否則（其中任何一個參數(shù)有變化），則稱作非穩(wěn)定流動。2、穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動

第2章液壓傳動的基礎知識

單位：

m3／s，在工程中常用L／min,

換算：

1（L/min）=1/6×10-4

（m3/s）（1）過流斷面定義：液體（在管道中）流動時，與液體流速方向垂直的截面稱為過流斷面（通流截面）。（可以是平面或曲面）

過流斷面上的每一點流體的流速方向均垂直于該面。3、過流斷面、流量和平均流速第2章液壓傳動的基礎知識

（2）流量定義：單位時間內流過通流截面的液體體積稱為體積流量（流量），用符號q表示，寫成公式為：

計算：由于實際液體是有黏性的，過流斷面上的流速是不均勻的，通過整個過流斷面的流量要用積分的辦法來計算。

即：

q=∫AudA

AdAu

（3）平均流速

以后我們所說的流速通常指的是平均流速。

單位：m/s

定義：液壓油單位時間內所作的功。計算：從一個例子來討論液壓油在dt時間內所做的功：W=pAdlF經過dt時間dlqpA4.液壓功率單位：在SI制中瓦特W(J/S)，千瓦(KW),1KW=103W第2將上式兩邊同時除以dt，就可以得到液壓油在單位時間內所作的功，即液壓功率：

P=W/dt=pAdl/dt=pq

通過這個例子，我們得到了一個重要的結論：在液壓傳動中，液壓功率P可以用油的壓力p與流量q之積來計算。即：P=pq5.層流、紊流與雷諾數(shù)（1）液體的流動狀態(tài)液體的流動狀態(tài)分為兩種：層流狀態(tài)和紊流狀態(tài)。

什么是層流？什么是紊流？為了講清這兩個概念，我們先介紹1883年英國學者雷諾(Reynoids)

作過的著名實驗。

液體流動時，液體質點除有軸向的運動外,還有橫向運動和旋轉運動（即呈混雜紊亂的流動狀態(tài)）,這種流動稱為紊流（湍流）,紊流時流體黏性的制約作用減弱，慣性力起主導作用，流動時能量損失大。

液體流動時，液體質點只有沿管道軸線的運動,而無橫向運動（即流動是分層的,層與層之間互不干擾）,這種流動稱為層流，層流時液體質點受黏性的制約，黏性摩擦力起主導作用，流動時能量損失較小。液體流動時，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)來判定。雷諾通過試驗發(fā)現(xiàn)：液體在管中流動時，其流動狀態(tài)不僅與液體流速有關，還與管道直徑和液體運動黏度有關，他指出判斷液體的流動狀態(tài)要用下面這樣的一個比值:（2）雷諾數(shù)

（1-21）這個比值是一個無單位的量，稱為雷諾數(shù)判斷液體流動狀態(tài)的具體方法是：計算管中液體流動時的雷諾數(shù)，將其與臨界雷諾數(shù)Rec

進行比較:

當雷諾數(shù)Re＜Rec時，流動狀態(tài)為層流；當雷諾數(shù)Re＞Rec時，流動狀態(tài)為紊流。通過實驗得出常用管道的臨界雷諾數(shù)Rec見表2-3。管道Rec管道Rec光滑金屬圓管2320帶環(huán)槽的同心環(huán)狀縫隙700橡膠軟管1600～2000帶環(huán)槽的偏心環(huán)狀縫隙400光滑的同心環(huán)狀縫隙1100圓柱形滑閥閥口260光滑的偏心環(huán)狀縫隙1000錐閥閥口20～100表2-3常用管道的臨界雷諾數(shù)Rec當液體在管道中作穩(wěn)定流動時，根據(jù)質量守恒定律，管內液體的質量不會增多也不會減少，因而在單位時間內液體流經管道任意截面的質量相等。

如圖液體在直徑不同的管道中流動時的情況。若在管道上取兩個通流截面：l-1′截面和2-2′截面，它們的截面積分別為A1和A2，兩截面上液體的平均流速分別為V1和V2，液體的密度為ρ1，ρ2

，在dt時間內，通過兩截面的質量為m1,m2二、連續(xù)性方程由式可知：液體在同一管道中流動時，通過任一通流截面的流量是一個常數(shù)，因此管道截面越大處流速越小，管道截面越小處流速越大。

根據(jù)質量守恒有：m1=m2，那么有:

化簡，即可得液體流動的連續(xù)性方程為：由于液體可壓縮性很小，可忽略，則有：（1-22）即有：1122“速度取決于流量”

這是液壓傳動的又一條重要的基本原理例2-3已知油泵的供油流量為q,油缸的截面積為A，求活塞的運動速度。解：選取兩個過流斷面1-1和2-2,根據(jù)連續(xù)性方程有:q1=q2

又因：q1=q，q2=VA

所以:V=q/A

結論：油缸的運動速度取決于進入油缸的流量。即:

三、伯努利方程1、理想液體的伯努利方程

設理想液體在管道中作穩(wěn)定流動，我們截取ab兩個截面之間的一段液體來研究，經過dt時間，從初始的ab位置，運動到了a，b，位置，由于是理想液體（無黏性），流動時沒有能量損失，那么根據(jù)能量守恒定律，流動中始、末位置的能量應保持不變。動能:位能:壓力能:++b－b,段流體的能量：動能:位能:壓力能:++根據(jù)能量守恒定律，則有：a－a,段流體的能量：

（1-23）式稱為理想液體伯努利方程，它是分析解決流體動力學問題的重要工具。式中各項的單位為長度單位。由于1-1和2-2兩個截面是任意選取的，因此還簡化成：式中:

h—單位重量液體的的位能（位置頭）化簡后寫成：（1-23）或者寫成：—單位重量液體的壓力能（壓力頭）—單位重量液體的的動能（速度頭）理想液體伯努利方程是能量守恒定律在流體中的應用，故也稱為流體的能量守恒定律。

理想液體伯努利方程的物理意義是：理想液體在重力場作用下穩(wěn)定流動時，具有壓力能、位能和動能三種形式的能量，它們之間可以互相轉化，其總和保持不變。想一想答答看1．區(qū)分并理解下列基本概念：理想流體與實際流體穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動層流與紊流2.什么是流量和平均流速，它們之間有什么聯(lián)系？3.何謂液壓功率？液壓傳動中液壓功率如何計算？4.液體在管道中的流動狀態(tài)是層流還是紊流，要用

來判定，

如何判定？5.液體在管道中流動時，通過任一通流截面的

是一個常數(shù)，故管道通流截面大則流速

，通流截面小則流速

。6.請寫出理想流體的伯努利方程式，說明伯努利方程的物理意義？2.實際液體的伯努利方程

第一，實際流體存在著黏性，有黏性摩擦阻力，就要產生能量損失；同時由于管道尺寸、形狀變化，也要損失部分能量。所以在方程中要添加能量損失項，用hw

表示，這樣才能保持能量守恒。

第二，因黏性影響，實際液體流動時，過流斷面上液體流速分布是不均勻的，若用平均流速替代實際流速來計算流體動能會產生一定的偏差，故需要引入動能修正系數(shù)α。α與流體流動狀態(tài)有關。經過上述修正之后，實際流體的伯努利方程為:由于實際流體存在著黏性，因此對理想的伯努利方程要進行修正，才能夠用于解決實際流體的問題。修正主要從以下兩個方面來考慮：第2章液壓傳動的基礎知識式中:

hw—液體由截面1-1流到截面2-2時產生的能量損失；

α1、α2—動能修正系數(shù)，與液體流動狀態(tài)有關；紊流時：α=1，層流時α=2。

伯努利方程是流體動力學中的重要方程，應用伯努利方程時，要注意該方程的適用條件：①只適用于穩(wěn)定流動的不可壓縮的液體；②液體受到的質量力只是重力；③選取的兩個過流斷面應為緩變流過流斷面。（1-24）第2章液壓傳動的基礎知識

例2

如圖液壓泵裝置，油箱與大氣相通，試分析泵吸油高度h對泵工作性能的影響.解：解題步驟如下：1）取研究對象（流體）；2）選取參考基準面：油箱液面；3）選取過流斷面，確定過流斷面的狀態(tài)參數(shù)（p,h,v)；4）列方程并求解；第2章液壓傳動的基礎知識

即泵吸油口有真空，這樣在大氣壓力作用下，將油箱中油壓入油泵，這便是油泵吸油的實質。但并不是泵吸油口的真空越高越好，真空度太高，就會造成吸空現(xiàn)象，從而影響泵正常工作。使用時，泵吸油口不要離液面過高。一般h<0.5m

討論：若油泵安裝在油箱之上，h>0,

【小結】

運用伯努利方程解題時，請注意以下三點：

首先是兩個通流截面的選取，為便于解題，一般要選擇已知條件較多的通流截面或者要求的參數(shù)所在的通流截面。

其次是參基準面的確定，斷面中心在基準面以上時，h取正值；反之則取負值。通常選取特殊位置的水平面作為基準面，這樣可簡化解題過程。

第三是列寫伯努利方程要注意判斷液體流動的方向，其能量損失項hw，一定是加在后面的過流斷面上。

流體的動量方程是理論力學中質點系動量定理在流體中的具體應用。關于流體的動量方程我們就不作推導了，直接給出其公式。理想流體的動量方程為：四、流體的動量方程

（1-25）

動量修正系數(shù)β與流動狀態(tài)有關，紊流時β=1，層流時β=1.33

要特別注意的是：動量方程是矢量方程，應用該方程時需將該方程在三個坐標軸方向上投影，即：下面我們用動量方程來分析一個具體的例子：

液壓傳動中，液壓控制閥通常是靠閥芯在閥體中的移動，來改變閥口開度的大小或啟閉，控制液體的流動。

當液流通過滑閥閥口時，閥芯要受到流體的作用力，稱為穩(wěn)態(tài)液動力（穩(wěn)態(tài)液動力是控制閥閥閥口打開，且固定不變時，當液體流過閥口時，作用在閥芯上的力）。下面來分析閥芯受到的穩(wěn)態(tài)液動力。X圖2-11滑閥的穩(wěn)態(tài)液動力按照同樣方法，同學們可分析右圖的受力情況，其結果相同結論是：穩(wěn)態(tài)液動力的總是力圖使閥芯關閉閥口。

我們以左圖為例來分析，取閥芯兩凸肩之間的液體作為研究對象（亦稱控制體），設水平向右為x軸正方向，列寫x方向控制體的動量方程，可得液流流經閥口時，液體受到的水平作用力：閥芯受到的穩(wěn)態(tài)液動力與液體受到的力是一對作用與反作用力。大小相等,方向相反，作用于不同物體。即閥芯受到的：穩(wěn)態(tài)液動力

由于液體有粘性，在流動時就會產生阻力，為了克服阻力，流體就要消耗能量，造成能量損失。這種能量損失主要表現(xiàn)為液體流動過程中的壓力降低，稱為壓力損失。液體在管道中流動時，存在兩種壓力損失：一是沿程壓力損失，二是局部壓力損失課題四液體流動中的壓力損失學習目標：

1.理解液體流動時，沿程壓力損失和局部壓力損失定義、產生原因。

2.會計算液體在管道中流動過程的沿程壓力損失、局部壓力損失及總壓力損失

3、計算公式：2、原因：（1）流體有粘性，液體分子之間存在粘性摩擦。（2）液體與管壁的也存在相互摩擦。

一、沿程壓力損失第2章液壓傳動的基礎知識液流狀態(tài)不同情況的管道λ的計算層流等溫時的金屬圓形管道(如對水)λ=64/Re對于非等溫（靠近管壁液層被冷卻）時的金屬管道或截面不圓以及彎成圓滑曲線的管道λ=75/Re彎曲的軟管，特別是彎曲半徑較小時λ=108/Re紊流除與Re有關外，還與管壁的粗糙度有關Re<105λ=0.3164Re-0.25對于內壁光滑的管道105<Re<107λ=0.0032+0.221Re-0.237表2-4管道內的沿程阻力系數(shù)λ1、定義：指液體流經控制閥閥口、彎管及管徑突變等局部阻力區(qū)域時，所引起的壓力損失。用△pζ表示2、原因：液體流經過局部阻力區(qū)域時，流速和流向產生急劇變化，流體質點之間產生撞擊，形成旋渦區(qū)，從而產生能量損失。3、計算公式：一般可按下式計算（基本公式）：式中：ζ—局部阻力系數(shù)，可查閱有關液壓傳動手冊。二、局部壓力損失

對于液體流經液壓標準閥類元件（如換向閥、流量閥等）時的局部壓力損失，用下式計算更為方便：式中：

Δpn

—閥類元件在額定流量qn

時的局部壓力損失,從閥

的樣本或手冊中可查得

Δpζ

—通過閥類元件的實際流量q時的局部壓力損失想一想答答看1．比較理想流體與實際流體的伯努利方程式，請説出兩者的區(qū)別？運用實際流體的伯努利方程式解題時要注意哪三點？2.請寫出理想流體和實際流體的動量方程，動量方程有何用處？3.何謂沿程壓力損失？如何計算沿程壓力損失？4.何謂局部壓力損失？請寫出局部壓力損失的一般計算式，如何簡便計算標準閥類元件的壓力損失？

管路系統(tǒng)中總壓力損失等于管路系統(tǒng)中所有沿層壓力損失和所有局部壓力損失之和，用公式表示即:

減小壓力損失，必須控制管道中液體的流速。流速太高，壓力損失大，但流速太低，會使管道及液壓元件的尺寸增大。因此，我們常常對液壓傳動中管道流速給出一些推薦值：如:

吸油管：v=0.6～1.5m/s

壓油管：v=2.5～5m/s

回油管：v=1.5～2.5m/s三、管路系統(tǒng)中的總壓力損失(2-26)例3如圖所示液壓系統(tǒng)，已知:①進油路壓力損失?②液壓油泵的供油壓力?求:2211HDdFD=100mmF=30KN解：①進油路壓力損失

層流②液壓油泵的供油壓力

注：要精確計算液壓泵的供油壓力，應采用伯努利方程，但比較繁瑣，工程上則往往上述方法來估算，即：第2章液壓傳動的基礎知識

這通常也是液壓傳動中泵口溢流閥的調定壓力。

在液壓傳動中常利用液體流經液壓元件中的小孔來控制液體的壓力和流量，以達到調速和調壓的目的。另外，液壓元件間的配合間隙，是引起油液泄漏的重要途徑。因此要研究液體流經小孔或縫隙的流量壓力特性。課題五流經小孔及縫隙的流量學習目標：1.掌握在液體流經薄壁小孔和細長小孔的流量壓力特性。2.了解液體流經各種縫隙的流量壓力特性。一、液體流經小孔的流量細長小孔：一般是指小孔的長徑比l／d＞4的小孔液壓傳動中常見的小孔大致可分為三類：薄壁小孔：指小孔的長徑比l／d≤0.5的小孔。短孔：短孔指介于薄壁小孔與細長小孔之間的小孔其長徑比為:0.5＜l／d≤4

小孔的形式不同，流量的計算也不相同。圖2-12液體流經薄壁小孔的狀態(tài)1.薄壁孔的流量計算注：當管道直徑與小孔直徑之比：D／d≥7時，Cd

=0.6～0.62當D／d＜7時，流量系數(shù)Cd

=0.7～0.8。運用伯努利方程，很容易推導出流經薄壁小孔的流量公式：式中：AT

—小孔的通流面積；△p—小孔兩端的壓力差Cd—流量系數(shù)，由實驗確定

液流在細長孔中流動時，一般是層流，根據(jù)前面討論過的沿程壓力損失計算式,可導出通過細長孔的流量公式:

從公式中可知，通過細長孔的流量與油的粘度有關，受油溫的影響大，同時細長孔易被堵塞。細長孔常用作控制閥的阻尼孔。式中：μ—液壓油的動力粘度；l—小孔的長度,d—小孔的孔徑；Δp—小孔前后的壓力差.2.細長孔的流量計算

從公式中可知：流經薄壁小孔的流量q與小孔的通流面積成正比，與小孔前后壓差Δp

的平方根成正比。由于薄壁小孔的流量不受粘度的影響，因而油溫變化對流量影響小，加之薄壁孔流程短，不易堵塞。故薄壁小孔適宜作為節(jié)流閥的閥口。式中：q:通過小孔的流量；A:小孔的通流截面積，

Δp:小孔前后壓差，m:由小孔的結構形式決定的指數(shù),0.5≤m≤1K:由小孔形式有關的系數(shù)在教科書（p.22）上將通過薄壁小孔和細長小孔的流量統(tǒng)一成以下的公式表示。即：小孔為細長小孔時，m=1，小孔為薄壁小孔，m=0.5,

在液壓系統(tǒng)中，各種液壓元件內部表面之間存在著間隙。液壓系統(tǒng)的泄漏就是在壓力差作用下通過間隙產生的，泄漏使系統(tǒng)效率降低，性能下降。為減少泄漏和提高液壓系統(tǒng)的性能，有必要分析液體流經縫隙的泄漏規(guī)律。

流體流經縫隙時，其流動狀態(tài)一般均為層流。在液壓傳動中常見的縫隙有兩種，兩個平行平面形成的縫隙和內、外圓柱表面形成的環(huán)狀縫隙。二、流經縫隙的流量

如圖所示，液體沿兩個平行平面縫隙流動，在壓差的作用下，流經該縫隙流量計算式為：

式中：Δp—縫隙兩端的壓力差，Δp=p1-p2；

μ—液壓油的動力粘度；l、b、δ—分別為縫隙的長度、寬度和高度。(1-28)1.流經兩平行平面縫隙的流量

圖示為液體沿兩個內外圓柱表面形成的環(huán)狀縫隙流動情況，可視為由兩平面間縫隙所卷而成，故將平面間縫隙的寬度以圓環(huán)周長πd來代替之，就可得流經同心環(huán)狀縫隙流量計算式，(1-29)式中：d—同心圓孔的直徑。δ—內外圓同心時縫隙的厚度l—環(huán)狀縫隙的長度μ—液體的動力粘度2.流經同心環(huán)狀縫隙

如圖所示，液體沿兩個內外圓柱形成的偏心環(huán)狀縫隙流動情況，流經偏心環(huán)狀縫隙的流量計算式為(1-30)3.偏心環(huán)狀縫隙式中:ε—縫隙相對偏心率，當ε=0時，為同心環(huán)狀縫隙當ε=1時，為完全偏心狀態(tài)，此時通過