液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)

關(guān)于液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)第一章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)一、液壓傳動(dòng)概述：傳動(dòng)定義：在工程機(jī)械上，傳動(dòng)是指能量（動(dòng)力）由發(fā)動(dòng)機(jī)向工作裝置的傳遞。例：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檐囕喌霓D(zhuǎn)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向、傳動(dòng)的形式根據(jù)工作介質(zhì)的不同，傳動(dòng)形式可分為：機(jī)械傳動(dòng)、液體傳動(dòng)、氣體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)等。第2頁,共81頁，2024年2月25日，星期天液體傳動(dòng)定義：以液體為工作介質(zhì)傳遞能量的叫液體傳動(dòng)。分類：液體傳動(dòng)包括液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)。區(qū)別：液壓傳動(dòng)是利用液體的壓力能實(shí)現(xiàn)能量傳遞。（如液壓泵、油缸）液力傳動(dòng)是利用液體的動(dòng)能實(shí)現(xiàn)能量傳遞。（水輪機(jī)）

這里僅討論液壓傳動(dòng)。第3頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)液壓傳動(dòng)的基本原則一、液壓傳動(dòng)的基本原理

1.1論述：液壓傳動(dòng)的基本原理是以液壓油為工作介質(zhì)，通過動(dòng)力元件（油泵），將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，通過管道、控制元件，借助執(zhí)行元件，將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械能壓力能機(jī)械能第4頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1.2液壓傳動(dòng)的工作原理（千斤頂）油壓千斤頂原理1油箱2、4單向閥3小油缸5大油缸6開關(guān)第5頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1.3液壓傳動(dòng)的工作特性1.3.1、液壓傳動(dòng)中壓力取決于負(fù)載小活塞底面單位面積上的壓力：（1-1）大活塞底面上的壓力為：（1-2）根據(jù)流體力學(xué)中的帕斯卡原理，平衡液體內(nèi)某一點(diǎn)的壓力等值地傳遞到液體各點(diǎn)，因此有:

（1-3）

由上式可得：（1-4）

由于,所以,故千斤頂有力的放大作用。第6頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1.3.2、負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度取決于流量

液壓傳動(dòng)中傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度傳遞按照容積變化相等的原則進(jìn)行。故有：（1-5）

由于速度：（1-6）將式（1-6）代入式（1-5），有：（1-7）

令為流量，負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入大液壓缸的流量,而與負(fù)載的大?。ǎo關(guān)。第7頁,共81頁，2024年2月25日，星期天二液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成圖自卸車車廂舉傾機(jī)構(gòu)工作原理圖1—油箱2—濾油器3—限壓閥4—換向閥芯5—換向閥6—液壓缸7—單向閥8—液壓泵a，b—油道第8頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1、動(dòng)力元件（序號(hào)8）—泵（機(jī)械能壓力能）把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的轉(zhuǎn)換元件2、執(zhí)行元件（序號(hào)6）—

缸、馬達(dá)（壓力能

機(jī)械能）把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的轉(zhuǎn)換元件3、控制元件（序號(hào)3、5、7）—閥（控制方向、壓力及流量）對液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的元件4、輔助元件—油箱、油管、濾油器、壓力表在系統(tǒng)中起儲(chǔ)存油液、連接、濾油、測量等作用第9頁,共81頁，2024年2月25日，星期天（1）動(dòng)力元件:液壓泵——能量轉(zhuǎn)換，提供壓力油第10頁,共81頁，2024年2月25日，星期天（2）執(zhí)行元件:---能量轉(zhuǎn)換帶動(dòng)機(jī)構(gòu)做功第11頁,共81頁，2024年2月25日，星期天（3）控制調(diào)節(jié)元件:各種——控制壓力、方向、流量

第12頁,共81頁，2024年2月25日，星期天（4）輔助元件－各種液壓輔件第13頁,共81頁，2024年2月25日，星期天三液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖的圖形符號(hào)圖自卸車車廂舉傾機(jī)構(gòu)工作原理圖1—油箱2—濾油器3—限壓閥4—換向閥芯5—換向閥6—液壓缸7—單向閥8—液壓泵a，b—油道1—油箱2—液壓泵3—單向閥4—換向閥5—限壓閥6—濾油器7—液壓缸第14頁,共81頁，2024年2月25日，星期天機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理圖

1—工作臺(tái)2—液壓缸3—活塞4—換向手柄5—換向閥6，8，16—回油管7—節(jié)流閥9—開停手柄10—開停閥11—壓力管12—壓力支管13—溢流閥14—鋼球15—彈簧17—液壓泵18—濾油器19—油箱機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)圖1—工作臺(tái)2—液壓缸3—油塞4—換向閥5—節(jié)流閥6—開停閥7—溢流閥8—液壓泵9—濾油10—油箱液壓系統(tǒng)圖圖形符號(hào)(GB/T786.1-1993)

第15頁,共81頁，2024年2月25日，星期天四液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)4.1液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1.液壓裝置工作比較平穩(wěn)。2.液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)1：2000），且調(diào)速性能好。3.液壓裝置的體積小，重量輕，功率大。。且容易獲得很大的力和力矩。4.液壓裝置控制調(diào)節(jié)簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。5.液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，且液壓元件能自行潤滑，壽命較長。6.液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。第16頁,共81頁，2024年2月25日，星期天4.2液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)1.液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。這是由于液壓油的可壓縮性和泄漏等因素造成的。2.液壓傳動(dòng)中，能量經(jīng)過二次變換及傳動(dòng)過程中壓力損失，能量損失較多，系統(tǒng)效率較低。3.液壓傳動(dòng)對油溫的變化比較敏感（主要是粘性），系統(tǒng)的性能隨溫度的變化而改變。4.液壓元件要求有較高的加工精度，以減少泄漏，從而成本較高。5.液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出。第17頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)液壓油石油型機(jī)械油汽輪機(jī)油液壓油難燃型水-乙二醇液磷酸酯液水包油油包水乳化液合成型

油液種類第18頁,共81頁，2024年2月25日，星期天19液壓油合成液壓液石油型液壓油水基液壓液價(jià)格高、密封性好潤滑性、穩(wěn)定性好95%的水、抗燃小絕大多數(shù)液壓系統(tǒng)使用石油型液壓油第19頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1.1密度ρ

均質(zhì)液體中，密度即為單位體積所具有的質(zhì)量:(kg/m3)（1-8）其中：m-液體的質(zhì)量，單位：kgV-液體的體積,單位：m3

液體的密度隨溫度和壓力的變化而變化，但影響很小，可以忽略。液壓油計(jì)算時(shí)取ρ=900kg/m3

一、液壓油的性質(zhì)第20頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1.2重度γ

均質(zhì)液體中,重度即為單位體積所具有的重量:

由于，所以密度ρ和重度γ的關(guān)系是：

重度的單位為N/m3

液體的重度隨溫度和壓力的變化而變化，但影響很小，可以忽略。液壓油計(jì)算時(shí)取γ=9×103N/m3第21頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1.3液體的壓縮性

1.3.1定義：液體的壓縮性是指液體受壓后其體積變小的性能，壓縮性的大小用體積壓縮系數(shù)表示。（1）體積壓縮系數(shù):即單位壓力變化下的體積相對變化量，由于壓力增大時(shí)體積減小，反之則增大，所以為負(fù)值，故式中加一個(gè)符號(hào)。體積變化初始體積壓力變化

油的可壓縮性很小，可以忽略，認(rèn)為液體是不可壓縮的。第22頁,共81頁，2024年2月25日，星期天二液體的黏度2.1定義液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩檫力，這種現(xiàn)象叫做液體的黏性。它使液體各層間的運(yùn)動(dòng)速度不等。

液體黏性的大小用黏度來表示，黏度大，內(nèi)摩擦力大，油液就“稠”；黏度小，內(nèi)摩擦力就小，油液就“稀”。常用的黏度有三種表示方法：絕對黏度（流動(dòng)黏度）、運(yùn)動(dòng)黏度和相對黏度。第23頁,共81頁，2024年2月25日，星期天粘性示意圖下板固定上板以u0運(yùn)動(dòng)A點(diǎn)：u=0

B點(diǎn)：u=u0兩板之間液流速度逐漸減小AB動(dòng)畫演示2.2黏度的表現(xiàn)第24頁,共81頁，2024年2月25日，星期天實(shí)驗(yàn)證明，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與兩液層間的速度差成正比，與兩液層間的距離成反比，即式中：Ff

—液體流動(dòng)時(shí)，相鄰液體層間的內(nèi)摩擦力

μ—粘性系數(shù)，與液體的種類和溫度有關(guān)

A—液層接觸面積

△u/△y—速度梯度，即液層速度沿著平板間隔方向的變化率。靜止液體du＝0不呈現(xiàn)粘性單位面積上的內(nèi)摩擦力，即液層間的切應(yīng)力τ

—牛頓內(nèi)摩擦定律△u△y——兩液層的速度差——兩液層間的距離第25頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.3絕對黏度（動(dòng)力黏度）動(dòng)力黏度μ是表征流體內(nèi)摩擦力大小的黏性系數(shù)。其值等于液體在單位速度梯度流動(dòng)時(shí)，單位面積上的內(nèi)摩擦力，即:

單位:Pa·s(帕·秒)或用N·s/m2(?！っ?米2)。如果絕對黏度只與液體種類有關(guān)而與速度梯度無關(guān)，這種液體稱牛頓液體，否則為非牛頓液體，石油基液壓油一般為牛頓液體。第26頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.4運(yùn)動(dòng)黏度動(dòng)力黏度ν是液體動(dòng)力黏度與其密度之比稱為該液體的運(yùn)動(dòng)黏度。即單位:現(xiàn)在為：米2/秒(m2/s)過去用斯（St）或里斯（cSt）表示。

1m2/s=104St=106cSt(=106mm2/s)習(xí)慣上用運(yùn)動(dòng)黏度來表示液體的黏度。例如：機(jī)械油的牌號(hào)表示這種油在50℃時(shí)以mm2/s為單位的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值。例如YA－N32中YA是普通液壓油，N32表示50℃時(shí)油的平均運(yùn)動(dòng)粘度為32mm2/s。第27頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.5相對黏度（條件黏度）

相對黏度是根據(jù)特定測量條件制定的，故又稱條件黏度。我國采用的為恩式黏度，即采用恩氏黏度計(jì)測定。式中：t1

–

油流出的時(shí)間

t2－20OC蒸餾水流出時(shí)間

恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系

通常以20、50、100OC作為標(biāo)準(zhǔn)測定溫度，記為：200mlφ=2.8mm恩氏粘度計(jì)第28頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.6.1粘度與壓力的關(guān)系壓力較低時(shí)，壓力對粘度的影響不大，可不考慮。當(dāng)壓力大于50MPa時(shí)，其影響才趨于顯著。2.6.2粘度與溫度的關(guān)系

影響：T降低μ增大，阻力大，能耗增加

T增加μ減小，油變稀，泄漏增加故需限制油溫：T過高，加冷卻器

T過低，加加熱器壓力增大時(shí)，黏度也相應(yīng)增大（p↑μ↑）2.6黏度與壓力和溫度的關(guān)系溫度升高時(shí)，黏度相應(yīng)降低（T↑μ↓）第29頁,共81頁，2024年2月25日，星期天三液壓油的基本要求1.合適的粘度，粘溫性好2.潤滑性能好3.雜質(zhì)少4.相容性好5.穩(wěn)定性好6.抗泡性好、防銹性好7.凝點(diǎn)低,閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高8.無公害、成本低第30頁,共81頁，2024年2月25日，星期天四

液壓油液的選擇和使用1.液壓油液的選擇（1）優(yōu)先考慮粘性

ν=11.5~41.3cSt即20、30、40號(hào)機(jī)械油（2）按工作壓力p高，選μ大；p低，選μ小（3）按環(huán)境溫度T高，選μ大；T

低，選μ小（4）按運(yùn)動(dòng)速度

v高，選μ??；v

低，選μ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）第31頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)液壓傳動(dòng)的基本參數(shù)液壓傳動(dòng)的基本參數(shù)是壓力、流量和功率一液體的壓力液體在單位面積上所承受的法向作用力，稱為壓力，即物理學(xué)中稱為的壓強(qiáng)。液體的壓力為：

單位：N/m2(牛頓/米2)、帕（Pa）。工程中常用KPa（千帕）或MPa(兆帕)。

1MPa=1000KPa=106Pa=106N/M2第32頁,共81頁，2024年2月25日，星期天二液體的流量2.1流量

單位時(shí)間內(nèi)流過管道的液體的體積稱為液體的流量。液體的流量為：

單位：L/min(升/分),1L=10-3m3=1cm32.2流速

液體單位時(shí)間內(nèi)流過的距離稱為液體的流速。液體的流速為：單位：m/s(米/秒)。如Q單位為L/min，A單位為cm2,則：

第33頁,共81頁，2024年2月25日，星期天三功和功率

3.1功物體在力F的作用下，沿力F的方向移動(dòng)了距離S,則力F對于這個(gè)物體做的功W為：

3.2功率單位時(shí)間內(nèi)做的功叫做功率P.

式中：S/t=v,為物體移動(dòng)的速度。單位：W(瓦),第34頁,共81頁，2024年2月25日，星期天以油缸為例，根據(jù)活塞的受力平衡有：

壓力油對活塞做的功為：

由于(體積),所以：液壓油做工的功率P為若壓力單位為MPa,流量單位為L/min，則功率P為：

可見：液壓功由壓力和流量共同傳遞。第35頁,共81頁，2024年2月25日，星期天作業(yè)1.20℃時(shí)。水的動(dòng)力粘度μ＝1.008×10－3Pa.s，密度ρ＝1000kg/m3，求在該溫度下水的運(yùn)動(dòng)粘度υ。2.已知圖中小活塞的面積A1＝10cm2，大活塞的面積A2=100cm2，管道的截面積A3＝2cm2。試計(jì)算；

(1)若使W＝10×104N的重物抬起，應(yīng)在小活塞上施加的力F＝?(2)當(dāng)小活塞以v1＝1m/min的速度向下移動(dòng)時(shí)，求大活塞上升的速度v2，管道中液體的流速v3。第36頁,共81頁，2024年2月25日，星期天作業(yè)第37頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)流體的靜力學(xué)按作用方式，平衡流體上的作用力有：

質(zhì)量力：與流體質(zhì)量大小有關(guān)并且集中在液體質(zhì)點(diǎn)上的力稱為質(zhì)量力。表面力：與表面面積有關(guān)而且分布作用在流體表面上的力稱為表面力。

概述

表面力是由與分析體相接觸的其它物體的作用產(chǎn)生的針對流體的作用。

表面力按其作用方向可分為兩種：沿表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力。第38頁,共81頁，2024年2月25日，星期天一液體靜壓力特性

1.1靜壓力靜止液體：液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間無相對運(yùn)動(dòng)、不呈現(xiàn)黏性的液體。（與盛裝液體的容器是否運(yùn)動(dòng)無關(guān)）對于靜止流體，切向摩擦力為零，只有沿受壓面內(nèi)法線方向的流體靜壓力。靜壓力（簡稱壓力）：指液體處于相對靜止時(shí)，單位面積上所受的法向作用力。

如果法向力均勻地作用在面積上，壓力表示為：第39頁,共81頁，2024年2月25日，星期天

1.2靜壓力的特性：

（1）靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向。

（2）靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)所受到各個(gè)方向的靜壓力都相等

由流體的特性知，流體在平衡狀態(tài)時(shí)只要有切應(yīng)力作用，流體就會(huì)變形，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的相對運(yùn)動(dòng)，破壞流體的平衡。流體還不能承受拉力。所以，流體在平衡狀態(tài)下只能承受垂直并指向作用面的壓力

第40頁,共81頁，2024年2月25日，星期天二、液體靜力學(xué)基本方程2.1靜壓力基本方程

重力場中連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮流體的靜壓力基本方程式：流體靜壓力基本方程式表明：（1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力為液面壓力和液柱重力所產(chǎn)生的壓力之和。（2）靜止液體內(nèi)的壓力隨著深度h呈直線規(guī)律分布。（3）深度相同處各點(diǎn)的壓力都相等。等壓面：壓力相同點(diǎn)組成的面叫作等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是水平面。第41頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.2靜壓力基本方程的物理意義靜壓力基本方程式：式中：Z0--液面與基準(zhǔn)水平面之間的距離。

Z–深度為h的點(diǎn)與基準(zhǔn)水平面之間的距離。上式整理后可得上式是靜壓力基本方程的另一種形式。式中表示單位重力液體的壓力能，故常稱作壓力水頭，z表示單位重力液體的位能，也常稱作位置水頭。因此，靜壓力基本方程的物理意義是：靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)具有壓力能和位能兩種能量形式，且其總和保持不變，即能量守恒。但兩種能量形式之間可以互相交換。第42頁,共81頁，2024年2月25日，星期天真空度:當(dāng)壓力比當(dāng)?shù)卮髿鈮旱蜁r(shí)，流體壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪捣Q為真空度。三、壓力的表示方法及單位以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽橛?jì)算標(biāo)準(zhǔn)表示的壓力。也稱為計(jì)示壓力、表壓力相對壓力：絕對壓力：以絕對真空為起點(diǎn)表示的壓力。1.壓力的表示方法第43頁,共81頁，2024年2月25日，星期天p絕對真空p=0絕對壓強(qiáng)當(dāng)?shù)卮髿鈮簆a表壓強(qiáng)真空度p>pap<pa絕對壓強(qiáng)=表壓強(qiáng)+當(dāng)?shù)卮髿鈮罕韷簭?qiáng)=絕對壓力-當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)p>pa時(shí)：絕對壓強(qiáng)=當(dāng)?shù)卮髿鈮?真空度真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮?絕對壓力當(dāng)p<pa時(shí)：第44頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2、靜壓強(qiáng)的計(jì)量單位（1）壓力單位：Pa（N/m2）、bar、MPa

1bar=105Pa＝0.1MPa

（2）液柱高單位：測壓計(jì)常以水或水銀作為工作介質(zhì)，壓力常以水柱高度（mH2O），或毫米汞柱（mmHg）表示。（3）大氣壓單位：以1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm）為單位表示。1atm=1.013*105Pa=10.33mH2O=760mmHg≈1bar≈0.1MPa第45頁,共81頁，2024年2月25日，星期天四、帕斯卡原理

在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以相等的數(shù)值傳遞到液體各點(diǎn)，這就是靜壓傳遞原理，即帕斯卡原理。第46頁,共81頁，2024年2月25日，星期天五、靜壓力對固體壁面的總作用力5.1壓力油作用在平面上的力

作用在平面上壓力的方向互相平行，總作用力F等于靜壓力p與承壓面積A的乘積。即：F＝pA第47頁,共81頁，2024年2月25日，星期天在液壓制動(dòng)裝置中，設(shè)總泵的直徑d=25.4mm,分泵的直徑D=32mm。現(xiàn)根據(jù)制動(dòng)要求，分泵活塞桿作用在制動(dòng)器上的制動(dòng)力F2=3159N，踏板的傳動(dòng)比L1/L2=5.5，試求駕駛員需踩在踏板上的力F0。液壓制動(dòng)示意圖第48頁,共81頁，2024年2月25日，星期天5.2壓力油作用在曲面上的力

當(dāng)承壓面積為曲面時(shí)，作用在曲面上的壓力的方向均垂直于曲面。圖為液壓受力簡圖，設(shè)液壓缸半徑為r,長度為L，在液壓缸右半壁上任取一窄長條微小面積：壓力在微小平面上的力為：F沿x的分力為：

壓力沿x方向總作用力：第49頁,共81頁，2024年2月25日，星期天壓力沿x方向總作用力：靜壓力作用在曲面上的力在某一方向上的分力等于壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。第50頁,共81頁，2024年2月25日，星期天某安全閥如圖，閥芯為圓錐形，閥座孔徑d=10mm,閥芯最大直徑D=15mm。當(dāng)油液壓力P1=8MPa時(shí)，壓力油克服彈簧力頂開閥芯而溢油，出油腔有背壓p2=0.4MPa。試求閥內(nèi)彈簧的預(yù)緊力。解閥芯受到的向上的作用力為：閥芯受到的向下的作用力為：閥芯受力平衡方程整理得：第51頁,共81頁，2024年2月25日，星期天一、基本概念1.理想液體和實(shí)際液體理想液體：既無粘性，又無壓縮性的假想液體。實(shí)際液體：既有粘性，又有壓縮性的真實(shí)液體。2.定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)定常流動(dòng)：液體的壓力、速度和密度只隨位置變化，與時(shí)間無關(guān)。也稱恒定流動(dòng)。非定常流動(dòng)：液體的壓力、速度和密度中有一個(gè)參數(shù)與時(shí)間有關(guān)。也稱非恒定流動(dòng)。第五節(jié)液體流動(dòng)的力學(xué)性質(zhì)第52頁,共81頁，2024年2月25日，星期天舉例：動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示定常流動(dòng)非定常流動(dòng)第53頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.一維流動(dòng)一維流動(dòng)：液體整個(gè)地作線形流動(dòng)。二維流動(dòng)：液體整個(gè)地作平面流動(dòng)。

三維流動(dòng)：液體整個(gè)地作空間流動(dòng)。4.流線、流束、過流截面流線：某一瞬時(shí)液流中標(biāo)志其各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的曲線，在流線上各點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向與該點(diǎn)的切線方向重合。流線的性質(zhì)：穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流線形狀不隨時(shí)間變化。流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折。流線是連續(xù)光滑的曲線。第54頁,共81頁，2024年2月25日，星期天通流截面：流束中與所有流線正交的截面?！窳骶€彼此平行的流動(dòng)稱為平行流動(dòng)；●流線間的夾角很小，或流線的曲率半徑很大的流動(dòng)稱為緩變流動(dòng)（相反情況便是急變流動(dòng)）?！袂皟烧叩耐鹘孛婢J(rèn)為是平面，急變流動(dòng)的過流截面是曲面。流束：面積A上所有各點(diǎn)的流線的集合?！窳魇鴥?nèi)外流線均不能穿越流束表面。

●面積A無限小時(shí)的流束，稱為微小流束。第55頁,共81頁，2024年2月25日，星期天單位時(shí)間內(nèi)流入控制體積的質(zhì)量：

單位時(shí)間內(nèi)流出控制體積的質(zhì)量：二、液體流動(dòng)的連續(xù)性方程連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒規(guī)律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)。設(shè)：不可壓縮流體在非斷面管中作定常流動(dòng)。對于穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮液體，ρ為常數(shù)：

過流斷面1和2的面積分別為A1和A2，平均流速分別為V1和V2，第56頁,共81頁，2024年2月25日，星期天在定常流動(dòng)中，流過各截面的不可壓縮液體的流量是相等的，而且液體的平均流速與管道的過流截面積成反比。即：說明：流量連續(xù)性的動(dòng)畫演示上式即為液流的流量連續(xù)性方程。第57頁,共81頁，2024年2月25日，星期天三、流動(dòng)液體的能量守恒定律在液壓系統(tǒng)中是利用具有壓力的流動(dòng)液體來傳遞能量，在流體力學(xué)中，流動(dòng)液體的能量守恒方程又叫伯努利方程。如圖，在管子斷面Ⅰ處流速為，壓力為,斷面中心到地面的距離為Z1

。管子斷面Ⅱ處，流速為，壓力為，斷面中心距地面高度為Z2。在斷面1處取一塊重量為mg的油液，則其具有的能量為：1.位能：

則單位重量的位能為第58頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.動(dòng)能質(zhì)量為m的油液具有的動(dòng)能為，所以單位重量的動(dòng)能為：3.壓力能由于油液具有壓力，所以它具有壓力能。油液的壓力能為，又因但時(shí)間t內(nèi)其重量為，因此，單位重量油液的壓力能為：故，在斷面Ⅰ處，單位重量油液具有的總能量為：同樣,在斷面Ⅱ處，單位重量油液具有的總能量為：第59頁,共81頁，2024年2月25日，星期天除去動(dòng)能，即為之前所講理想液體靜力學(xué)能量守恒方程：根據(jù)能量守恒定律，油液流經(jīng)斷面Ⅰ、Ⅱ的總能量是相等的，即此式即為理想液體微小流束的能量守恒方程（伯努利方程）。第60頁,共81頁，2024年2月25日，星期天能量守恒定律的意義：

管內(nèi)作定常流動(dòng)的理想液體，在任意截面上，液體的總比能保持不變，但比位能、比壓能、比動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)換。第61頁,共81頁，2024年2月25日，星期天---單位重量實(shí)際液體在微小流束中從截面1流到截面2，因粘性而損耗的能量。3.實(shí)際流動(dòng)液體的伯努利方程

此外，液流經(jīng)液流截面A1,A2上各點(diǎn)的流速并不相等，計(jì)算中常用平均流速代替各點(diǎn)不等的流速，且令單位時(shí)間內(nèi)流液的實(shí)際動(dòng)能和按平均流速計(jì)算出來的動(dòng)能之比為動(dòng)能修正系數(shù)。第62頁,共81頁，2024年2月25日，星期天那么，實(shí)際液體總流的伯努利方程為方程的適用條件：定常流動(dòng)，不可壓縮液體；質(zhì)量力只有重力；所取截面為緩變流截面；流量沿流程保持不變；層流時(shí)α＝2，紊流時(shí)α＝1；沒有機(jī)械能加入。第63頁,共81頁，2024年2月25日，星期天泵從油箱吸油，泵的輸出流量Q＝25L/min，吸油管直徑d＝30mm，設(shè)濾網(wǎng)及管道內(nèi)總的壓降為0.03MPa，油液的密度ρ＝880kg/m3，要保證泵的進(jìn)口真空度不大于0.0336MPa，試求泵的安裝高度？題：第64頁,共81頁，2024年2月25日，星期天解根據(jù)流體的能量守恒定律：因?yàn)橛拖湟好媾c大氣接觸，故為大氣壓力，為油缸液面下降速度，由于，故可近似為零；修正系數(shù)因此上式可簡化為：整理得：帶入數(shù)值解得：第65頁,共81頁，2024年2月25日，星期天假定流量為Q的液流，則在時(shí)間內(nèi)流過的液體的質(zhì)量為：四、流動(dòng)液體的動(dòng)量方程動(dòng)量：物體質(zhì)量與速度的乘積稱為物體的動(dòng)量。動(dòng)量定理：物體的動(dòng)量對時(shí)間的改變率等于作用于該物體上的力，即：那么，流液的力為：這就是流體的動(dòng)量方程。第66頁,共81頁，2024年2月25日，星期天1．雷諾實(shí)驗(yàn)第六節(jié)液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失一、液體的流態(tài)動(dòng)畫演示第67頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2．流態(tài)

液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，流動(dòng)呈線性或?qū)訝睿叫杏诠艿垒S線，沒有橫向運(yùn)動(dòng)。液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，除沿管道軸線運(yùn)動(dòng)外，還有劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。層流：紊流：第68頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3．雷諾數(shù)：式中：——液體速度，cm/s——運(yùn)動(dòng)粘度，cst液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯睦字Z數(shù)稱為臨界雷諾Rec

，光滑的金屬圓管，

Rec＝2320Re<Rec

層流

Re>Rec

紊流第69頁,共81頁，2024年2月25日，星期天沿程壓力損失：液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的損失。局部壓力損失：由于管道的截面突然變化，液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的損失。1．沿程壓力損失或

λ－沿程阻力系數(shù)二、壓力損失第70頁,共81頁，2024年2月25日，星期天λ－沿程阻力系數(shù)的確定（與流態(tài)等因素有關(guān)）層流時(shí)理論值，λ＝64/Re；層流時(shí)液壓油在金屬管道中流動(dòng)，λ＝75/Re；紊流時(shí)，λ＝f（Re，ε/d)3000<Re<105，λ＝0.3164Re-0.25。2．局部壓力損失