液压传动基础知识2.ppt

第二章 液压传动基础知识2-1 液压传动工作介质2-2 液体静力学2-3 液体动力学2-1 液压传动工作介质液压传动工作介质 统计表明，液压系统发生的故障有统计表明，液压系统发生的故障有90%90%是是由于使用管理不善所致。液压油过滤与处理是液由于使用管理不善所致。液压油过滤与处理是液压系统使用管理中的重点项目之一，不仅是减少压系统使用管理中的重点项目之一，不仅是减少系统故障的重要途径，也是提高使用管理水平的系统故障的重要途径，也是提高使用管理水平的一个标志。一个标志。在液压系统中，液压油液是传递动力和信在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的工作介质。同时，它还起着润滑、冷却和防号的工作介质。同时，它还起着润滑、冷却和防锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液（如油很大程度上取决于系统中所用的液压油液（如油液污染，堵塞阀口）。液污染，堵塞阀口）。一、液压传动工作介质的性质1、液体的密度、液体的密度密度密度单位体积液体的质量单位体积液体的质量 =m/v kg/m3 密密度度随随着着温温度度或或压压力力的的变变化化而而变化，但变化不大，通常忽略。变化，但变化不大，通常忽略。2、液体的粘性 液体在外力作用下流动时液体在外力作用下流动时,由于液体由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力着力,导致液体分子间相对运动而产生的导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力内摩擦力,这种特性称为粘性这种特性称为粘性.内摩擦力表达式内摩擦力表达式 F=A du/dy 液体静止时液体静止时,du/dy=0 静止液体不呈现粘性静止液体不呈现粘性动画演示动画演示粘粘 度度衡量粘性大小的物理量衡量粘性大小的物理量动力粘度动力粘度 运动运动粘度粘度 相对粘度相对粘度0E动力粘度动力粘度公式公式:=F/A=du/dy（N/m2）=dy/du（Ns/m2）国际单位（国际单位（国际单位（国际单位（SISI制）中：制）中：制）中：制）中：帕帕帕帕 秒（秒（秒（秒（PaSPaS）或牛顿）或牛顿）或牛顿）或牛顿 秒秒秒秒/米米米米2 2（NS/mNS/m2 2）；）；）；）；以前沿用单位（以前沿用单位（以前沿用单位（以前沿用单位（CGSCGS制）中：制）中：制）中：制）中：泊（泊（泊（泊（P P）或厘泊（）或厘泊（）或厘泊（）或厘泊（CPCP）换算关系：换算关系：换算关系：换算关系：1PaS=10P=101PaS=10P=103 3 CP CP运动粘度运动粘度运动粘度：动力粘度与液体密度之动力粘度与液体密度之比值比值=/（m2/S）单位：单位：SI制制 m2/SCGS制制 St（斯）、（斯）、CSt（厘斯）（厘斯）（Cm2/S）（mm2/S）换算关系：换算关系：1m2/S=104St=106 CSt运动粘度单位说明：单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标注称运动粘度，常用于液压油牌号标注称运动粘度，常用于液压油牌号标注称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注：老老牌牌号号20号号液液压压油油，指指这这种种油油在在50C 时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为20 cst。新新牌牌号号LHL32号号液液压压油油，指指这这种种油油在在40C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32cst。相对粘度0E 、不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算 常用相对粘度常用相对粘度常用相对粘度常用相对粘度 相相对对粘粘度度又又称称条条件件粘粘度度，是是在在某某一一条条件件下下测测得得的的。这这些些相相对对粘粘度度测测试试方方法法很很简简单单、方方便便，但但精度不太高。精度不太高。关系式关系式关系式关系式工程上工程上“相对粘度相对粘度”或或v v 换换换换 算算算算恩氏度0E 中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU 美国用雷氏秒R 英国用口决：美塞英雷中德恩换算关系：换算关系：3、其它性质、其它性质1）粘度和压力的关系粘度和压力的关系 P，F，随随p而而，压压力力较较小小时时忽忽略略，32Mpa以上才考虑以上才考虑2）粘度和温度的关系 温度，内聚力，粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化 较小，即粘温特性较好。二、对液压油的要求 1、液压油的任务、液压油的任务 工作介质工作介质工作介质工作介质传递运动和动力传递运动和动力传递运动和动力传递运动和动力 润滑剂润滑剂润滑剂润滑剂 润滑运动部件润滑运动部件润滑运动部件润滑运动部件2、对液压油的要求、对液压油的要求1 1）具有适当的粘度与良好的粘温特性；）具有适当的粘度与良好的粘温特性；）具有适当的粘度与良好的粘温特性；）具有适当的粘度与良好的粘温特性；粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润粘度是液压油的重要性能指标，直接影响系统运动部件的润滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不使用范围内，油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不要低于要低于要低于要低于9090。2 2）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高）除具有良好的润滑性外，还要有足够的油膜强度，运动副在高 速高压下，避免产生干摩擦。速高压下，避免产生干摩擦。速高压下，避免产生干摩擦。速高压下，避免产生干摩擦。3 3）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。三、液压油的选择和使用 目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。要根据系统中采用目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。要根据系统中采用目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。要根据系统中采用目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。要根据系统中采用的元件结构形式（主要是液压泵）运动速度、使用温度和压力等因素的元件结构形式（主要是液压泵）运动速度、使用温度和压力等因素的元件结构形式（主要是液压泵）运动速度、使用温度和压力等因素的元件结构形式（主要是液压泵）运动速度、使用温度和压力等因素来选用油液的品种和品牌。来选用油液的品种和品牌。来选用油液的品种和品牌。来选用油液的品种和品牌。1 1、正确选择工作液体类型、正确选择工作液体类型、正确选择工作液体类型、正确选择工作液体类型 2 2、正确选择工作液体粘度、正确选择工作液体粘度、正确选择工作液体粘度、正确选择工作液体粘度 3 3、使用注意事项、使用注意事项、使用注意事项、使用注意事项 1 1）油箱中的油面应保持一定高度，正常工作时油箱的温油箱中的油面应保持一定高度，正常工作时油箱的温油箱中的油面应保持一定高度，正常工作时油箱的温油箱中的油面应保持一定高度，正常工作时油箱的温升不应超过液压油所允许的范围，一般不得超过升不应超过液压油所允许的范围，一般不得超过升不应超过液压油所允许的范围，一般不得超过升不应超过液压油所允许的范围，一般不得超过6565。2 2）为防止系统中进入空气，要做到：所有回油管都在油箱液面以）为防止系统中进入空气，要做到：所有回油管都在油箱液面以）为防止系统中进入空气，要做到：所有回油管都在油箱液面以）为防止系统中进入空气，要做到：所有回油管都在油箱液面以下，管口切成斜断面；油泵吸油管应严格密封；油泵吸油高度应尽可下，管口切成斜断面；油泵吸油管应严格密封；油泵吸油高度应尽可下，管口切成斜断面；油泵吸油管应严格密封；油泵吸油高度应尽可下，管口切成斜断面；油泵吸油管应严格密封；油泵吸油高度应尽可能小些，以减少油泵吸油阻力；可能情况下，应在系统最高点设置放能小些，以减少油泵吸油阻力；可能情况下，应在系统最高点设置放能小些，以减少油泵吸油阻力；可能情况下，应在系统最高点设置放能小些，以减少油泵吸油阻力；可能情况下，应在系统最高点设置放气阀；定期检查油液质量和油面高度，以便及时更换和添加。气阀；定期检查油液质量和油面高度，以便及时更换和添加。气阀；定期检查油液质量和油面高度，以便及时更换和添加。气阀；定期检查油液质量和油面高度，以便及时更换和添加。液压油种类：液压油种类：普通润滑油：普通润滑油：普通润滑油：普通润滑油：代用润滑油，没有或很少加入专门添加剂，粘温特性和化学稳定性差，代用润滑油，没有或很少加入专门添加剂，粘温特性和化学稳定性差，要求不高的系统。机械油、汽轮机油、变压器油及柴油机油。要求不高的系统。机械油、汽轮机油、变压器油及柴油机油。专用液压油：专用液压油：专用液压油：专用液压油：加入改善性能的添加剂。精密机床液压油、液压导轨油、低凝液压油、加入改善性能的添加剂。精密机床液压油、液压导轨油、低凝液压油、航空液压油。航空液压油。抗燃液压油：抗燃液压油：抗燃液压油：抗燃液压油：乳化液压油（水包油型乳化液压油（水包油型YRAYRA）。）。合成液压液合成液压液合成液压液合成液压液（水乙二醇（水乙二醇 乙二醇乙二醇50%50%，工作温度，工作温度6060，适用于要求防火的液压系统，适用于要求防火的液压系统，但对普通油漆有软化和剥落作用。）。但对普通油漆有软化和剥落作用。）。精密机床液压油：精密机床液压油：精密机床液压油：精密机床液压油：加有抗氧、抗磨损、抗泡沫、防锈及提高粘度指数高。专用于精加有抗氧、抗磨损、抗泡沫、防锈及提高粘度指数高。专用于精密机床，还有其他场合。密机床，还有其他场合。抗磨抗磨抗磨抗磨YBYB：适应液压向高压、高速而研制，除加有抗氧化剂、防锈和抗泡沫剂以外，适应液压向高压、高速而研制，除加有抗氧化剂、防锈和抗泡沫剂以外，还添加了抗磨剂，可减少液压件相对接触面的磨损，延长使用寿命。如煤矿行业。还添加了抗磨剂，可减少液压件相对接触面的磨损，延长使用寿命。如煤矿行业。适用于适用于-15-15以下的高压和高速液压系统。环境温度变化较大的室外作业液压系统以下的高压和高速液压系统。环境温度变化较大的室外作业液压系统（如建筑机械、起重运输机械和工程机械等）也可采用。（最低达（如建筑机械、起重运输机械和工程机械等）也可采用。（最低达-35-35）3232、4646、46D46D、6868 1010号航空：号航空：号航空：号航空：经过特殊加工的石油基液压油。加有提高粘度指数和加强润滑的添加剂，经过特殊加工的石油基液压油。加有提高粘度指数和加强润滑的添加剂，粘温特性和润滑性好，凝点低，无腐蚀，适用要求高和温度低的液压系统。粘温特性和润滑性好，凝点低，无腐蚀，适用要求高和温度低的液压系统。四、污染及其控制1 1、污染物的种类和特性、污染物的种类和特性物质类型：固体、气体、液体、化学制品、微生物物质类型：固体、气体、液体、化学制品、微生物能量形式：辐射、静电、腐蚀、磁性、热能能量形式：辐射、静电、腐蚀、磁性、热能 2 2、危害、危害系统工作性能下降，动作失调系统工作性能下降，动作失调严重经济损失严重经济损失 3 3、污染原因、污染原因4 4、污染的控制、污染的控制1 1）对元件和系统进行清洗；）对元件和系统进行清洗；2 2）防止污染物从外界侵入；）防止污染物从外界侵入；3 3）采用合适的过滤器；）采用合适的过滤器；4 4）控制液压油液的温度；）控制液压油液的温度；5 5）定期检查和更换液压油液。）定期检查和更换液压油液。5 5、空气的危害、空气的危害1 1）产生噪声、振动及爬行；噪声和振动影响系统的性）产生噪声、振动及爬行；噪声和振动影响系统的性能和寿命，造成环境污染，构成危害。爬行则严重影能和寿命，造成环境污染，构成危害。爬行则严重影响液压系统的运行平稳性。低速液压马达发生爬行就响液压系统的运行平稳性。低速液压马达发生爬行就无法工作；爬行使液压阀失灵，也使液压缸受到冲击。无法工作；爬行使液压阀失灵，也使液压缸受到冲击。2 2）产生气蚀，引起液压元件磨损，寿命降低；）产生气蚀，引起液压元件磨损，寿命降低；3 3）液压油与空气中的氧发生氧化作用。）液压油与空气中的氧发生氧化作用。练习题练习题 1 1、我国生产的机械油和液压油采用、我国生产的机械油和液压油采用4040时的（时的（）做为）做为其标号。其标号。A A、动力粘度、动力粘度 Pa*s BPa*s B、恩氏粘度、恩氏粘度 EE C C、运动粘度、运动粘度mmmm2 2/s D/s D、塞氏粘度、塞氏粘度 SSUSSU 2 2、普通液压油（、普通液压油（YAYA类组号），属于（类组号），属于（）。）。A A、石油型液压油、石油型液压油 B B、乳化型液牙油、乳化型液牙油 C C、合成型、合成型液压油液压油 3 3、运动速度（、运动速度（）时宜采用粘度较低的液压油减少摩擦）时宜采用粘度较低的液压油减少摩擦损失；工作压力（损失；工作压力（）时宜采用粘度较高的液压油以减少）时宜采用粘度较高的液压油以减少泄露。泄露。A A、高、高 低低 B B、高、高 高高 C C、低、低 高高 D D、低、低 低低 2-2 液体静力学液体静力学研究内容：研究液体处于静止状态的研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用。力学规律和这些规律的实际应用。静止液体：指液体内部质点之间没有指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。刚体一样做各种运动。一、液体的静压力及特性1、液体的静压力定义：、液体的静压力定义：液体单位面积上所液体单位面积上所液体单位面积上所液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。称压力。称压力。称压力。2、液体静压力特性：、液体静压力特性：（1）垂直并指向于承压表面）垂直并指向于承压表面 液体在静止状态下不呈现粘性液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有法向应力内部不存在切向剪应力而只有法向应力（2）各向压力相等）各向压力相等 有一向压力不等，液体就会流动有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等各向压力必须相等二、液体静力学基本方程1 1、计算静止液体内任意点、计算静止液体内任意点、计算静止液体内任意点、计算静止液体内任意点A A处的压力处的压力处的压力处的压力 p=p p=p0 0+gh gh 2 2、重力作用下静止液体压力分布特征、重力作用下静止液体压力分布特征、重力作用下静止液体压力分布特征、重力作用下静止液体压力分布特征（1 1）静止液体中任一点处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分 液面压力液面压力液面压力液面压力p p0 0 组成组成组成组成 液体自重所形成的压力液体自重所形成的压力液体自重所形成的压力液体自重所形成的压力ghgh（2)2)静止液体内压力沿液深呈线性规律分布静止液体内压力沿液深呈线性规律分布静止液体内压力沿液深呈线性规律分布静止液体内压力沿液深呈线性规律分布（3)3)离液面深度相同处各点的压力均相等，离液面深度相同处各点的压力均相等，离液面深度相同处各点的压力均相等，离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的面叫等压面压力相等的点组成的面叫等压面压力相等的点组成的面叫等压面压力相等的点组成的面叫等压面.三、压力的表示方法及单位1、测压两基准、测压两基准绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力以绝对零压为基准所测以绝对零压为基准所测以绝对零压为基准所测以绝对零压为基准所测相对压力相对压力相对压力相对压力*以大气压力为基以大气压力为基以大气压力为基以大气压力为基 准所测准所测准所测准所测2、关系绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力 =大气压力大气压力大气压力大气压力 +相对压力相对压力相对压力相对压力 或或或或 相相相相对对对对压压压压力力力力（表表表表压压压压）=绝绝绝绝对对对对压压压压力力力力 大大大大气气气气压压压压力力力力 注：注：注：注：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力 真空度真空度真空度真空度 =大气压力大气压力大气压力大气压力 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力动画演示动画演示四、帕斯卡原理 在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。根据帕斯卡原理：p=F/A结论：结论：液压系统的工作压力取决于负载，液压系统的工作压力取决于负载，并且并且 随着负载的变化而变化。随着负载的变化而变化。五、液体对固体壁面的作用力作用在平面上的总作用力：作用在平面上的总作用力：P=pA 如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为D,则则 P=pA=pD2/4 作用在曲面上的总作用力：作用在曲面上的总作用力：Fx=pAx结结论论：曲曲面面在在某某一一方方向向上上所所受受的的作作用用力力，等等于于液液体体压压力力与与曲曲面面在在该该方方向向的的垂垂直直投投影影面积之乘积。面积之乘积。2-3 液体动力学液体动力学一、基本概念一、基本概念1 1、理想液体、定常流、理想液体、定常流、理想液体、定常流、理想液体、定常流理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。定常流动：流动液体中任一点的定常流动：流动液体中任一点的定常流动：流动液体中任一点的定常流动：流动液体中任一点的p p、u u和和和和 都不随时都不随时都不随时都不随时间而变化流动。间而变化流动。间而变化流动。间而变化流动。2 2、流量和平均流速、流量和平均流速、流量和平均流速、流量和平均流速流量流量流量流量单位时间内流过某通流截面液体体积单位时间内流过某通流截面液体体积单位时间内流过某通流截面液体体积单位时间内流过某通流截面液体体积q q。平均流速平均流速平均流速平均流速通流截面上各点均匀分布假想流速。通流截面上各点均匀分布假想流速。通流截面上各点均匀分布假想流速。通流截面上各点均匀分布假想流速。二、连续性方程二、连续性方程质量守恒定律质量守恒定律质量守恒定律质量守恒定律连续性原理：连续性原理：理想液体在管道中恒定流动时，理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。液体的质量应恒等于流出液体的质量。连连续性方程续性方程：v1A1=v 2A2 或或 q=vA=常数常数结论：结论：液体在管道中流动时，流过各个断面液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。反比。三、伯努利方程三、伯努利方程三、伯努利方程三、伯努利方程能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律1 1、能量守恒定律、能量守恒定律、能量守恒定律、能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，：理想液体在管道中稳定流动时，：理想液体在管道中稳定流动时，：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。能量应该相等。能量应该相等。能量应该相等。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。能的变化量。能的变化量。能的变化量。2 2、伯努利方程、伯努利方程、伯努利方程、伯努利方程（理想液体）：（理想液体）：（理想液体）：（理想液体）：p p1 1+g Z+g Z1 1+v+v1 12 2 /2=p/2=p2 2+g Z+g Z2 2+v+v2 22 2/2/2 或或或或 p/gp/g +Z+v+Z+v2 2/2g=C/2g=C（c c为常数）为常数）为常数）为常数）3 3、方程的物理意义：、方程的物理意义：、方程的物理意义：、方程的物理意义：在密闭管道内作恒定流在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。上三种能量之和恒为定值。练习练习一判断题一判断题1.1.工作机构的运动速度决定于一定时间内，进入液压缸油工作机构的运动速度决定于一定时间内，进入液压缸油液容积的多少和液压缸推力的大小。液容积的多少和液压缸推力的大小。2.2.液体在不等横截面的管中流，液体流速和液体压力与横液体在不等横截面的管中流，液体流速和液体压力与横截面积的大小成反比。截面积的大小成反比。二二.选择题选择题1.1.用来测量液压系统中液体压力的压力表所指示的压力为用来测量液压系统中液体压力的压力表所指示的压力为 。（绝对压力绝对压力 相对压力相对压力 真空度真空度 ）2.2.通过管内不同截面的液流速度与其横截面积的大小成通过管内不同截面的液流速度与其横截面积的大小成 。（正比正比 反比反比 无关无关 ）3.3.当管道水平放置时，通过管内的某一截面的液体流速与当管道水平放置时，通过管内的某一截面的液体流速与液体压力成液体压力成 。（正比正比 反比反比 无关无关 ）