第2章 液压传动基础知识.ppt

1第二章第二章 液压传动基础知识液压传动基础知识2.1 工作介质-液压油2.2 液体静力学3.3 液体动力学2液压介质功能：1、传递能量和信号；2、润滑液压元件，减少摩擦和磨损；3、散热；4、防锈；5、密封液压元件对偶摩擦副中的间隙；6、传输、分离和沉淀非可溶性污染物；7、为元件和系统失效提供诊断信息等等。液液压油油视频介介绍2.1 2.1 液压油液压油31 密度一般认为是常值当tp 但很小国家标准以20时为油液的标准密度 记为20 常用工作介质的密度（单位kg/m3）种 类20种 类20石油基液压油850900增粘高水基液1003水包油乳化液998水-乙二醇1060油包水乳化液932磷酸酯液115042、可压缩性：体积压缩系数液体分子间存在一定间隙，受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。主要指液体受压力作用而发生体积缩小的性质。通常用体积压缩系数来表示。52、可压缩性：体积压缩系数定义：体积为v的液体，当压力增大p时，体积减小v,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。:液体的体积压缩系数，=(57)10-10m2/NV0：液体加压前的体积（m3）V：加压后液体体积变化量（m3）；p：液体压力变化量（N/m2）；62、可压缩性：体积压缩系数 p v 为保保证为正正值，式中，式中须加加负号号72、可、可压缩性性:弹性模量性模量纯净液压油的体积弹性模量K=（1.42.0）103MPa。液压系统常规设计或分析时不考虑，分析液压系统动态特性时才考虑液体可压缩性。的倒数称的倒数称为液体的体液体的体积弹性模量，性模量，以以K表示表示：83、液体的粘性：、液体的粘性：1）粘性粘性的意的意义：液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力（吸引力）会阻碍其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，这种性质称为液体的粘性。在流在流动时产生内摩擦力的特性；生内摩擦力的特性；静止液体静止液体则不不显示粘性示粘性.93、液体的粘性：、液体的粘性：2）牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律:称为动力粘度系数（Pas）:单位面积上的摩擦力（即剪切应力）du/dy:速度梯度，即液层间速度对液层距离的变化率。103）液体的粘度液体的粘度：粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。粘度是液体的根本特性，也是选择液压油的最重要指标。113）液体的粘度液体的粘度：动力粘度力粘度动力粘度又称绝对粘度 n动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。n单位为：Ns/或 Pasn由于的单位中具有力、长度、时间的量纲，即具有动力学的量纲，故称为动力粘度。12运运动粘度粘度动力粘度与该液体密度的比值叫运动粘度，用表示 单位：/sn1/s=1042/s=104斯（St）=106mm2/s=106厘斯（cSt）由于的单位中只有运动学要素，故称为运动粘度。液压油的粘度等级就是以其40C时运动粘度的某一平均值来表示，如：L-HM32液压油的粘度等级为32，则40C时其运动粘度的平均值为32mm2/s。单位？13（3）相）相对粘度（恩式粘度粘度（恩式粘度）相对粘度又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度恩氏粘度，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。式中：t1200ml被测液体从恩氏粘度计流出时间 t2200ml同温度纯水从恩氏粘度计流出时间l工业上常用20C、50C和100C作为测定恩式粘度的标准温度，分别以20、50、100表示。l恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系式为：14（4）粘度与）粘度与压力的关系力的关系 液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度亦随之增大。P，F，随随p而而，压力力较小小时忽略，忽略，32Mpa以上才考以上才考虑 （5）粘度与温度的关系）粘度与温度的关系 油液的粘度对温度的变化极为敏感，温度升高，油的粘度即显著降低。油的粘度随温度变化的性质称粘温特性。温度温度，内聚力，内聚力，粘粘度度随随温温度度变化化的的关关系系叫叫粘粘温温特特性性，粘粘度度随随温温度度的的变化化较小小，即粘温特性即粘温特性较好。好。155、其他性、其他性质 抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介电性、相容性、纯洁性等。161）当压力在32MPa以下时，压力对粘度的影响不大，可以忽略不计。抗氧化性（氧化安定性）：减少油品衷变速度，延长换油期抗泡沫性和空气释放性：保证系统灵敏，准确平稳传递静压能抗乳化性（过滤性）：混入油中的水分迅速分离，最大限度地减少过滤器堵塞，保证油品正常润滑。抗磨性：减缓设备磨损，有效延长泵及系统的使用寿命。粘温性好：保证液压元件在工作压力和温度发生变化的条件下得到良好的润滑、冷却、密封。相容性：指对密封材料不侵蚀、不溶胀的性质。17合适的粘度 40=1568cst 良好的粘温特性 选择油的最重要因素良好的润滑性良好的防蚀性,防锈性和相容性良好的化学稳定性良好的抗泡性,抗乳化性18石油型石油型机械油机械油汽轮机油汽轮机油普通液压油普通液压油抗磨液压油抗磨液压油 低温液压油低温液压油液压导轨油液压导轨油高粘度指数液压油高粘度指数液压油其他专用液压油其他专用液压油难燃型难燃型乳化型乳化型水包油乳化液水包油乳化液油包水乳化液油包水乳化液合成型合成型水乙二醇液水乙二醇液磷酸脂液磷酸脂液其他其他19液压油的分类液压油的分类20步步骤一：一：选择液液压油的品种油的品种首先根据工作条件首先根据工作条件（v、p、T）和元件）和元件类型（液型（液压泵等）等）选择油液品种；油液品种；步步骤二：二：选择液液压油的粘度等油的粘度等级慢速、高慢速、高压、高温：、高温：大（以大（以q）快速、低快速、低压、低温：、低温：小（以小（以P）液压油液的选择过程21a.系统的工作压力：压力高粘度大，以减少泄漏b.环境温度:温度高粘度大c.运动速度:速度高粘度低，以减少摩擦损失d.精密度：精密高粘度低，避免温升引起的机件变形，影响 工作精度液压油液的选择过程22环境温度5 40 40 80 粘 度40 粘度(mm2/s)40 粘度(mm2/s)液 压 泵 类 型齿 轮 泵 3070 11054 叶 片 泵 p 7 MPa 3050 4075 叶 片 泵 p7 MPa 5070 5590轴 向 式 柱 塞 泵 4075 70150 径 向 式 柱 塞 泵 308065240 液压油的推荐使用粘度范围液压油的推荐使用粘度范围 2323#液压油液的污染是系统发生故障的主要原因,严重影响系统的可靠性及液压元件的寿命。四、液压油的污染及控制四、液压油的污染及控制241 1、污染的原因、污染的原因外部已被污染的新油：运输、储存残留污染：生产装配和冲洗侵入污染：液压油箱密封不好或者 液压缸防尘部分损坏内部生成污染密封件损坏运动元件磨损、剥离油液老化生成胶质物四、液压油的污染及控制四、液压油的污染及控制252 2、污染的种类和危害、污染的种类和危害1)1)固体颗粒、胶状生成物：固体颗粒、胶状生成物：磨损元件 填塞系统2)2)水份、空气：水份、空气：水解氧化 产生胶质 填塞元件3)3)化学物质及微生物：化学物质及微生物：油液变质 元件腐蚀263、固体颗粒污染物的测定固体颗粒污染物的测定 污染度的测定方法有以下两种：(1)(1)称称重重法法：把100mL的工作液体样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的重量，按标准定出污染等级。适用于工作液体日常性的质量管理。(2)(2)颗颗粒粒计计数数法法：是测定单位容积工作液体中含有某给定尺寸范围的颗粒数。其测定方法有以下两种：a显微镜颗粒计数法b自动颗粒计数法27（1）防止油液被污染仓储管理加工、装配要清洗，油箱做好密封定期检查、定期更换工作介质、清洗滤网、滤芯（2）控制系统工作温度：T，黏度，泄漏，容积效率T，润滑性能变坏，增加磨损4、液压介质的污染控制、液压介质的污染控制 系统工作时，一般应将工作液体的温度控制在65以下。工作液体温度过高会加速氧化，产生各种生成物。28（3）注意密封 防尘 防水及时补充油液油箱呼吸孔上装空气滤清器或采用隔离式油箱，防止尘土、磨料和冷却水侵入。工作液体必须通过滤油器注入系统。随时排出进入液压系统的空气。5液压介质的污染控制液压介质的污染控制29研究内容：研究内容：研究液体研究液体处于静止状于静止状态的力学的力学规律和律和这些些规律的律的实际应用。用。静止液体静止液体:指指液液体体内内部部质点点之之间没没有有相相对运运动，至至于于液液体体整整体体完全可以象完全可以象刚体一体一样做各种运做各种运动。一一、液体的静压力及特性液体的静压力及特性 二二、压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位三三、静压传递原理静压传递原理四四、液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力2.2 2.2 液体静力学液体静力学30作用于液体上的力：作用于液体上的力：质量力量力（重力、（重力、惯性力）性力）作用于液体的所有作用于液体的所有质点。点。表表面面力力（法法向向力力、切切向向力力、其其它它物物体体或或容容器器对液液体体、一一部部分分液液体体作作用用于于另另一一部部分分液液体体等等）作作用用于于 液体的表面液体的表面。2.2 2.2 液体静力学液体静力学311、液体的静、液体的静压力定力定义:液体液体单位面位面积上所受的法向力，物理学中称上所受的法向力，物理学中称压强，液液压传动中中习惯称称压力。力。压力与流量力与流量视频2.2 2.2 液体静力学液体静力学322、液体静、液体静压力特性：力特性：静止液体的压力称为静压力。（1）垂直并指向于承）垂直并指向于承压表面表面（沿内法（沿内法线方向作用于承方向作用于承压表面）表面）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 （2）各各向向压力力相相等等：静止液体内任一点的压力，在各个方向上都相等。有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等2.2 2.2 液体静力学液体静力学333、液体静力学、液体静力学基本方程基本方程P0h GPAdA4、重力作用下静止液体、重力作用下静止液体压力分布特征力分布特征（1）静止液体中任一点）静止液体中任一点处的的压力由两部分力由两部分 液面上的液面上的压力力p0 组成成 该点以上液体自重所形成的点以上液体自重所形成的压力力gh 当液面上承受大气当液面上承受大气压力力Pa作用作用时，液体内任一点，液体内任一点处的的压力力为（2)静止液体内静止液体内压力沿液深呈力沿液深呈线性性规律分布律分布（3)离液面深度相同离液面深度相同处各点的各点的压力均相等，力均相等，压力相等的点力相等的点组成的成的 面叫等面叫等压面面.例：例：计算静止液体内任意点算静止液体内任意点A处的的压力力p pdA=p0dA+G=p0dA+ghdA p=p0+gh 2.2 2.2 液体静力学液体静力学34测压两基准：两基准：绝对压力力以以绝对零零压为基准所基准所测 相相对压力力以大气以大气压力力为基基 准所准所测关系：关系：绝对压力力=大气大气压力力+相相对压力力或或相相对压力（表力（表压）=绝对压力力大气大气压力力注注：液：液压传动系系统中所中所测压力均力均为相相对压力即表力即表压力。力。l空气、液体压力可以用压力、表压力和真空度等来衡量。l如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时，比大气压力小的那部分数值叫做真空度。35 绝对压力总是正值，相对压力则可正可负，这个负值就是不足大气压的数值，称为真空度。真空度真空度=大气压力大气压力 绝对压力绝对压力 3637液体的静压力定义我国法定的我国法定的压力力单位位为牛牛顿/米米2(N/m2)，称称为帕斯卡，帕斯卡，简称帕称帕(Pa)。在液在液压技技术中，目前中，目前还采用的采用的压力力单位有位有巴巴(bar)和工程大气和工程大气压、千克力每平方米、千克力每平方米(kgf/m2)等。等。38l压力常用单位为Pa（帕，N/）、MPa（兆帕，N/），bar（巴）、PSI(pounds per square inch,磅每平方英寸）常用压力单位之间换算关系为：1MPa=106 Pa，1bar=105 Pa。1atm=101325Pa(atm表示一个标准大气压作为参考量)1atm=14.5PSI（近似值，用于粗略计算）1bar=0.1MPa=1.0197 Kgf/cm2因为单位相差很小，在要求不高场合近似计算为：1atm=1bar=1 Kgf/cm2=100KPa=0.1MPa=760mmHg39液液压系系统压力形成力形成结论：液液压系系统的的工工作作压力力取取决决于于负载，并且随着并且随着负载的的变化而化而变化。化。FA帕帕斯斯卡卡原原理理（静静压传递原原理理）在在密密闭容容器器内内，液液体体表表面面的的压力可等力可等值传递到液体内部所有各点。到液体内部所有各点。根据帕斯卡原理：根据帕斯卡原理：p=F/A p=F/A F=0 p=0 F p F p 静止液体内压力的传递。40作用在平面上的作用在平面上的总作用力作用力 作用在平面上的作用在平面上的总作用力作用力F=pA 如：液如：液压缸，若缸，若设活塞直径活塞直径为D,则 F=pA=pD2/4 41dFx=dFcos=pdAcos=plrcosd 42作用在曲面上的作用在曲面上的总作用力作用力 作用在曲面上的作用在曲面上的总作用力作用力 Fx=pAx结论：曲面在某一方向上所受的作用力，：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体等于液体压力与曲面在力与曲面在该方向的方向的 垂直投影面垂直投影面积之乘之乘积。如：液如：液压缸，若缸，若设活塞直径活塞直径为D,则F=pA=pD2/4 F=pA43例题某容器内装有液体，当液体内部某点的绝对压力为0.4105Pa时，试求其真空度。解：若取大气压为P0=1105Pa，其相对压力为P=0.4105-1105=-0.6105Pa所以，该点真空度为0.6105Pa44例题如图所示：在两个相互连通的液压缸中，已知大缸内径D=100mm，小缸内径d=20mm，大缸活塞放置的物体重量为5000kg。问：在小缸活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶重物？45 如下图球面和锥面所受液压力是多少？如下图球面和锥面所受液压力是多少？d d为承压部分曲面投影圆的直径。为承压部分曲面投影圆的直径。要要计计算算出出球球面面和和锥锥面面在在垂垂直直方方向向受受力力F F，只只要要先先计计算算出出曲曲面在垂直方向的投影面积面在垂直方向的投影面积A A，然后再与压力，然后再与压力p p相乘，即：相乘，即：F=F=pApA=pd=pd2 2/4/42.2 2.2 液体静力学液体静力学46压力、流速、流量之间的关系流动液体与固体壁面之间的相互作用力2.3 2.3 液体动力学液体动力学471、理想液体、恒定流动、理想液体、恒定流动l理想液体：理想液体：一种假想的既无粘性又不可一种假想的既无粘性又不可压缩的液体。的液体。l恒定流恒定流动：液体流：液体流动时，液体中任一点，液体中任一点处的的压力力p、速度、速度v和和密度密度等参数都不随等参数都不随时间而而变化。化。（或称定常流（或称定常流动、非、非时变流流动）l反之，只要反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随力、速度或密度中有一个参数随时间变化，就化，就称称非恒定流非恒定流动（或称非定常流（或称非定常流动、时变流流动）。）。482、迹线、流线、流束、迹线、流线、流束流束：流束：流管内所有流线的集合。流束中与所有流线垂直的横截面称为通流截面，可能是平面或者曲面。流流线：某一瞬间液流中一条曲线。流管流管：在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面。49式中式中 q qv v流量，在液压传动中流量流量，在液压传动中流量常用单位常用单位L/minL/min，m/sm/s；V V液体的体积；液体的体积；t t流过液体体积流过液体体积V V所需的时间所需的时间。3.通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流速 液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的截面截面截面截面称为称为通通通通流截面流截面流截面流截面（或过流截面）。（或过流截面）。单位时间内流过某通流截面的液体体积单位时间内流过某通流截面的液体体积单位时间内流过某通流截面的液体体积单位时间内流过某通流截面的液体体积称为称为流量流量流量流量，常用，常用q qv v表示表示，即：即：50由于由于实际液体具有粘性实际液体具有粘性实际液体具有粘性实际液体具有粘性，因此液体在管道内流动时，通流截，因此液体在管道内流动时，通流截面上各点的流速是不相等的。面上各点的流速是不相等的。管壁处的流速为零管壁处的流速为零管壁处的流速为零管壁处的流速为零，管道中心处流管道中心处流管道中心处流管道中心处流速最大速最大速最大速最大，流速分布如，流速分布如右图右图右图右图所示。所示。在通流截面在通流截面A上取一微小流束的截面上取一微小流束的截面d dA A（左图左图左图左图），则通过），则通过d dA A的微小的微小流量为流量为：对上式进行积分，便可得到流经整个通流截面对上式进行积分，便可得到流经整个通流截面A的流量：的流量：51 可见，要求得q q的值，必须先知道流速流速u u在整个通流截面通流截面A A上的分布规律。实际上这是比较困难的，因为粘性液体流速u在管道中的分布规律是很复杂的。所以，为方便起见，在液压传动中常采用一种假想的平均流速平均流速v v来求流量，即：由此得出通流截面上的平均流速为：52液体的流液体的流动状状态层流和紊流层流和紊流 19世纪末，英国物理学家世纪末，英国物理学家雷诺雷诺雷诺雷诺首先通过实验观察了水在圆首先通过实验观察了水在圆管内的流动情况，发现液体有两种流动状态：管内的流动情况，发现液体有两种流动状态：层流层流层流层流和和紊流紊流紊流紊流。实验结果表明，实验结果表明，层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；于管道轴线；紊流紊流:液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动。外，还存在着剧烈的横向运动。53液体的流液体的流动状状态 层流和紊流流和紊流 层 流：流：液体的流液体的流动是分是分层的，的，层与与层之之间互互不不 干干扰。紊流（湍流）：液体流紊流（湍流）：液体流动不分不分层，做混，做混杂紊乱流紊乱流 动。54雷雷诺数数实验动画演示动画演示层流层流层流层流和和紊流紊流紊流紊流是两种不同性质的流态。是两种不同性质的流态。层流：液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，层流：液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性粘性粘性粘性 力起主导作用力起主导作用力起主导作用力起主导作用；紊流：液体流速较高，粘性的制约作用减弱，紊流：液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作惯性力起主导作惯性力起主导作惯性力起主导作 用用用用。55雷雷诺数数圆形管道雷形管道雷诺数：数：Re=dv/非非圆管道截面雷管道截面雷诺数：数：Re=dHv/过流断面水力直径：流断面水力直径：dH =4A/水力直径大，液流阻力小，通流能力大。水力直径大，液流阻力小，通流能力大。临界雷界雷诺数数Rec：判断液体流：判断液体流态依据。依据。Re Rec为紊流紊流 雷雷诺数物理意数物理意义：液流的：液流的惯性力性力对粘性力的无因次比。粘性力的无因次比。56几种常用管道的几种常用管道的临界雷诺数临界雷诺数临界雷诺数临界雷诺数ReRecrcr管道截管道截面形状面形状图图 示示水力直径水力直径dH临界雷诺临界雷诺数数Recr管道截管道截面形状面形状图图示示水力直径水力直径dH临界雷诺临界雷诺数数Recr圆圆D2000同心同心圆环圆环21100正方形正方形b2100滑阀滑阀阀口阀口2x260长方形长方形1500圆圆（橡胶）（橡胶）d1600长方形长方形缝缝 隙隙140057静止的液体：任意点静止的液体：任意点处的的压力在各个方向上都是相等的。力在各个方向上都是相等的。流流动的液体：由于的液体：由于惯性力和粘性力的影响，任意点性力和粘性力的影响，任意点处在各个在各个方向上的方向上的压力并不相等，但数力并不相等，但数值相差甚微。相差甚微。当当惯性力很小，且把液体当理想液体性力很小，且把液体当理想液体时，流流动液体内任意点液体内任意点处的的压力在各个方向上的数力在各个方向上的数值可以看成是相等的。可以看成是相等的。4.流动液体的压力流动液体的压力58质量守恒定律在流体力学中的量守恒定律在流体力学中的应用用 1 1 连续性原理连续性原理理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定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增多，也不能减少，因此律，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液体的质量应等于流出液体的质量。单位时间内流入液体的质量应等于流出液体的质量。w2连续性方程性方程m1=m2w若忽略液体可若忽略液体可压缩性性1=2=w则v1A1=v2A2w或或q=vA=常数常数w2.3 2.3 液体动力学液体动力学59由于两通流截面是任意取的由于两通流截面是任意取的由于两通流截面是任意取的由于两通流截面是任意取的，故有：，故有：意义：意义：在恒定流动中在恒定流动中在恒定流动中在恒定流动中，通过流管各截面的不可压缩流体通过流管各截面的不可压缩流体通过流管各截面的不可压缩流体通过流管各截面的不可压缩流体的流量是相等的的流量是相等的的流量是相等的的流量是相等的。流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程流量连续性方程60连续性方程性方程说明：明：1、在同一管路中无、在同一管路中无论通流面通流面积怎么怎么变化，只要没有化，只要没有泄漏，液体通泄漏，液体通过任意截面的流量是相等的；任意截面的流量是相等的；2、同、同时还说明了在同一管路中通流面明了在同一管路中通流面积大的地方液大的地方液体流速小。通流面体流速小。通流面积小的地方小的地方则液体流速大；此外，液体流速大；此外，当通流面当通流面积一定一定时，通，通过的液体流量越大，其流速也的液体流量越大，其流速也越大。越大。右右图的分支油路，的分支油路，显然流然流进的流量的流量应等于流等于流出的流量，故有出的流量，故有Q=Q1+Q2。61液液压缸的运缸的运动速度速度结论：液液压缸的运缸的运动速度取决于速度取决于进入液入液压缸的流量，并且随着流量的缸的流量，并且随着流量的变化而化而变化。化。（控制流量可以（控制流量可以实现无极无极调速）速）Av=q/A q=0 v=0 q v q v6263连续性方程的应用n已知：qv1=20L/min,A1=20cm2,A2=80cm2，求v1，v2。12Wv1v2qv1A1A2解：根据流量方程：根据连续性方程：64例例题题 如如图图所所示示，两两个个结结构构相相同同的的液液压压缸缸相相互互串串联联，无无杆杆腔腔的的面面积积A1100c，有有杆杆腔腔的的面面积积A280c，缸缸l的的输输入入压压力力 p1=0.9MPa，输输入入流流量量 q12L/min，不不计计摩摩擦擦损损失失和和泄泄漏漏，求：求：(1)两两缸缸承承受受相相同同负负载载（F1=F2）时时，该该负负载载的的数数值值及及两两缸缸的的运运动速度。动速度。(2)p 2=0.5p1时，两液压缸各能承受的负载时，两液压缸各能承受的负载F1，F2是多少是多少?(3)若缸若缸1不承受负载不承受负载(F1=0)时，缸时，缸2能承受负载能承受负载F2是多少是多少?F12 F21 65解：A1100c=10010-4，A280c=8010-4F12 F21(1)(1)66(2)(2)F12 F21 67(3)(3)F12 F21 68 能量方程能量方程又称伯努利方程伯努利方程：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能的变化量。2.3 2.3 液体动力学液体动力学69p:单位体积液体的压力能gh：单位体积液体相对于水平参考面的位能 （常称速度水头）：单位体积的液体的动能。在密闭管道内作作在密闭管道内作作恒定流动恒定流动恒定流动恒定流动的理想液体时具有三种形式的的理想液体时具有三种形式的能量，即能量，即压力能压力能压力能压力能、位能位能位能位能和和动能动能动能动能，在流动过程中，三种能量，在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为种能量之和恒为种能量之和恒为种能量之和恒为定值定值定值定值，即，即能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒。理想液体伯努利方程理想液体伯努利方程 理想液体伯努利方程的物理意理想液体伯努利方程的物理意义702.2.2.2.实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程 动能修正系数：单位时间内截面处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能之比。层流=2，紊流=1w实际液体具有粘性液体具有粘性w液体流液体流动时会会产生内摩擦力，从而生内摩擦力，从而损耗能量耗能量故故应考考虑能量能量损失失，并考，并考虑动能修正系数能修正系数,则实际液体伯努利方程液体伯努利方程为为：w71例例例例 计算计算液压泵吸油口处的真空度液压泵吸油口处的真空度液压泵吸油口处的真空度液压泵吸油口处的真空度 液压泵吸油装置如液压泵吸油装置如图图图图所示。所示。设油箱液面设油箱液面设油箱液面设油箱液面压力为压力为压力为压力为p p1 1，液压泵吸油口处的绝对压力液压泵吸油口处的绝对压力液压泵吸油口处的绝对压力液压泵吸油口处的绝对压力为为p p2 2，泵吸油口距油箱液面的高度泵吸油口距油箱液面的高度泵吸油口距油箱液面的高度泵吸油口距油箱液面的高度为为h h。解解解解 以油箱液面为基准，并定为以油箱液面为基准，并定为1-11-1截面截面截面截面，泵的吸油口处为泵的吸油口处为2-22-2截面截面截面截面。取动能修正系。取动能修正系数数 1 1=2 2=1=1对对1-11-1和和2-22-2截面建立实际液体截面建立实际液体的能量方程，则有的能量方程，则有：72液压泵吸油装置液压泵吸油装置图示图示油箱液面与大气接触油箱液面与大气接触油箱液面与大气接触油箱液面与大气接触，故，故p p1 1为大气压力，即为大气压力，即p p1 1=p pa a；v v1 1为油箱为油箱液面下降速度，由于液面下降速度，由于v v1 1v v2 2,故故v v1 1可近似为零；可近似为零；v v2 2为泵吸油口处液为泵吸油口处液体的流速，它等于流体在吸油管体的流速，它等于流体在吸油管内的流速；内的流速；为吸油管路的能为吸油管路的能量损失。因此，上式可简化量损失。因此，上式可简化为：为：73液压泵吸油装置液压泵吸油装置所以所以液压泵吸油口处的真空度液压泵吸油口处的真空度液压泵吸油口处的真空度液压泵吸油口处的真空度为：为：由此可见，液压泵吸油口处的真空度由此可见，液压泵吸油口处的真空度由由三部分三部分三部分三部分组成：把组成：把油液提升到高度油液提升到高度油液提升到高度油液提升到高度h h所所所所需的压力需的压力需的压力需的压力、将、将静止液体加速到静止液体加速到静止液体加速到静止液体加速到v v2 2所需的所需的所需的所需的压力压力压力压力和和吸油管路的压力损失吸油管路的压力损失吸油管路的压力损失吸油管路的压力损失。当 泵进口处的绝对压力小于大气压力，形成真空，油靠大气压力压入泵内。为使真空度不致过大，一般泵的高度不大于0.5m。74动量方程：动量方程：动量方程：动量方程：作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化量向上的动量的变化量向上的动量的变化量向上的动量的变化量,即：即：考虑动量修正问题，对于作考虑动量修正问题，对于作恒定流动恒定流动恒定流动恒定流动的液体，有的液体，有：动量修正系数：液体流过某截面的实际动量与平均流速过截面的动动量修正系数：液体流过某截面的实际动量与平均流速过截面的动量之比。量之比。液体流速较大且分布均匀（湍流）时液体流速较大且分布均匀（湍流）时 =1液体流速较低且分布不均匀（层流）时液体流速较低且分布不均匀（层流）时=1.3375实际液体具有粘性液体具有粘性流流动中必有阻力，中必有阻力，为克服阻力，克服阻力，须消耗能量，造成消耗能量，造成能量能量损失失(即即压力力损失）。失）。分分类：沿程：沿程压力力损失、局部失、局部压力力损失失2.3 2.3 液体动力学液体动力学76沿程沿程压力力损失失（粘性损失）定定 义:液体沿等径直管流液体沿等径直管流动时，由于液体，由于液体的粘性摩擦和的粘性摩擦和质点的相互点的相互扰动作用，而作用，而产生的生的压力力损失。失。77沿程沿程压力力损失失产生原因生原因 内摩擦内摩擦因粘性，液体分子因粘性，液体分子间摩擦摩擦。摩擦摩擦 外摩擦外摩擦液体与管壁液体与管壁间。78圆管管层流流时沿程沿程压力力损失失计算算沿程阻力系数。沿程阻力系数。理理论值：64/Re 实际值:金属管金属管75/Re 橡胶橡胶软管管80/Re795.圆管紊流的管紊流的压力力损失失80局部局部压力力损失失定定义:液体流液体流经管道的弯管道的弯头、接、接头、突、突变截面以及截面以及阀口、口、滤网等局部装置网等局部装置时，液流会，液流会产生旋生旋涡，并，并发生生强烈的紊烈的紊动现象，由此而象，由此而产生的生的损失称失称为局局部部损失。失。81局部局部压力力损失失产生原因生原因 产生原因：生原因：碰撞、旋碰撞、旋涡（突（突变管、弯管管、弯管)产生附加摩擦；生附加摩擦；82局部压力损失公式局部阻力系数。局部阻力系数。一般由实验确定，也可查阅有关液压传动设计手册；为液体的平均流速。83标准准阀类元件局部元件局部压力力损失失 对于阀和过滤器等液压元件往往并不应用前面的式子来计算对于阀和过滤器等液压元件往往并不应用前面的式子来计算其其局部压力损失局部压力损失局部压力损失局部压力损失，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压力损失数值可从产品样本提供的曲线中直接查到。力损失数值可从产品样本提供的曲线中直接查到。84管路系管路系统的的总压力力损失失 管路系统中的总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失和局部压力损失之和，即 p 热能能 T q泄露泄露 效率效率 散逸散逸 污染染 85减小减小p的措施的措施1尽量尽量缩短管道的短管道的长度度，减少管道截面突，减少管道截面突变；2提高管道加工提高管道加工质量，力求光滑，量，力求光滑，合适；合适；3A，v过高高ppv2其中其中v的影响最大的影响最大过低低尺寸尺寸成本成本一般有推荐流速可供参考，一般有推荐流速可供参考，见有关手册。有关手册。86 考虑到存在压力损失，一般液压系统中液压泵的工作压力Pp应比执行元件的工作压力1 p。通常情况下，液压系统的管路并不长，所以沿程压力损失比较小，而阀等元件的局部压力损失却较大。因此管路总的压力损失一般以局部损失为主。高87概述：概述：孔口和孔口和缝隙流量在液隙流量在液压技技术中占有中占有很重要的地位，它涉及液很重要的地位，它涉及液压元件的密封元件的密封性，系性，系统的容的容积效率，更效率，更为重要的是它重要的是它是是设计计算的基算的基础。2.3 2.3 液体动力学液体动力学88（一）液体流过小孔的流量（一）液体流过小孔的流量 当小孔的长径比 l/d0.5时，称为薄壁孔；l/d4时，称为细长孔；0.5l/d4时，称为短孔。89小孔流量通用方程小孔流量通用方程90n配合间隙配合间隙 液压元件的各零件之间要保证正常的相对运动，液压元件的各零件之间要保证正常的相对运动，必须保持一定的间隙。必须保持一定的间隙。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。2.3 2.3 液体动力学液体动力学9192泄漏泄漏:当流体流经间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象(前者称为内泄漏，后者称为外泄漏)n油液在间隙中的流动状态一般是层流油液在间隙中的流动状态一般是层流。2.3 2.3 液体动力学液体动力学93缝隙流动缝隙流动:压差流动：由缝隙两端的压力差造成的流动。剪切流动：形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动。这两种流动经常同时存在。2.3 2.3 液体动力学液体动力学94(二二)液体流过缝隙的流量液体流过缝隙的流量 一）液体流过平行平板缝隙的流量1、流过固定平行平板缝隙的流量（压差流动）在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙厚度三次方成正比，液压元件的内缝隙大小对其泄漏量的影响很大。952.液体流过相对运动的平行平板缝隙的流量（剪切流动）当一平板固定，另一平板以速度u0作相对运动时，液体的平均流速v=u0/2，故由于平板相对运动而使液体流过缝隙的流量为：96既有压差流动，又有剪切流动时：“”号的确定方法：当长平板相对短平板移动的方向和压差方向相同时取“+”号，方向相反时取“-”。97二）液体流过圆环缝隙的流量二）液体流过圆环缝隙的流量 流过偏心圆环缝隙的流量 流过同心圆环缝隙的流量 内外圆同心时的缝隙厚度；相对偏心率，=e/=0同心，=1最大偏心量u0=0内外表面无相对运动应尽量做成同心，以减小泄漏量。应尽量做成同心，以减小泄漏量。981.定定义：液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。如：如：急速开、关自来水管可能使水管急速开、关自来水管可能使水管发生振生振动，同，同时发出噪声。出噪声。液液压冲冲击2.3 2.3 液体动力学液体动力学992.液液压冲冲击产生的原因生的原因1）迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受阻，动能转换为压力能，使压力升高。2）运动部件突然制动或换向，使压力升高。3）某些液压元件动作失灵或不灵敏。1003.液液压冲冲击引起的引起的结果果：导致某些元件如密封装置、管路等致某些元件如密封装置、管路等损坏；坏；引起机床振引起机床振动、产生很大噪声、影响工件加工生很大噪声、影响工件加工质量；量；使某些元件（如使某些元件（如压力力继电器、液器、液压控制控制阀、顺序序阀等）等）产生生误动作，影响系作，影响系统正常工作，正常工作，导致致设备损坏。坏。利用液利用液压冲冲击制作冲制作冲击风钻、冲、冲击振振动装置等。装置等。1014减小液减小液压冲冲击的措施的措施延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。限制管道流速及运动部件速度。适当加大管道直径，尽量缩短管路长度。在冲击区附近安装蓄能器等缓冲装置。采用软管，以增加系统的弹性。102l在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时（如速度突变），原先溶解在液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为气穴（空穴）现象气穴（空穴）现象气穴（空穴）现象气穴（空穴）现象。l如果液体中的压力进一步降低到饱和蒸气压时，液体将迅速气化，产生大量蒸气泡，这时的气穴现象将会愈加严重。l当附着在金属表面上气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀气蚀气蚀气蚀。l气蚀会使液压元件的工作性能变坏，并使其寿命大大缩短。气穴现象2.3 2.3 液体动力学液体动力学103气穴气穴现象引起的象引起的结果：果：液流不连续，流量、压力脉动、系统发生强烈的振动和噪声发生气蚀。104n控制控制气穴气穴现象象产生原因：生原因：流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高，吸油不充分，压力降低。105减小小孔或缝隙前后的压力降。一般p1/p23.5。降低泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管内液体的流速，尽量减少吸油管路中的压