项目一液压传动基础知识ppt课件.ppt

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1、1液压与气动技术液压与气动技术目标l掌握液压与气动的掌握液压与气动的基础理论知识基础理论知识和和专业技专业技能能；l能在铁路工业生产第一线从事液压与气动能在铁路工业生产第一线从事液压与气动设备的设备的安装、调试、维修、改造安装、调试、维修、改造等工作。等工作。2液压和气动3液压液压气动气动元件元件原理原理图形符号图形符号回路回路工作原理工作原理分析分析4 项目一 液压传动基础知识5l任务目标：任务目标： 通过液压千斤顶的工作过程掌握液压传动的基本工作原理； 了解液压传动的优缺点； 了解液压传动的应用与发展。任务一任务一 液压系统的认识液压系统的认识6一、液压传动的工作原理及系统组成一、液压传动

2、的工作原理及系统组成 1-杠杆手柄； 2-小活塞；3-小油缸； 4、5-单向阀；6-大油缸；7-大活塞；8-重物；9-卸油阀；10-油箱 图1-1液压千斤顶的工作原理示意图 1-1-小液压缸；小液压缸；2 2、3-3-单向阀；单向阀；4-4-大液压缸；大液压缸；5-5-放油阀；放油阀；6-6-油箱油箱l正常工作的三个条件：正常工作的三个条件：l1 液体（液压油）；液体（液压油）；l2 密封容器内液体由于密封容器内液体由于工作容积变化而流动；工作容积变化而流动；l3 液体具有压力。液体具有压力。9液压传动的基本工作原理如下：液压传动的基本工作原理如下：(1)(1)液压传动是利用有压力的液压传动是

3、利用有压力的液体（液压油）液体（液压油）作为作为传递运动和动力的工作介质；传递运动和动力的工作介质；(2)(2)液压传动中要经过液压传动中要经过两次能量转换两次能量转换，先将机械，先将机械能转换成油液的压力能，再将油液的压力能转换能转换成油液的压力能，再将油液的压力能转换成机械能；成机械能；(3)(3)液压传动是依靠密封容器或密闭系统中液压传动是依靠密封容器或密闭系统中密封容密封容积的变化积的变化来实现运动和动力的传递。来实现运动和动力的传递。 10液压系统的组成：液压系统的组成：l液压动力元件液压动力元件。液压动力元件指液压泵液压泵，它是将动将动力装置的机械能转换成为液压能力装置的机械能转换

4、成为液压能的装置，其作用是为液压传动系统提供压力油，是液压传动系统的动力源。l液压执行元件液压执行元件。液压执行元件指液压缸液压缸或液压马达液压马达，它是将液压能转换为机械能液压能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度或转矩和转速，以驱动工作装置作功。11l液压控制调节元件液压控制调节元件。它包括各种液压阀类阀类元件，其作用是用来控制液压传动系统中油液的流动方流动方向、压力和流量向、压力和流量，以保证液压执行元件和工作装置完成指定工作。l液压辅助元件液压辅助元件。液压辅助元件如油箱、油管、滤油箱、油管、滤油器油器等，它们对保证液压传动系统正常工作有着重要的作用。l液压工作介质

5、液压工作介质。工作介质指传动液体传动液体，通常被称为液压油或液压液液压油或液压液。12二、液压传动系统的图形符号二、液压传动系统的图形符号图1-2机床工作台液压系统三、液压传动的特点与应用三、液压传动的特点与应用1. 1. 优点优点 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小 ； 由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方；机构，这是比机械传动优越的地方； 可在大范围内实现无级调速；可在大范围内实现无级调速； 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳

6、定；传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定； 液压装置易于实现过载保护液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长；润滑，因此使用寿命长； 液压传动容易实现自动化；液压传动容易实现自动化； 液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。14 2. 2. 缺点缺点 液压系统中的漏油、液压油的可压缩性等因素，影响运动的平稳性和液压系统中的漏油、液压油的可压缩性等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。正确性，使得液压

7、传动不能保证严格的传动比。 液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体黏性变化，引起液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体黏性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。大的环境条件下工作。 为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。制造精度要求较高，加工工艺较复杂。 液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方

8、便。 液压系统发生故障不易检查和排除。液压系统发生故障不易检查和排除。151851年年 英国伦敦首届英国伦敦首届“万国博万国博览会览会”世界上第一台水压机世界上第一台水压机20世纪世纪30普遍用于起重普遍用于起重机、机床及工程机械机、机床及工程机械第二次世界大第二次世界大战军事武器战军事武器民用工业，自民用工业，自动机及自动生动机及自动生产线产线60年代以后，迅速、高年代以后，迅速、高压、大功率、高效、低压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展集成化的方向发展新型液压元件和液压系统的新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)、计、计算机辅

9、助测试算机辅助测试(CAT)、计算、计算机直接控制机直接控制(CDC)、机电一、机电一体化技术、可靠性技术体化技术、可靠性技术我国的液压技术我国的液压技术机床和锻机床和锻压设备压设备拖拉机和拖拉机和工程机械工程机械机械设备机械设备广泛使用广泛使用3.发展和应用发展和应用16液压升降台数控车床的回转刀架回转刀架回转刀架车刀安装车刀安装刀盘刀盘工件车削工件车削搬运小车搬运小车飞机l船闸 汽车起重机支腿汽车起重机支腿筑路机液压挖掘机压缩式垃圾车气动手指机器人气动夹持机构28任务二 液压油的选用与保养l任务目标任务目标 了解液压油的作用； 掌握液压油黏性的物理意义； 掌握液压油的黏温特性及可压缩性；

10、掌握液压油的选择。l知识与技能：知识与技能： 液压油是液压传动系统中的工作介质，而且还对液压装置的机构、零件起着润滑、冷却和防锈作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。故此，合理的选用液压油也是很重要的。29一、液压油的性质1.1.液压油的密度液压油的密度 单位体积某种液压油的质量称为该种液压油的密度，以表示，即单位体积某种液压油的质量称为该种液压油的密度，以表示，即 ( ) (1-1)( ) (1-1) 式中式中: : 液压油的体积液压油的体积 液压油质量液压油质量 液压油的密度随压力的增加而加大，随温度的升高而减小液压油的密度

11、随压力的增加而加大，随温度的升高而减小 一般情况下，由压力和温度引起的这种变化都较小，可以忽略不计一般情况下，由压力和温度引起的这种变化都较小，可以忽略不计 在实际应用中可认为液压油的密度不受压力和温度变化的影响。在实际应用中可认为液压油的密度不受压力和温度变化的影响。Vm3mkgVm302.2.液体的可压缩性液体的可压缩性 液体受压力增大而发生体积减小的特性称为液体的可压缩性。液体受压力增大而发生体积减小的特性称为液体的可压缩性。 可压缩性用可压缩性用体积压缩系数体积压缩系数表示，定义为单位压力变化下的液体体积的相表示，定义为单位压力变化下的液体体积的相对变化量。对变化量。u在中、低压系统中

12、，液体的可压缩性对液压系统的性能影响很小，故可将在中、低压系统中，液体的可压缩性对液压系统的性能影响很小，故可将液压油看成不可压缩的。液压油看成不可压缩的。u在高压系统中或研究液压系统的动态特性时，需考虑液压油的可压缩性。在高压系统中或研究液压系统的动态特性时，需考虑液压油的可压缩性。思考：油液中混入空气是否影响油液的可压缩性？需要如何处理？思考：油液中混入空气是否影响油液的可压缩性？需要如何处理？313.3.液压油的黏性液压油的黏性 黏性黏性黏性黏性：液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力：液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力要阻碍液体分子之间相对运动，因而产生一种内摩擦力

13、。要阻碍液体分子之间相对运动，因而产生一种内摩擦力。黏性黏性的大小用黏度表示。的大小用黏度表示。黏性黏性是液体重要的物理特性，是选择液压油的重要依据之一。是液体重要的物理特性，是选择液压油的重要依据之一。 黏性黏性（液体自身）（液体自身） 流体黏性的大小用黏度来表示。流体黏性的大小用黏度来表示。 常用的黏度：常用的黏度： 动力黏度动力黏度 运动黏度运动黏度 相对黏度相对黏度 液压油的牌号：液压油的牌号：L-HL32L-HL3233表表1-2 几种常用油液的黏度指数几种常用油液的黏度指数黏度与压力的关系黏度与压力的关系当液体所受当液体所受压力增大压力增大时，时，其分子间的距离减小，内其分子间的距

14、离减小，内聚力增大，聚力增大，黏度也随之增黏度也随之增大大。但对于一般的液压系统，但对于一般的液压系统，当压力在当压力在10MPa10MPa以下时，以下时，油液的黏度受压力变化的油液的黏度受压力变化的影响很小，可以忽略不计。影响很小，可以忽略不计。黏度与温度的关系黏度与温度的关系油液的黏度对温度变化十油液的黏度对温度变化十分敏感，分敏感，温度升高，黏度温度升高，黏度将显著降低将显著降低。油液的黏度随温度变化的油液的黏度随温度变化的性质称为油液的性质称为油液的。黏温特性黏温特性 油液黏温特性的好坏常用黏度指数油液黏温特性的好坏常用黏度指数VIVI（黏温（黏温变化程度与标准油相比较所得的相对数值）

15、变化程度与标准油相比较所得的相对数值）表示表示 黏度指数黏度指数VIVI值越大，说明黏度随温度变化越小值越大，说明黏度随温度变化越小，黏温特性越好，黏温特性越好。 一般液压油的一般液压油的VIVI值要求在值要求在9090以上，优质的在以上，优质的在100100以上。以上。4.闪火点闪火点 油温升高时，部分液压油会蒸发而与空油温升高时，部分液压油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温气混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。烧，此温度称为燃烧点。365其它性质其它性质 液压传动工作介质还有其它性质，

16、如稳液压传动工作介质还有其它性质，如稳定性定性(热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等、剪切稳定性等)、抗泡沫性、抗乳化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性防锈性、润滑性以及相容性(对所接触的金对所接触的金属、密封材料、涂料等作用程度属、密封材料、涂料等作用程度)等等。3738二、液压油的分类与选用 液压油是液压传动系统的重要组成部分，是用来传递能量的工作介质。还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。液压油的质量及其各种性能将直接影响液压系统的工作。 思考：一般来说，液压油应具备什么性能？思考：一般来说，液压油应具备什么性能？39 各种液

17、压油都有其特性，都有一定的适用范围。正确而合理地选用液压油，可提高液压传动系统的工作可靠性，延长液压元件的使用寿命。1.液压油的分类液压油的分类 液压油的品种很多，主要可分为矿油型、乳化型和合成型矿油型、乳化型和合成型。表表1-3 1-3 液压油的主要品种及其特性和用途液压油的主要品种及其特性和用途4041l工作温度工作温度 工作温度主要对液压油的黏温特性和热稳定性提出要求。表表1-4 1-4 按工作温度选择液压油的品种按工作温度选择液压油的品种l工作压力工作压力 工作压力主要对液压油的润滑性（抗磨性）提出要求。 表表1-5 1-5 按工作压力选择液压油的品种按工作压力选择液压油的品种齿轮泵可

18、选用齿轮泵可选用L-HLL-HL或或L-HML-HM液压油液压油叶片泵和柱塞泵一般选择叶片泵和柱塞泵一般选择L-HML-HM液压油液压油。2.液压油的选用液压油的选用42 黏黏度等级的选择度等级的选择 l工作压力工作压力 l工作压力较高的液压系统宜选用黏度较高的液压油，以减少泄漏；反之，工作压力较高的液压系统宜选用黏度较高的液压油，以减少泄漏；反之，选用黏度较低的液压油。选用黏度较低的液压油。l环境温度环境温度 l环境温度较高的液压系统宜选用黏度较高的液压油，以减少泄漏；反之，环境温度较高的液压系统宜选用黏度较高的液压油，以减少泄漏；反之，选用黏度较低的液压油。选用黏度较低的液压油。l运动速度

19、运动速度 l当液压系统的运动部件运动速度较高时，宜选用黏度较低的液压油，以减当液压系统的运动部件运动速度较高时，宜选用黏度较低的液压油，以减少液流的摩擦损失；反之，选用黏度较高的液压油。少液流的摩擦损失；反之，选用黏度较高的液压油。43三、液压油的污染及控制三、液压油的污染及控制液压油受到污染是系统发生故障的主要原因。液压油受到污染是系统发生故障的主要原因。（1 1） 液压油污染的原因液压油污染的原因 残留物污染残留物污染 侵入物侵入物 生成物污染生成物污染44（2 2） 油液污染的危害油液污染的危害 磨损和擦伤元件磨损和擦伤元件 堵塞和卡紧元件堵塞和卡紧元件 液压油的性能劣化液压油的性能劣化

20、 系统工作不稳定系统工作不稳定45（3 3） 油液污染的控制措施油液污染的控制措施 严格清洗元件和系统严格清洗元件和系统 防止污染物侵入防止污染物侵入 控制工作介质的温度控制工作介质的温度 采用高性能的过滤器采用高性能的过滤器 定期检查和更换工作介质定期检查和更换工作介质46任务三 流体力学基本知识的了解l任务目标任务目标 掌握液体静压力的性质及静力学基本方程； 掌握静压传递原理； 掌握压力的表示方法； 掌握液流连续性方程及其应用。l知识与技能知识与技能 液压系统是利用液体的压力能来传递运动和动力的，了解流体力学的知识是很有必要的。流体力学是研究流体（液体或气体）处于相对平衡、运动、流体与固体

21、相互作用时的力学规律，以及这些规律在实际工程中的应用。它包括两个基本部分：一部分是液体静力学；另一部分是液体动力学。47一、液体静力学1.1.液体的压力液体的压力 液压传动中习惯称为液压传动中习惯称为压力压力。压力通常以压力通常以 表示表示。 （1-111-11） 压力的法定计量单位为Pa(帕，N/m2)。由于Pa单位太小，工程上使用不便，因而常用MPa (兆帕)，1MPa=106Pa。AFp p482.2.液体静力学基本方程液体静力学基本方程ghpp049例题例题1-1 1-1 如图所示，容器内盛有油液，已知油的密度如图所示，容器内盛有油液，已知油的密度 ，活塞上的作用力，活塞上的作用力 ，

22、活塞面积，活塞面积 , ,忽略活塞的重量，问活塞下方深度为忽略活塞的重量，问活塞下方深度为 处的压力为处的压力为多少？多少？解解 活塞与液体接触面上的压力活塞与液体接触面上的压力 根据液体静压力基本方程，深度为处的液体压力为根据液体静压力基本方程，深度为处的液体压力为 从本例可以看出，液体在受外界压力作用下，由液体自重所形成的那部分压力相对很小，在液从本例可以看出，液体在受外界压力作用下，由液体自重所形成的那部分压力相对很小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似地认为整个液体内部的压力是处处相等的。以后，我们在压系统中常可忽略不计，因而可近似地认为整个液体内部的压力是处处相等的。以后，我们在分

23、析液压系统的压力时，一般都采用这个结论。分析液压系统的压力时，一般都采用这个结论。3/900mkgNF100023101mAmh5 . 0PamNAFp6230101011000PaPaPaPaghpp666010100044. 15 . 08 . 990010503.3.静压传递原理静压传递原理 当A一定时，压力p 与负载F之间总保持着正比关系。 若F=0，则p=0；F越大，液体内的压力也越大。AFp 51例题例题1-2 1-2 如图所示为相互连通的两个液压缸，大缸的直径如图所示为相互连通的两个液压缸，大缸的直径D=30cmD=30cm，小缸的直径，小缸的直径d=3cmd=3cm，若若在小活

24、塞上加的力在小活塞上加的力F=200N，问大活塞能举起重物的重量，问大活塞能举起重物的重量G为多少为多少? 解解 根据帕斯卡原理，由外力产生的压力在两缸中的数值应相等。即根据帕斯卡原理，由外力产生的压力在两缸中的数值应相等。即 故大活塞能顶起重物的重量故大活塞能顶起重物的重量G为为由本例可知，液压装置具有力的放大作用。液压机、液压千斤顶和万吨水压机等，都是利用原由本例可知，液压装置具有力的放大作用。液压机、液压千斤顶和万吨水压机等，都是利用原理工作的。理工作的。2244DGdFpNFdDG20002003302222524. 压力的表示方法压力的表示方法液体压力的表示方法有两种：液体压力的表示

25、方法有两种：u绝对压力绝对压力：以绝对真空作为基准：以绝对真空作为基准所表示的压力；所表示的压力；u相对压力相对压力：以大气压力作为基准：以大气压力作为基准所表示的压力，也称为所表示的压力，也称为表压力。表压力。 说明：在液压技术中，如不特别指明，压力均指相对压力。说明：在液压技术中，如不特别指明，压力均指相对压力。53 压力的表示方法压力的表示方法 相对压力相对压力= =绝对压力一大气压力绝对压力一大气压力 绝对压力比大气压力小的那部分压力数值称为真空度绝对压力比大气压力小的那部分压力数值称为真空度 真空度真空度= =大气压力一绝对压力大气压力一绝对压力54 5. 5. 液体对固体壁面的作用

26、力液体对固体壁面的作用力 当不计液体的自重对压力的影响时，可认为作用于固体壁当不计液体的自重对压力的影响时，可认为作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。面上的压力是均匀分布的。 当固体壁面是一个平面时，液体压力在该平面上的总作用当固体壁面是一个平面时，液体压力在该平面上的总作用力力F F等于液体压力与该平面面积等于液体压力与该平面面积A A的乘积的乘积 当固体壁面是一个曲面时，液体压力在该曲面某方向上的当固体壁面是一个曲面时，液体压力在该曲面某方向上的总作用力等于液体压力与曲面在该方向上的投影面积的乘积。总作用力等于液体压力与曲面在该方向上的投影面积的乘积。pAF 55二、液体动力学 液体动力学

27、主要研究液体的流动状态、液体在外力作用下流动液体动力学主要研究液体的流动状态、液体在外力作用下流动时的运动规律及液体流动时的能量转换关系。时的运动规律及液体流动时的能量转换关系。1.1.基本概念基本概念 理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动l 理想液体理想液体：既无黏性又不可压缩的假想液体。：既无黏性又不可压缩的假想液体。l 恒定流动恒定流动( (亦称稳定流动或定常流动亦称稳定流动或定常流动) )：若液体中任一点处的压：若液体中任一点处的压力、流速和密度不随时间变化而变化。力、流速和密度不随时间变化而变化。恒定流动恒定流动非恒定流动非恒定流动56 通流截面、流量和平均流速通流截面、流量和平均流

28、速l通流截面通流截面 液体在管道内流动时，常将垂直于液体流动方向的截面称为通液体在管道内流动时，常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面或过流断面。流截面或过流断面。l流量流量 单位时间内流过某一过流断面的液体体积称为体积流量，简称单位时间内流过某一过流断面的液体体积称为体积流量，简称流量，用流量，用q q表示，法定单位为表示，法定单位为 , ,工程上常用的单位为工程上常用的单位为 。二者的换算关系为二者的换算关系为 。sm3minLmin106143LsmAutAltVq57l平均流速平均流速 平均流速是指通流截面通过的流量与该通流截面面积的比值，即平均流速是指通流截面通过的流量与该通流截面

29、面积的比值，即Aq 当液压缸的有效面积一定时，活塞运动速度的大小取决于进入液压缸流当液压缸的有效面积一定时，活塞运动速度的大小取决于进入液压缸流量的多少。量的多少。58 层流、紊流和雷诺数层流、紊流和雷诺数 液体流动有两种基本状态：层流和紊流。液体流动有两种基本状态：层流和紊流。 水管中的水流是分层的，而且层与层之间互不干扰，这种流动水管中的水流是分层的，而且层与层之间互不干扰，这种流动状态称为状态称为层流层流。 水流的质点运动呈极其紊乱的状态，这种流动状态称为水流的质点运动呈极其紊乱的状态，这种流动状态称为紊流紊流。59一般把紊流转变为层流时的雷诺数称为临界雷诺数一般把紊流转变为层流时的雷诺

30、数称为临界雷诺数 。当当 时为层流；当时为层流；当 时为紊流。时为紊流。 各种管道的临界雷诺数可由实验求得。各种管道的临界雷诺数可由实验求得。LReRe LReLReRe 602.2.液流连续性方程液流连续性方程 液流连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。液流连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。 理想液体在管道中恒定流动时，由于它不可压缩理想液体在管道中恒定流动时，由于它不可压缩( (密度密度不变不变) )，在压力作用下，液体中间也不可能有空隙，则在单位时间内流过在压力作用下，液体中间也不可能有空隙，则在单位时间内流过截面截面1 1和截面和截面2 2处的液体的质量

31、应相等，故有处的液体的质量应相等，故有 2211AA2211AA常量 Aq 流经管道每一个截面的流量是相等流经管道每一个截面的流量是相等, ,这就是液流连续性原理，并且同一这就是液流连续性原理，并且同一管道中各个截面的平均流速与过流断面面积成反比，管径细的地方流速大，管道中各个截面的平均流速与过流断面面积成反比，管径细的地方流速大，管径粗的地方流速小。管径粗的地方流速小。3.管路中液体的压力损失和流量损失l压力损失：压力损失：实际液体具有黏性，流动时会有阻力产实际液体具有黏性，流动时会有阻力产生。为克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量。生。为克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量。l液体在等径直

32、管中流动时因黏性摩擦而产生的压力液体在等径直管中流动时因黏性摩擦而产生的压力损失，称为损失，称为沿程压力损失沿程压力损失。l 液体流经管道的弯头、管接头、突变截面以及阀口液体流经管道的弯头、管接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而造成的压力损失称为烈的紊动现象，由此而造成的压力损失称为局部压局部压力损失力损失。 l一般情况下总的压力损失以一般情况下总的压力损失以局部压力损失为主局部压力损失为主。（1）压力损失）压力损失l减少管路中压力损失方法有哪些？减少管路中压力损失方法有哪些？ 提高液压系统中管路内壁

33、的光洁度；提高液压系统中管路内壁的光洁度； 尽量缩短管路的使用长度；尽量缩短管路的使用长度； 减少液压系统中管路截面的突变和弯曲。减少液压系统中管路截面的突变和弯曲。（2）流量损失）流量损失l泄漏泄漏：在液压系统正常工作的情况下，从液：在液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象。压元件的密封间隙漏过少量油液的现象。l内泄漏内泄漏：液压元件内部高、低压腔间泄露：液压元件内部高、低压腔间泄露l外泄漏外泄漏：液压元件密封不完善的泄露：液压元件密封不完善的泄露64任务四任务四 小孔及缝隙压力流量特性的分析小孔及缝隙压力流量特性的分析l任务目标任务目标 理解小孔及缝隙流量计算；

34、掌握液压冲击产生的原因及减少的措施； 掌握空穴现象产生的原因及减少的措施。l知识与技能知识与技能 观察液压回路节流调速中，执行元件的动作情况。6565一、小孔及缝隙流动一、小孔及缝隙流动1.1.小孔流量小孔流量 小孔可分为三种：当小孔的长径比小孔可分为三种：当小孔的长径比 时，称为薄壁孔；当时，称为薄壁孔；当时时 ，称为细长孔；当，称为细长孔；当 时，称为短孔。时，称为短孔。 5 . 0dl4dl45 . 0dl6666 先研究薄壁孔的流量计算。图先研究薄壁孔的流量计算。图1-201-20所示为进口边做成锐缘的典型薄壁孔口。由于惯性作用，液所示为进口边做成锐缘的典型薄壁孔口。由于惯性作用，液流

35、通过小孔时要发生收缩现象，在靠近孔口的后方出现收缩最大的通流截面。对于薄壁圆孔，当孔流通过小孔时要发生收缩现象，在靠近孔口的后方出现收缩最大的通流截面。对于薄壁圆孔，当孔前通道直径与小孔直径之比前通道直径与小孔直径之比 时，流束的收缩作用不时，流束的收缩作用不受孔前通道内壁的影响，这时的收缩称完全收缩；反之，当受孔前通道内壁的影响，这时的收缩称完全收缩；反之，当时时 ，孔前通道对液流进入小孔起导向作用这时的，孔前通道对液流进入小孔起导向作用这时的收缩称不完全收缩。收缩称不完全收缩。 现对孔前通道截面现对孔前通道截面1-11-1和收缩截面和收缩截面2-22-2之间列伯努利方程，之间列伯努利方程，

36、可得通过薄壁小孔的流量公式为可得通过薄壁小孔的流量公式为 图图1-20 1-20 薄壁小孔液流薄壁小孔液流 （1-381-38） 式中式中 流量系数，流量系数， ； 收缩系数，收缩系数， ； 收缩截面的面积；收缩截面的面积； 小孔通流截面面积，小孔通流截面面积， 。71dd71ddpACpACCAqTqTc2222qCcqCCCcC212212ddAACc2ATA24dAT6767 、 、 的数值可由实验确定。当液流完全收缩时，的数值可由实验确定。当液流完全收缩时， ， ，这时这时 ；当不完全收缩时，；当不完全收缩时， 。 薄壁孔由于流程很短，流量对油温的变化不敏感，因而流量稳定，宜做节流器用

37、。但薄壁孔加薄壁孔由于流程很短，流量对油温的变化不敏感，因而流量稳定，宜做节流器用。但薄壁孔加工困难，实际应用较多的是短孔。工困难，实际应用较多的是短孔。 短孔的流量公式依然是式短孔的流量公式依然是式(1-38)但流量系数但流量系数 不同，一般为不同，一般为 。 流经细长孔的液流，由于黏性而流动不畅，故多为层流。其流量计算可以应用前面推出的圆管流经细长孔的液流，由于黏性而流动不畅，故多为层流。其流量计算可以应用前面推出的圆管层流流量公式，即层流流量公式，即 （1-39） 细长孔的流量和油液的黏度有关，当油温变化时，油的黏度变化，因而流量也随之发生变化。细长孔的流量和油液的黏度有关，当油温变化时

38、，油的黏度变化，因而流量也随之发生变化。这一点是和薄壁小孔特性大不相同的。这一点是和薄壁小孔特性大不相同的。 纵观各小孔流量公式，可以归纳出一个通用公式纵观各小孔流量公式，可以归纳出一个通用公式 （1-40）cCCqC63. 061. 0cC98. 097. 0C62. 06 . 0qC8 . 07 . 0qCqC82. 0qCpCApdldpldqT432128224pCAqT6868 式中：式中： 、 分别为小孔的通流截面面积和两端压力差；分别为小孔的通流截面面积和两端压力差； 由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数。对细长孔由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数。对细长孔 ；对对薄壁孔和短孔

39、，薄壁孔和短孔， ； 由孔的长径比决定的指数。薄壁孔由孔的长径比决定的指数。薄壁孔 ，细长孔，细长孔 。 从通用公式从通用公式(1-40)(1-40)可以看出，无论是哪种小孔，其通过的流量均与小孔的通流截面面积可以看出，无论是哪种小孔，其通过的流量均与小孔的通流截面面积 及及两两 端压差端压差 成正比，改变其中一个量即可改变通过小孔的流量，从而达到对运动部件调速的目的。成正比，改变其中一个量即可改变通过小孔的流量，从而达到对运动部件调速的目的。TApldC322C2qCC 5 . 01TAp69692. 2. 缝隙流量缝隙流量 液压装置的各零件之间，特别是有相对运动的各零件之间，一般都存在缝隙

40、液压装置的各零件之间，特别是有相对运动的各零件之间，一般都存在缝隙( (或称间隙或称间隙) )。油液。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。由于缝隙通道狭窄，液流受壁面的影响较大，故缝隙液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。由于缝隙通道狭窄，液流受壁面的影响较大，故缝隙液流的流态均为层流。流的流态均为层流。 缝隙流动有两种状况；一种是由缝隙两端的压力差造成的流动，称为压差流动；另一种是形成缝隙流动有两种状况；一种是由缝隙两端的压力差造成的流动，称为压差流动；另一种是形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动，称为剪切流动。这两种流动经常会同时存在。缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动，称为剪切

41、流动。这两种流动经常会同时存在。（1 1） 平行平板缝隙流量平行平板缝隙流量7070 平行平板缝隙可以由固定的两平行平板所形成，也可由相对运动的两平行平板所形成。平行平板缝隙可以由固定的两平行平板所形成，也可由相对运动的两平行平板所形成。 流过固定平行平板缝隙的流量流过固定平行平板缝隙的流量 图图1-211-21所示为固定平行平板缝隙液流。设缝隙厚度为所示为固定平行平板缝隙液流。设缝隙厚度为 ，宽度为，宽度为 ，长度为，长度为 ，两端的压力为，两端的压力为和和 。从缝隙中取出一微小的平行六面体。从缝隙中取出一微小的平行六面体 ，其左右两端面所受的压力为，其左右两端面所受的压力为 和和 ，上下两

42、侧面所受的摩擦切应力为上下两侧面所受的摩擦切应力为 和和 ，则受力平衡，则受力平衡方程为方程为 对此方程进行整理积分后得液体在固定平行平板缝隙中对此方程进行整理积分后得液体在固定平行平板缝隙中作压差流动的流量为作压差流动的流量为 图图1-21 1-21 固定平行平板缝隙的液流固定平行平板缝隙的液流 （1-411-41） 从式从式(1-43)(1-43)可以看出，在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙厚度可以看出，在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙厚度 的三次方成的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的影响是很大的。正比，这说明液压元件内缝隙的大小对其泄漏量的影

43、响是很大的。l1p2pbdxdybpdpp dbdxbdydppbdxdpbdyplbydyylpbubdyq1223007171 流过相对运动平行平板缝隙的流量流过相对运动平行平板缝隙的流量 当一平板固定，另一平板以速度当一平板固定，另一平板以速度 作相对运动时，由于液体存在黏性，紧贴于动平板的油液以作相对运动时，由于液体存在黏性，紧贴于动平板的油液以速度速度 运动，紧贴于固定平板的油液则保持静止，中间各层液体的流速呈线性分布，即液体作剪切运动，紧贴于固定平板的油液则保持静止，中间各层液体的流速呈线性分布，即液体作剪切流流动。因为液体的平均流速动。因为液体的平均流速 ，故由于平板相对运动而使

44、液体流过缝隙的流量为，故由于平板相对运动而使液体流过缝隙的流量为 （1-421-42） 式式(1-42)(1-42)为液体在平行平板缝隙中作剪切流动时的流量。为液体在平行平板缝隙中作剪切流动时的流量。 在一般情况下，相对运动平行平板缝隙中既有压差流动，又有剪切流动。因此，流过相对运动在一般情况下，相对运动平行平板缝隙中既有压差流动，又有剪切流动。因此，流过相对运动平板缝隙的流量为压差流量和剪切流量二者的代数和平板缝隙的流量为压差流量和剪切流量二者的代数和 （1-431-43） 式中，式中， 为平行平板间的相对运动速度。为平行平板间的相对运动速度。“ ”“ ”号的确定方法如下：当长平板相对于短平

45、板移号的确定方法如下：当长平板相对于短平板移动的方向和压差方向相同时取动的方向和压差方向相同时取“”号，方向相反时取号，方向相反时取“”号。号。020bAq20buplbqv212020u7272（2 2）圆环缝隙的流量）圆环缝隙的流量 在液压元件中，如液压缸的活塞和缸孔之间，液压阀的阀芯和阀孔之间，都存在圆环缝在液压元件中，如液压缸的活塞和缸孔之间，液压阀的阀芯和阀孔之间，都存在圆环缝隙。圆环缝隙有同心和偏心的两种情况，它们的流量公式是有所不同的。隙。圆环缝隙有同心和偏心的两种情况，它们的流量公式是有所不同的。 流过同心圆环缝隙的流量流过同心圆环缝隙的流量 图图1-221-22所示为同心圆环

46、缝隙的流动。其圆柱体直径为所示为同心圆环缝隙的流动。其圆柱体直径为 ，缝隙厚度为，缝隙厚度为 ，缝隙长度为，缝隙长度为 。如。如果将圆环缝隙沿圆周方向展开，就相当于一个平行平板缝隙。因此，只要用果将圆环缝隙沿圆周方向展开，就相当于一个平行平板缝隙。因此，只要用 替代式替代式(1-43)(1-43)中中的的 ，就可得内外表面之间有相对运动的同心圆环缝隙流，就可得内外表面之间有相对运动的同心圆环缝隙流量公式量公式 （1-441-44） 当相对运动速度当相对运动速度 时，即为内外表面之间无相对时，即为内外表面之间无相对 图图1-22 1-22 同心圆环缝隙的流量同心圆环缝隙的流量运动的同心圆环缝隙流

47、量公式。运动的同心圆环缝隙流量公式。dldbdupldq2120200u7373 流过偏心圆环缝隙的流量流过偏心圆环缝隙的流量 若圆环的内外圆不同心，偏心距为若圆环的内外圆不同心，偏心距为e(e(见图见图1-23)1-23)，刚形成偏心圆环缝隙。其流量公式为，刚形成偏心圆环缝隙。其流量公式为 （1-451-45） 式中：式中： 内外圆同心时的缝隙厚度；内外圆同心时的缝隙厚度； 相对偏心率，即两圆偏心距相对偏心率，即两圆偏心距e e和同和同 心环缝隙心环缝隙 厚度的比值厚度的比值 。 由式由式(1-48)(1-48)可以看到，当时可以看到，当时 ，它就是同心圆，它就是同心圆环缝隙的流量公式；当时

48、环缝隙的流量公式；当时 ，即在最大偏心情况下，即在最大偏心情况下，其压差流量为同心圆环缝隙压差流量的其压差流量为同心圆环缝隙压差流量的2.52.5倍。可见在倍。可见在液压元件中，为了减少圆环缝隙的泄漏，应使相互配合液压元件中，为了减少圆环缝隙的泄漏，应使相互配合 的零件尽量处于同心状态。的零件尽量处于同心状态。 图图1-23 1-23 偏心圆环缝隙的流量偏心圆环缝隙的流量 25 .1112023udlpdqe01二二 、液压冲击及空穴现象、液压冲击及空穴现象l 在液压系统中，由于某种原因，系统的压在液压系统中，由于某种原因，系统的压力在某一瞬间会突然急剧上升，形成很高的力在某一瞬间会突然急剧上

49、升，形成很高的压力峰值，这种现象称为压力峰值，这种现象称为液压冲击液压冲击。 危危 害害l当系统产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时要比正当系统产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时要比正常工作压力大很多倍。常工作压力大很多倍。l引起机械振动，产生噪声，使管接头松动；引起机械振动，产生噪声，使管接头松动；l有时还会引起某些液压元件的误动作，降低系统的有时还会引起某些液压元件的误动作，降低系统的工作性能；工作性能；l严重时会造成油管、密封装置及液压元件的损坏；严重时会造成油管、密封装置及液压元件的损坏；l产生空穴、气蚀现象。产生空穴、气蚀现象。 减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施l延长换向阀换向时间。延

50、长换向阀换向时间。l在液压元件结构上采取一些措施，如在液压在液压元件结构上采取一些措施，如在液压缸中设置节流缓冲装置，以减小流速的突然缸中设置节流缓冲装置，以减小流速的突然变化。变化。l在易产生液压冲击的地方，设置溢流阀或蓄在易产生液压冲击的地方，设置溢流阀或蓄能器。能器。l尽量缩短管路长度，减少管路弯曲，采用橡尽量缩短管路长度，减少管路弯曲，采用橡胶软管。胶软管。l 在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的时，原先溶解在液体中的空气就会分离空气就会分离出来，导致出来，导致液体中出现大量液体中出现大量气泡气泡的现象，称为的现象，