第2章液压流体力学基础ppt精.ppt

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1、第第2 2章液压流体力学章液压流体力学基础基础pptppt第1页，本讲稿共68页(四)对金属和密封件有良好的相容性 液压油和橡胶材料要具有良好的相容性，不使密封件变质、变形，而且要求液压油有较强的防锈性和抗腐蚀性，使金属表面不生锈、不腐蚀。(五)液压油有良好的安定性 液压系统有高压、高温工作条件下，液压油会因温度升高而产生氧化、水解等作用，使油液内生成腐蚀性物质。这种有害物质会堵塞过滤装置，使系统的过滤性能下降。因此，液压油应具有抗氧化和抗水解的安定性，使系统中的有害腐蚀物质生成量尽量小，以延长液压油的使用寿命。第2页，本讲稿共68页(六)抗泡沫性好，抗乳化性好 液压油中含有少量的空气，当它从

2、油液中析出时会产生振动和噪声，使系统的性能急剧下降，因此液压系统要求液压油产生的气泡和泡沫要尽量少，而且消失要快。液压油在工作过程中会混入少量的水，含水的液压油在高速剧烈的搅拌下会产生乳化液，产生沉淀，这对液压系统十分有害，因此液压油要有良好的抗乳化性能，并且使油和水容易分离。(七)体积膨胀系数小(八)流动点和凝固点低、闪点(明火能使油面上油蒸汽闪燃，但油本身不燃烧时的温度)、燃点等较高。(九)对人体无害，成本低。第3页，本讲稿共68页二、液压油的特性液压油种类不同，各有其不同的性质1.石油型的液压油油液的润滑性好，但抗燃性差(1)机械油是一种工业用润滑油，价格虽较低，但物理化学性能较差，使用

3、时易产生粘稠胶质，堵塞元件，影响系统的性能(2)汽轮机油氧化安定性好，使用寿命长，与水混和后能迅速分离，纯净度高。工业液压油液石油型机械油汽轮机油普通液压油专用液压油抗磨液压油低温液压油液压-导轨油高粘度指数液压油其他专用液压油植物型蓖麻油难燃型乳化油水包油乳化液油包水乳化液合成型水-乙二醇液磷酸酯液其它第4页，本讲稿共68页(3)普通液压油中加有抗氧化、防锈和抗泡等添加剂，在液压系统中使用最广2.蓖麻油是植物油，除了仪器、仪表之外用的较少3.难燃型液压液(乳化型、合成型等)以用丁轧钢机、压铸机或挤历机等处来满足耐高温、热稳定、不腐蚀、无毒、不挥发、防火等项要求第5页，本讲稿共68页三、液压油

4、的选择和使用系统工作条件方面的考虑压力范围(润滑性、承载能力)温度范围(粘度、粘-温特性、剪切损失、热稳定性、氧化率、挥发度、低温流动性)油液质量方面的考虑物理化学指标对金属和密封件的相容性过滤性能、吸斥水性能、吸气性能、抗水解能力、对金属的作用情况、去垢能力、防锈及抗腐蚀能力抗氧化稳定性剪切稳定性电学特性(耐电压冲击强度、介电强度、导电率、磁场中极化程度)经济性方面价格及使用寿命维护、更换的难易程度系统工作环境方面的考虑是否抗燃(闪点、燃点)抑制噪声的能力(空气溶解度、消泡性)废液再生处理及环境污染要求毒性和气味1.选择液压油时需要考虑的因素第6页，本讲稿共68页2.正确使用液压油1、液压元

5、件在加工的每道工序后都应净化，装配后严格清洗。2、液压油必须通过滤油器注入系统。3、系统应设置过滤器，其过滤精度应根据系统的不同情况来选定。4、系统工作时，一般应将液压油的温度控制在65以下，液压油温度过高会加速氧化，产生各种生成物。5、系统中的液压油应定期更换，在注入新的液压油前，必须把整个系统清洗一次。第7页，本讲稿共68页四、液压油液的污染及其控制(一)污染的原因及危害液压油液中的污染物来源包括：1.液压装置组装时残留下来的污染物(如切屑、毛刺、磨粒、焊渣、铁锈等)；2.从周围环境混入的污染物(如空气、尘埃、水滴等)；3.在工作过程中产生的污染物(如金属微粒、锈斑、涂料剥离片、密封材料剥

6、离片、水分、气泡以及液压油变质后的胶状生成物等)。第8页，本讲稿共68页液压油中污染物的危害：1.固体颗粒使元件加速磨损，寿命缩短，泵、阀性能下降，甚至使阀芯卡死，滤油器堵塞；2.水的侵入不仅会产生汽蚀，而且还将加速液压油的氧化，并产生粘性胶质，堵塞滤油器；3.空气的混入将降低液压油的体积模量和润滑性能，导致泵气蚀及执行元件低速爬行。第9页，本讲稿共68页(二)固体颗粒污染度的测定 液压油液的污染度是指单位容积液压油中固体颗粒污染物的含量(含量可用重量或颗粒数表示)。污染度的测定方法：1、称重法：此法设备简单、操作方法重复、精度高，但只能表示液压油中颗粒污染物的总量，不能反映颗粒尺寸的大小及分

7、布情况。适用于液压油日常性的质量管理场合。2、颗粒计数法：是测定单位容积液压油中含有某给定尺寸范围的颗粒数。其测定方法有以下两种：(1)显微镜颗粒计数法：此法的优点是能直接看到颗粒的种类、大小及数量，从而推测污染的原因；缺点是时间长，劳动强度大，精度低，且要求熟练的操作技术。(2)自动颗粒计数法：此法能自动计数，简便、迅速、精确，可以及时从高压管道中抽样测定，因此得到了广泛的应用，但这方法不能直接观察到污染颗粒本身。第10页，本讲稿共68页(三)液压油液的污染控制1、液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后严格清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后，用系统工作时使用

8、的液压油(加热后)进行全面清洗，不可用煤油。系统冲洗时应设置高效滤油器，并启动系统使元件动作，用铜锤敲打焊口和连接部位。2、在油箱呼吸孔上装设高效空气滤清器或采用隔离式油箱，防止尘土、磨料和冷却水的侵入。液压油必须通过滤油器注入系统。3、系统应设置过滤器，其过滤精度应根据系统的不同情况来选定。4、系统工作时，一般应将液压油的温度控制在65以下，液压油温度过高会加速氧化，产生各种生成物。5、系统中的液压油应定期更换，在注入新的液压油前，必须把整个系统清洗一次。第11页，本讲稿共68页第二章第二章 液压流体力学基础液压流体力学基础 概述概述 1 1、流体力学研究的领域及其应用、流体力学研究的领域及

9、其应用2 2、流体力学研究的内容、流体力学研究的内容 3 3、研究流体运动的方法简介、研究流体运动的方法简介第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质1 1、液体的密度、液体的密度2 2、压缩性、压缩性 压缩性系数的由来压缩性系数的由来 第12页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质3 3、如何对待液体的压缩性、如何对待液体的压缩性 在液压传动中工作压力一般在在液压传动中工作压力一般在32MPa32MPa以下，如，取以下，如，取32MPa32MPa计算，计算，体积相对变化量为：体积相对变化量为：在一般液压工程中，可以认为液体是不可压缩的，只有在在一般液压工程

10、中，可以认为液体是不可压缩的，只有在分析动态过程和液压冲击时才考虑液压油的压缩性。分析动态过程和液压冲击时才考虑液压油的压缩性。三、粘性三、粘性 液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力会阻碍液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力会阻碍其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，液体流动中在其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，液体流动中在其内部产生摩擦力或剪应力的这种性质称为液体的粘性其内部产生摩擦力或剪应力的这种性质称为液体的粘性 。第13页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质 液体的粘性是液体产生液体的粘性是液体产生机械能量损失的根源。机械能量损失的根源

11、。粘性是流体的固有属性，只粘性是流体的固有属性，只有在流动中才显示出来，其作用有在流动中才显示出来，其作用就是对流体的流动呈现出阻碍。就是对流体的流动呈现出阻碍。1 1、牛顿内摩擦定律、牛顿内摩擦定律 各层间产生的内摩擦力为：各层间产生的内摩擦力为：du/dy du/dy表示相邻两层流体的速度差异程度，称为速度表示相邻两层流体的速度差异程度，称为速度梯度梯度第14页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质2 2、粘度、粘度 粘度是粘性的度量参数。粘度可分为绝对粘度和相对粘度，粘度是粘性的度量参数。粘度可分为绝对粘度和相对粘度，绝对粘度包括动力粘度和运动粘度。绝对粘度包

12、括动力粘度和运动粘度。1）动力粘度）动力粘度 为流体粘性的比例系数，与流体的种类有关，为流体粘性的比例系数，与流体的种类有关，且由动力学方程推出，称之为动力粘度。且由动力学方程推出，称之为动力粘度。单位为：单位为：N.s/mN.s/m2 2 ，Pa.sPa.s，表示两层相距，表示两层相距1m1m，具有相对，具有相对速度速度1m/s1m/s的相对滑动的液体，在其的相对滑动的液体，在其1m1m2 2的接触面上所发生的内的接触面上所发生的内摩擦力的大小。摩擦力的大小。动力粘度的物理意义：单位速度梯度的剪应力。动力粘度的物理意义：单位速度梯度的剪应力。第15页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物

13、理性质流体的主要物理性质2 2）运动粘度：）运动粘度：动力粘度与油液密度的比值。动力粘度与油液密度的比值。运动粘度没有明显的物理意义，只是在计算中经常出现运动粘度没有明显的物理意义，只是在计算中经常出现这个式子，为方便才引入。这个式子，为方便才引入。它具有运动学的量纲它具有运动学的量纲 液压油的牌号一般都以运动粘度的液压油的牌号一般都以运动粘度的m m2 2/s/s的的1/101/106 6即以即以mmmm2 2/s/s（cSt,cSt,厘斯）为单位的运动粘度值来表示，即它们的牌号是按运厘斯）为单位的运动粘度值来表示，即它们的牌号是按运动粘度来编的。动粘度来编的。第16页，本讲稿共68页第一节

14、第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质3）相对粘度相对粘度相对粘度相对粘度恩氏粘度（中国、德国和俄罗斯）恩氏粘度（中国、德国和俄罗斯）赛氏粘度（美国）赛氏粘度（美国）雷氏粘度（英国）雷氏粘度（英国）（1）恩氏粘度的定义恩氏粘度的定义 将将200mL200mL被测液体装入恩氏粘度计，在某一温度下，测出被测液体装入恩氏粘度计，在某一温度下，测出液体经容器底部直径为液体经容器底部直径为2.8mm2.8mm小孔流尽所需的时间小孔流尽所需的时间t1t1，与同体，与同体积温度为积温度为2020度的蒸馏水流过同一小孔所需的时间度的蒸馏水流过同一小孔所需的时间t2t2的比值，的比值，便是所测液体在这一温

15、度时的恩氏粘度。用符号便是所测液体在这一温度时的恩氏粘度。用符号o oE E表示，即表示，即o oE=t1/t2E=t1/t2 第17页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质一般均以50度为测量时的标准温度，符号为oE50（2 2）恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系）恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系 3、粘压特性和粘温特性粘压特性和粘温特性粘度随着压力的变化而变化的特性叫做粘压特性。粘度随着压力的变化而变化的特性叫做粘压特性。粘度随着温度的变化而变化的特性叫做粘温特性。粘度随着温度的变化而变化的特性叫做粘温特性。式中式中5050某种液体某种液体50 50 运动粘度；运

16、动粘度；EE5050某种液体某种液体50 50 恩氏粘度。恩氏粘度。第18页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质1）粘度和压力的关系 一般情况下压力对粘度的影响比较小，可不考虑。当液体所受到的压力一般情况下压力对粘度的影响比较小，可不考虑。当液体所受到的压力比较大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，粘度值也随之增大。在高压时，比较大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，粘度值也随之增大。在高压时，压力对粘性的影响表现尤为突出。压力对粘性的影响表现尤为突出。当压力不超过当压力不超过50MPa50MPa时粘度和压力的关系可用下式算时粘度和压力的关系可用下式算：2 2）粘

17、度和温度的关系）粘度和温度的关系 温度升高时，粘度降低。温度升高时，粘度降低。不同种类的液压油有不同的粘温特性，对于一般的液压油可用下面的近似不同种类的液压油有不同的粘温特性，对于一般的液压油可用下面的近似公式计算。公式计算。第19页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质4、油液中的气体对粘性及压缩性的影响 气体以两种形式存在于油液中。气体以两种形式存在于油液中。溶入的气体对油液的粘性和压缩性基本上不产生影响；溶入的气体对油液的粘性和压缩性基本上不产生影响；混有不溶解性气体，对油液的粘性和表示油液压缩性混有不溶解性气体，对油液的粘性和表示油液压缩性的体积弹性系数均产

18、生影响，对后者的影响极大。的体积弹性系数均产生影响，对后者的影响极大。油液中混入气体后不仅使油液的粘性增加，而且大大油液中混入气体后不仅使油液的粘性增加，而且大大降低油液的体积弹性系数。降低油液的体积弹性系数。在需要大体积弹性系数的情况下，必须排除油液在需要大体积弹性系数的情况下，必须排除油液中混入的气体。中混入的气体。第20页，本讲稿共68页第一节第一节 流体的主要物理性质流体的主要物理性质5、其它特性 液压油液还有其它一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、液压油液还有其它一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、稳定性以及相容性（主要

19、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、稳定性以及相容性（主要指对密封材料、软管等不侵蚀、不溶涨的性质）等，这些性质对液压系统的指对密封材料、软管等不侵蚀、不溶涨的性质）等，这些性质对液压系统的工作性能有重要影响。对于不同品种的液压油，这些性质的指标是不同的，工作性能有重要影响。对于不同品种的液压油，这些性质的指标是不同的，具体应用时可查油类产品手册。具体应用时可查油类产品手册。第21页，本讲稿共68页第二节第二节 静止液体力学的基本规律静止液体力学的基本规律第二节第二节 静止液体力学的基本规律静止液体力学的基本规律一、液体所受的作用力一、液体所受的作用力质量力和表面力质量力和表面力质量力

20、：作用在液体内部所有质点上的力，其质量力：作用在液体内部所有质点上的力，其大小与受作用的液体质量成正比。大小与受作用的液体质量成正比。表面力：作用在所研究的液体外表面上并与液体表表面力：作用在所研究的液体外表面上并与液体表面积成正比的力。面积成正比的力。第22页，本讲稿共68页第二节第二节 静止液体力学的基本规律静止液体力学的基本规律二、静止液体微分方程式的推导二、静止液体微分方程式的推导液体的压力液体的压力（1 1）概念）概念（2 2）某点处压力的概念和压力的）某点处压力的概念和压力的方向方向液体静压力具有的两个基本特性液体静压力具有的两个基本特性 (见课本见课本)第23页，本讲稿共68页第

21、二节第二节 静止液体力学的基本规律静止液体力学的基本规律三、静止液体微分方程式的应用三、静止液体微分方程式的应用（一）重力液体（一）重力液体1 1、等压面方程、等压面方程第24页，本讲稿共68页第二节第二节 静止液体力学的基本规律静止液体力学的基本规律2 2、公式分析与结论公式分析与结论 P15P153 3、等压面的概念、等压面的概念第25页，本讲稿共68页第二节第二节 静止液体力学的基本规律静止液体力学的基本规律四、压力的表示四、压力的表示1 1、大气压力、绝对压力、相对压力、大气压力、绝对压力、相对压力、真空度真空度2 2、压力的单位、压力的单位第26页，本讲稿共68页第二节第二节 静止液

22、体力学的基本规律静止液体力学的基本规律五、液体给固体总的作用力五、液体给固体总的作用力假设：在液压传动中假设：在液压传动中,不计液体自不计液体自重产生的压力和大气压力的作用，重产生的压力和大气压力的作用，认为压力是均匀的。认为压力是均匀的。1 1、作用在平面上的总作用力、作用在平面上的总作用力2 2、作用在曲面上的总作用力、作用在曲面上的总作用力第27页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律一、流动液体力学的基本概念一、流动液体力学的基本概念1 1、理想液体、理想液体2 2、稳定流动、稳定流动3 3、迹线、迹线4 4、流线、流线5 5、流管、流管6 6、过流断

23、面、过流断面7 7、流量、流量8 8、平均速度、平均速度9 9、缓变流、缓变流第28页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律二、流动液体的连续性方程式二、流动液体的连续性方程式 实际管子稳定流动的连续性方程式实际管子稳定流动的连续性方程式 第29页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律三、理想液体流动的微分方程式三、理想液体流动的微分方程式 五、伯努利方程式五、伯努利方程式1 1、理想液体、稳定流动、微小流管、缓变流段的伯努利方、理想液体、稳定流动、微小流管、缓变流段的伯努利方程程第30页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基

24、本规律第三节流动液体力学的基本规律理想液体的伯努利方程式说明理想液体的伯努利方程式说明伯努利方程的应用条件伯努利方程的应用条件2 2、实际液体、稳定流动、微小流管、实际液体、稳定流动、微小流管、缓变流的伯努利方程式缓变流的伯努利方程式第31页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律3 3、实际液体、稳定流动、实际管子、实际液体、稳定流动、实际管子、缓变断面的伯努利方程缓变断面的伯努利方程该方程可用于分析和解决液体的流动力学问题该方程可用于分析和解决液体的流动力学问题,解题计算时一般按照下面的步骤：解题计算时一般按照下面的步骤：(1)(1)选择缓变流断面和零势面；

25、选择缓变流断面和零势面；(2)(2)正确列出方程式；正确列出方程式；(3)(3)计算各个参数；计算各个参数；(4)(4)代入方程求出结果。代入方程求出结果。第32页，本讲稿共68页例题分析例题分析 例例1 1：图示为液压泵从油箱吸：图示为液压泵从油箱吸油的示意图，假设油箱的液面与油的示意图，假设油箱的液面与大气相连，比液压泵的吸油口低大气相连，比液压泵的吸油口低h h。计算液压泵吸油口处真空度。计算液压泵吸油口处真空度。p p1 1为大气压力；为大气压力；p p2 2为泵进口处绝对为泵进口处绝对压力。压力。液压泵吸油口处的真空度为液压泵吸油口处的真空度为第33页，本讲稿共68页第三节流动液体力

26、学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律四、动量方程式四、动量方程式1 1、动量定理、动量定理 2 2、不可压缩流体、不可压缩流体、微小流管、稳定流动微小流管、稳定流动的动量方程的动量方程 第34页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律第35页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律 在稳定流动中，时变动量变化率为零，位变动量变化率为：对实际管子中流体动量变对实际管子中流体动量变化率化率：第36页，本讲稿共68页第三节流动液体力学的基本规律第三节流动液体力学的基本规律3 3、液体所受的外力、液体所受的外力 4 4、不可压缩流体、

27、实际管子、稳定流、不可压缩流体、实际管子、稳定流动的动量方程式动的动量方程式动量方程解题步骤：动量方程解题步骤：选择控制体积；选择控制体积；标出控制体积内液体所受的标出控制体积内液体所受的外力；外力；建立直角坐标系；建立直角坐标系；列出动量方程投影列出动量方程投影形式；形式；代入数据计算结果。代入数据计算结果。第37页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失一、概述一、概述实际液体流动中的能量损失从几何角度看包实际液体流动中的能量损失从几何角度看包括括:沿程损失和局部损失，从力学角度看沿程损失和局部损失，从力学角度看包括粘性力引起的损失和惯性力引起的损包括粘性

28、力引起的损失和惯性力引起的损失。失。1 1、流态试验、流态试验层流和紊流层流和紊流上临界速度和下临界速度上临界速度和下临界速度2 2、雷诺数、雷诺数第38页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失非圆截面的管道，雷诺数计算公式：非圆截面的管道，雷诺数计算公式：雷诺数的物理意义：惯性力和粘性力的比值雷诺数的物理意义：惯性力和粘性力的比值雷诺数大，说明惯性力影响比较大，流体微团具雷诺数大，说明惯性力影响比较大，流体微团具有速度脉动，大于上临界雷诺数时流态是紊流；有速度脉动，大于上临界雷诺数时流态是紊流；雷诺数小，说明粘性力影响比较大，小于下临雷诺数小，说明粘性力影

29、响比较大，小于下临界雷诺数时流态是层流。界雷诺数时流态是层流。雷诺数的实用意义：判断流态雷诺数的实用意义：判断流态第39页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失二、液体流动中的沿程损失二、液体流动中的沿程损失（一）层流时的沿程损失（一）层流时的沿程损失1 1、断面上速度分布规律、断面上速度分布规律第40页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失2、圆管中层流的流量3、平均速度、平均速度第41页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失4、动能修正系数和动量修正系数5 5、沿程损失公式、沿程损失

30、公式第42页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失（二）紊流状态下的沿程损失1 1、紊流的特点、紊流的特点2 2、附壁层流的概念、附壁层流的概念 由于液体和固体的吸附作用以及边壁的约束作用，接近由于液体和固体的吸附作用以及边壁的约束作用，接近管壁处仍然是层流，称为附壁层流。管壁处仍然是层流，称为附壁层流。随着雷诺数的增加，附壁层流的厚度逐渐减小随着雷诺数的增加，附壁层流的厚度逐渐减小。第43页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失三、液体流动中的局部损失局部压力损失的公式局部压力损失的公式局部压力损失的公式局部压力损失的公

31、式 沿程阻力系数只与几何参数有关。沿程阻力系数只与几何参数有关。局部压力损失和速度的平方成正比。局部压力损失和速度的平方成正比。液流通过各种标准液压元件的压力损失可看作局部损失，液流通过各种标准液压元件的压力损失可看作局部损失，一般可以从产品技术规格样本中查到，但所查的数据是在额定一般可以从产品技术规格样本中查到，但所查的数据是在额定流量时的额定压力损失。流量时的额定压力损失。第44页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失四、管路系统中的总压力损失和压力效率四、管路系统中的总压力损失和压力效率 公式的应用条件公式的应用条件:只有相邻两局部损失之间大于管子直径

32、的只有相邻两局部损失之间大于管子直径的10201020倍时误差才不会倍时误差才不会太大。太大。应用应用:液压泵的工作压力应比执行元件克服外载荷的工作压力要高液压泵的工作压力应比执行元件克服外载荷的工作压力要高.第45页，本讲稿共68页第四节第四节 液体在流动中的能量损失液体在流动中的能量损失系统的压力效率 液压系统的压力损失不仅损耗功率，而且还使系统发热，从而影响液压系统的压力损失不仅损耗功率，而且还使系统发热，从而影响系统的工作性能。为降低压力损失，管路的流速应尽量低，同时系统的工作性能。为降低压力损失，管路的流速应尽量低，同时,为减轻为减轻管路的结构重量又要考虑流速不要过低，液压系统设计应

33、综合考虑这两方管路的结构重量又要考虑流速不要过低，液压系统设计应综合考虑这两方面。面。行走机械的液压传动常取的流速范围：行走机械的液压传动常取的流速范围：压力管路压力管路 回油管路回油管路 吸油管路吸油管路 阀口流速阀口流速 第46页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动一、液体在小孔中的流动一、液体在小孔中的流动 三种类型孔（按长细比划分）：三种类型孔（按长细比划分）：当小孔的通流长度与孔径之比小于等于当小孔的通流长度与孔径之比小于等于0.50.5时称为薄时称为薄壁孔；当小孔的通流长度与孔径之比大于壁孔；当小孔的通流长度与孔径之比大于4 4时称为细长孔；

34、时称为细长孔；介于薄壁孔和细长孔之间的叫中短孔。介于薄壁孔和细长孔之间的叫中短孔。1 1、薄壁孔的压差流量特性、薄壁孔的压差流量特性 薄壁孔的压差流量特性是指通过小孔的流量和小孔前薄壁孔的压差流量特性是指通过小孔的流量和小孔前后压力差之间的关系，也叫薄壁小孔的液阻特性。后压力差之间的关系，也叫薄壁小孔的液阻特性。第47页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动 收缩截面的面积和小孔的收缩截面的面积和小孔的面积之比称为收缩系数，这一面积之比称为收缩系数，这一过程造成能量损失。过程造成能量损失。完全收缩完全收缩不完全收缩不完全收缩薄壁孔通常做成刃口形式薄壁孔通常

35、做成刃口形式第48页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动1、薄壁孔的压差流量特性取取称为为速度系数。称为为速度系数。通过小孔的流量：通过小孔的流量：称为称为为流量系数为流量系数 第49页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动4 4、小孔通用压差、小孔通用压差-流量特性流量特性 综合薄壁孔和细长孔的压差综合薄壁孔和细长孔的压差-流量特性，可以写成通用公流量特性，可以写成通用公式：式：二二、液体在缝隙中的流动、液体在缝隙中的流动 3、中短孔（短管型孔）、中短孔（短管型孔）流经短管型孔的流量公式与薄臂孔的流量公式相同，只是

36、公式流经短管型孔的流量公式与薄臂孔的流量公式相同，只是公式中的流量系数不同。当中的流量系数不同。当Re105时：时：第50页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动（一）平行平板间隙流、平行平板间隙压差流、平行平板间隙压差流 压差流就是在压力差的作用下液体流过间隙。压差流就是在压力差的作用下液体流过间隙。单元体的受力平衡方程单元体的受力平衡方程 dp/dx=p/l 第51页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动 泄漏流量影响最大的因素是缝隙的高度，因此，在保证泄漏流量影响最大的因素是缝隙的高度，因此，在保证要求的最小间隙

37、情况下，间隙越小越好，这就对零件的尺寸精要求的最小间隙情况下，间隙越小越好，这就对零件的尺寸精度提出了比较高的要求。度提出了比较高的要求。第52页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动2、平行平板间隙剪切流 剪切流就是在构成间隙的两个面之间相对运动作用下的流动剪切流就是在构成间隙的两个面之间相对运动作用下的流动 。设两平行平板间隙的压差为零，其中的一个平板固定，另设两平行平板间隙的压差为零，其中的一个平板固定，另一个平板以速度一个平板以速度U U运动。运动。两次积分并代入边界条件（两次积分并代入边界条件（y=0y=0，u=0u=0；y=hy=h，u=Uu=

38、U）当有压差和剪切联合作用时（此种情况称为联合运动）当有压差和剪切联合作用时（此种情况称为联合运动），将两种情况的流量进行叠加，将两种情况的流量进行叠加 ：第53页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动（二）环形缝隙 1 1、同心环形缝隙的压差流同心环形缝隙的压差流 同心环形缝隙可近似看作平行平板间隙流动同心环形缝隙可近似看作平行平板间隙流动 第54页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动2、偏心环形缝隙的压差流 当当=1=1时完全偏心，完全偏心时流量为同心时时完全偏心，完全偏心时流量为同心时2.52.5倍。倍。h为同

39、心时半径方向的缝隙值为同心时半径方向的缝隙值第55页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动 为减小环形间隙的泄漏流量，就要对零件的位置精度提出了比较高的要求，即必须尽量保证圆柱配合副处的同心配合。（三）不平行平板缝隙流动（三）不平行平板缝隙流动不平行平板缝隙也称作楔形缝隙不平行平板缝隙也称作楔形缝隙 取微小长度取微小长度dxdx时，可以看作为时，可以看作为平行平板间隙平行平板间隙 定义楔角定义楔角第56页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动、流量公式、流量公式（取定积分）（取定积分）、压力分布、压力分布（取不定积分）

40、（取不定积分）令令又公式可以看出：压力随着又公式可以看出：压力随着x的变化成非线性变化。的变化成非线性变化。第57页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动、影响、影响p p（x x）非线性的因素）非线性的因素 求反映凹向和曲率的二阶导数求反映凹向和曲率的二阶导数 第58页，本讲稿共68页第五节液体在小孔和缝隙中的流动第五节液体在小孔和缝隙中的流动h h1 1的值越小，压力曲线弯曲越厉害。的值越小，压力曲线弯曲越厉害。当间隙小口进油时当间隙小口进油时 p(x)p(x)为凹函数为凹函数当间隙大口进油时当间隙大口进油时p(x)p(x)为凸函数为凸函数 结论：对于

41、不平行平板缝隙流动的压力分布曲线，楔角结论：对于不平行平板缝隙流动的压力分布曲线，楔角的正负决定曲线的凹凸，的正负决定曲线的凹凸，h h1 1大小决定曲线的弯曲程度。大小决定曲线的弯曲程度。第59页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题一、卡紧的概念一、卡紧的概念 液压卡紧：液压元件的圆柱配合副由于几何形状误差及同心度的变化，致液压卡紧：液压元件的圆柱配合副由于几何形状误差及同心度的变化，致使在配合间隙中因压力不平衡，产生径向力，作用在柱塞的径向力使其卡住的使在配合间隙中因压力不平衡，产生径向力，作用在柱塞的径向力使其卡住的现象。现象。污物卡紧：油液中的污垢颗粒嵌入较小间隙产生

42、的卡紧现象。污物卡紧：油液中的污垢颗粒嵌入较小间隙产生的卡紧现象。二、液压卡紧的原因分析二、液压卡紧的原因分析 零件加工的几何形状误差和安装位置误差，会使柱塞和套筒之间就会零件加工的几何形状误差和安装位置误差，会使柱塞和套筒之间就会形成楔形间隙，对于不同的间隙，其中的压力分布规律不相同形成楔形间隙，对于不同的间隙，其中的压力分布规律不相同 。第60页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题dp/dx=p/l P=(p/l)x+C柱塞不存在卡紧的问题。柱塞不存在卡紧的问题。1 1、偏心环形缝隙情况、偏心环形缝隙情况第61页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题2、圆

43、锥环形缝隙流动中的平行流动、圆锥环形缝隙流动中的平行流动1）倒锥情况）倒锥情况 结合楔形缝隙压力分布进行结合楔形缝隙压力分布进行类比，应为凹函数，高压端的缝类比，应为凹函数，高压端的缝隙越小，即间隙的入口高度越小，隙越小，即间隙的入口高度越小，曲线弯曲越厉害。曲线弯曲越厉害。存在液压卡紧存在液压卡紧锥部大端朝向高压腔锥部大端朝向高压腔第62页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题2）顺锥情况）顺锥情况 压力分布函数为凹函数，高压端压力分布函数为凹函数，高压端的缝隙越小，曲线弯曲越厉害。的缝隙越小，曲线弯曲越厉害。具有自动对心功能，不存在液具有自动对心功能，不存在液压卡紧。压卡紧

44、。锥部小端朝向高压腔锥部小端朝向高压腔第63页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题3、柱塞和套筒轴线不平行、柱塞和套筒轴线不平行 柱塞上边间隙液压油从间隙小口柱塞上边间隙液压油从间隙小口进入，楔角为正，压力分布曲线进入，楔角为正，压力分布曲线p p（x x）为凹函数。）为凹函数。柱塞下边间隙液压油从间隙大柱塞下边间隙液压油从间隙大口进入，楔角为负，压力分布曲线口进入，楔角为负，压力分布曲线p p（x x）为凸函数。）为凸函数。存在液压卡紧问题。存在液压卡紧问题。第64页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题三、液压卡紧的危害：三、液压卡紧的危害：1、滑动副磨损

45、加剧，降低了元件的使用寿命。、滑动副磨损加剧，降低了元件的使用寿命。2、液压卡紧常使阀芯动作不灵，甚至不能动作，破坏、液压卡紧常使阀芯动作不灵，甚至不能动作，破坏了系统的正常工作。了系统的正常工作。液压卡紧现象在高压时更容易表现出来。液压卡紧现象在高压时更容易表现出来。四、解决液压卡紧问题的措施：四、解决液压卡紧问题的措施：1 1、提高零件的加工精度。、提高零件的加工精度。2 2、采用顺锥。、采用顺锥。3 3、开均压槽。、开均压槽。第65页，本讲稿共68页第六节第六节 液压卡紧问题液压卡紧问题第66页，本讲稿共68页第六节第六节 空穴与气蚀现象空穴与气蚀现象一、空气分离压一、空气分离压 二、饱

46、和蒸汽压二、饱和蒸汽压 三、空穴现象三、空穴现象 四、气蚀现象四、气蚀现象五、气穴和气蚀的危害性五、气穴和气蚀的危害性 1 1、由气穴现象产生出的大量气泡，有的会聚集在管道的最高处或通流的狭窄处、由气穴现象产生出的大量气泡，有的会聚集在管道的最高处或通流的狭窄处形成阻塞，使油流不畅，甚至堵塞，从而使系统不能正常工作；形成阻塞，使油流不畅，甚至堵塞，从而使系统不能正常工作；2 2、系统容积效率降低，系统性能特别是动态性能变坏；、系统容积效率降低，系统性能特别是动态性能变坏；3 3、气蚀会使材料破坏，降低液压元件的使用寿命。、气蚀会使材料破坏，降低液压元件的使用寿命。第67页，本讲稿共68页第六节

47、第六节 空穴与气蚀现象空穴与气蚀现象七、预防空穴和气蚀采取的措施七、预防空穴和气蚀采取的措施 1 1、减小小孔或缝隙前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于、减小小孔或缝隙前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于3.53.5；2 2、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，、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力损失，及时清洗滤油器或更换滤芯等。对于自吸能尽量减少吸油管路中的压力损失，及时清洗滤油器或更换滤芯等。对于自吸能力差的泵，需用辅助泵供油；力差的泵，需用辅助泵供油；3 3、管路要有良好的密封，防止空气进入；、管路要有良好的密封，防止空气进入；4 4、采用增压油箱技术。、采用增压油箱技术。5 5、采用抗腐蚀性强的材料，增强零件的机械强度，降低零件的表、采用抗腐蚀性强的材料，增强零件的机械强度，降低零件的表面粗糙度。面粗糙度。6 6、在系统中设置补油回路。、在系统中设置补油回路。第68页，本讲稿共68页