液压与气压传动第二章第三讲精.ppt

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1、液压与气压传动第二章第三讲第1页，本讲稿共26页一、基本概念一、基本概念1 理想液体：理想液体：既无粘性又不可压缩的液体既无粘性又不可压缩的液体2 恒定流动恒定流动（稳定流动、定常流动）：（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点的压力、速度和密度都不随时间而流动液体中任一点的压力、速度和密度都不随时间而变化流动变化流动.3 3 流线流线某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线4 4 流束流束通过某截面上所有各点作出的流线集合构成流通过某截面上所有各点作出的流线集合构成流束束5 5 通流截面通流截面流束中所有与流线正交的截面流束中所有与流线正交的截面

2、垂直于液体流动方向的截面）垂直于液体流动方向的截面）图形图形第2页，本讲稿共26页6 6、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q q dqdq =v/t=udA=v/t=udA 整个过流断面的流量：整个过流断面的流量：q q =A AudAudA7 7、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 q q =vA=vA =A A udA udA v =q/A v =q/A第3页，本讲稿共26页二、连续性方程二、连续性方程连续性方程：连续性方程：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

3、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恒等于流出液体的质量。内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。表达式：表达式：v1A1=v 2A2 或或 q=vA=常数常数结论：结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是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反比相等的，因而流速和过流断面成反比。连续性方程是质量守恒在流体力学中的一种表达形式。连续性方程是质量守恒在流体力学中的一种表达形式。图形图形第4页，本讲稿共26页三、伯努利方程伯努利方程能量守恒定律：能量守恒定律：理想液体在管

4、道中稳定流动时，根据能量守恒定律同一管道内任一截面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。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。理想液体伯努利方程表达式为：理想液体伯努利方程表达式为：1 外力对液体所做的功外力对液体所做的功W=p1A1v1dt-p2A2v2dt=(p1-p2)V 2 机械能的变化量机械能的变化量 位能的变化量：位能的变化量：Ep=mgh=g V(z2-z1)动能的变化量：动能的变化量：Ek=mv2/2=V(v22-v21)/2 根据能量守恒定律，则有

5、：根据能量守恒定律，则有：W=Ep+Ek (p1-p2)V=g V(z2-z1)+V(v22-v21)/2 整理后得单位重量理想液体伯努利方程为：整理后得单位重量理想液体伯努利方程为：p1+g Z1+v12 /2=p2+g Z2+v22/2 或或 p/g+Z+v2/2g=C（c为常数）为常数）物理意义：物理意义：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，即压力能、位能和动能。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，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。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种

6、能量之和恒为定值。能量守恒定律在流体力学中的应用能量守恒定律在流体力学中的应用（图形）（图形）第5页，本讲稿共26页实际液体伯努利方程实际液体伯努利方程 实际液体具有粘性实际液体具有粘性 液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量故故 应考虑能量损失应考虑能量损失h h w w，并考虑动能修正系数，并考虑动能修正系数则实际液体伯努利方程为：则实际液体伯努利方程为：p p1 1/g/g +Z+Z1 1+1 1 v v1 12 2 /2g=p/2g=p2 2/g/g +Z+Z2 2+2 2v v2 22 2/2g+h/2g+hw w 层流层流 =2=2 紊流紊流

7、=1=1 p p1 1-p p2 2 =p=g h=p=g hw w第6页，本讲稿共26页四、动量方程动量定理在流体力学中的应用动量定理在流体力学中的应用动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内动动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内动量的变化量。量的变化量。即即 F=d（mv）/dt考虑动量修正问题，则有：考虑动量修正问题，则有：F=q(F=q(2 2v v2 2-1 1v v1 1)层流层流 =1=1、3333 ReRe Rec c为紊流反之为层流为紊流反之为层流 ReRe：实际雷诺数：实际雷诺数 ReRec c：临界雷诺数：临界雷诺数第12页，本讲稿共26页二、沿程压力损失

8、二、沿程压力损失油液在圆管层流的沿程压力公式表示：油液在圆管层流的沿程压力公式表示：pf =128l q/d4 =8l q/R4 将将 q=R2 v，=代入上式并简化得：代入上式并简化得：pf =p=32lv/d2 结论：结论：液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正比，而与管径的平方成反比。比，而与管径的平方成反比。p pf f =l/dv=l/dv2 2/2/2 层流时沿程阻力系数层流时沿程阻力系数 的理论值为：的理论值为：=64/Re=64/Re 水的实际阻力系数和理论值很接近。水的实际阻力系数和理论值很接近

9、。液压油在金属管中流动时，常取：液压油在金属管中流动时，常取：=75/Re=75/Re 在橡皮管中流动时，取在橡皮管中流动时，取 =80/Re=80/Re紊流时的压力损失紊流时的压力损失第13页，本讲稿共26页三、局部压力损失局部压力损失计算公式：局部压力损失计算公式：p pv v =v=v2 2/2/2：局部阻力系数（实验确定，可查手册得到）：局部阻力系数（实验确定，可查手册得到）第14页，本讲稿共26页四、管路系统的总压力损失液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其每一段又液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其每一段又串联一些诸如弯头、控制阀、管接头等形成局部阻力的串联一些诸如弯头、

10、控制阀、管接头等形成局部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失程压力损失PP及所有局部压力损失及所有局部压力损失PP之和。之和。即即：P=P+PP=P+P =(l/d)(v2/2)+(v2/2)=(l/d)(v2/2)+(v2/2)第15页，本讲稿共26页1.51.5液体流经孔口和缝隙的流量液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性压力特性概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更

11、为重要的是它是设计计算的基础，因此：是它是设计计算的基础，因此：小孔虽小（直径一般在小孔虽小（直径一般在1mm1mm以内），以内），缝隙虽窄（宽度一般在缝隙虽窄（宽度一般在0 0、1mm 1mm 以下），以下），但其作但其作 用却不可等闲视之。用却不可等闲视之。第16页，本讲稿共26页一、小孔流量-压力特性 薄壁小孔薄壁小孔 l/d 0.5 孔口分类孔口分类 4 短短 孔孔 0.5 l/d 4 小孔流量计算小孔流量计算:如图如图:取孔前通道断面为取孔前通道断面为1111断面，收缩断面断面，收缩断面为为断面，管道中心为基准断面，管道中心为基准z z1 1=z=z2 2 ，列伯努利方程如下：列伯努

12、利方程如下：p p1 1+1 1v v1 12 2/2=p/2=p2 2+2 2v v2 22 2/2+p/2+pw w 动画演示动画演示第17页，本讲稿共26页 v1 105 Cc=0.61 0.63 Cv=0.97 0.98 Cq=0.6 0.62 液流不完全收缩时（液流不完全收缩时（D/d 7），查表），查表2、5、1结论：结论：q p ，与，与无关。无关。流过薄壁小孔的流量不受油温变化的影响。流过薄壁小孔的流量不受油温变化的影响。第18页，本讲稿共26页二、短孔和细长孔的流量压力特性二、短孔和细长孔的流量压力特性短孔：短孔：q q =C=Cq qA AT T 2p/C2p/Cq q 可

13、查图可查图细长孔：细长孔：q q =d=d4 4p/128lp/128l =d =d2 2p/32l=CAp p/32l=CAp 结论：结论：q p q p 反比于反比于 流量受油温变化影响较大（流量受油温变化影响较大（T qT q）第19页，本讲稿共26页三、液体流经缝隙的流量三、液体流经缝隙的流量压力特性压力特性常见缝隙：常见缝隙：平面缝隙平面缝隙 环状缝隙环状缝隙缝隙流动状况缝隙流动状况：压差流动压差流动 剪切流动剪切流动压差流动压差流动固定平行平板缝隙流量压力特性平行平板缝隙流量压力特性:（图形）（图形）如图如图:设缝隙度高为设缝隙度高为，宽度，宽度b,b,长度为长度为l,l,两端压力

14、为两端压力为p p1 1、p p2 2其压差为其压差为PP，从缝隙中取一微小六面体，左右两端所受压，从缝隙中取一微小六面体，左右两端所受压力为力为p p和和p+dpp+dp，上下两侧面所受摩擦切应力为，上下两侧面所受摩擦切应力为+d+d和和，q=b3p/12l 结论：结论：在压差作用下，通过固定平行平板的流量与缝隙高在压差作用下，通过固定平行平板的流量与缝隙高度的三次方成正比，这说明，液压元件内缝隙的大小对度的三次方成正比，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。其泄漏量的影响是很大的。第20页，本讲稿共26页相对运动平行平板缝隙流量压力特性相对运动平行平板缝隙流量压力特性相对运

15、动平行平板缝隙相对运动平行平板缝隙剪切流动时（有相对运动速度，但无压差）：剪切流动时（有相对运动速度，但无压差）：q=vb/2 压差流动时：压差流动时：q=b3p/12l vb/2 剪切与压差流动时，取正号剪切与压差流动时，取正号 工作压力工作压力 引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等 损坏；使某些元件（如压力继电器、顺序阀等）产生损坏；使某些元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系误动作，影响系 统统 正常工作。正常工作。减小液压冲击的措施：减小液压冲击的措施：1）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。延长阀门关闭和运动部件制动

16、换向的时间。2）限制管道流速及运动部件速度限制管道流速及运动部件速度 v管管 5m/s，v缸缸 10m/min。3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。加大管道直径，尽量缩短管路长度。4）采用软管，以增加系统的弹性。采用软管，以增加系统的弹性。第25页，本讲稿共26页气穴现象的概念：气穴现象的概念：液压系统中，由于某种原（如速度突变），使液压系统中，由于某种原（如速度突变），使 压压力降低而使气泡产生的现象。力降低而使气泡产生的现象。产生的原因：产生的原因：压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高，压力降低；压力油流过节流口、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

17、大，阻力增大，压力降低；液压泵转速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（如高空观缆）。过高，吸油不充分，压力降低（如高空观缆）。气穴现象引起的结果：气穴现象引起的结果：1 1、液流不连续，流量、压力脉动、液流不连续，流量、压力脉动2 2、系统发生强烈的振动和噪声、系统发生强烈的振动和噪声 3 3、发生气蚀、发生气蚀 减小气空穴的措施：减小气空穴的措施：1 1、减小小孔和缝隙前后压力降，希望、减小小孔和缝隙前后压力降，希望 p p1 1/p/p2 2 3.5 3.5。2 2、增大直径、降低高度、限制流速。、增大直径、降低高度、限制流速。3 3、管路要有良好密封性防止空气进入。、管路要有良好密封性防止空气进入。4 4、提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小表面、提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小表面粗糙度。粗糙度。5 5、整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置、整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。第26页，本讲稿共26页