液压与气压传动1

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1、,第一篇 液压传动第一章液压流体力学基础,本章重点内容1)液压油的物理性质，液压油的选用 。2)液压传动的基本原理，即连续性方程和伯努力方程，液体流经管路的压力损失等。3)孔口流动特性。,本章目录第一节 液压油液第二节 流体静力学第三节 流体动力学第四节 管道流动第五节 孔口流动第六节 缝隙流动,第一节 液压油液,在液压系统中，最常用的工作介质是液压油，液压油是传递信号和能量的工作介质。同时，还起到润滑，冷却和防锈等方面的作用。液压系统能否可靠和有效地工作，在很大程度上取决于液压油。,一、液压油液的性质,（一）密度和重度： 密度：单位 Kg/m3,对匀质液体：单位体积内所含的质量。 = m/V

2、,在液压系统中一般液压油的密度： = 900 Kg/m3,重度 ：单位 N/m3,对匀质液体：单位体积内所含的重量。 = G/V重度与密度的关系： = G/V = mg/V = g 则： = /g则: = g = 9009.81= 8.8103 N/m3,（二）可压缩性,体积压缩系数： 受压液体在单位压力变化下的液体体积相对变化量。,液体体积弹性模量K：产生单位体积相对变化量所需要的压力增量。,V,（三）粘性,粘性：流体在外力作用下流动时，分子间的内聚力为了阻碍分子的相对运动而产生的一种内摩擦力。,1、粘性的意义,式中：比例常数，称粘度系数或动力粘度。 du/dy 速度梯度，即液层相对速度对液

3、层 距离的变化率。,相邻两油层间的内摩擦力,切应力：单位面积上的摩擦力,（1）动力粘度 ：,称为牛顿的液体内摩擦定律,2、液体的粘度,当：du/dy =1时， = 由此可知动力粘度 ：是指它在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。,动力粘度的单位：,CGS制中常用 P（泊） 1cP（厘泊）=10-2 P （泊）SI单位： Pas（帕秒） 1 Pas =1 Ns/m2换算关系： 1 Pas =10 P =103 cP,（2） 运动粘度 ： 液体动力粘度与其密度的比值，称为运动粘度。 = / 运动粘度的单位： CGS制中常用 cm2 /s ：st（沲） 1cst（厘沲）=1mm2/s =

4、10-2 st（沲）=10 -2 cm2 /sSI单位： m2 /s 1 m2 /s = 104 St = 106 cst,工程中常用它来标志液体的粘度。如液压油的牌号，就是这种油液在40时的运动粘度的平均值，如L-AN32液压油即表示这种油在40时的运动粘度的平均值为32cst。,3、相对粘度：相对粘度又称条件粘度，是工程上常用一种简便的测定方法，我国用的是恩氏粘度：,式中：t1200cm3 的被测液体，在温度为t （ 液压油为20、50 、100 ）下，通过=2.8mm小孔所需时间。t2200cm3 的蒸馏水，在温度为20 下，通过同一小孔所需时间。则：,粘度与压力、温度的关系：,压力增加

5、，粘度增大。但在液压系统使用的压力范围内，增大数值很小，可忽略不计。,温度升高,粘度下降。 不同的油液有不同的粘度温度变化关系，这种关系叫做油液的粘温特性。 油液粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量, 因此希望粘度随温度的变化越小越好。,粘度与温度的关系：,二、对液压油的要求和选用：,（一）要求 1）粘度适宜，粘温特性要好； 2）油液纯净，不含杂质（化学及机械杂质）；,3）凝固点要低，以防寒冷凝固； 闪点和燃点要高，以防燃烧；4）润滑性能好；,5）其它： 抗泡沫性和抗乳化性好； 材料相容性好； 无毒，价格便宜。,（二）选用,1）工作压力：,高选粘度大的，低选粘度小的；,2）环境温度：,高选

6、粘度大的，低选粘度小的；,3）工作部件的运动速度：,高选粘度小的，低选粘度大的。,4）液压泵的类型：,各类泵适用的粘度范围见书中表14。,返回目录,第二节 流体静力学 hydrostatics,一、液体静压力及其性质：1、液体压力（静压力） p： 液体内某点处单位面积上所受的法向力，叫液体的压力：,对于均布受力的液体，其静压力为： p=F/A,4）静压力基本方程式的物理意义：,说明静止液体中单位质量液体的压力能和势能可以互相转换，但各点的总能量保持不变，即能量守恒。,设：以大地为基准，由静压力基本方程式可得：,2、静压力的两个重要性质：,1）液体静压力总是垂直指向承压面， 其方向与该面的内法线

7、方向一致。 因为液体质点间的凝聚力很小，受到拉力和剪力时会发生流动。 2）静止液体内任一点处的静压力在各个方向都相等。 如果某点受到的压力在某个方向上不相等，那么液体就会流动，这就违背了液体静止的条件。,二、液体静压力基本方程,（一）静压力基本方程： pA = p0A FG = p0AghA 则：p = p0 gh,上式说明：1）静止液体内某点处的压力由两部分组成：一部分是液体表面上的压力p0，另一部分是g与该点离液面深度h的乘积。2）静止液体内的压力沿液深呈直线规律分布。3）离液面深度相同处各点的压力都相等，压力相等的点组成的面叫等压面。,（二）压力的表示法及单位：,压力的表示法有二种：1）

8、绝对压力：以绝对真空为零点而计量的压力。 p绝 = pa+gh pa 大气压2）相对压力：以大气压为零点而计量的压力。 p = p绝 pa 真空度：如果绝对压力低于大气压时，低于大气压的数值称为真空度。 p真 = pap绝,压力的单位,常用的单位有：工程制at：kgf/cm2 1 kgf/cm2 =9.8104 N/m2液柱高：10m水柱=1 kgf/cm2 =9.8104 N/m21m水柱=0.1 kgf/cm2 =9.8103 N/m2 1mm汞柱=1.33 102 N/m2国际单位：Pa 因Pa的单位太小，故常用MPa1Pa=1N/m2 1MPa=106 N/m2目前还采用的压力单位有巴

9、，符号为bar，即 1bar105N/m2,例1：已知=900kg/m3 , F=1000N, A=1 10-3 m2 , 求h=0.5m处的静压力p=?,解：由压力计算式求得：,由上例知：在外界压力作用下，由自重产生的那部分静压力gh很小，可忽略不计，可认为静止液体内各处的压力都是相等的。,三、帕斯卡原理（静压传递原理）：,帕斯卡原理：在密闭容器内，施加于静止液体表面上的压力将等值地同时传递到液体内各点。,1点：p1=F/A+gh1 2点：p2=F/A+gh2,由此可见：液压系统的压力是由外负载决定的。这一概念一定要建立起来。,四、静压力对固体壁面的作用力,1、作用在平面上的力： 因为作用于

10、平面时压力方向垂直平面，所以： 作用在平面上的力 = 静压力承压面积 即： F= pA=gh A,2、作用在曲面上的力：,取球面单元dA，则在dA上的微小作用力为： dF= pdA 其在垂直方向的投影为：dF=pdAcos 积分后：F = p dAcos = pA,作用在曲面某一方向上的力= 静压力曲面在该方向上的投影面积。,设球直径为D，则：,例2：,某安全阀如图所示。阀芯为圆锥形，阀座孔径d10mm，阀芯最大直径D15mm。当油液压力P18MPa时，压力油克服弹簧力顶开阀芯而溢油，出油腔有背压P2=0.4MPa。试求阀内弹簧的预紧力。,解: 1)压力p1、p2向上作用在阀芯锥面上的投影面积

11、分别为 ：,故阀芯受到的向上作用力为,2）压力p2向下作用在阀芯平面上的面积为：,则阀芯受到向下的作用力:,3)阀芯受力平衡方程式:,整理后有:,返回目录,第三节 流体动力学 hydrodynamics,一、基本概念：(一)理想液体和恒定流动理想液体： 既无粘性又不可压缩的液体为理想液体。恒定流动： 液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间变化的流动称为恒定流动。反之如果压力、速度和密度中有一个随时间变化的流动就称为非恒定流动。,(二)通流截面、流量和平均流速：,通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面即为通流截面。,流量：,单位时间内通过某一通流截面的液体体积。 q m3/s L

12、/min,对微小流束而言，其截面积为dA，则微小流量为：dq = u dA 积分后：,在液压系统中常用平均速度来求液体的流量,平均流速: 假设通流截面上各点的流速均匀分布,液体以此均布流速流过通流截面的流量等于以实际流速流过的流量,二、流量连续性方程质量守恒定律,在管中作恒定流动的理想液体，既不能增多，也不能减少，即符合物质不灭定律。因此在单位时间内流过管中任一截面的液体质量流量应相等：即： 1v1A1=2v2A2 因为：=const所以： v1A1=v2A2 或： vA= q = const,1,2,这就是液流的流量连续性方程，它说明在恒定流动中，通过流管各截面的不可压缩液体的流量是相等的。

13、换句话说，液体是以同一个流量在流管中连续地流动着；而液体的流速则与通流截面面积成反比。,例题：,如图所示，己知流量q125L/min，小活塞杆直径d120mm，小活塞直径D175mm，大活塞杆直径d240 mm，大活塞直径D 2125mm，假设没有泄漏流量，求大小活塞的运动速度v1、v2。,解： 根据液流连续性方程qvA，求大小活塞的运动速度v1和v2分别为：,三、伯努利方程能量守恒定律,如前所述，静止的液体，单位质量的总能量为压力能和势能之和；处于流动的液体，除了这两项之外，还多了一项单位质量液体的动能。根据能量守恒定律，得:,(一)理想液体的伯努力方程,由于两截面是任取的，故上式可变为,即

14、为理想液体（单位质量液体）的伯努利方程,p/ 压力能 m2/s2u2/2 动能 m2/s2z g 势能 m2/s2,物理意义：在密闭管道中作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量：压力能、动能和势能。三者之间可以互相转化，但任一通流截面处三者之和为一常数。,2、实际流体的伯努利方程：,由于实际流体具有粘性，流动时必然产生内摩擦力且造成能量的损失，使总能量沿流体的流向逐渐减小，而不再是一个常数；另一方面由于液体在管道过流截面上的速度分布并不均匀，在计算中用的是平均流速，必然会产生误差，为了修正这一误差引入了动能修正系数 。所以，实际的伯努利方程应为,式中：动能修正系数 层流时=2； 紊流时=1.1，实际计算时取1 hwg为截面1到截面2单位质量流体的能量损失,计算时必须注意: 1)截面1、2应顺流向选取，且选在流动平稳的通流截面上。 2)z 和p应为通流截面的同一点上的两个参数，为方便起见，一般将这两个参数定在通流截面的轴心处。,举例：,有一水箱足够大，且通大气，各处尺寸如图所示，（理想液体）求：1）流出的流量q 2）截面2-2处的压力p2,