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1、Contents,第二章 液压传动基础,教学要求,1.了解液体的物理性质，静压特性、方程及传递规律；,2.要求掌握动力学三大方程，液体流动的压力损失，液体流经小孔和间隙的流量计算；,3.了解流量公式、特点，两种现象产生的原因；掌握薄壁孔流量公式及通用方程，两种现象的危害及消除。,Contents,第二章 液压传动基础,重点难点,1.液压油的粘性和粘度；,2.粘温特性；,3.静压特性、静力学基本方程；,4.流量和流速的关系、三大方程；,Contents,2-1 液压传动的工作介质,1-1,一、液压油的物理性质,1、密度,密度是指单位体积的液体所具有的质量，其表达式为：,液体的密度会随着温度的增加
2、而略有减小，随着压力的增加略有增大，从工程使用角度看，可以认为液压工作液体不受温度和压力变化的影响，在工程计算中可以忽略不计。,。,液体的重度和密度的关系为：,2,1）压缩性,2、液体的可压缩性及膨胀性,在温度不变的条件下，液体在压力(压强)改变时其体积要发生变化，这种性质称为液体的可压缩性。,压缩系数：,体积模量：,2）膨胀性,在压强不变的条件下，液体在温度改变时其体积要发生变化，这种性质称为液体的膨胀性。,膨胀系数：,2,3、液体粘性,1）牛顿内摩擦定律,液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力会阻碍液体分子的相对运动，这时会产生一定的内摩擦力，液体的这种特性称之为粘性 。,内摩擦力
3、：,内摩擦应力：,2,2）粘度的表示方法,运动粘度：在实际应用中，常常运用动力粘度与密度的比值，即用运动粘度来表示液体粘度的大小。,动力粘度 ：动力粘度也称绝对粘度，它代表着液体本身的一种物理性质粘性。其单位为 或,运动粘度单位： 1m2/s =104 St =106 cSt (=106 mm2/s) 斯(cm2/s) 厘斯(mm2/s),机械油的牌号：表示这种油在40时以mm2/s为单位的运动粘度的平均值。,2,相对粘度 ：,雷氏粘度：”R（英国）,赛氏粘度：SSU(美国),恩氏粘度： （中国、德国和俄罗斯）,恩氏粘度和运动粘度之间的换算关系是,2,3）粘性与压力、温度的关系,粘性与压力的关
4、系：一般而言，油液所受压力增大时，液体其粘性变大（粘压特性）。在压力不高且变化不大时，压力对粘性的影响可以忽略不计 20MPa以下 。,粘性与温度的关系 ：油液粘度对温度十分敏感，当油液温度升高时，粘度将显著下降。油液的粘度随温度变化的性质称为油液的粘温特性 。,液压油的粘度和温度之间的关系可表示为：,2,液压油的粘温特性一般用粘温特性曲线表示,部分液压油的粘温特性曲线图 1-石油型普通液压油 2-石油型高粘度指数液压油 3-水饱和油乳化液 4-水-乙二醇液 5-磷酸脂液,2,1、对液压油的要求,二、液压油的选择,要有好的粘温特性 要有好的润滑特性 要有良好的抗氧化特性 要有良好的抗泡沫性和抗
5、乳化性。 要有良好的抗乳化性。 要有良好的防锈蚀性。 凝固点要低、闪点要高。 要有良好的使用特性。,2,2、液压油的分类,2,3、液压油的选择,环境因素 运动性能 设备种类,工作压力：压力高，选用粘度较大的液压油。,环境温度：温度高，选用粘度较大的液压油。,运动速度：速度高，选用粘度较低的液压油。,2,4、液压油的污染与控制,污 染 原 因,残留污染物 ：液压系统内的杂质（金属切屑、磨料、焊渣等）,侵入物污染 ：周围环境中的灰尘通过外露的运动部件或者注油孔等部位进入到系统造成污染 。,生成污染物：液压系统本身不断的产生污垢（金属微粒、磨损颗粒等）以及液压油物理化学性能变化时产生的污染物造成液压
6、油污染 。,2,4、液压油的污染与控制,污 染 危 害,造成系统故障,降低元件寿命,使液压油变质,影响工作性能,污 染 控 制,彻底清洗系统,保持系统清洁,定期清除污物,定期换油,Contents,2-2 流体静力学基础知识,1-1,一、液体的静压力和分布,1、压力的概念,静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力，简称压力（压强）,若在液体的面积上，所受的力均匀分布，则压力可表示为,。,液体静压力有如下两个特性： (1) 静止液体表面的液体静压力的方向与作用面的内法线方向重合。 (2) 静止液体内，任一点处所受的静压力在各个方向上都相等。,Contents,1-1,2、压力的分布,静力学基本
7、方程：,。,重力作用下的静止液体，其压力分布有如下特征：,静止液体内部任一点处的压力由两部分组成：液面上的表面压力；自重所形成的压力。,静止液体某一点的静压力随深度按线性规律增加。,液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的所有点组成的面叫等压面。,2,1）按测量方式表示,二、压力的表示方法及单位,水柱高度（m）,单位面积受力值（帕、兆帕）,2）按测量基准不同表示,绝对压力,相对压力,真空度,2,帕斯卡定律静压传递原理,二、压力的传递,静止液体密闭容器内压力等值传递,流动液体压力传递时考虑压力损失,用一个很小的输入力，就可以推动比较大的负载，因此可视为一个力的放大机构。,如果外负载等于零，不计
8、活塞自重及其它阻力，那么无论怎样推动小液压缸的活塞，也不能在液体中产生压力，可见液压系统中的压力是由外界负载决定的，,2,液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受到液体总压力的作用,三、静止液体作用在固体壁面上的力,当固体壁面为一平面时，液体在平面上总作用力：,当固体壁面为一曲面时， 液体在曲面某方向上的作用力：,液压油作用缸筒内壁在x方向上的作用力为,Contents,2-3 流动液体动力学基础知识,1-1,一、基本概念,1、理想流体和恒定流动,理想流体：既无粘性，又无压缩性的假想液体。,。,恒定流动：液体的运动参数只随位置变化，与时 间无关。,2、流线 流管、流束、通流截面,流线：某一瞬时液流
9、中标志其各处质点运动状态的曲线，在流线上各点的瞬时速度方向与该点的切线方向重合。,流管：流线所构成的管状曲面称为流管 。,流束：在流管内，所有流线的集合称为流束。,1-1,。,通流截面：在流束的一个横断面上，若所有各点的流线均与这个断面正交，即各点的运动速度均与该断面垂直，则称此横断面为通流截面。,3、流量与平均流速,流量：单位时间内通过流束过流截面的液体体积。,平均流速：流量与通流截面之比。,Contents,二、连续性方程,根据质量守恒定律，在单位时间内流入和流出两个微元截面的液体质量相等，即,这就是理想液体的连续性方程。这个方程表明：不管通流截面的平均流速沿着流程怎样变化，流过不同截面的
10、流量是不变的；液体流动时，通过管道不同截面的平均流速与其截面面积大小成反比，即管径大的地方流速慢，管径小的地方流速快。,Contents,三、伯努利方程,1、理想液体的伯努利方程,假设：理想流体做恒定流动,依据：能量守恒定律,外力对流体所做的功,流体能量变化：,外力做的功=能量变化：,Contents,2、实际流体伯努利方程,实际流体：有粘性、可压缩、非恒定流动,速度修正：动能修正系数,平均流速代替实际流速，并考虑损失,分别为两通流截面动能修正系数（是指液体真实动能与用平均流速计算的动能的比值。,、,液体从一个截面运动到另一个截面时，单位重量液体因克服内摩擦而产生的能量损失。,说明：,Cont
11、ents,用动量定理能比较方便的解决计算液流作用在固体壁面上作用力的问题。,三、动量方程,动量定理指出，作用在物体上的外力之和等于物体在单位时间内的动量变化率，即,动量变化：,不可压缩：,考虑用截面平均流速代替实际流速产生的计算误差，这里引入动量修正系数对动量修正：,Contents,在液压传动系统中，由于实际液体都具有粘性，液体流动时会有阻力产生。为了克服阻力，流动液体需要消耗一部分能量，具体表现为液体的压力损失。 压力损失可分为沿程压力损失和局部压力损失。压力损失与管路中液体的流 动状态有很大的关系。,2-4 液体流动时的压力损失,引言,Contents,一、流态与雷诺数,雷诺实验装置,通
12、过实验发现，液体在管道中的流动存在两种流动状态：,层流粘滞力起主导作用。,紊流惯性力起主导作用。,常见管道的临界雷诺数,对于非圆管断面的管路，液流的雷诺数一般按下式计算：,水力半径：,水力半径大意味着液流与管壁的接触面的周长短，管壁对液流的阻力小，因而通流能力大；水力半径小，则通流能力小，管路容易堵塞,二、沿程压力损失,1、圆管中层流时的沿程压力损失,1）液体在通流截面上的流速分布规律,受力平衡：,牛顿内摩擦定律：,速度分布：,Contents,2）通过管道的流量,3）平均流速,根据平均流速的定义，可得,4）沿程压力损失,在实际计算沿程压力损失时，为了简化计算，将上式适当变换后，可改写成,2、
13、紊流时的沿程压力损失,计算公式：,式中阻力系数的值除与雷诺数有关外，还与管壁的相对粗糙度有关，即,对于光滑管，,对于粗糙管，从手册上的有关曲线中查出。,三、局部压力损失,液体流经管道的弯头、接头以及各种控制阀口的地方，液流的流速大小，或者其流动方向改变，因而使液体发生撞击、分离、漩涡等现象，于是产生了液体流动阻力，造成能量损失，该能量损失称为局部压力损失。,四、总压力损失,在液压系统中，通常由若干段直管道和若干弯头、管接头、控制阀等组成管道系统。管道系统总的压力损失为：,在液压传动系统中，经常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，以达到调速和调压的目的。液压元件的泄漏也属于缝隙流动，因而
14、研究液体流经小孔和缝隙的流量-压力特性，了解其影响因素，对于合理设计液压系统，正确分析液压元件和系统的工作性能，计算泄漏都是很有必要的。,2-5 液体流经小孔和缝隙的流量,一、液体流经小孔的流量计算,小孔：薄壁孔（l/d0.5),细长孔： （4l/d),短孔： （0.5l/d4),1. 薄壁小孔的流量计算,对于图所示的通过薄壁小孔的液体，取小孔前后截面1-1和2-2列伯努利方程,能量损失,因为 ，能量损失,代入伯努利方程,通过薄壁小孔的流量为,3. 细长孔的流量计算,流量计算可以直接用前面已推导的圆管层流时的流量公式，即,液体流经细长小孔的流量与液体的粘度成反比，与小孔前后的压差成正比，即流量
15、受温度、孔长和孔径的影响很大，细长孔主要作节流孔和阻尼器用。,2. 短孔的流量计算,液体流经短孔时的流量计算公式和薄壁小孔相同，但流量系数不同。,4. 小孔的流量计算的通用公式,二、液体流经缝隙的流量计算,1.平行平板缝隙（压差作用）,平行六面体在x方向的受力平衡方程式为,整理后得, 而,由边界条件，,在缝隙流中压力沿运动方向的变化率是一常数，有,速度表达式,流量表达式,2.平行平板缝隙（有相对运动）,压差作用下流量,剪切作用下流量,总流量,注意：当动平板相对于固定平板运动的方向和压差方向相同时取“+”号 ，反之取“”号。,Contents,3、液体流经环形缝隙的流量计算,同心环缝隙流量,用
16、代替b,偏心环缝隙流量,其中,2-6 液压冲击和空穴现象,一、液压冲击,在液压系统中，液压冲击和空穴现象严重影响系统的工作性能和液压元件的使用寿命，因此，了解其产生的原因及其危害，并采取措施减小它们的危害也是一项重要的工作。,1.液压冲击产生的原因,管道阀门突然关闭时的液压冲击,运动部件突然制动或换向时的液压冲击,2.液压冲击的危害,产生噪音、影响元件和系统寿命,3.液压冲击的危害,延长关闭阀门和运动部件制动、换向的时间； 正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度的变化比较均匀； 在液压冲击源附近设置蓄能器等缓冲装置，吸收冲击压力； 在冲击源之前安装安全阀，起卸载作用，或者采用软管以增加系统的弹性； 适当加大管径，限制管道流速，尽量缩短管道长度，减小
