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1、第二章 液压传动基础,第一节 工作介质,第四节 液体在管道中流动时压力损失的计算,第二节 液体静力学基础,第三节 流动液体动力学基础,第五节 液体流经小孔和间隙的流量,第六节 液压冲击和空穴现象,第一节 工作介质,一、工作介质的种类,工作介质的主要类型及其性质,二、工作介质的主要性质,(一) 液体的粘性,1粘性的含义,液体流动时，其内部产生摩擦力的性质即称为液体的粘性。,2牛顿内摩擦定律,由大量实验测定可知:,若用单位接触面积上的内摩擦力 (切应力) 来表示:,式中 比例系数，也称为液体的粘性系数或粘度。,相对运动速度对液层间距离的变化率，也称速度梯度或剪切率。,3液体的粘度,(1)动力粘度,
2、动力粘度 是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。,动力粘度的单位是Pas(帕秒)。,(2)运动粘度,各类液压油的牌号，就是按油的运动粘度来标定的。,运动粘度 的单位是,国际标准 和我国标准规定，工作介质按其在一定温度下运动粘度的平均值来标定粘度等级。,液压油新、旧牌号的粘度对照表,(3)相对粘度,相对粘度又称条件粘度。它是采用特定的粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度。,恩氏粘度用恩氏粘度计测定。,当,当,(4) 调合油的粘度,调合油的粘度可用下面的经验公式计算,式中 混合前两种油的粘度，,混合后调合油的粘度；,参与调合的两种油液各占的百分数,实验系数(见表24)。,表2-4实验系数c的数值,
3、4温度对粘度的影响,粘度与温度间的关系,1一石油型普通液压油 2一石油型高粘度指数液压油 3一水包油乳化液 4一水乙二醇液5一磷酸酯液,5压力对粘度的影响,压力对粘度的影响可用下式计算,式中 压力为 时液体的运动粘度；,大气压下液体的运动粘度；,液体的压力,6气泡对粘度的影响,液体中混入直径为02505mm悬浮状态的气泡时，对液体的粘度有一定的影响，其值可按下式计算,式中 混入空气的体积百分数；,不含空气时液体的运动粘度。,(二)液体的可压缩性,液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。,式中 液体的压缩系数。,混入 的空气时，液体的运动粘度；,(三) 液体的其它性质,各种工作介质的
4、主要物理性质可见表21。,三、工作介质的选择,1根据液压设备的类型及工作条件选择。,2工作介质粘度的选择。,选择工作介质时应考虑的因素,液压泵用油的粘度范围及推荐牌号,四、工作介质的使用及其污染的控制,工作介质的污染是液压系统发生故障的主要原因。,1污染的原因,1) 从外界环境中混入的污染物；,2) 在液压系统安装或修理时残留下来的污染物；,3) 在工作过程中系统内产生的污染物。,2污染的危害,1) 固体颗粒、胶状物、棉纱等杂物,2) 水分、清洗液、涂料、漆屑等混人液压油中后,(4) 采用高性能的过滤器,(5) 定期检查和更换工作介质,在更换新的工作介质前，必须对整个液压系统进行彻底的清洗。,
5、3工作介质污染控制的常用措施,(2) 防止污染物侵入,(1) 严格清洗,(3) 控制工作介质的温度,第二节 液体静力学基础,液体静力学主要研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及这些规律的实际应用。,一、液体的静压力及其特性,(一) 液体的静压力,压力的单位为,(二) 液体静压力的性质,1) 液体的压力沿着内法线方向作用于承压面。,2) 静止液体内，任意点处所受到的静压力各个方向都相等。,(三) 液压系统中工作压力的分级,二、液体静力学基本方程,1) 静止液体内任一点处的压力由两部分组成。,静止液体内压力分布规律,3) 连通器内同一种液体中，深度相同处的压力都相等。,2) 同一容器(同一系统)中
6、，同一种液体内的静压力随液体深度 的增加而线性的增加。,三、压力的传递,在密闭容器中，由外力作用所产生的压力可以等值地传递到液体内部所有各点。这就是帕斯卡原理，或称静压力传递原理。,帕斯卡原理的应用实例,液压装置具有力的放大作用。液压压力机、液压千斤顶和我国制造的万吨水压机等，都是利用这个原理进行工作的。,四、绝对压力、相对压力和真空度,压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力；一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。,当绝对压力小于大气压力时，比大气压力小的那部分压力数值称为真空度。,即,五、液体作用在固体壁面上的力,绝对压力、相对压力及真空度,式
7、中 承压部分曲面投影圆的直径。,液压力作用在固体壁面上的力,第三节 流动液体动力学基础,液体在外力作用下流动时的运动规律及液体流动时其能量的转换关系。,一、基本概念,(一) 理想液体和恒定流动,液体假定为无粘性和不可压缩的理想液体；,液体流动时，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，则称为恒定流动；,(二) 流量和平均流速,1流量,2流速,3平均流速,液压缸有效作用面积A、流量 和活塞运动速度 之间的一般关系式，即,或,实际流速和平均流速,(三) 层流、紊流和雷诺数,雷诺实验装置,1一隔板 2-zK杯 37一开关 4一水箱 5一细导管 6一玻璃管,一般把层流转变为紊流时的雷诺数
8、称为临界雷诺数 当,二、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方式。,液流连续性方程,液流的连续性原理,或写成,三、伯努利方程,伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。,(一)理想液体的伯努利方程,上式称为理想液体的伯努利方程，也称为理想液体的能量方程。,上式简化后得,或,液体在两断面处时所具有的能量为,(二)实际液体的伯努利方程,式中动能修正系数,第四节 液体在管道中流动时 压力损失的计算,一、沿程压力损失,液体在等截面直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。,(一) 层流时的沿程压力损失,经理论推导和实验证明，沿程压力损失,式中 沿
9、程阻力系数。对圆管层流，其理论值 考虑到实际圆管截面可能有变形，以及靠近管壁处的液层可能冷却，阻力略有加大。实际计算时，对金属管应取 对橡胶管应取,(二) 紊流时的沿程压力损失,二、局部压力损失,一般是先用实验来确定局部压力损失的阻力系数，再按公式计算局部压力 损失值。,三、阀的压力损失,四、管路系统的总压力损失,1) 当液压缸无杆腔进压力油，有杆腔回油，活塞向右移动时,当量压力损失的计算,2) 当液压缸有杆腔进压力油，无杆腔回油，活塞向左移动时,式中A1液压缸无杆腔有效作用面积；,A2液压缸有杆腔有效作用面积；,回油路当量压力损失。,第五节 液体流经小孔和间隙的流量,一、液体流经小孔的流量,
10、小孔一般可以分为三种：当小孔的长径比 时，称为薄壁孔；当 时，称为细长孔；当 时，称为短孔。,(一) 液体流经薄壁小孔和短孔的流量,流经薄壁小孔的流量 与小孔的过流断面面积 及小孔两端压力差的平方根 成正比。,式中,与小孔的结构及液体的密度等有关的系数。,(二)液体流经细长小孔的流量,计算公式。即,液体流过细长孔时，其压力损失 的计算公式。即,纵观各小孔流量公式，可以归纳出一个通用公式，即,二、液体流经间隙的流量,造成液体在间隙中流动的原因有两个：,一是间隙两端的压力差引起的流动，称为压差流动；,二是由组成间隙的两壁面相对运动而造成的流动，称为剪切流动。,(一) 液体流经平行平板间隙的流量,1
11、流经固定平行平板间隙的流量,流经固定平行平板间隙的流量,2流经相对运动平行平板问隙的流量,(二)液体流过环形间隙的流量,1液体流经同心环形间隙的流量,当相对运动速度 时,液体流经同心环形间隙的流量情况,2液体流经偏心环形间隙的流量其流量公式为,式中,第六节 液压冲击和空穴现象,一、液压冲击,在液压系统中，常常由于某些原因而使液体压力突然急剧上升，形成很高的压力峰值，这种现象称液压冲击。,(一)液压冲击产生的原因和危害性,(二)冲击压力,产生液压冲击时的最大压力，即压力冲击波第一波的峰值压力 为,式中 冲击压力：的最大升高值。 值的近似计算公式。,1管道阀门关闭时的液压冲击,阀门关闭后的流速为零
12、，则由动量方程得,若流速 不是突然降为零，而是降为,2运动部件制动时的液压冲击,(三) 减小液压冲击的措施,(1) 延长阀门关闭时间和运动部件的制动时间。,(2) 限制管道中液体的流速和运动部件的运动速度。,(3) 适当加大管道直径，尽量缩短管路长度。,(4) 在液压元件中设置缓冲装置(如液压缸中的缓冲装置)，或采用软管以增加管道的弹性。,(5) 在液压系统中设置蓄能器或安全阀。,二、空穴现象,在液体流动中，因某点处的压力低于空气分离压而产生大量气泡的现象，称为空穴现象。,(一)空穴现象的机理,液压油中总是含有一定量的空气。,在一定温度下，当油的压力低于某个值时，溶于油中的空气就会迅速地从油中分离出来，产生大量气泡。这个压力称为液压油在该温度下的空气分离压。,当液压油在某温度下的压力低于一定数值时，油液本身迅速汽化，即油从液态变为气态，产生大量油的蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸气压。,(二) 液压系统中的空穴现象,(三) 减小空穴现象的措施,第二章完,节流口处的空穴现象,
