液压与气压传动 第一章 液压与气压传动和液力技术概述

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1、扬州大学扬州大学引言磨床工作台纵向移动和磨头横向移动为液压传动磨床工作台纵向移动和磨头横向移动为液压传动收收 割割 机机半喂入式半喂入式全喂入式全喂入式固定钳盘式浮动钳盘式浮动钳盘式课课 程程 介介 绍绍专业基础课程专业基础课程学时：学时：32学时学时 （6学时实验），第学时实验），第9-16周（每周周（每周4学时）学时）学分：学分： 2学分学分教材：齐晓杰教材：齐晓杰汽车液压与气压传动汽车液压与气压传动杂志：杂志：机床与液压机床与液压、液压与气动液压与气动考核：考核： 平时平时50分（考勤分（考勤10分，实验分，实验10分，作业分，作业30分）分） 课程考试课程考试 50分（闭卷）分（闭卷）

2、课程目的与要求课程目的与要求目的目的 获得液体传动方面基本的专业知识和技能。获得液体传动方面基本的专业知识和技能。要求：要求：掌握液压与气压传动的基础知识；掌握液压与气压传动的基础知识；掌握液压与气压传动元件的工作原理、特点、应用方法；掌握液压与气压传动元件的工作原理、特点、应用方法；熟悉各类液压与气压基本回路的功用、组成与应用场合；熟悉各类液压与气压基本回路的功用、组成与应用场合；初步具备液压传动系统设计的能力；初步具备液压传动系统设计的能力；对汽车液压传动部件的设计与制造有一定的了解；对汽车液压传动部件的设计与制造有一定的了解；了解国内外液压与气压传动技术进展与应用。了解国内外液压与气压传

3、动技术进展与应用。机械传动（齿轮传动、带传动等）机械传动（齿轮传动、带传动等）流体传动（液体传动、气体传动）流体传动（液体传动、气体传动）电力传动（以电流、电压借助导体传递能量）电力传动（以电流、电压借助导体传递能量）磁力传动（磁场）磁力传动（磁场）传传动动第一章第一章液压与气压传动和液力技术概述液压与气压传动和液力技术概述第一节第一节液压与气压传动和液力传动工作原理及组成液压与气压传动和液力传动工作原理及组成FASTFASTFASTFAST变速箱变速箱变速箱变速箱EATONEATONEATONEATON变速箱变速箱变速箱变速箱齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动液压板料折弯机液压板料折弯机液压板

4、料折弯机液压板料折弯机数控机床液压系统数控机床液压系统数控机床液压系统数控机床液压系统流体传动流体传动流体传动流体传动液力变矩器液力变矩器液力变矩器液力变矩器流体传动流体传动输出轴输出轴输入轴输入轴磁力传动磁力传动磁力传动磁力传动液压传动液压传动液压千斤顶工作原理液压千斤顶工作原理（1 1）工作介质：）工作介质： 液体液体（2 2）密闭系统中受）密闭系统中受压液体来传递运动压液体来传递运动和动力和动力。液力传动液力传动（1 1）工作介质：）工作介质： 液体液体（2 2）液体循环流动）液体循环流动过程中的动能来传过程中的动能来传递能量递能量。一、液压传动工作原理和系统组成及特点一、液压传动工作原

5、理和系统组成及特点17951795年，英国的年，英国的J.J.布拉默布拉默应用帕斯卡原理发明了水压机。至应用帕斯卡原理发明了水压机。至1919世纪中期，水压机世纪中期，水压机逐步取代了超大型蒸汽锻锤。逐步取代了超大型蒸汽锻锤。 1919世纪石油工业推动；世纪石油工业推动；最早成功用于船舰的炮塔转位器；最早成功用于船舰的炮塔转位器；二战用于军事工业与装备；二战用于军事工业与装备；战后转向民用（机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶战后转向民用（机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等）；等）；2020世纪世纪6060年代后，原子能、空间技术、电子技术促进了液压

6、技术的发展；年代后，原子能、空间技术、电子技术促进了液压技术的发展；9595工程机械、工程机械、9090数控加工中心、数控加工中心、9595的自动线都采用了液压技术。的自动线都采用了液压技术。工程机械工程机械工程机械工程机械YA32-200YA32-200YA32-200YA32-200型四柱万能液压机液型四柱万能液压机液型四柱万能液压机液型四柱万能液压机液压系统原理图压系统原理图机床机床塑料注射机开合模机构塑料注射机开合模机构生产线生产线汽车内饰件液压设备汽车内饰件液压设备上半身是人形，下半身是安装履带与轮胎的底盘。机器人安装液压设备的双臂可以举起上半身是人形，下半身是安装履带与轮胎的底盘。

7、机器人安装液压设备的双臂可以举起180180公公斤重量，依靠滑轮、轨道和关节系统，可以做出各种动作。可以弯下腰爬上陡峭山坡，还可斤重量，依靠滑轮、轨道和关节系统，可以做出各种动作。可以弯下腰爬上陡峭山坡，还可紧贴地面行动。现阶段需遥控，它的全自动化系统正在研发当中。紧贴地面行动。现阶段需遥控，它的全自动化系统正在研发当中。美时代周刊岁末推出：2006最具创意新发明(图) “变形金刚变形金刚”战时营救机器人战时营救机器人 全液压重载机器人全液压重载机器人液压悬挂缓解振动液压悬挂缓解振动液压悬挂缓解振动液压悬挂缓解振动新型坦克采用了液压悬挂系统，精巧设计的液压装置吸收了颠簸的能量，因此驾驶的舒适性

8、非常理想。 SW 1炮塔在水平方向上可进行360度旋转收收 割割 机机半喂入式半喂入式全喂入式全喂入式1 1、液压传动的功能液压传动的功能 实现力的传递实现力的传递 实现运动的传递实现运动的传递 本质本质：实现能量的传递：实现能量的传递2 2、液压传动的特征液压传动的特征 工作压力取决于外负载；工作压力取决于外负载； 活活塞塞的的运运动动速速度度只只取取决决于于输输入入流流量量的大小，而与外负载无关。的大小，而与外负载无关。 压压力力、流流量量是是液液压压传传动动两两个个最最基基本本的的参数。参数。1.1.液压传动系统的工作原理液压传动系统的工作原理力的传递力的传递重要基本概念一：工作压力取决

9、于负载，而与流入的液体多少无关W活塞所受力与活塞面积成活塞所受力与活塞面积成正比正比运动的传递运动的传递重要基本概念二：重要基本概念二： 活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量，而与活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量，而与液体压力大小无关。液体压力大小无关。活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比流量连续性方程功率关系压力压力p p和和流量流量q q是流体传动中最基本、最重是流体传动中最基本、最重要的两个参数，它们的要的两个参数，它们的乘积即为功率乘积即为功率。能量守恒也同样适用于液压传动2.2.液压传动系统的组成液压传动系统的组成1 1、能源装置、能源装置 将

10、机械能转化成液体压将机械能转化成液体压力能的装置。（液压泵）力能的装置。（液压泵）2 2、执行元件、执行元件 将液压能重新转化成机将液压能重新转化成机械能输出的装置。克服负载，带动机械能输出的装置。克服负载，带动机器完成所需的运动。（液压马达）器完成所需的运动。（液压马达）3 3、控制元件、控制元件 对系统中流体压力、流对系统中流体压力、流量及流动方向进行控制和调节的装置。量及流动方向进行控制和调节的装置。（液压控制阀）（液压控制阀）4 4、辅助元件、辅助元件 如油箱、油管、滤油器等。如油箱、油管、滤油器等。5 5、传动介质、传动介质 能量和信号的载体。即液能量和信号的载体。即液体。体。液压传

11、动系统的组成液压传动系统的组成3.3.液压传动优缺点液压传动优缺点在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。运动惯量小、动态性能好。布置灵活方便布置灵活方便可实现大范围的无级调速可实现大范围的无级调速可实现无间隙传动，运动平稳。可实现无间隙传动，运动平稳。便于实现自动工作循环和自动过载保护。便于实现自动工作循环和自动过载保护。由于一般采用油作为传动介质，因此由于一般采用油作为传动介质，因此 液压元件有自我液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。润滑作用，有较长的使用寿命。液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、

12、制造液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。和推广应用。优优点点两次能量转换，功率损失大、效率低、发热大。两次能量转换，功率损失大、效率低、发热大。不能得到定比传动。不能得到定比传动。当采用油作介质，需要注意防火。当采用油作介质，需要注意防火。液压元件加工精度要求高，造价高。液压元件加工精度要求高，造价高。液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高。求高。缺点缺点3. 3. 液压传动优缺点液压传动优缺点第二节第二节 液压油液的主要性能及其选用液压油液的主要性能及其选用一、一、 液压油的性质液压油的性质（一）（一） 密

13、度密度 一般认为液压油的密度为一般认为液压油的密度为 900kg900kg/ /m m3 3（二）（二） 可压缩性可压缩性 液体的体积压缩系数液体的体积压缩系数 液体的体积弹性模量液体的体积弹性模量 对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的对于一般液压系统，可认为油液是不可压缩的 。（三（三）牛顿（Isaac Newton，16431727）伟大的物理学家、天文学家和数学家，经典力学体系的奠基人。 1686年恩氏粘度计恩氏粘度计恩氏粘度计恩氏粘度计粘温特性粘温特性粘温特性粘温特性二、二、液压油要求与选用液压油要求与选用 液压油液分类液压油液分类矿物性液压油：按照矿物性液压油：按照ISO规定，采

14、规定，采用用40时油液的运动粘度时油液的运动粘度（mm2/s)作为油液粘度牌号，共作为油液粘度牌号，共分为分为10、15、22、32、46、68、100、150等等8个等级。个等级。难燃液压油：乳化液、高水基液难燃液压油：乳化液、高水基液压油、海水或淡水压油、海水或淡水（一）一）对液压油液的要求对液压油液的要求粘温特性好；粘温特性好；有良好的润滑性；有良好的润滑性；成分要纯净；成分要纯净；有良好的化学稳定性；有良好的化学稳定性；抗泡沫性和抗乳化性好；抗泡沫性和抗乳化性好；材料相容性好；材料相容性好；无毒，价格便宜无毒，价格便宜选用液压油液首先考虑的是选用液压油液首先考虑的是粘度粘度选择时要注意

15、：选择时要注意：液压系统的工作压力液压系统的工作压力压力高，要选择粘度较大的液压油压力高，要选择粘度较大的液压油液。液。环境温度环境温度温度高，选用粘度较大的液压油液。温度高，选用粘度较大的液压油液。运动速度运动速度速度高，选用粘度较低的液压油液。速度高，选用粘度较低的液压油液。液压泵的类型液压泵的类型各类泵适用的粘度范围。各类泵适用的粘度范围。（二）液压油选用（二）液压油选用表表1-41-4（P13P13）第二章第二章 液压传动的流体力学基础液压传动的流体力学基础液液体体静静力力学学研研究究静静止止液液体体的的力力学学规规律律和和这这些些规规律律的的实实际际应应用。用。静静止止液液体体是是指

16、指液液体体处处于于内内部部质质点点间间无无相相对对运运动动的的状状态态，因因此此静静止止液液体体不不显显示示粘粘性性，液液体体内内部部无无剪剪切切应应力力，只只有有法向应力即压力。法向应力即压力。第一节第一节液体静力学基础液体静力学基础静压力静压力是指液体处于静止状态时，其单位面积上所受是指液体处于静止状态时，其单位面积上所受的法向作用力。的法向作用力。液体静压力特性液体静压力特性：（1 1）液体静压力垂直于其承压面，其方向和该面的）液体静压力垂直于其承压面，其方向和该面的内法线方向一致；内法线方向一致；（2 2）静止液体内任一点所受到的静压力在各个方向）静止液体内任一点所受到的静压力在各个方

17、向上相等。上相等。一、静压力及其特性一、静压力及其特性一、静压力及其特性一、静压力及其特性二、静压力基本方程二、静压力基本方程（一）静压分布特征：（一）静压分布特征：（1 1）（2 2）同一容器同一液体中的静压力随）同一容器同一液体中的静压力随深度的增加线性地增加。深度的增加线性地增加。（3 3）连通器内，同一液体中深度相同）连通器内，同一液体中深度相同的各点压力都相等。的各点压力都相等。（4 4）（5 5）（二）（二） 压力的表示方法压力的表示方法绝对压力。绝对压力。相对压力也称相对压力也称表表压力。压力。相对压力为负数相对压力为负数时，工程上称为时，工程上称为真空度真空度。绝对压力大气压力

18、相对压力（表压力）绝对压力大气压力相对压力（表压力）相对压力（表压力）绝对压力大气压力相对压力（表压力）绝对压力大气压力真空度大气压力绝对压力真空度大气压力绝对压力三、帕斯卡原理三、帕斯卡原理三、帕斯卡原理三、帕斯卡原理（略）（略）（略）（略） 布莱士布莱士帕斯卡帕斯卡于于16231623年年6 6月月1919日出生在法国。日出生在法国。16421642年到年到16441644年间帕斯卡年间帕斯卡发明了加法器发明了加法器，这是世界上，这是世界上最早的计算器最早的计算器，现陈列于法国博物馆中。现陈列于法国博物馆中。 16551655年他进入神学中心披特垒阿尔。他从怀疑论出发，年他进入神学中心披特

19、垒阿尔。他从怀疑论出发，认为认为感性和理性知识都不可靠感性和理性知识都不可靠，从而得出，从而得出信仰高于一切信仰高于一切的结的结论。论。 16621662年年8 8月月1919日帕斯卡逝世，终年日帕斯卡逝世，终年3939岁。后人为纪念帕岁。后人为纪念帕斯卡科学研究的贡献，用他的名字来命名斯卡科学研究的贡献，用他的名字来命名压强压强的单位，简称的单位，简称帕帕（PaPa）。）。四、静压力对固体壁面的作用力四、静压力对固体壁面的作用力1 1、压力作用在平面上的总作用力、压力作用在平面上的总作用力 当承受压力作用的面是平面时，当承受压力作用的面是平面时，作用在该面上的压力的方向是互相作用在该面上的压

20、力的方向是互相平行的。故总作用力平行的。故总作用力F F等于油液压等于油液压力力p p与承压面积与承压面积A A的乘积。即的乘积。即 F=pF=p. .A A 。对于图中所示的液压缸，油液压力对于图中所示的液压缸，油液压力作用在活塞上的总作用力为：作用在活塞上的总作用力为： F=pF=p. .A=pA=p. . D D2 2/4/4式中式中 p p油液的压力；油液的压力； D D活塞的直径。活塞的直径。2 2、油液压力作用在曲面上的总作用力、油液压力作用在曲面上的总作用力 当承受压力作用的表面是曲面时，当承受压力作用的表面是曲面时，作用在曲面上的所有压力的方向均垂作用在曲面上的所有压力的方向均

21、垂直于曲面（如图所示），图中将曲面直于曲面（如图所示），图中将曲面分成若干微小面积分成若干微小面积dAdA，将作用力，将作用力dFdF分分解为解为x x、y y两个方向上的分力，两个方向上的分力，即即 F Fx xp p. .dAsindAsin = =p p. .A Ax x F FY Y= p= p. .dAcosdAcos =p=p. .A Ay y 式中，式中，A Ax x、A Ay y分别是曲面在分别是曲面在x x和和y y方向上的投影面积。方向上的投影面积。所以总作用力所以总作用力 F=(FF=(Fx x2 2+F+Fy y2 2) )1/21/2压力作用在平面上的总作用力压力作用

22、在平面上的总作用力研究液体在流动时研究液体在流动时流速流速与与压力压力的变化规律。的变化规律。一、几个基本概念一、几个基本概念二、液体流动的连续性方程二、液体流动的连续性方程三、伯努利方程三、伯努利方程四、液体稳定流动时的动量方程四、液体稳定流动时的动量方程第二节第二节 流体动力学流体动力学概念概念： 为了便于导出基本方程，常假定液体既无粘性又不为了便于导出基本方程，常假定液体既无粘性又不可压缩，这样的液体称为可压缩，这样的液体称为理想液体理想液体。 实际液体实际液体则既有粘性又可压缩。则既有粘性又可压缩。1、理想液体与实际液体、理想液体与实际液体理想液体理想液体一、几个基本概念一、几个基本概

23、念2、恒定流动和非恒定流动、恒定流动和非恒定流动 液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速、密度都不随液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速、密度都不随时间变化，这种流动称为时间变化，这种流动称为稳定流动稳定流动。 反之，密度、压力、流速随时间而变化的流动称为反之，密度、压力、流速随时间而变化的流动称为非稳定流非稳定流动动。3 3、通流截面、流量和平均流量、通流截面、流量和平均流量 垂直于液体流动方向的截面称为垂直于液体流动方向的截面称为通流截面通流截面 。 单位时间单位时间t t内流过某通流截面的液体体积内流过某通流截面的液体体积V V称为称为流量流量q q， 平均流速平均流速为流量与通流

24、面积之比。为流量与通流面积之比。 圆管圆管圆管圆管 实际上由于液体具有粘性，液体在管道内流动时，通流截面上各点的实际上由于液体具有粘性，液体在管道内流动时，通流截面上各点的流速是不相等的。管道中心处流速最大；越靠近管壁流速越小；管壁处的流速是不相等的。管道中心处流速最大；越靠近管壁流速越小；管壁处的流速为零。为方便起见，以后所指流速均为平均流速。流速为零。为方便起见，以后所指流速均为平均流速。二、连续性方程二、连续性方程质量守恒定律在流体力学中的表现形式质量守恒定律在流体力学中的表现形式液压缸活塞运动速度？液压缸活塞运动速度？液压缸活塞运动速度？液压缸活塞运动速度？进油管中油液的（平均）流速？

25、进油管中油液的（平均）流速？进油管中油液的（平均）流速？进油管中油液的（平均）流速？出油管中油液的（平均）流速？出油管中油液的（平均）流速？出油管中油液的（平均）流速？出油管中油液的（平均）流速？三、伯努利方程三、伯努利方程(1)理想液体的伯努力方程理想液体的伯努力方程理想液体伯努利方程的物理意义：在管内作稳定流动的理想液体具有理想液体伯努利方程的物理意义：在管内作稳定流动的理想液体具有压压力能、势能和动能力能、势能和动能三种形式的能量。在任意截面上这三种能量都可以相三种形式的能量。在任意截面上这三种能量都可以相互转换，但其总和保持不变，即能量守恒互转换，但其总和保持不变，即能量守恒。而静压力

26、基本方程则是伯努而静压力基本方程则是伯努利方程（在速度为零时）的特例。利方程（在速度为零时）的特例。1738年（2）实际液体的实际液体的伯伯努利方程努利方程使用注意点：使用注意点：1 1）截面）截面1 1、2 2应顺流向选取，且选在流动平应顺流向选取，且选在流动平 面的通流截面上；面的通流截面上；2 2）z z和和p p应为通流截面上同一点的两个参数（通流截面的轴心处）。应为通流截面上同一点的两个参数（通流截面的轴心处）。丹丹尼尼尔尔伯伯努努利利（Daniel BernoulliDaniel Bernoulli，1700170017821782）丹尼尔是涉及科学领域较多的人。他出版了经典著作丹

27、尼尔是涉及科学领域较多的人。他出版了经典著作流体动力学流体动力学(1738(1738年年) )；研究弹性弦的横向振动问题研究弹性弦的横向振动问题(1741(174117431743年年) )，提出声音在空气中的传播规律提出声音在空气中的传播规律(1762(1762年年) )。他的论著还涉及天文学他的论著还涉及天文学(1734(1734年年) )、地球引力、地球引力(1728(1728年年) )、湖汐、湖汐(1740(1740年年) )、磁学、磁学(1743(1743、17461746年年) )，振动理论，振动理论(1747(1747年年) )、船体航行的稳定、船体航行的稳定(1753(1753

28、、17571757年年) )和生和生理学理学(1721(1721、17281728年年) )等。等。凡尼尔的博学成为伯努利家族的代表。凡尼尔的博学成为伯努利家族的代表。丹尼尔丹尼尔伯努利伯努利近代科学史上，瑞士的伯努利家族是最著名的科学家家族。曾产生过近代科学史上，瑞士的伯努利家族是最著名的科学家家族。曾产生过11位科学家的位科学家的家族。其中著名的有雅可比家族。其中著名的有雅可比伯努利、雅可比的弟弟约翰伯努利、雅可比的弟弟约翰伯努利、约翰的次子丹尼伯努利、约翰的次子丹尼尔尔伯努利等。伯努利等。丹尼尔是伯努利家庭中成就最大的科学家。丹尼尔是伯努利家庭中成就最大的科学家。他在数学和物理学等多方面

29、都做出了卓他在数学和物理学等多方面都做出了卓越的贡献，仅在越的贡献，仅在1725年到年到1749年间就曾年间就曾10次获得法国科学院年度资助，还被聘为圣次获得法国科学院年度资助，还被聘为圣彼得堡科学院的名誉院士。彼得堡科学院的名誉院士。在数学方面，丹尼尔的研究涉及代数、概率论、微积分、级数理论、微分方程等多在数学方面，丹尼尔的研究涉及代数、概率论、微积分、级数理论、微分方程等多学科的内容，取得了重大成就。学科的内容，取得了重大成就。在物理学方面，丹尼尔所取得的成功是惊人的。其中对流体力学和气体动力学的研在物理学方面，丹尼尔所取得的成功是惊人的。其中对流体力学和气体动力学的研究尤为突出。究尤为突

30、出。1738年出版的年出版的流体动力学流体动力学一书是他的代表著作。书中根据能量守一书是他的代表著作。书中根据能量守恒定律解决了流体的流动理论，提出了著名的伯努利定理，这是流体力学的重要基恒定律解决了流体的流动理论，提出了著名的伯努利定理，这是流体力学的重要基本定理之一。本定理之一。3.3.伯努利方程应用举例伯努利方程应用举例(1)(1) 计算泵吸油腔的真空度或泵允许的最大吸油高度计算泵吸油腔的真空度或泵允许的最大吸油高度泵吸油口的真空度由三部分组成泵吸油口的真空度由三部分组成：（1 1）产生一定流速所需的压力；）产生一定流速所需的压力；（2 2）把油液提升到高度）把油液提升到高度h h所需的

31、压力；所需的压力；（3 3）吸油管内压力损失。）吸油管内压力损失。 泵吸油口的真空度不能太大，即泵吸油口处的绝泵吸油口的真空度不能太大，即泵吸油口处的绝对压力不能太低。以免产生对压力不能太低。以免产生气蚀气蚀。（2 2）计算泵的出口压力）计算泵的出口压力3.3.伯努利方程应用举例伯努利方程应用举例通过以上两例分析，可将应用伯努利方程解决实际通过以上两例分析，可将应用伯努利方程解决实际问题的一般方法归纳如下：问题的一般方法归纳如下：1.1.选取适当的基准水平面；选取适当的基准水平面；2.2.选取两个计算截面；一个设在已知参数的断面上，选取两个计算截面；一个设在已知参数的断面上，另一个设在所求参数

32、的断面上；另一个设在所求参数的断面上；3.3.按照液体流动方向列出伯努利方程；按照液体流动方向列出伯努利方程；4.4.若未知数的数量多于方程数，则必须列出其他辅若未知数的数量多于方程数，则必须列出其他辅助方程，联立求解。助方程，联立求解。四、四、 动量方程动量方程(1) (1) 动量方程动量方程动量定理：动量定理：作用在物体上的合外力的大小等于作用在物体上的合外力的大小等于物体在力的作用方向上动量的变化率。物体在力的作用方向上动量的变化率。(2)(2)动量方程的应用动量方程的应用 计算液体对弯管的作用力计算液体对弯管的作用力设通流面积为设通流面积为A A，则在控制体表面上液体，则在控制体表面上

33、液体受到的总压力为受到的总压力为设弯管对控制体积的作用力设弯管对控制体积的作用力F F方向如图所示，方向如图所示，其水平和垂直方向的分力为其水平和垂直方向的分力为F Fx x和和F Fy,y,，列出，列出x x和和y y方向的动量方程：方向的动量方程：液体对弯管的作用力与此大小相等，方向相反。液体对弯管的作用力与此大小相等，方向相反。弯管壁面对控制体的总作用力弯管壁面对控制体的总作用力求液流作用在滑阀阀芯上的稳态液动力求液流作用在滑阀阀芯上的稳态液动力AB 先先列列出出图图(A)的的控控制制体体积积在在阀阀芯芯轴轴线线方方向向上上的的动动量量方方程程求求得得阀阀芯芯作用于液体的力为：作用于液体

34、的力为： F=qv2cos90。qv1cos =-qv1cos 油液作用在阀芯上的力称作油液作用在阀芯上的力称作稳态液动力稳态液动力，其大小为：，其大小为： F=- F=qv1cos ，F的方向与的方向与v1cos 一致。阀芯上的稳态液动力力图使滑一致。阀芯上的稳态液动力力图使滑阀阀口关闭。阀阀口关闭。对对(B)图列出轴向动量方程，阀芯作用于液体的力为：图列出轴向动量方程，阀芯作用于液体的力为： F=qv2cos -qv1cos90。=qv2cos 作用于阀芯的稳态液动力作用于阀芯的稳态液动力F=-F= - qv2cos ,F与与v2cos 方向相反，方向相反，F力也是力图使阀口关闭。力也是力

35、图使阀口关闭。 式中式中 v滑阀阀口处液流的流速；滑阀阀口处液流的流速； v与阀芯轴线的夹角，称为射流角。与阀芯轴线的夹角，称为射流角。B图图第三节第三节液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失液压系统中的压力损失分为两类：液压系统中的压力损失分为两类：一是油液流经直管时的压力损失，称为一是油液流经直管时的压力损失，称为沿程压力损失沿程压力损失。这类压力损。这类压力损失是由液体流动时的内摩擦力引起的。失是由液体流动时的内摩擦力引起的。二是油液流经局部障碍时，由于液流的方向和速度突然变换，在局二是油液流经局部障碍时，由于液流的方向和速度突然变换，在局部区域形成漩涡，引起液体质点相互撞击和剧烈摩擦

36、因而产生的压部区域形成漩涡，引起液体质点相互撞击和剧烈摩擦因而产生的压力损失，这种损失称为力损失，这种损失称为局部压力损失。局部压力损失。层流：层流：液体中质点沿管道作直液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，既液线运动而没有横向运动，既液体作分层流动，各层间的流体体作分层流动，各层间的流体互不混杂。如图所示。互不混杂。如图所示。一、两种流态和雷诺数一、两种流态和雷诺数一、两种流态和雷诺数一、两种流态和雷诺数紊流紊流: : 液体中质点除沿管道轴液体中质点除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈线运动外，还有横向运动，呈现紊乱混杂状态。现紊乱混杂状态。雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺数雷诺数临

37、界临界雷诺数雷诺数（表（表2-12-1）雷诺雷诺：英国科学家英国科学家压力损失压力损失p与管道长度及流速与管道长度及流速v的平方成正比，而与管子的内的平方成正比，而与管子的内径成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流动状态等都包含在径成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流动状态等都包含在内。内。二、沿程压力损失二、沿程压力损失油液在直管中流动的沿程压力损失：油液在直管中流动的沿程压力损失：三、局部压力损失三、局部压力损失 局部压力损失是液流流经管道截面突然变化的弯管、管局部压力损失是液流流经管道截面突然变化的弯管、管接头以及控制阀阀口等局部障碍处时的压力损失。计算式为：接头以及控制阀阀口等局部障

38、碍处时的压力损失。计算式为： 局部阻力系数，由试验求得；局部阻力系数，由试验求得；v液流流速。液流流速。液体流经液压阀的压力损失主要为局部损失：液体流经液压阀的压力损失主要为局部损失： 液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其中液压系统中管路通常由若干段管道串联而成。其中每一段又串联一些诸如弯头、控制阀、管接头等形成局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装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的管中的沿程压力损失沿程压力损失及所有及所有局部压力损失局部压力损失之和之和。即：。即：四、管路系统总压力损失四、管路系统总压力损

39、失第四节第四节第四节第四节 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动 本节主要介绍液流流经小孔及缝隙的流量公式。本节主要介绍液流流经小孔及缝隙的流量公式。 前者是节流调速和液压伺服系统工作原理的基础；前者是节流调速和液压伺服系统工作原理的基础； 后者则是计算和分析液压元件和系统泄漏的根据。后者则是计算和分析液压元件和系统泄漏的根据。（1）流经薄壁小孔的流量）流经薄壁小孔的流量 一、液体流经小孔的流量一、液体流经小孔的流量 当小孔的通流长度当小孔的通流长度L L与孔径与孔径d d之比之比l/dl/d小于等于小于等于0.50.5时称为薄壁小孔。时称为薄壁小孔。当管道直径当管道直径D

40、 D与小孔之直径的比值与小孔之直径的比值D/d7D/d7时，收缩作用不受大孔侧壁的时，收缩作用不受大孔侧壁的影响，称为完全收缩。影响，称为完全收缩。 当管壁对收缩程度有影响时，则称之当管壁对收缩程度有影响时，则称之为不完全收缩。为不完全收缩。薄壁小孔流动画薄壁小孔流动画薄壁小孔薄壁小孔短孔短孔细长孔细长孔小孔流量压力特性统一公式小孔流量压力特性统一公式小孔流量压力特性统一公式小孔流量压力特性统一公式 液压元件各零件间如有相对运动，就液压元件各零件间如有相对运动，就必须有一定的配合间隙。液压油就会从压必须有一定的配合间隙。液压油就会从压力较高的配合间隙流到大气中或压力较低力较高的配合间隙流到大气

41、中或压力较低的地方，这就是的地方，这就是泄漏泄漏。泄漏分为内泄漏和泄漏分为内泄漏和外泄漏外泄漏。泄漏主要是有压力差与间隙造成。泄漏主要是有压力差与间隙造成的。泄漏量与压力差的乘积便是功率损失，的。泄漏量与压力差的乘积便是功率损失，因此，泄漏的存在将使系统效率降低。同因此，泄漏的存在将使系统效率降低。同时功率损失也将转化为热量，使系统温度时功率损失也将转化为热量，使系统温度升高，进而影响升高，进而影响 系统的性系统的性能。能。二、二、 缝隙流动缝隙流动 图为一平面缝隙，液压油在压力差图为一平面缝隙，液压油在压力差pp作用下自左向右流动。作用下自左向右流动。(1) (1) 流经平行平板缝隙的流量流

42、经平行平板缝隙的流量(2) (2) 圆柱环形间隙的流量圆柱环形间隙的流量一、液压冲击一、液压冲击概念概念：在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一：在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为为液压冲击液压冲击。危害危害：液压冲击产生的压力峰值往往比正常工作压力：液压冲击产生的压力峰值往往比正常工作压力高好几倍，且常伴有噪声和振动，从而损坏液压元件、高好几倍，且常伴有噪声和振动，从而损坏液压元件、密封装置、管件等。密封装置、管件等。第五节第五节 液压冲击和空穴现象液压冲击和空穴现象液压冲击的类型有液压冲击

43、的类型有： 1 1、液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速 度的大小或度的大小或方向突然变化时，由于液流的惯力引起的液压冲击。方向突然变化时，由于液流的惯力引起的液压冲击。2 2、运动着的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯、运动着的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯性引起的液压冲击。性引起的液压冲击。3 3、某些液压元件动作失灵或不灵敏，使系统压力升高而引、某些液压元件动作失灵或不灵敏，使系统压力升高而引起的液压冲击。起的液压冲击。液体突然停止形成液压冲击液体突然停止形成液压冲击水锤现象水锤现象水锤现象水锤现象（1 1）使完全冲击改变为不完全冲击）使完全冲击改变为不完全冲击（2 2）限制管中油液的流速）限制管中油液的流速（3 3）用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液压冲击的）用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液压冲击的能量。能量。（4)4)在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。可采取下列措施来减少液压冲击可采取下列措施来减少液压冲击：