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1、第二章第二章液压流体力学基础液压流体力学基础2、1液压油液压油2、2液体静力学液体静力学目的任务目的任务了解油液性质、静压特性、方程、传递规律了解油液性质、静压特性、方程、传递规律 掌握静力学基本方程、压力表达掌握静力学基本方程、压力表达式和结论式和结论重点难点重点难点液压油的粘性和粘度液压油的粘性和粘度粘温特性粘温特性静压特性静压特性压力形成压力形成静力学基本方程静力学基本方程提问作业提问作业1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？、液压传动系统的组成和作用各是什么？液压油液压油2、1、2对液压油的要求及对液压油
2、的要求及选用选用2、1、1液压油的物理性质液压油的物理性质2、1、1液压油的物理性质液压油的物理性质一一液体的密度液体的密度二二液体的粘性液体的粘性 三 液体的可压缩液体的可压缩四四其他性质其他性质液体的密度液体的密度密度密度单位体积液体的质量单位体积液体的质量=m/vkg/m3密密度度随随着着温温度度或或压压力力的的变变化化而而变变化化，但但变变化化不不大大，通通常常忽忽略略，一般取一般取=900kg/m3的大小。的大小。粘性的物理本质 液液体体在在外外力力作作用用下下流流动动时时,由由于于液液体体分分子子间间的的内内聚聚力力和和液液体体分分子子与与壁壁面面间间的的附附着着力力,导导致致液液
3、体体分分子子间间相相对对运运动动而而产产生生的的内内摩摩擦擦力力,这种特性称为粘性这种特性称为粘性.或或:流流动动液液体体流流层层之之间间产产生生内内部部摩摩擦擦阻阻力的性质力的性质.粘性的物理本质粘性的物理本质内摩擦力表达式内摩擦力表达式F=Adu/dy液体静止时液体静止时,du/dy=0静止液体不呈现粘性静止液体不呈现粘性动画演示动画演示牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律液层间的内摩擦力与液层接触液层间的内摩擦力与液层接触面积及液层之间的速度成正比。面积及液层之间的速度成正比。粘 度 衡量粘性大小的物理量衡量粘性大小的物理量粘度 动力粘度动力粘度运动运动粘度粘度相对粘度相对粘度0E动力粘
4、度公公式式: =F/A=du/dy（N/m2） =dy/du （Ns/m2）动力粘度物理意义液体在单位速度梯度下流动时，液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力接触液层间单位面积上内摩擦力。动力粘度单位 国际单位（国际单位（SI制）中：制）中：帕帕秒秒（PaS）或或牛牛顿顿秒秒/米米2（NS/m2）；）；以前沿用单位（以前沿用单位（CGS制）中：制）中：泊（泊（P）或厘泊（）或厘泊（CP）达因达因秒秒/厘米厘米2dynS/cm2）换算关系：换算关系：1PaS=10P=103CP运动粘度 动力粘度与液体密度之比值动力粘度与液体密度之比值 运动粘度公式 =/（m2/S）运动粘度物理
5、意义无无（只是因为只是因为/在流体力学中经常出现在流体力学中经常出现用用代替（代替（/）运动粘度单位 SI制：制：m2/SCGS制：制：St（斯）、（斯）、CSt（厘斯）（厘斯）（Cm2/S）（mm2/S）换算关系：换算关系：1m2/S=104St =106 CSt运动粘度单位说明 单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标注称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注老牌号老牌号20号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在50C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为20cst。新牌号新牌号LHL32号液压油，指这种油在号液压油，
6、指这种油在40C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32cst。相对粘度相对粘度0E 、不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算常用相对粘度常用相对粘度相对粘度（条件粘度）恩氏度0E 中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU 美国用雷氏秒R 英国用巴氏度0B 法国用 换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系=（7、310E-6、31/0E）10-6液体的可压缩性定义液体的可压缩性定义 液体受压力作用而发生体积缩小性质。液体受压力作用而发生体积缩小性质。液体的体积压缩系数定义液体的体积压缩系数定义定义：定义： 体积为体积为v的液体，当压力增大的液体，当压
7、力增大 p时，体积减小时，体积减小v,则液体则液体在单位压力变化下体积的相在单位压力变化下体积的相对变化量对变化量。液体的体积压缩系数公式液体的体积压缩系数公式=-v/pv=（5-7）x10-10m2/N液体的体积压缩系数物理意义液体的体积压缩系数物理意义 单位压力所引起液体体积的变化单位压力所引起液体体积的变化pv为保证为保证为正值，式中须加负号为正值，式中须加负号液体的体积弹性模数定义液体的体积弹性模数定义液体压缩系数的倒数液体压缩系数的倒数液体的体积弹性模数公式 k = 1/= - p v /v液体的体积弹性模数物理意义表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。
8、 一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取： k = （1、4-1、9）*109 N/m2 若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。液体的其它性质液体的其它性质1、粘度和压力的关系粘度和压力的关系P，F，随随p而而，压力较小时，压力较小时忽略，忽略，32Mpa以上才考虑以上才考虑液体的其它性质液体的其它性质2、粘度和温度的关系 温度，内聚力， 粘度随温度变化的关系叫粘 温特性，粘度随温度的变化 较小，即粘温特性较好。2、1、2对液压油的要求及选用对液压油的要求及选用对液压油的要求对液压油的要求液压油的选择液压油的选择液压油的任务液压油的任务 工作介质工作介质传递运动和动力传递运
9、动和动力润滑剂润滑剂润滑运动部件润滑运动部件对液压油的要求对液压油的要求（1）合适的粘度和良好的粘温特性；）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；）良好的润滑性；（3）纯净度好，杂质少；）纯净度好，杂质少；（4）对系统所用金属及密封件材）对系统所用金属及密封件材料有料有良好的相容性。良好的相容性。对液压油的要求对液压油的要求（5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；（7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪
10、点和燃点高，流动点和凝固点低。燃点高，流动点和凝固点低。（凝点（凝点油液完全失去其流动性的最高温度）油液完全失去其流动性的最高温度）（8）对人体无害，对环境污染小，成本低，）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜价格便宜总之：粘度是第一位的总之：粘度是第一位的液压油的选择液压油的选择1选择液压油品种选择液压油品种2选择液压油粘度选择液压油粘度液压油的类型液压油的类型机械油机械油精密机床液压油精密机床液压油气轮机油气轮机油变压器油等变压器油等 液压油选择液压油选择首先根据工作条件首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号选择油液品种，然后根据粘度选
11、择牌号慢速、高压、高温：慢速、高压、高温：大（以大（以q）通常通常快速、低压、低温：快速、低压、低温：小（以小（以P）2、2液体静力学液体静力学研究内容研究内容：研究液体处于静止状态的力：研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用。学规律和这些规律的实际应用。静止液体指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。2、2液体静力学液体静力学 2、2、1液体的静压力及特性液体的静压力及特性2、2、2液体静力学基本方程式液体静力学基本方程式2、2、3压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位2、2、4静压传递原理静压传递原理2、2、5液体对固体壁面的作用力液体对固体
12、壁面的作用力液体的静压力及特性液体的静压力及特性 质量力（重力、惯性力）质量力（重力、惯性力）作用于液体作用于液体的所有质点的所有质点作用于液体上的力作用于液体上的力表面力（法向力、切向力、其它物体或表面力（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、一部分液体作用容器对液体、一部分液体作用于令一部分液体等）于令一部分液体等）作用于作用于液体的表面液体的表面 液体的静压力定义液体单位面积上所受的法向力，物理液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。学中称压强，液压传动中习惯称压力。液体静压力特性液体静压力特性（1）垂直并指向于承压表面）垂直并指向于承压表面液体在静止状态下不呈
13、现粘性液体在静止状态下不呈现粘性内部不存在切向剪应力而只有内部不存在切向剪应力而只有法向应力法向应力（2）各向压力相等）各向压力相等有一向压力不等，液体就会流动有一向压力不等，液体就会流动各向压力必须相等各向压力必须相等液体静力学基本方程液体静力学基本方程例：计算静止液体内任意点例：计算静止液体内任意点A处的压力处的压力ppdA=p0dA+G=p0dA+ghdAp=p0+ghh GPP0AdA重力作用下静止液体压力分布特征重力作用下静止液体压力分布特征（1）静止液体中任一点处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分液面压力液面压力p0组成组成pap=pappap=02、2、4静压传递原
14、理静压传递原理 帕斯卡原理（静压传递原理帕斯卡原理（静压传递原理）液压系统压力形成液压系统压力形成帕斯卡原理（静压传递原理）在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。 根据帕斯卡原理： p = F/A液压系统压力形成液压系统压力形成p=F/AF=0p=0FpFp结论：液压系统的工作压力取决于负载，结论：液压系统的工作压力取决于负载，并且并且随着负载的变化而变化。随着负载的变化而变化。FA2、2、5液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力作用在
15、平面上的总作用力作用在平面上的总作用力P=pA如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为D,则则P=pA=pD2/4作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力Fx=pAx结论：曲面在某一方向上所受的作用力，结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面在该方向的等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。垂直投影面积之乘积。3、4柱塞泵柱塞泵 3、5液压泵常见故障及其排除方法液压泵常见故障及其排除方法 3、6液压马达液压马达 3、7液压泵的选用液压泵的选用目的任务目的任务重点难点重点难点提问作业提问作业目的任务目的任务了解柱
16、塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用重点难点重点难点轴向柱塞泵轴向柱塞泵液压马达工作原理、参数计算液压马达工作原理、参数计算液压泵性能比较液压泵性能比较提问作业提问作业1YB型泵是否有困油现象？为什么？型泵是否有困油现象？为什么？2齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么压力？为什么？压力？为什么？3、4柱塞泵柱塞泵原原理理特特点点分分类类 3、4柱塞泵柱塞泵3、4、1轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理3、4、2轴向柱塞泵的流量计算轴向柱塞泵的流量
17、计算3、4、3斜盘式轴向柱塞泵的结构斜盘式轴向柱塞泵的结构柱塞泵工作柱塞泵工作原理原理靠柱塞在缸体内的往复运动，靠柱塞在缸体内的往复运动，使密封容积变化实现吸压油。使密封容积变化实现吸压油。柱塞泵特点特点圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好有如下特点有如下特点（1）工作压力高）工作压力高，效率高。，效率高。（2）易于变量）易于变量（3）流量范围大）流量范围大 柱塞泵柱塞泵分类分类 *斜盘式斜盘式轴向柱塞泵轴向柱塞泵按柱塞排列方式按柱塞排列方式斜轴式斜轴式径向柱塞泵径向柱塞泵3、4、1轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理 特特征征组组成成工作原理工
18、作原理轴向柱塞泵特征轴向柱塞泵特征柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线 轴向柱塞泵的组成轴向柱塞泵的组成配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等结构图动画结构图动画轴向柱塞泵工作原理轴向柱塞泵工作原理 V密密形成形成柱塞和缸体配合而成柱塞和缸体配合而成右半周，右半周，V密密增大，吸油增大，吸油V密密变化，缸体逆转变化，缸体逆转左半周，左半周，V密密减小，压油减小，压油吸压油口隔开吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔底部的通油孔轴向柱塞泵轴向柱塞泵变量原理=0q=0大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化方向变化，输油方
19、向变化方向变化，输油方向变化斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵3、4、2轴向柱塞泵的流量计算轴向柱塞泵的流量计算排排量量流流量量轴向柱塞泵的排量轴向柱塞泵的排量若柱塞数为若柱塞数为z，柱塞直径为，柱塞直径为d，柱塞孔的分布圆直径为柱塞孔的分布圆直径为D，斜盘倾角为斜盘倾角为，则柱塞的行程为：则柱塞的行程为：h=Dtan故缸体转一转，泵的排量为：故缸体转一转，泵的排量为：V=Zhd2/4=d2ZD(tan)/4轴向柱塞泵流量轴向柱塞泵流量 理论流量：理论流量：qT=Vn=D (tan)zd2 /4实际流量：实际流量：q = qTpv =D (tan)zpvd2/4结结论
20、论 1)qT=f(几何参数、几何参数、n、)2）n=c，=0，q=0大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化方向变化，输油方向变化方向变化，输油方向变化轴向柱塞泵可作双向变量泵轴向柱塞泵可作双向变量泵3、4、3斜盘式轴向柱塞泵的结构斜盘式轴向柱塞泵的结构 1CY141轴向柱塞泵主体轴向柱塞泵主体2CY141轴向柱塞泵变量机构轴向柱塞泵变量机构CY141轴向柱塞泵主体轴向柱塞泵主体中心弹簧机构中心弹簧机构A滑靴和斜盘滑靴和斜盘B柱塞和缸体柱塞和缸体动画演示动画演示中心弹簧机构中心弹簧机构 使泵具有自吸性能使泵具有自吸性能中心弹簧中心弹簧提高容积效率提高容积效率中心弹簧中心弹簧缸体端面间隙的自
21、动补偿缸体端面间隙的自动补偿缸体底部通油孔缸体底部通油孔p缸体端面间隙的自动补偿缸体端面间隙的自动补偿除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞孔底部的液压力也使缸体紧贴配流盘，孔底部的液压力也使缸体紧贴配流盘，补偿端面间隙，提高了容积效率。补偿端面间隙，提高了容积效率。A滑靴和斜盘滑靴和斜盘B柱塞和缸体柱塞和缸体 球形头部球形头部和斜盘接触为点和斜盘接触为点接触，接触应接触，接触应柱塞头部结构柱塞头部结构大，易磨损。大，易磨损。滑靴结构滑靴结构和斜盘接触为面和斜盘接触为面接触，大大降低接触，大大降低了磨损。了磨损。CY141轴向柱塞泵变量机构轴向柱塞泵变量机构 *手
22、动手动转动手轮控制斜盘，转动手轮控制斜盘，改变倾角即可。改变倾角即可。变量机构变量机构自动自动动画演示动画演示3、5液压泵常见故障及其排除方法液压泵常见故障及其排除方法 见表3、5、13、6液压马达液压马达3、6、1液压马达的工作原理液压马达的工作原理3、6、2液压马达主要参数液压马达主要参数3、6、3液压马达常见故障及其排除方法液压马达常见故障及其排除方法3、6、1液压马达的工作原理液压马达的工作原理 作用作用和液压泵的区别和液压泵的区别分类分类液压马达作用液压马达作用将液体的压力能转换为旋转形式的将液体的压力能转换为旋转形式的机械能而对负载作功。机械能而对负载作功。 液压马达和液压泵的区别
23、液压马达和液压泵的区别 作用上作用上相反相反和液压泵的区别和液压泵的区别结构上结构上相似相似（略有差别）（略有差别）原理上原理上互逆互逆液压马达液压马达分类 按照转速分按照转速分按照排量能否调节按照排量能否调节按照输油方向能否改变按照输油方向能否改变按照输出转矩是否连续按照输出转矩是否连续 按照转速分按照转速分 高速高速额定转速大于额定转速大于500r/min低速低速额定转速小于额定转速小于500r/min 按照排量能否调节按照排量能否调节 定定量量变变量量 按照输油方向能否改变按照输油方向能否改变 单单向向双双向向按照输出转矩是否连续按照输出转矩是否连续 旋转式旋转式摆动式摆动式液压马达工作
24、原理液压马达工作原理当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘,斜盘则对斜盘则对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个轴向分力轴向分力Fx=d2p/4分力分力径向分力径向分力Fy=/4d2ptanFx与液压力平衡，与液压力平衡，Fy对缸体中心产生转矩，对缸体中心产生转矩，使缸体带动马使缸体带动马达轴旋转。达轴旋转。3、6、2液压马达主要参数液压马达主要参数转矩和机械效率转矩和机械效率转速和容积效率转速和容积效率3、6、2液压马达主要参数液压马达主要参数 泵泵输出输出p.V.q等与泵相似，其原则差别等与泵
25、相似，其原则差别马达马达输入输入液压马达转矩和机械效率液压马达转矩和机械效率 Tt=pV/2T=Ttm=pVm/2液压马达液压马达转速和容积效率 nt=q/vn=qv/VTVn1/VV、T、n高速小转矩高速小转矩故故马达又可分为马达又可分为低速大转矩低速大转矩 3、6、3液压马达常见障及其排除方法液压马达常见障及其排除方法见表见表3、6、13、7液压泵的选用液压泵的选用各类液压泵的共同和不同处各类液压泵的共同和不同处性能比较和应用性能比较和应用液压泵选用原则液压泵选用原则 各类液压泵的共同点和不同处各类液压泵的共同点和不同处 必要条件必要条件流量的形成及调节流量的形成及调节困油现象困油现象流量
26、脉动流量脉动必要条件必要条件三句话十八个字三句话十八个字流量的形成及调节流量的形成及调节形成形成调节调节流量的形成流量的形成依靠密封容积的变化吸、压油，从而依靠密封容积的变化吸、压油，从而形成连续不形成连续不断的供油。断的供油。流量的流量的调节齿轮泵、叶片泵、螺杆泵均定量泵齿轮泵、叶片泵、螺杆泵均定量泵变量叶片泵、径向柱塞泵，改变偏心距变量叶片泵、径向柱塞泵，改变偏心距轴向柱塞泵，改变斜盘（或斜轴）倾角轴向柱塞泵，改变斜盘（或斜轴）倾角困油现象困油现象 除螺杆泵外皆有，齿轮泵最严重，除螺杆泵外皆有，齿轮泵最严重，其他泵设计合理可减小或消除。其他泵设计合理可减小或消除。流量脉动流量脉动齿轮泵：取决于齿数、啮合角齿轮泵：取决于齿数、啮合角叶片泵：取决于叶片数和过渡曲线类型叶片泵：取决于叶片数和过渡曲线类型柱塞泵：取决于柱塞数和配流盘参数柱塞泵：取决于柱塞数和配流盘参数性能性能比较比较和应用和应用 见表见表33液压液压泵选用原则泵选用原则可靠可靠工作情况、要求工作情况、要求合理合理能量使用能量使用实用实用使用情况使用情况经济经济价廉价廉
