液压与气压传动 (2)幻灯片.ppt

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1、液压与气压传动第1页，共87页，编辑于2022年，星期一绪论：工作原理绪论：工作原理力的传递力的传递 F1=P1*A1=P2*A2运动的传递运动的传递 S1*A1=S2*A2第2页，共87页，编辑于2022年，星期一液压系统的组成液压系统的组成第3页，共87页，编辑于2022年，星期一系统组成系统组成能源装置能源装置执行元件执行元件控制元件控制元件辅助元件辅助元件工作介质工作介质第4页，共87页，编辑于2022年，星期一流体力学流体力学流体静力学流体静力学流体动力学流体动力学静压方程静压方程帕斯卡原理帕斯卡原理动量方程动量方程 (动量守恒动量守恒)伯努利方程伯努利方程(能量守恒能量守恒)流量连

2、续方程流量连续方程 (质量守恒质量守恒)节流孔流量节流孔流量压力方程压力方程雷诺数雷诺数流态流态沿程、局部沿程、局部 压力损失压力损失第5页，共87页，编辑于2022年，星期一第一篇：液压传动第一篇：液压传动液压油液液压油液第6页，共87页，编辑于2022年，星期一第7页，共87页，编辑于2022年，星期一第8页，共87页，编辑于2022年，星期一第9页，共87页，编辑于2022年，星期一第10页，共87页，编辑于2022年，星期一第11页，共87页，编辑于2022年，星期一第12页，共87页，编辑于2022年，星期一液压油的选用液压油的选用系统压力 环境温度运动速度液压泵第13页，共87页，

3、编辑于2022年，星期一第二节第二节 液体静力学液体静力学 液体静力学研究静止液体的力学规律和这些规律的实际应液体静力学研究静止液体的力学规律和这些规律的实际应用。静力液体是指液体处于内部质点间无相对运动的状态，用。静力液体是指液体处于内部质点间无相对运动的状态，因此液体因此液体不显示粘性不显示粘性，液体内部，液体内部无剪切应力无剪切应力，只有法向应力即压只有法向应力即压力力。一、液体静压力及特性一、液体静压力及特性1、静压力、静压力 静压力是指液体处于静止状态时，其单位面积上所收的法向静压力是指液体处于静止状态时，其单位面积上所收的法向作用力。静压力在液压传动中简称为压力，而在物理学中则称作

4、用力。静压力在液压传动中简称为压力，而在物理学中则称为压强。为压强。可表示为：可表示为：P=F/A压力单位为牛顿压力单位为牛顿/米米2(N/m2)第14页，共87页，编辑于2022年，星期一液体静压力有两个重要特性：液体静压力有两个重要特性：（1）液体静压力的方向总是沿着作用面的）液体静压力的方向总是沿着作用面的法线方向。液体不能承受拉力和剪切力。法线方向。液体不能承受拉力和剪切力。所以只能承受所以只能承受法向压力法向压力。（2)静止液体中任何一点所受到各个方向压静止液体中任何一点所受到各个方向压力都相等。力都相等。第15页，共87页，编辑于2022年，星期一二、静压力基本方程二、静压力基本方

5、程 1、静压力基本方程、静压力基本方程液面压力液面压力P P0 0，求离液面，求离液面h h深处深处A A点压力。点压力。在在A A点的小液柱其底部面积为点的小液柱其底部面积为 A A，高为，高为h h。小液柱处于平衡状态。小液柱处于平衡状态。则在垂直方向上的力平衡方程为则在垂直方向上的力平衡方程为 P=pP=p0 0+gh=p+gh=p0 0+h +h 其中其中为液体的密度，为液体的密度，=g为液体的重度。为液体的重度。第16页，共87页，编辑于2022年，星期一液面压力为液面压力为p p0 0。选择一基准水平面。选择一基准水平面(0(0 x x)，根据静压力基本方程式可确定距液，根据静压力

6、基本方程式可确定距液面深度为面深度为h h处处A A点的压力点的压力p p，即，即 p=pp=p0 0+h=p+h=p0 0+(z+(z0 0-z)-z)整理后得整理后得 P/+z=pP/+z=p0 0/+z/+z0 0=常数常数式中式中z z实质上表示了实质上表示了A A点单位重量点单位重量 液体得位能。单位重量液体的位液体得位能。单位重量液体的位 能为能为mgz/mg=z,zmgz/mg=z,z又称为位置水头。又称为位置水头。2、静压力基本方程式的物理意义、静压力基本方程式的物理意义 静压力基本方程式说明：静压力基本方程式说明：静止液体中单位重量液体静止液体中单位重量液体的压力能和位能可以

7、相互的压力能和位能可以相互转换，但各点的总能量保转换，但各点的总能量保持不变，即能量守恒。持不变，即能量守恒。第17页，共87页，编辑于2022年，星期一3、绝对压力、相对压力和真空度、绝对压力、相对压力和真空度压力的分类绝对压力：相对于绝对真空的压力。相对压力（表压力/真空度）绝对压力相对压力大气压压力的单位：Pa（N/m2)第18页，共87页，编辑于2022年，星期一 由静压力基本方程式由静压力基本方程式 p=pp=p0 0+h h 可知，可知，液体中任何一点的压力都包含有液面压力液体中任何一点的压力都包含有液面压力p p0 0，或者说液体表面的压力或者说液体表面的压力p p0 0等值的传

8、递到液体等值的传递到液体内所有的地方。内所有的地方。这称为帕斯卡原理或静压传这称为帕斯卡原理或静压传递原理递原理。4、帕斯卡原理帕斯卡原理 液压系统的压力管路和压力容器中，由外力所产生的压力液压系统的压力管路和压力容器中，由外力所产生的压力p p0 0要比液体自重所产生的压力要比液体自重所产生的压力hh大许多倍。即对于液压传动大许多倍。即对于液压传动来说，一般不考虑液体位置高度对于压力的影响，可以认为来说，一般不考虑液体位置高度对于压力的影响，可以认为静止液体内各处的静止液体内各处的压力都是相等压力都是相等的。的。第19页，共87页，编辑于2022年，星期一帕斯卡原理应用实例帕斯卡原理应用实例

9、垂直、水平液压缸截面积为垂直、水平液压缸截面积为A1、A2；活塞上负载为；活塞上负载为F1、F2。两缸互相连。两缸互相连通，构成一个密闭容器，则按帕斯卡原理，缸内压力到处相等，通，构成一个密闭容器，则按帕斯卡原理，缸内压力到处相等，p1=p2，于，于是是F2F1.A2/A1，如果垂直液缸活塞上没负载，则在略去活塞重量，如果垂直液缸活塞上没负载，则在略去活塞重量及其它阻力时，不论怎样推动水平液压缸活塞，不能在液体中形成及其它阻力时，不论怎样推动水平液压缸活塞，不能在液体中形成压力压力。第20页，共87页，编辑于2022年，星期一三、压力对固体壁面的总作用力三、压力对固体壁面的总作用力1 1、压力

10、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，作用在该面上的压力的方向是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平行的。故总作用力互相平行的。故总作用力F F等于油液压力等于油液压力p p与承压面积与承压面积A A的乘积。的乘积。F=pF=p.A A。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：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：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。第21页，共87页，编辑于2022年，星期一2 2、油液压力作用在

11、曲面上的作用力、油液压力作用在曲面上的作用力 当承受压力作用的表面是曲面时，将曲面分成若干微小面积当承受压力作用的表面是曲面时，将曲面分成若干微小面积dAdA，将作用，将作用力力dFdF分解为分解为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第22页，共8

12、7页，编辑于2022年，星期一 第三节第三节 液体动力学液体动力学 液体动力学研究液体在外力作用下运动规律，即研究作用在液体液体动力学研究液体在外力作用下运动规律，即研究作用在液体上的力与液体运动之间的关系。由于液体具有粘性，流动时要产生摩擦力，上的力与液体运动之间的关系。由于液体具有粘性，流动时要产生摩擦力，因此研究液体流动问题时必须考虑粘性的影响。因此研究液体流动问题时必须考虑粘性的影响。第23页，共87页，编辑于2022年，星期一1、稳定流动和非稳定流动、稳定流动和非稳定流动一、基本概念一、基本概念 液体流动时，若液体中任何一点的压力，流液体流动时，若液体中任何一点的压力，流速和密度都不

13、随时间变化，这种流动称为速和密度都不随时间变化，这种流动称为稳定稳定流动流动。反之，压力，流速随时间而变化的流动。反之，压力，流速随时间而变化的流动称为称为非稳定流动非稳定流动。水箱中放水，如果水箱上方有一补充水源，使水位水箱中放水，如果水箱上方有一补充水源，使水位H H保保持不变，则水箱下部出水口流出的液体中各点的持不变，则水箱下部出水口流出的液体中各点的压力和速度均不随时间变化，故为稳定流动。反压力和速度均不随时间变化，故为稳定流动。反之则为非稳定流动。之则为非稳定流动。第24页，共87页，编辑于2022年，星期一概念概念：为了便于导出基本方程，常假定液体既无粘性油不可压缩，为了便于导出基

14、本方程，常假定液体既无粘性油不可压缩，这样的液体称为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。2、理想液体与实际液体、理想液体与实际液体第25页，共87页，编辑于2022年，星期一3、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 ，也叫，也叫过流断面。过流断面。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，即：，即：Q=V/t=vQ=V/t=vA(A-A(A-通流截面面积，通流截面面积，v v平均流速）平均流速）可

15、看出，可看出，平均流量平均流量为流量与通流面积之比。实际上由于液体具有为流量与通流面积之比。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；管壁处的流速为零。为方道中心处流速最大；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。便起见，以后所指流速均为平均流速。第26页，共87页，编辑于2022年，星期一 当液体在管道内作稳定流动时，根据质量守恒定律，管当液体在管道内作稳定流动时，根据质量守恒定律，管内液体的质量不会增多也不会减少，所以在单

16、位时间内流过每内液体的质量不会增多也不会减少，所以在单位时间内流过每一截面的液体质量必然相等。如图所示，管道的两个通流面积一截面的液体质量必然相等。如图所示，管道的两个通流面积分别为分别为A A1 1、A A2 2，液体流速分别为，液体流速分别为v v1 1、v v2 2，液体的密度为，液体的密度为，则则 vv1 1A A1 1=v=v2 2A A2 2=常量常量即即:v v1 1A A1 1=v=v2 2A A2 2=Q=Q常量常量或或 v v1 1/v/v2 2=A=A2 2/A/A 二、连续性方程二、连续性方程第27页，共87页，编辑于2022年，星期一 理想液体没有粘性，它在管内作稳定

17、流动理想液体没有粘性，它在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道每一截面上的总能量都是相等的。在图中任道每一截面上的总能量都是相等的。在图中任意取两个截面意取两个截面A1 1和和A2 2，它们距离基准水平面的，它们距离基准水平面的坐标位置分别为坐标位置分别为Z1 1和和Z2 2，流速分别为，流速分别为v1 1、v2 2，压力分别为压力分别为p1 1和和p2 2，根据能量守恒定律有：，根据能量守恒定律有：P P1 1/+z+z1 1+v+v1 12 2/2g=P/2g=P2 2/+z+z2 2+v+v2 22 2/2g/2g 可改写成：可

18、改写成：P/P/+z+v+z+v2 2/2g=/2g=常量常量三、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第28页，共87页，编辑于2022年，星期一量纲都是长度单位，分别称为水头、位置水头和量纲都是长度单位，分别称为水头、位置水头和速度水头。速度水头。伯努利方程的物理意义为：在管内作稳定流动伯努利方程的物理意义为：在管内作稳定流动的理想液体具有的理想液体具有压力能、位能和动能压力能、位能和动能三种形式的三种形式的能量。在任意截面上这三种能量都可以相互转换，能量。在任意截面上这三种能量都可以相互转换，但其总和保持不变但其总和保持不变。而静压力基本方程则是伯努而静压

19、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。第29页，共87页，编辑于2022年，星期一实际液体的伯努利方程为：实际液体的伯努利方程为：P P1 1/+Z+Z1 1+V+V1 12 2/2g=P/2g=P2 2/+Z+Z2 2+V+V2 22 2/2g+h/2g+hw w (注：注：h hw w以水头高度表示的能量损失。以水头高度表示的能量损失。)当管道水平放置时，由于当管道水平放置时，由于z z1 1=z=z2 2，方程可简化为：方程可简化为：P P1 1/+V+V1 12 2/2g=P/2g=P2 2/+V+V2 22 2/2g+h/2g+hw w 当管道

20、为等径直管且水平放置时，方程可简化为：当管道为等径直管且水平放置时，方程可简化为：P P1 1/=P=P2 2/r+h/r+hw w2、实际液体的泊努利方程、实际液体的泊努利方程第30页，共87页，编辑于2022年，星期一3.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如图所示，设泵的吸油口比油箱液高如图所示，设泵的吸油口比油箱液高h h，取油箱液面，取油箱液面I II I和泵进口处截面和泵进口处截面II-IIII-II列伯努利方程，并取截面列伯努利方程，并取截面I II I为基准水平面。泵吸油口真空度为：

21、为基准水平面。泵吸油口真空度为：P P1 1/+v+v1 12 2/2g=/2g=P P2 2/+h+vh+v2 22 2/2g+h/2g+hw wP P1 1为油箱液面压力，为油箱液面压力，P P2 2为泵吸油口的绝对压力为泵吸油口的绝对压力第31页，共87页，编辑于2022年，星期一 一般油箱液面与大气相通，故一般油箱液面与大气相通，故p p1 1为大气压力，即为大气压力，即p p1 1=p=pa a；v v2 2为为泵吸油口的流速，一般可取吸油管流速；泵吸油口的流速，一般可取吸油管流速；v v1 1为油箱液面流速，为油箱液面流速，由于由于v v1 1vv2 2，故，故v v1 1可忽略不

22、计；可忽略不计；p p2 2为泵吸油口的绝对压力，为泵吸油口的绝对压力，h hw w为为能量损失。据此，上式可简化成能量损失。据此，上式可简化成 P Pa a/=P P2 2/+h+vh+v2 22 2/2g+h/2g+hw w 泵吸油口真空度为泵吸油口真空度为 P Pa a-P-P2 2=h+vh+v2 2/2+P/2+P第32页，共87页，编辑于2022年，星期一 由上式可知，在泵的进油口处有一定真空度，所谓吸油，实质由上式可知，在泵的进油口处有一定真空度，所谓吸油，实质上是在油箱液面的大气压力作用下把油压入泵内的过程。由上式还可上是在油箱液面的大气压力作用下把油压入泵内的过程。由上式还可

23、看出，泵吸油口的真空度由三部分组成看出，泵吸油口的真空度由三部分组成：（1）产生一定流速所需的压力；）产生一定流速所需的压力；（2）把油液提升到高度）把油液提升到高度h所需的压力；所需的压力；（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，即泵吸油口处的绝对压力不能太低。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。当压力低于大气压一定数值时，溶解于油中的空气便分离出来形成气当压力低于大气压一定数值时，溶解于油中的空气便分离出来形成气泡泡第33页，共87页，编辑于2022年，星期一这种现象称为这种现象称为气穴气穴。这时的绝对压力称为空气分离压。这时的绝对压力称

24、为空气分离压pa a。气泡被带。气泡被带进泵内，在泵的压油区遇到负载压力，气泡便破裂，在其破裂处，进泵内，在泵的压油区遇到负载压力，气泡便破裂，在其破裂处，压力和温度急剧升高，引起强烈的冲击和噪声。而且气泡破裂时压力和温度急剧升高，引起强烈的冲击和噪声。而且气泡破裂时所产生的高压高温还会腐蚀机件，缩短泵的寿命，这一现象称为所产生的高压高温还会腐蚀机件，缩短泵的寿命，这一现象称为气蚀气蚀。为避免产生气蚀，必须限制真空度，其方法除了加大油管。为避免产生气蚀，必须限制真空度，其方法除了加大油管直径等外，一般要限制泵的吸油高度直径等外，一般要限制泵的吸油高度h,允许的最大吸油高度计允许的最大吸油高度计

25、算式为算式为:h（Pa a-Pg g)/-v-v2 22 2/2g-/2g-p/p/第34页，共87页，编辑于2022年，星期一四、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1.动量方程动量方程在管流中，任意取出被通流截面在管流中，任意取出被通流截面1、2，截面上的流，截面上的流速为速为v1、v2。该段液体在。该段液体在t时刻的动量为（时刻的动量为（mv)，于是有：，于是有：F（mv)/t)/tQ(Q(v2 v1）上式即为上式即为液体稳定流动时的动量方程液体稳定流动时的动量方程。等式左边为作用。等式左边为作用于控制体积上的全部外力之和，等式右边为液体的动于控制体积上的全部外力之和，等

26、式右边为液体的动量变化率。上式表明：作用在液体控制体积上的外力量变化率。上式表明：作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出与流入控制表面的液体动量总和等于单位时间内流出与流入控制表面的液体动量之差。之差。第35页，共87页，编辑于2022年，星期一(1)(1)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两图中分别为液流流经滑阀阀腔的两种流动情况两图中分别为液流流经滑阀阀腔的两种流动情况先列出图先列出图(a)的控制体积在阀芯轴线方向上的动量方程求得阀芯作用于液的控制体积在阀芯轴线方向上的动量方程求得阀芯作用于液体的力为：体的力为：F=Qv2cos90。Qv1cos

27、=-Qv1cos A图图第36页，共87页，编辑于2022年，星期一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，其大小为：大小为：F=-F=Qv1cos，F的方向与的方向与v1cos 一致。阀一致。阀芯上的稳态液动力力图使滑芯上的稳态液动力力图使滑阀阀口关闭。阀阀口关闭。第37页，共87页，编辑于2022年，星期一 实际液体具有粘性，在液体流动时就有力，为了克服阻力，就必实际液体具有粘性，在液体流动时就有力，为了克服阻力，就必然要消耗能量，这样就有能量损失。能量损失主要表现为压力损失，然要消耗能量，这样就有能量损失。能量损失主要表现为压力损失，这就是实际液体伯努利

28、方程中最后一项的意义。这就是实际液体伯努利方程中最后一项的意义。压力损失过大，将使功率消耗增加，油液发热，泄漏增加，效率降压力损失过大，将使功率消耗增加，油液发热，泄漏增加，效率降低，液压系统性能变坏。因此在液压技术中正确估算压力损失的大小，低，液压系统性能变坏。因此在液压技术中正确估算压力损失的大小，从而找到减少压力损失的途径。从而找到减少压力损失的途径。2-3 2-3 管路压力损失计算管路压力损失计算第38页，共87页，编辑于2022年，星期一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

29、损失。这类压。这类压力损失是由液体流动时的内摩擦力引起的。力损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因而产生局部区域形成漩涡，引起液体质点相互撞击和剧烈摩擦因而产生的压力损失，这种损失称为的压力损失，这种损失称为局部压力损失局部压力损失。第39页，共87页，编辑于2022年，星期一 层流层流：液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，既液体液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，既液体作分层流动，各层间的流体互不混杂。如图所示。作分层流动

30、，各层间的流体互不混杂。如图所示。一、液体的流态一、液体的流态紊流紊流:液体中质点除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈现紊液体中质点除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈现紊乱混杂状态乱混杂状态。雷诺系数雷诺系数 R RC C=V=V.D/D/层流紊流演示实验在线播放优酷网，视频高清在线观看第40页，共87页，编辑于2022年，星期一 油液在直管中流动的沿程压力损失可用达西公式表示：油液在直管中流动的沿程压力损失可用达西公式表示：PP=(l/d)(v=(l/d)(v2 2/2)/2)式中式中 沿程阻力系数；沿程阻力系数；l l直管长度；直管长度；d d 管道直径；管道直径；v v油液的油液的平均

31、流速；平均流速；油液密度。油液密度。公式说明了压力损失公式说明了压力损失PP与管道长度及流速与管道长度及流速v v的平方成正比，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动状态等都包含在内。内。二、沿程压力损失二、沿程压力损失第41页，共87页，编辑于2022年，星期一1 1、层流时沿程阻力系数、层流时沿程阻力系数 的确定的确定设液体在一直径为设液体在一直径为d的圆管中作层流运动，在液流中取微小圆柱体，直径为的圆管中作层流运动，在液流中取微小圆柱体，直径为2r，长为，长为l。作用在这小圆柱体上的两端压力

32、（。作用在这小圆柱体上的两端压力（p1,p2)和圆柱两侧的剪和圆柱两侧的剪切应力切应力(粘性力粘性力)可求得管中流速分布的表达式为可求得管中流速分布的表达式为U=(p1-p2)/4 l(d2/4-r2)在管中心处，流速最大，其值为在管中心处，流速最大，其值为Umax=(p1-p2)/16 l.d2液流在直管中流动时的速度分布规律液流在直管中流动时的速度分布规律第42页，共87页，编辑于2022年，星期一沿程阻力系数沿程阻力系数 层流时沿程阻力系数层流时沿程阻力系数 的理论值为：的理论值为：=64/Re水的实际阻力系数和理论值很接近。水的实际阻力系数和理论值很接近。液压油在金属管中流动时，常取：

33、液压油在金属管中流动时，常取：=75/Re在橡皮管中流动时，取在橡皮管中流动时，取=80/Re 在这里应注意，层流的压力损失在这里应注意，层流的压力损失 p与流速与流速v的一次方程成的一次方程成正比，因为在正比，因为在 的分母中包含有的分母中包含有v的因子。的因子。第43页，共87页，编辑于2022年，星期一2.紊流时沿程阻力系数紊流时沿程阻力系数 紊流流动时的能量损失比层流时要大，截面上速度分布也与紊流流动时的能量损失比层流时要大，截面上速度分布也与层流时不同，除靠近管壁处速度较低外，其余地方速度接近于最大层流时不同，除靠近管壁处速度较低外，其余地方速度接近于最大值。值。其阻力系数其阻力系数

34、 由试验求得。由试验求得。当当2.3x103Re7D/d7时，收缩作用不受大孔时，收缩作用不受大孔侧壁的影响，称为完全收缩。侧壁的影响，称为完全收缩。推导出通过薄推导出通过薄壁小孔的流量：壁小孔的流量：Q=aQ=ac cv vc c=C CC C a av vc c=C=CC CC CV Va(2/pa(2/pc c)1/21/2=C Cd da(2/a(2/）ppc c 1/21/2第48页，共87页，编辑于2022年，星期一 必须指出，当液流通过控制阀口时，要确定其收缩断面的必须指出，当液流通过控制阀口时，要确定其收缩断面的位置，测定收缩断面的压力位置，测定收缩断面的压力pc是十分困难的，

35、也无此必要。一般是十分困难的，也无此必要。一般总是用阀的进、出油口两端的压力差总是用阀的进、出油口两端的压力差pp=p1-1-p2 2来代替，来代替，ppc c=p1-1-pc c。故上式可改写为：。故上式可改写为：Q=Cq q.a(2/p)1/2 由伯努利方程可知，故由伯努利方程可知，故Cq q要比要比Cd d略大一些，一般在计算略大一些，一般在计算时取时取Cq q=0.620.63，Cq q称为流量系数。称为流量系数。第49页，共87页，编辑于2022年，星期一2、流经细长小孔的流量、流经细长小孔的流量细长小孔，是指长径比细长小孔，是指长径比l/d4l/d4的小孔。在液压技术中常作为的小孔

36、。在液压技术中常作为阻尼孔。如图所示。阻尼孔。如图所示。油液流经细长小油液流经细长小孔时的流动状态一般为层流，因此可用液流流经圆管的流量孔时的流动状态一般为层流，因此可用液流流经圆管的流量公式，公式，即：即：Q=(dQ=(d4 4/128l)/128l)pp从上式可看出，油液流经细长小孔的流量和小孔前后压从上式可看出，油液流经细长小孔的流量和小孔前后压差成正比，而和动力粘度差成正比，而和动力粘度成反比，因此流量受油温影响成反比，因此流量受油温影响较大，这是和薄壁小孔不同的。较大，这是和薄壁小孔不同的。第50页，共87页，编辑于2022年，星期一 液压元件各零件间如有相对运动，就必液压元件各零件

37、间如有相对运动，就必须有一定的配合间隙。液压油就会从压力较高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的地方，这的配合间隙流到大气中或压力较低的地方，这就是就是泄漏泄漏。泄漏分为内泄漏和外泄漏泄漏分为内泄漏和外泄漏。泄漏主要。泄漏主要是有压力差与间隙造成的。是有压力差与间隙造成的。二、液流流经细缝的流量二、液流流经细缝的流量第51页，共87页，编辑于2022年，星期一 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，这种现象称为生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击液压冲击。第七节

38、第七节 液压冲击液压冲击液压冲击的类型有液压冲击的类型有：1 1、液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向突然变化时，液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速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。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，因工作部件的惯性引起的液压冲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。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起的液压冲击。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。第52页，共87页，编辑于2022年，星期一 一、液流通道迅速关闭时的液压

39、冲击一、液流通道迅速关闭时的液压冲击一、液流通道迅速关闭时的液压冲击一、液流通道迅速关闭时的液压冲击 (水锤现象）水锤现象）水锤现象）水锤现象）液体自一具有固定液面的压力容器沿长度为液体自一具有固定液面的压力容器沿长度为l，直，直径为径为d的管道经出口处的阀门以速度的管道经出口处的阀门以速度v0流出。诺将阀流出。诺将阀门突然关闭，此时紧靠阀门口门突然关闭，此时紧靠阀门口B处的一层液体停止流动，处的一层液体停止流动，压力升高压力升高 p。其后液体也依次停止流动，动能形成压力。其后液体也依次停止流动，动能形成压力波波,并以速度并以速度c向向A传播。此后传播。此后B处压力降低处压力降低 p，形成压，

40、形成压力降波，并向力降波，并向A传播。而后当传播。而后当A处先恢复初始压力，压处先恢复初始压力，压力波又传向力波又传向B。则如此循环使液流振荡。振荡终因。则如此循环使液流振荡。振荡终因摩擦损失而停止。摩擦损失而停止。第53页，共87页，编辑于2022年，星期一（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）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。压冲击的能量。（4)4)在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。高

41、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：第54页，共87页，编辑于2022年，星期一二、运动部件制动时产生的液压冲击二、运动部件制动时产生的液压冲击 如图所示，活塞以速度如图所示，活塞以速度v0向左运动，活塞和向左运动，活塞和负载总质量为负载总质量为M。当换向阀突然关闭进出油口。当换向阀突然关闭进出油口通道，油液被封闭在两腔之中，由于运动部件通道，油液被封闭在两腔之中，由于运动部件的惯性，活塞将继续运动一段距的惯性，活塞将继续运动一段距 离后才停止，使液压缸离后才停止，使液压缸 左腔油液受到压缩，从左腔油液受到压缩，从 而引起液体压力急剧增而引起液体压力急剧增 加。

42、此时运动部件的动加。此时运动部件的动 能为回油腔中油液所形能为回油腔中油液所形 成的液体弹簧所吸收。成的液体弹簧所吸收。第55页，共87页，编辑于2022年，星期一第二章第二章 液压泵液压泵液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入液压泵是液压系统的动力元件，其作用是把原动机输入的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的的机械能转换为液压能，向系统提供一定压力和流量的液流液流第56页，共87页，编辑于2022年，星期一容积式泵容积式泵:泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油的，其排油量的大小取决于密封腔的容积变化值基本特点基本特点:具有一个或若干个周期性变化的密封容积 具有配流装置油

43、箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力 一、工作原理一、工作原理第57页，共87页，编辑于2022年，星期一二、二、主要性能参数主要性能参数压力压力:工作压力p 额定压力pn排量和流量:排量排量 V V:液压泵轴转一周，由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积,单位(m3/r)或(mL/r)理论流量理论流量q qt t:单位时间内理论上可排出的液体体积.等于排量和转速的乘积 V:液压泵的排量（m3/r）；n:主轴转速（r/s）；qt:液压泵理论排量（m3/s）实际流量q 额定流量qn第58页，共87页，编辑于2022年，星期一泵和马达的能量转换关系、功率与效率泵和马达的能量转换关系

44、、功率与效率能量损失容积损失：由于泵和马达本身的泄漏所引起的能量损失机械损失：由于泵和马达机械副之间的磨擦所引起的能量损失第59页，共87页，编辑于2022年，星期一三、液压泵特性曲线三、液压泵特性曲线容积效率v:q=qt-q=qt-Kip机械效率m:泵的输出功率:第60页，共87页，编辑于2022年，星期一四、液压泵与液压马达的类型四、液压泵与液压马达的类型液压泵类型液压泵类型:结构形式:齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等 泵的输出流量能否调节:定量泵和变量泵泵的额定压力的高低:低压泵、中压泵和高压泵第61页，共87页，编辑于2022年，星期一一、一、轴向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵的工作

45、原理 改变斜盘倾角的大小，就能改变柱塞的行程长度，也就改变了泵的排量。斜轴式轴向柱塞泵的工作原理斜轴式轴向柱塞泵的工作原理 第62页，共87页，编辑于2022年，星期一轴向柱塞泵的排量和流量轴向柱塞泵的排量和流量 流量脉动,当柱塞数较多并为奇数时脉动较小，故柱塞泵的柱塞数一般为奇数，常取 7或9 第63页，共87页，编辑于2022年，星期一斜盘式轴向柱塞泵的工作原理第64页，共87页，编辑于2022年，星期一斜轴式轴向柱塞泵的工作原理第65页，共87页，编辑于2022年，星期一二、二、变量轴向柱塞泵变量轴向柱塞泵 变量轴向柱塞泵:主体+变量机构主体机构特点：滑履结构 中心弹簧机构 缸体端面间隙

46、的自动补偿 配流盘 变量机构：改变斜盘倾角的大小以调节泵的排量 第66页，共87页，编辑于2022年，星期一SCY14-1型斜盘式轴向柱塞泵的结构第67页，共87页，编辑于2022年，星期一第68页，共87页，编辑于2022年，星期一三、三、径向柱塞泵径向柱塞泵 移动定子以改变偏心距的大小，便可改变柱塞的行程，从而改变排量 第69页，共87页，编辑于2022年，星期一第三节第三节 叶片泵叶片泵单作用式(变量泵)双作用式(定量泵)中低压 工作原理双作用叶片泵的结构和特点限压式变量叶片泵第70页，共87页，编辑于2022年，星期一一、一、单作用式单作用式叶片泵叶片泵(非平衡式非平衡式)工作原理工作

47、原理第71页，共87页，编辑于2022年，星期一单作用式单作用式叶片泵叶片泵(非平衡式非平衡式)工作原理工作原理改变定子和转子间的偏心量e，就可改变泵的排量(变量泵)转子受有不平衡的径向液压力,且径向不平衡力随泵的工作压力提高而提高，因此这种泵的工作压力不能太高排量和流量:流量脉动.理论分析表明，叶片数为奇数时脉动率较小，故一般叶片数为13或15 第72页，共87页，编辑于2022年，星期一二、二、双作用式双作用式叶片泵叶片泵(平衡式平衡式)工作原理工作原理排量和流量:无流量脉动.理论分析可知，流量脉动率在叶片数为4的整数倍、且大于8时最小。故双作用叶片泵的叶片数通常取为12 第73页，共87

48、页，编辑于2022年，星期一双作用双作用叶片泵的叶片泵的结构和特点结构和特点定子内曲线:等加速等减速曲线配流盘:三角槽 叶片的倾角:前倾角 端面间隙:间隙自动补偿措施高压叶片泵的结构:为了提高压力，必须在结构上采取措施，使吸油区叶片压向定子的作用力减小。可以采取的措施有多种，一般采用复合叶片结构如双叶片结构和子母叶片结构等 第74页，共87页，编辑于2022年，星期一YB1型叶片泵的结构第75页，共87页，编辑于2022年，星期一配流盘第76页，共87页，编辑于2022年，星期一三、限压式变量三、限压式变量叶片泵叶片泵 限压式变量叶片泵的流量改变是利用压力的反馈作用实现的(外反馈和内反馈)外反

49、馈限压式变量叶片泵的工作原理限压式变量叶片泵的特性曲线限压式变量叶片泵的结构 第77页，共87页，编辑于2022年，星期一外反馈限压式变量叶片泵的工作原理pBA=PB)p e q 当pc=K(e0+x0)/A,e=0 q=0第78页，共87页，编辑于2022年，星期一限压式变量叶片泵的特性曲线限压式变量叶片泵的特性曲线限定压力pB:泵在保持最大输出流量不变时，可达到的最高压力 极限压力pc:外载进一步加大时泵的工作压力不再升高，这时定子和转子间的偏心量为零，泵的实际输出流量为零 调整:调整螺钉螺钉1 1可改变原始偏心量e e0 0，即调节泵的最大输出流量，亦即改变A点的位置，使 AB线段上下平

50、移 调整螺钉螺钉4 4可改变弹簧预压缩量弹簧预压缩量，即调节限定压力pB大小，亦即改变B点的位置，使BC线段左右平移 改变弹簧刚度弹簧刚度k k，则可改变BC线段的斜率斜率，弹簧越“软”（k值越小），BC线段越陡，pc值越小；反之，弹簧越“硬”（k值越大），BC线段越平坦，pc值越大 第79页，共87页，编辑于2022年，星期一第四节 齿轮泵定量泵(外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵)齿轮泵没有单独的配流 装置，齿轮的啮合线起 配流作用 第80页，共87页，编辑于2022年，星期一第81页，共87页，编辑于2022年，星期一一、齿轮泵的工作原理一、齿轮泵的工作原理排量和流量计算式中：D分度圆直径，mm