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1、第2章 液压传动基础知识第1页，本讲稿共34页2.1 液压油 作为能量传递介质，液压油在液压系统中起着非常重要的作用 大多数液压油是为了满足工作要求而配制的化合物，根据特性要求还需特殊添加剂 为了保证液压系统的正常工作，必须熟悉液压油的相关知识 第2页，本讲稿共34页一、液压油的主要性质1.液压油的功用1 1）传递动力；）传递动力；2 2）润滑运动零件；）润滑运动零件；3 3）密封表面粗糙零件间的间隙；）密封表面粗糙零件间的间隙；4 4）散热）散热 5 5）防锈）防锈 第3页，本讲稿共34页 单位体积液压油的质量称为该种液压单位体积液压油的质量称为该种液压油的密度，以油的密度，以表示，即表示，
2、即 密密度度随随着着液液压压油油温温度度和和压压力力的的变变化化而而变变化化，变变化化量量很很小小，可可忽忽略略不不计计，故故实实际际应应用用中中可可认认为为密密度度不不受受温温度度和和压压力力变变化化的的影响影响。般液压油的密度为般液压油的密度为900/m/m3 3。2.2.液压油的密度液压油的密度第4页，本讲稿共34页3.3.液体的可压缩性液体的可压缩性常温下，液压油不可压缩 混入气体或挥发性物质，抗压能力会下降 对液压系统工作性能产生不利影响可压缩性：液体在压力作用下体积减小的性质 第5页，本讲稿共34页4.4.液体的粘性液体的粘性（1 1）粘性的本质）粘性的本质 液体在外力作用下流动（
3、或有流动趋势）液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，它使液体各层间的运产生的一种内摩擦力，它使液体各层间的运动速度不等，这种现象叫做动速度不等，这种现象叫做液体的粘性液体的粘性 静止液体不呈现粘性。静止液体不呈现粘性。第6页，本讲稿共34页（2 2）牛顿液体内摩擦定律）牛顿液体内摩擦定律n下板固定下板固定n上板以上板以u0运动运动 液体存在粘性及与壁面间的附着力，液体内部各层间的速度将呈阶梯状分布下平板液体层速度为0上平板液体层速度为u中间各层液体的速度则呈线性规律分布 第7页，本讲稿共34页内摩擦力
4、内摩擦力式中：式中：粘性系数粘性系数(粘度粘度)A 液层接触面积液层接触面积 du/dy速度梯度速度梯度 牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律两液层的速度差两液层的速度差两液层间的距离两液层间的距离切应力:第8页，本讲稿共34页（3 3）粘度）粘度三种表示方法：三种表示方法：单位：N.s/m2=Pa.S （帕秒）1)动力粘度粘度是用来表示液体粘性大小的指标粘度是用来表示液体粘性大小的指标根据牛顿内摩擦定律导出的粘度单位物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，液层间单位面积上产生的内摩擦力 第9页，本讲稿共34页机械油的牌号机械油的牌号用用4040时运动粘度的平均值来标志时运动粘度的平均值来标志2)运动粘
5、度 单位：m2/s(此单位太大)=106 mm2/s 是工程实际中经常用到的物理量，国际标准化组织ISO规定采用运动粘度来表示液压油的粘度等级 如如1010号机械油就是指其在号机械油就是指其在4040时的运动粘度的平时的运动粘度的平均值为均值为1010厘斯厘斯(cSt)(cSt)动力粘度与运动粘度不容易测动力粘度与运动粘度不容易测 第10页，本讲稿共34页3)3)相对粘度相对粘度(恩氏粘度)式中：式中：t1 tOC油流出的时间油流出的时间 t220OC蒸馏水蒸馏水流出时间流出时间恩氏粘度与运动粘度的换算关系 通常以20、40、100OC作为标准测定温度，记为：200ml2.8mm恩氏粘度计第1
6、1页，本讲稿共34页（4）粘温特性粘温特性 T T 粘温特性粘温特性粘度的影响：粘度的影响：大，阻力大，能耗大，阻力大，能耗 小，油变稀，泄漏小，油变稀，泄漏限制油温：限制油温：TT，加冷却器，加冷却器 T T，加热器，加热器油液的粘度随温度变化的性质 第12页，本讲稿共34页2.2 液体静力学液体静力学1液体的压力液体单位面积上所受的法向力称为压力。（在物理中称为压强）压力通常以p表示。p F/A(Pa,N/m2;MPa)在液压传动中，所谓在液压传动中，所谓压力压力都是指都是指液体静压力液体静压力 产生原因：来自于液体自重 及其表面所受的作用力 第13页，本讲稿共34页2.静压力的两个特性（
7、1 1）液体的）液体的静压力垂直于其受压表面静压力垂直于其受压表面，且，且方向与该面的方向与该面的内法线方向一致内法线方向一致;因为因为液体只能抵抗压缩液体只能抵抗压缩（2 2）液体内任意点的压力沿）液体内任意点的压力沿各方向大小相等各方向大小相等 反证法：如果不等，则会流动，与假设不符反证法：如果不等，则会流动，与假设不符;第14页，本讲稿共34页静止液体压力的分布静止液体压力的分布 1 1）内部任意点内部任意点处的压力处的压力p p液面上液面上的压力的压力p p。+液体液体自重自重形成的压力形成的压力ghgh两部分组成；两部分组成；2 2）p p随液体深度随液体深度h h呈呈线性规律变化线
8、性规律变化液体在液体在外力作用外力作用的情况下，的情况下，ghgh相对非常小相对非常小，分析液压系统，分析液压系统压力时可忽略不计，可近似认为压力时可忽略不计，可近似认为整个液体内部的压力是相等的整个液体内部的压力是相等的，即其是由外力产生的、作用，即其是由外力产生的、作用于液体单位面积上的力于液体单位面积上的力 p=p p=po o+gh+gh3.静止液体压力的分布液体静力学基本方程第15页，本讲稿共34页液体内部的压力是由外界负载作用所形成的，即压力决定于负载4.压力的传递帕斯卡定律帕斯卡定律：在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值的传递到液体各处。第16页，本讲稿共34页5.5.压力
9、的表示压力的表示1）绝对压力：以绝对真空为基准来度量的压力 2 2）相对压力相对压力：以大气压力为基准来度量的压力：以大气压力为基准来度量的压力 在地球表面上用压力表所测得的压力数值就是相对压在地球表面上用压力表所测得的压力数值就是相对压力，液压技术中的压力一般也都是相对压力力，液压技术中的压力一般也都是相对压力 3）真空度：若液体中某点的压力小于大气压力，那么比大气压力小的那部分数值叫做真空度 绝对压力=相对压力+大气压力 真空度=大气压力-绝对压力 第17页，本讲稿共34页6.6.液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力F=PA固体壁面为平面Fx=PAx固体壁面为曲面第18页，本讲稿共
10、34页2.3 液体动力学基础液体动力学基础 本节主要讨论液体流动时的运动规律、能量转换和流动液体对固体壁面的作用力问题 具体介绍三大方程-连续性方程、伯努利方程及动量方程 第19页，本讲稿共34页1.理想液体与恒定流动恒定流动：当液体流动时，如果液体中任意点处压力、速度和密度都不随时间而变化；反之为非恒定流动 理想液体：无粘性、不压缩实际液体：有粘性、可压缩为了分析和计算方便，先不考虑为了分析和计算方便，先不考虑粘性粘性而对而对 结果结果再修正再修正 第20页，本讲稿共34页过流断面：垂直于流动方向的截面 体积流量：单位时间内流过某一过流断面的液体体积 平均流速：液压缸工作时，活塞的运动速度等
11、于缸内液体的平均流速，当液压缸有效面积一定时，活塞运动速度由输入液压缸的流量决定。2.过流断面、流量和平均流速第21页，本讲稿共34页3.流态液体在管道中流动时存在两种流动状态1）层流：液体流速低，粘性力主导2）紊流：液体流速高，惯性力主导第22页，本讲稿共34页2.4 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失压力损失：实际液体具有粘性，流动时会产生 阻力，克服这种阻力，流动的液体 需要损耗一部分能量，这种能量损失1）沿程压力损失：液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失可分为：沿程压力损失、局部压力损失沿程阻力系数沿程阻力系数理论时理论时=64/Re;=64/Re;金属管实际值金属管
12、实际值=75/Re=75/Re 层流：=0.3164Re=0.3164Re-0.25-0.25 紊流：第23页，本讲稿共34页第24页，本讲稿共34页2）局部压力损失 液体流经管路的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生漩涡，并发生强烈的紊动现象，造成压力损失3）管路系统的总压力损失 p=pp=p+p+p+p+p 压力损失将转变为热能，造成系统温升，压力损失将转变为热能，造成系统温升，泄漏增大泄漏增大第25页，本讲稿共34页2.5 小孔和缝隙流量 液压传动中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 当小孔的通流长度当小孔的通流长度l l和孔径和孔
13、径d d之比，即长之比，即长径比径比l/d=0.5l/d=0.5时，时，称为称为薄壁小孔薄壁小孔；当当0.5l/d40.54l/d4时，时，称为称为细长孔细长孔；孔的类型：第26页，本讲稿共34页 薄壁孔由于流程很短、流量稳定，宜做节流器用。但薄壁孔加工困难，实际应用较多的是短孔。第27页，本讲稿共34页1.小孔流量1 1）通用公式：）通用公式：q=kApq=kApm m式中式中 A A、p p 小孔的过流断面面积和两端压力差；小孔的过流断面面积和两端压力差；k k由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数；由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数；m m由孔的长径比决定，薄壁孔为由孔的长径比决定，薄壁
14、孔为0.5,0.5,细长孔为细长孔为1 1。2强调：上式常用分析小孔的流量压力特性之用 第28页，本讲稿共34页2.缝隙流量1）平板缝隙：2）环缝隙(1)同心圆环缝隙：(2)偏心圆环缝隙：式中：式中：-内外圆同心时的缝隙厚度；内外圆同心时的缝隙厚度；-相对偏心率即相对偏心率即e/e/式中，第一项为压差流动，第二项为剪切流动；式中，第一项为压差流动，第二项为剪切流动；当平板移动方向和压差方向相同时取当平板移动方向和压差方向相同时取“+”，相反时取，相反时取“-”分析：当分析：当=0=0时，它就是同心圆环缝隙；时，它就是同心圆环缝隙；当当=1=1时，其压差流量为同心圆环缝隙的时，其压差流量为同心圆
15、环缝隙的2.52.5倍倍第29页，本讲稿共34页2.6 液压冲击及气穴现象 1.液压冲击1）定义：在液压系统中，因某种原因造成液体压力在一瞬间突然升高时，会产生一个很高的压力峰值，这种现象称为2）类型（1）管路阀门突然关闭时的液压冲击（2）运动部件制动时产生的液压冲击 第30页，本讲稿共34页3）减小液压冲击的措施延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀；向时间可调的换向阀；限制管路流速及运动部件的速度，一般在液压系统限制管路流速及运动部件的速度，一般在液压系统中将管路流速控制在中将管路流速控制在44.5m/s44.5m/s
16、以内；以内；适当增大管径，不仅降低流速，而且减少压力冲击波传适当增大管径，不仅降低流速，而且减少压力冲击波传播速度；播速度；尽量缩短管道长度，可减少压力波的传播时间；尽量缩短管道长度，可减少压力波的传播时间；用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲击的用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲击的能量；也可以在容易出现液压冲击的地方，安装限制压能量；也可以在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀力升高的安全阀 第31页，本讲稿共34页2.气穴现象1）定义：在液压系统中，如果某点出的压力低于液压油所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中得空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡，
17、这种现象称之为气穴。2）产生原因、部位及危害 气穴现象多发生在阀门和泵的吸油口：通流截面较小、泵的安装高度太大、吸油口过滤器和管路阻力、油液粘度等。危害：高温高压、冲击、振动噪声、气蚀 第32页，本讲稿共34页3）减小措施减小阀孔或其它元件通道前后的压力降；减小阀孔或其它元件通道前后的压力降；尽量降低泵的吸有高度，采用内径较大的吸油管并少尽量降低泵的吸有高度，采用内径较大的吸油管并少用弯头，吸油端的过滤器容量要大；用弯头，吸油端的过滤器容量要大；各元件密封处可靠，以防空气进入；各元件密封处可靠，以防空气进入；对易产生气蚀的元件要增大其机械强度对易产生气蚀的元件要增大其机械强度第33页，本讲稿共34页粘温图第34页，本讲稿共34页