液压与气压传动第二章.ppt

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1、第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学液压与气压传动液压与气压传动青岛科技大学机电工程学院青岛科技大学机电工程学院制作人制作人吴天吴天第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学第二章 液压油与液压流体力学 2.1.1液压油的物理特性2.1.4对液压油的要求 2.1.5 液压油的选择第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.1 2.1 液体的物理性质液体的物理性质一、液体的密度和重度液体的密度和重度密度密度密度密度：单位体积液体内所含有的质量：单位体积液体内所含有的质量单位：单位：kg/m3，N.s2/m4重度重度重度重度：单位体积液体的重量：单位体积

2、液体的重量二、流体的压缩性及液压弹簧刚性系数二、流体的压缩性及液压弹簧刚性系数 可压缩性可压缩性可压缩性可压缩性：液体受压力作用其体积会减小的性质：液体受压力作用其体积会减小的性质第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.1 2.1 液体的物理性质液体的物理性质二、可压缩性二、可压缩性 液压油的体积将随压力的增高而减小。液压油的体积将随压力的增高而减小。体积压缩系数体积压缩系数 即单位压力变化下的体积相对变化量即单位压力变化下的体积相对变化量体积变化体积变化初始体积初始体积压力变化压力变化第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学体积弹性模量体积弹性模量K K V

3、V一定，在同样一定，在同样pp下，下，K K 越大越大,V V 越小越小 说明说明K K 越大，液体的抗压能力越强越大，液体的抗压能力越强 矿物油矿物油 K K=(1.4=(1.42.0)2.0)10 10 9 9 N/mN/m 2 2 钢钢 K K=2.06=2.06 10 10 11 11 N/mN/m 2 2 k k钢钢 =100100150 150 k k油油 在静态下工作时，不考虑液体的可压缩性。在静态下工作时，不考虑液体的可压缩性。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.1 2.1 液体的物理性质液体的物理性质液压弹簧及其刚度计算液压弹簧及其刚度计算 封闭在容器中

4、的液体在外力作用封闭在容器中的液体在外力作用下的情况类似弹簧，外力增大体积减下的情况类似弹簧，外力增大体积减小，外力减小体积增大。小，外力减小体积增大。压力变化压力变化体积变化体积变化按弹簧定义按弹簧定义第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学三 粘性附着力附着力 液体与固体表面液体与固体表面 内聚力内聚力 液体分子与分子之间液体分子与分子之间液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内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产生的一种内摩檫力，这种现聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩檫力，这种现象叫做液体的粘性象叫做液体的粘性第二章第

5、二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学粘性示意图粘性示意图下板固定下板固定上板以上板以u u0 0运动运动附着力附着力 A A点：点：u=0 u=0 B B点：点：u=uu=u0 0内摩擦力内摩擦力 两板之间液流速度逐渐小。两板之间液流速度逐渐小。B BA Ax xz z根据实际测定的数据所知，流体根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力层间的内摩擦力T与流体层的接与流体层的接触面积触面积A及流体层的相对流速及流体层的相对流速du成正比，而与此二流体层间的距成正比，而与此二流体层间的距离离dz成反比成反比第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定

6、律 式中：式中：粘度系数粘度系数 du/dz速速度梯度度梯度切应力切应力:当速度梯度变化时，当速度梯度变化时，为不变常数的流体称为牛顿流体，为不变常数的流体称为牛顿流体，为变数的流体称为非牛顿流体。为变数的流体称为非牛顿流体。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学 粘度粘度三种表示方法三种表示方法2)2)运动粘度运动粘度 单位：Pa.S（帕秒）单位：m2/s1)动力粘度动力粘度第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学3)相对粘度(恩氏粘度)式中：式中：t1 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恩氏粘度与运动

7、粘度的换算关系200ml=2.8mm恩氏粘度计第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学粘度与压力的关系第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学粘度与温度的关系粘度与温度的关系 T 影响：影响：大，阻力大，能耗大，阻力大，能耗 小，油变稀，小，油变稀，泄漏泄漏限制油温：限制油温：T，加冷却器，加冷却器 T，加热器，加热器第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学粘温图返回目录第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.1.4 2.1.4 对液压油的要求对液压油的要求1.1.合适的粘度，粘温性好合适的粘度，粘温性好2.2.润滑性能好润滑性能好3

8、.3.杂质少杂质少4.4.相容性好相容性好5.5.稳定性好稳定性好6.6.抗泡性好、防锈性好抗泡性好、防锈性好7.7.凝点低凝点低,闪点、燃点高闪点、燃点高8.8.无公害、成本低无公害、成本低第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学液压油的种类液压油的种类液压油的种类：液压油的种类：（1 1）矿矿物物油油系系液液压压油油（可可燃燃性性）：主主要要由由石石腊腊基基（paraffin paraffin basebase）的的原原油油精精制制而而成成，再再加加抗抗氧氧化化剂剂和和防防锈锈剂剂，为为用用途最多途最多的一种；的一种；其缺点为耐火性差其缺点为耐火性差。（2）耐耐火火性性液液压

9、压油油（难难燃燃性性）：专专用用于于防防止止有有引引起起火火灾灾危危险险的的乳乳化化型型液液压压油油。有有水水中中油油滴滴型型（o/w）和和油油中中水水滴滴形形（w/o）两两种种，水水中中油油滴滴型型（o/w）的的润润滑滑性性差差，会会侵侵蚀蚀油封和金属；油中水滴形（油封和金属；油中水滴形（w/o）化学稳定性很差。）化学稳定性很差。（3）专用液压油专用液压油：航空、舰船、炮用及车辆制动用液压油。：航空、舰船、炮用及车辆制动用液压油。返回目录第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学液压油液的选择液压油液的选择一、液压油液的选择一、液压油液的选择1.1.优先考虑粘性优先考虑粘性 =1

10、1.5=11.5 41.3 41.3 cSt cSt 即即 2020、3030、4040号机械号机械油油2.2.按工作压力按工作压力 p p 高，选高，选大；大；p p 低，选低，选小小3.3.按环境温度按环境温度 T T 高，选高，选大；大；T T 低，选低，选小小4.4.按运动速度按运动速度 v v 高，选高，选小；小；v v 低，选低，选大大5.5.其他其他（污染、抗燃、毒性）（污染、抗燃、毒性）（相容性、稳定性、防锈抗腐）（相容性、稳定性、防锈抗腐）（价格、使用寿命、更换）（价格、使用寿命、更换）工作条件工作条件工作环境工作环境油液质量油液质量经济性经济性返回目录第二章第二章 液压油及

11、液压流体力学液压油及液压流体力学液压油的污染与保养液压油的污染与保养液压油的污染与保养液压油的污染与保养 液液压压油油使使用用一一段段时时间间后后会会受受到到污污染染，常常使使阀阀内内的的阀阀芯芯卡卡死死，并使油封加速并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损，更为严重的会导致油泵损坏。磨耗及液压缸内壁磨损，更为严重的会导致油泵损坏。造成液压油污染的原因有三方面：造成液压油污染的原因有三方面：1）污污染染：（1）侵侵入入物物污污染染；（2）残残留留物物污污染染；（3）生生成成物污染。物污染。2）恶恶化化：液液压压油油的的恶恶化化速速度度与与含含水水量量、气气泡泡、压压力力、油油温温、金属粉末等有关，金属

12、粉末等有关，其其中中以以温温度度影影响响最最大大，故故液液压压设设备备运运转转时时，须须特特别别注意油温之变化。注意油温之变化。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学3）泄泄漏漏：液液压压设设备备因因配配管管不不良良，油油封封破破损损是是造造成成泄泄漏漏的的原原因因，泄泄漏漏发发生生时时空空气气、水水、尘尘埃埃便便可可轻轻易易的的侵侵入入油油中中，故故当当泄泄漏漏发发生生时时，必必须须立立即即加加以以排排除。除。液压油的更换液压油的更换 液压油经长期使用，油质必会恶化，一般皆用目液压油经长期使用，油质必会恶化，一般皆用目视法判定油质是否恶化，视法判定油质是否恶化，当油颜色混蚀并

13、有异味当油颜色混蚀并有异味时，须立即更换时，须立即更换；更换方法有二种：；更换方法有二种：一为定期更一为定期更换（约为换（约为5000-20000小时），其次是采用理化分小时），其次是采用理化分析方法（测量析方法（测量液压油的粘度、酸值、水液压油的粘度、酸值、水分及杂质）确定液压油是否需要更换。分及杂质）确定液压油是否需要更换。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学思考题思考题 1.液压的（液压的（）具有明确的物理意义，它表示了液体在以）具有明确的物理意义，它表示了液体在以 单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力。单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力。A.动力粘度动力粘度

14、 B.运动粘度运动粘度 C.恩氏粘度恩氏粘度 D.赛氏粘度赛氏粘度 2.当系统的工作压力、环境温度较高，工作部件运动速度较当系统的工作压力、环境温度较高，工作部件运动速度较 低时，为减少泄漏，宜采用粘度较（低时，为减少泄漏，宜采用粘度较（）的液压油；当系的液压油；当系 统工作压力、环境温度较低，工作部件运动速度较高时，统工作压力、环境温度较低，工作部件运动速度较高时，为了为了 减少功率损失，宜采用粘度较（减少功率损失，宜采用粘度较（）的液压油。）的液压油。A.高低高低B.高高高高C.低高低高D.低低低低3.我国生产的机械油和液压油采用我国生产的机械油和液压油采用40OC时其（时其（）的）的 标

15、号。标号。A.动力粘度，动力粘度，Pas B.恩氏粘度恩氏粘度OE C.运动粘度运动粘度mm/s D.赛赛 氏粘氏粘 秒秒第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.2 液压静力学基础第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.2.1 液体的压力1 1、液体静压力、液体静压力：静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动中简称压力,在物理学中则称为压强。2.2.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 1）液液体体静静压压力力垂垂直直于于承承压压面面,其其方方向向和和该该面面的的内内法法线线方方向向一致。一致。（2 2）静止液体内任一点

16、所受到的静止液体内任一点所受到的压压力在各个方向上都相等。力在各个方向上都相等。为什么？为什么？如如果果某某点点受受到到的的压压力力在在某某个个方方向向上上不不相相等等,那那么么液液体体就就会流会流动动,这这就就 违违背了液体静止背了液体静止的条件的条件。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.2.2 2.2.2 在重力作用下静止液体的压力分布在重力作用下静止液体的压力分布 a a、静压力基本方程、静压力基本方程 如图所示容器中盛有液体，作如图所示容器中盛有液体，作用在液面上的压力为用在液面上的压力为P P0 0，现在求离，现在求离液面液面h h深处深处A A点压力，在液体内

17、取一点压力，在液体内取一个底面包含个底面包含A A点的小液柱，设其底点的小液柱，设其底部面积为部面积为 A A，高为，高为h h。这个小液柱这个小液柱在重力及周围液体的压力作用下，在重力及周围液体的压力作用下，处于平衡状态。则在垂直方向上的处于平衡状态。则在垂直方向上的力平衡方程为力平衡方程为 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，为液体为液体的重度。的重度。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学液体液体静静压压力基本方程力基本方程说明什么问题说明什么问题2 2 液体液体静静压压力基本方程力基本方程说明什么问题：说明什么问题

18、：（1）静静止止液液体体中中任任何何一一点点的的静静压压力力为为作作用用在在液液面面的压力的压力Po和液体重力所产生的压力和液体重力所产生的压力ggh之和。之和。（2）液体中的静压力随着深度液体中的静压力随着深度h 而线性增加。而线性增加。（3）在在连连通通器器里里，静静止止液液体体中中只只要要深深度度h 相相同同其其压力都相等。压力都相等。p=pp=p0 0+ghgh第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学应用静压力基本方程3 3、应用液体、应用液体静静压压力基本方程力基本方程：例例1-1 1-1 如如图图1-31-3所所示示，容容器器内内盛盛 油油 液液。已已 知知 油油 的

19、的 密密 度度=900kg/m=900kg/m3 3，活活塞塞上上的的作作用用力力F=1000NF=1000N，活活 塞塞 的的 面面 积积A=1A=11010-3-3m m2 2，假假设设活活塞塞的的重重量量忽忽略略不不计计。问问活活塞塞下下方方深深度度为为h=0.5mh=0.5m处处的的压压力力等等于于多多少？少？第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学解解:活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有根据静压力的基本方程式（根据静压力的基本方程式（1-31-3），深度为），深度为h h处的液体压力处的液体压力 =10 =106 6+900+900

20、9.89.80.50.5 =10 =106 6+4410+4410 10106 6(Pa)(Pa)从本例可以看出，液体在受外界压力作用的情况下，液体自重从本例可以看出，液体在受外界压力作用的情况下，液体自重所形成的那部分压力所形成的那部分压力 ghgh相对甚小，在液压系统中常可忽略不相对甚小，在液压系统中常可忽略不计，因而计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我。以后我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这种结论们在分析液压系统的压力时，一般都采用这种结论。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学 如图所示为盛有液体的密闭容如图所示

21、为盛有液体的密闭容器，液面压力为器，液面压力为p p0 0。选择一基准水。选择一基准水平面平面(0(0 x x)，根据静压力基本方程式，根据静压力基本方程式可确定距液面深度为可确定距液面深度为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 液体的位能。单位重量液体的位液体的位能。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。b b、静压力

22、基本方程式的物理意义、静压力基本方程式的物理意义hp第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学 如果在与如果在与A A点等高的容器上，接一根上端封闭并点等高的容器上，接一根上端封闭并抽去空气的玻璃管，可以看到在静压力作用下，液抽去空气的玻璃管，可以看到在静压力作用下，液体将沿玻璃管上升体将沿玻璃管上升h hp p,根据上式对根据上式对A A点有：点有：静压力基本方程式说明：静止液体中单位重量静压力基本方程式说明：静止液体中单位重量液体的压力能和位能可以相互转换，但各点的总能液体的压力能和位能可以相互转换，但各点的总能量保持不变，即量保持不变，即能量守恒。能量守恒。p/+z=z+hp

23、/+z=z+hp p，故，故 p/=hp/=hp p 这说明了这说明了A A处液体质点由于受到静压力作用而处液体质点由于受到静压力作用而具有具有mghmghp p的势能，单位重量液体具有的势能为的势能，单位重量液体具有的势能为h hp p。因为因为h hp p=p/=p/，故，故p/p/为为A A点单位重量液体的压力能点单位重量液体的压力能。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学 2.2.3 2.2.3 压力的表示方法和单位压力的表示方法和单位静压力的表示方法及单位：静压力的表示方法及单位：表示方法表示方法：1 1、绝对压力（以真空为基准）、绝对压力（以真空为基准）2 2、相对

24、压力（以大气压力为基准）、相对压力（以大气压力为基准）绝对压力绝对压力=大气压力大气压力+相对压力相对压力真空度真空度=大气压力大气压力-绝对压力绝对压力单位：单位：PaPa或或N/mN/m2 2 ，kPakPa，MPaMPa工程单位制：工程单位制：kgf/cm2kgf/cm2、bar(bar(巴）、巴）、at(at(工程大气压）工程大气压）atmatm（标准大气压）、液柱高度（标准大气压）、液柱高度思考思考：PaPa是压力的单位还是压强的单位？工程上常用的公是压力的单位还是压强的单位？工程上常用的公斤力指的是什么？斤力指的是什么？第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学注意：由

25、常用液压测试仪所测得的压力均为相对压力，即表压力。注意：由常用液压测试仪所测得的压力均为相对压力，即表压力。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学 2.2.4 2.2.4 静止液体内压力的传递静止液体内压力的传递帕斯卡原理（静压传递原理）：帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭容器内，液体表面的压力可在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递等值传递到液体到液体内部所有各点。内部所有各点。在液压传动系统中，通常有外力产生的压力要比液在液压传动系统中，通常有外力产生的压力要比液体自重形成的压力大很多，因此常常将重力省略不计，体自重形成的压力大很多，因此常常将重力省略不计，而认为而认为“静

26、止液体的压力处处相等。静止液体的压力处处相等。”应用实例应用实例：液压千斤顶液压千斤顶第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.2.5 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力压力作用压力作用在平面上在平面上 液压作用力大小、方向、作用点都与受压面的形状液压作用力大小、方向、作用点都与受压面的形状及受压面上液体压力的分布有关及受压面上液体压力的分布有关。不同点上的压力方向不一致，液压作用不同点上的压力方向不一致，液压作用力在某一方向上的分力等于静压力与该力在某一方向上的分力等于静压力与该曲面在该方向投影面积的乘积。曲面在该方向投影面积的乘积。方向相互平行，液压作用力方向相互

27、平行，液压作用力F F等等于压力于压力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压力作用压力作用在曲面上在曲面上第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学液体静压力作用在固体壁上的力液体静压力作用在固体壁上的力液体静压力作用在固体壁上的力液体静压力作用在固体壁上的力第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.3 2.3 液体动力学基础液体动力学基础第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.32.3 液体动力学液体动力学 流量连续性方程流量连续性方程 伯努利方程伯努利方程 动量方程动量方程主要是研究液体流动时主要是研究液体流动时

28、流速和压力流速和压力的变化规律。的变化规律。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.3 2.3 液体动力学基础液体动力学基础1 1、基本概述、基本概述 理想液体理想液体-无粘性、不可压缩的液体无粘性、不可压缩的液体恒定流动恒定流动液体中任意点的压力、流速、密度不随时液体中任意点的压力、流速、密度不随时 间变化间变化流线流线表示某一瞬间液流各质点运动状态的曲线表示某一瞬间液流各质点

29、运动状态的曲线流束流束流线的集合流线的集合通流面积通流面积与流线正交的通流截面与流线正交的通流截面流量流量单位时间通过通流面积的液体的体积单位时间通过通流面积的液体的体积平均流速平均流速流量流量/有效面积有效面积通流截面通流截面垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学理想液体理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。体。当液体流动时，可以将流动液体当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，中空间任一点上质点的运动参数，例如压力例如压力p

30、p、流速、流速v v及密度及密度表示为表示为空间坐标和时间的函数，例如空间坐标和时间的函数，例如：压力压力p=pp=p（x x，y y，z z，t)t)速度速度v=vv=v（x x，y y，z z，t)t)密度密度=（x x，y y，z z，t t）=第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学雷诺数：雷诺数：其中：其中：为液体运动粘度，为液体运动粘度，v为液体运动的平均速度为液体运动的平均速度DH为水力直径为水力直径当雷诺数小于临界雷诺数时，为层流；当雷诺数小于临界雷诺数时，为层流；当雷诺数大于临界雷诺数时，为紊流。当雷诺数大于

31、临界雷诺数时，为紊流。临界雷诺数见表临界雷诺数见表2-3第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.3.2 2.3.2 连续性方程连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。液体在管内作恒定流液体在管内作恒定流动，任取动，任取1、2两个通流截两个通流截面，根据质量守恒定律，面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截在单位时间内流过两个截面的液体质量相等，即：面的液体质量相等，即：1v1 A1=2v2 A2 不考虑液体的压缩性则得不考虑液体的压缩性则得 q=

32、v A=常量常量 流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反比。反比。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学(3)(3)伯努利方程伯努利方程2)2)实际液体微小流束的伯努利方程实际液体微小流束的伯努利方程实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw为单位质量液体在为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。两截面之间流动的能量损失。3)3)实际液体总流的伯努利方程实际液体总流的伯努利方程 用平均

33、流速替代实际流速用平均流速替代实际流速 伯努利方程的物理意义：伯努利方程的物理意义：在管内作稳定流动的理想流体具有压在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。总和不变，即能量守恒。为动能修正系数，与速度分布有关，速度分布越均匀，为动能修正系数，与速度分布有关，速度分布越均匀，值越接近值越接近1。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学例一例一如图所示为一抽吸设备水平放置，其出口和大气相通，细管处如图所示为一抽吸设备水平放置，其出口和大气相通，细管处截面积截面积A

34、1=3.210-4m2，出口处管道截面积，出口处管道截面积A2=4A1，h=1m，试，试求开始抽吸时，水平管中所必须通过的流量。假设液体为理想求开始抽吸时，水平管中所必须通过的流量。假设液体为理想液体，不计损失。液体，不计损失。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学(4)动量方程动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动流动液体液体和限制其流动的和限制其流动的固体壁面上固体壁面上的相互的相互作用力作用力。2 2)液体液体的动量的动量方程方程 1)动量定理（刚体）：动量定理（刚体）：作用在物体上的全部外力矢量和等于作用

35、在物体上的全部外力矢量和等于物体在力作用方向上的动量变化率。物体在力作用方向上的动量变化率。应用动量方程注意：应用动量方程注意：F、v是矢量；流动液体作用在固体壁是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与壁面作用在液体上的力大小相等、方向相反。面上的力与壁面作用在液体上的力大小相等、方向相反。F=（m v）/t=q（v2-v1）F=（m v）/t推论：作用在液体控制体积上的外推论：作用在液体控制体积上的外力总和力总和等于单位时间内流出控制表面与流等于单位时间内流出控制表面与流入控制入控制表面的液体的动量之差。表面的液体的动量之差。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学例二例二如图所

36、示为一水平放置的固定导板，将直径如图所示为一水平放置的固定导板，将直径d=0.1m，流，流速为速为v=20m/s的射流转过的射流转过90角，试求导板作用于液体合角，试求导板作用于液体合力的大小及方向（力的大小及方向（=1000kg/m3)。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.4 2.4 液体流经小孔和缝隙的流量液体流经小孔和缝隙的流量第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.4 2.4 液体流经小孔和缝隙的流量液体流经小孔和缝隙的流量液体流经小孔的情况可以根据孔长液体流经小孔的情况可以根据孔长l与孔径与孔径d的比值分为三种的比值分为三种情况：情况：l/d0

37、.5时，称为薄壁小孔；时，称为薄壁小孔；0.5l/d4时，称为短孔；时，称为短孔；l/d4时，称为细长时，称为细长孔。液体在薄壁小孔中的流动液体在薄壁小孔中的流动第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学1)流经薄壁小孔的流量通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度影响较小影响较小.但流量与孔口前后压差的关系是非线性的但流量与孔口前后压差的关系是非线性的。C Cd d称为小孔流量系数，流量系数一般称为小孔流量系数，流量系数一般由实验确定由实验确定 。pp为小孔前后压差。为小孔前后压差。第二章第二章 液压油及液压流体力学

38、液压油及液压流体力学2)2)流经细长孔和短孔的流量流经细长孔和短孔的流量液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化。液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化。但细长小孔的流量与孔前后的压差关系是线性的。但细长小孔的流量与孔前后的压差关系是线性的。A A是细长小孔的通流截面积是细长小孔的通流截面积液流流经短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量计算式，但其中的液流流经短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量计算式，但其中的流量系数不同流量系数不同。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学3)3)统一的经过小孔的流量公式统一的经过小孔的流量公式 式中式中A:孔的通流截面积，孔的通流截面积，p:

39、孔前后压差，孔前后压差，m:由孔结构形式决定的指数由孔结构形式决定的指数,0.5m1k:由孔口形式有关的系数由孔口形式有关的系数当孔为薄壁小孔时，当孔为薄壁小孔时，m=0.5,为细长小孔时为细长小孔时m=1，（1）由）由K知，液体通过薄壁小孔的流量与液体的粘度无关，与知，液体通过薄壁小孔的流量与液体的粘度无关，与直径的直径的2次方成正比，而通过细长孔的流量与粘度有关，与直径次方成正比，而通过细长孔的流量与粘度有关，与直径的四次方成正比。的四次方成正比。（2）由）由m知，当孔口前后的压差发生相同变化时，薄壁孔的流知，当孔口前后的压差发生相同变化时，薄壁孔的流量变化较小，所以在液压传动中常以薄壁小

40、孔做为节流孔。量变化较小，所以在液压传动中常以薄壁小孔做为节流孔。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学2.5 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学(一一)液压冲击现象液压冲击现象在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变速度急速地改变(变向或停止变向或停止)，由于流动液体的惯性或运动，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为现象称为液压冲击液压冲击(水力

41、学中称为水锤现象水力学中称为水锤现象)。2.5 2.5 液压冲击及气蚀现象液压冲击及气蚀现象理想情况下冲击压力的变化规律理想情况下冲击压力的变化规律实际情况下冲击压力的变化规律实际情况下冲击压力的变化规律第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学液压冲击引起的结果液压冲击引起的结果 液压冲击峰值压力液压冲击峰值压力工作压力。引起振动、噪声、导致某工作压力。引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、管路等些元件如密封装置、管路等 损坏；使某些元件（如压力损坏；使某些元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系继电器、顺序阀等）产生误动作，影响系 统统 正常工作。正常工作。减小液压冲

42、击的措施减小液压冲击的措施 1 1）延长阀门关闭和运动部件换向的时间。延长阀门关闭和运动部件换向的时间。2 2）限制管道流速及运动部件速度）限制管道流速及运动部件速度 v v管管 5m/s 5m/s，v v缸缸 10m/min10m/min。3 3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。）加大管道直径，尽量缩短管路长度。4 4）采用软管，以增加系统的弹性。）采用软管，以增加系统的弹性。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学(二二)气穴及气蚀气穴及气蚀液压系统中，由于某种原因（如速度突变），使液压系统中，由于某种原因（如速度突变），使 压力压力降低而使气泡产生的现象也称降低而使气泡产生

43、的现象也称（空穴）现象（空穴）现象。2.7 2.7 液压冲击及气蚀现象液压冲击及气蚀现象空穴和气蚀现象示意图空穴和气蚀现象示意图空气分离压空气分离压第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学气穴现象引起的结果气穴现象引起的结果1 1 液流不连续，流量、压力脉动液流不连续，流量、压力脉动。减小气穴的措施减小气穴的措施 1 1）减小小孔和缝隙前后压力降，希望）减小小孔和缝隙前后压力降，希望 p1/p2 3.5 p1/p2 3.5。2 2）管路密封要好，防止空气渗入。）管路密封要好，防止空气渗入。3 3）限制泵吸油口离油面高度，泵吸油口要有足够的管）限制泵吸油口离油面高度，泵吸油口要有足

44、够的管 径。限制流速，整个管路尽可能平直。径。限制流速，整个管路尽可能平直。2 2 系统发生强烈的振动和噪声。系统发生强烈的振动和噪声。3 3 发生气蚀现象。发生气蚀现象。第二章第二章 液压油及液压流体力学液压油及液压流体力学例三例三 如如图图所所示示液液压压泵泵的的流流量量q=25L/min，压压力力p=900kg/m3，吸吸油油管管直直径径d=25mm，液液压压泵泵吸吸油油口口距距液液面面高高度度H=1m，粗粗滤滤网网的的压压力力降降pr=0.01MPa，液液压压油油为为20号号机机油油，40时时运运动动粘粘度度=2010-2cm2/s，室室温温时时=14210-2cm2/s，油油的的空空气气分分离离压压为为0.4105Pa，求求液液压压泵泵的的吸吸口口处处最最大大真空度及判真空度及判别别是否会出是否会出现现空穴空穴现现象。象。