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1、液压传动与气压传动液压流体力学第1页，共94页，编辑于2022年，星期日一、液压技术基础知识一、液压技术基础知识 本章讲述液压传动的工作介质-油液的种类、物理性质、研究油液的静力学、运动学和动力学规律。二、液压介质二、液压介质二、液压介质二、液压介质 液压介质要完成的功能有：液压介质要完成的功能有：传递能量和信号；润滑液压元件，减少摩擦和磨损；散热；防止锈蚀；防止锈蚀；密封液压元件对偶摩擦副中的间隙；密封液压元件对偶摩擦副中的间隙；传输、分离和沉淀非可溶性污染物；传输、分离和沉淀非可溶性污染物；为元件和系统失效提供诊断信息等等。为元件和系统失效提供诊断信息等等。第2页，共94页，编辑于2022
2、年，星期日第一节第一节 油液的主要物理性质油液的主要物理性质一、粘性一、粘性 1）粘性的概念粘性的概念 液体在外力作用流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。如图：第3页，共94页，编辑于2022年，星期日第4页，共94页，编辑于2022年，星期日 由试验得：内摩擦阻力T与油层接触面积A，相对运动速度du成正比，与油层距离dz成反比，还与油液的性质有关，即：T=Adu/dz 为比例常数，有时称为粘性系数或粘度。以表示切应力，即单位面积上的内摩擦力，则=du/d
3、z（1-5）这就是牛顿的液体内摩擦定律。第5页，共94页，编辑于2022年，星期日2）粘度 液体的粘性大小可用粘度来表示。粘度的表示方法有动液体的粘性大小可用粘度来表示。粘度的表示方法有动力粘度力粘度、运动粘度、运动粘度、相对粘度。、相对粘度。（1 1）动力粘度）动力粘度 式（式（1-51-5）中）中 为由液体种类和温度决定的比例系数，它为由液体种类和温度决定的比例系数，它是表征液体粘性的内摩擦系数。是表征液体粘性的内摩擦系数。如果用它来表示液体粘度的大小，就称为动力粘度，或如果用它来表示液体粘度的大小，就称为动力粘度，或称绝对粘度。称绝对粘度。动力粘度动力粘度 的物理意义是：液体在单位速度梯
4、度下流动的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为PaPa s s（帕（帕 秒，Ns/m2 s/m2）。）。第6页，共94页，编辑于2022年，星期日（2）运动粘度 液体的动力粘度与其密度的比值，称为液体的运动粘度，即=/=/（1-61-6）运动粘度的单位为运动粘度的单位为m2/sm2/s。就物理意义来说，不是一个粘度的量，但习惯上常用它来标志液体粘度，液压油液的粘度等级是以40时运动粘度（以mm2/s计）的中心值来划分的。例如，牌号为例如，牌号为L LHL22的普通液压油在40时运动粘度的中心值为22 mm2
5、/s（L表示润滑剂类，H表示液压油，L表示防锈抗氧型）。第7页，共94页，编辑于2022年，星期日（3）相对粘度 相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度EE、赛氏粘、赛氏粘度度SSUSSU、雷氏粘度、雷氏粘度ReRe等。我国和德国等国家采用恩氏粘度。等。我国和德国等国家采用恩氏粘度。3）粘度的影响因素粘度的影响因素 液体的粘度随液体的压力和温度而变。液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压油来说，压力增大时，粘度增大，但影响很小，通常忽略不计。液压油的粘度对温度变化
6、十分敏感。温度升高时，粘度液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度下降。在液压技术中，希望工作液体的粘度随温度变化下降。在液压技术中，希望工作液体的粘度随温度变化越小越好。越小越好。第8页，共94页，编辑于2022年，星期日 二、压缩性 液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。液体的压缩性可用体积压缩系数 表示。液体体积压缩系数的倒数，称为液体的体积弹性模量，以表示，即 K K1/1/液压油的体积弹性模量和温度、压力以及含在油液液压油的体积弹性模量和温度、压力以及含在油液中的空气有关。中的空气有关。第9页，共94页，编辑于2022年，星期日封闭在容器内的液体在外力作用下的
7、情况极像一个弹簧（称为液压弹簧）：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。液体的可压缩性很小，在一般情况下当液压系统在稳态下工作时可以不考虑可压缩的影响。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，就需要考虑液体可压缩性的影响。第10页，共94页，编辑于2022年，星期日三、油液中的气体对粘性及压缩的影响三、油液中的气体对粘性及压缩的影响 气体混入液体有两种方式：溶入：对粘性和压缩性没影响。混入：使液体的粘度增加，体积弹性模量减小。第11页，共94页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 流体静力学流体静力学流体静力学主要是讨论液体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。所谓“液体静止”
8、指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现粘性而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止的还是匀速、匀加速运动都没有关系。第12页，共94页，编辑于2022年，星期日一、液体静压力及其特性一、液体静压力及其特性 作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力：单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，质量力：单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于加速度。在数值上等于加速度。表面力：是与液体相接触的其它物体（如容器或其它液表面力：是与液体相接触的其它物体（如容器或其它液体）作用在液体上的力，这是外力；也可以是一部分液体）作用在液体上的力，这是外力；也可以是一部分液体作用在另一部分液体上的
9、力，这是内力。体作用在另一部分液体上的力，这是内力。单位面积上作用的表面力称为应力，它有法向应力单位面积上作用的表面力称为应力，它有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。力。第13页，共94页，编辑于2022年，星期日由于液体质点间的凝聚力很小，不能受拉，只能受压，所以液体的静压力具有两个重要特性：液体静压力的方向总是作用在内法线方向上；静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。液体内某点处单位面积液体内某点处单位面积A A
10、上所受到的法向力上所受到的法向力F F之比，之比，称为压力称为压力p p（静压力），即（静压力），即第14页，共94页，编辑于2022年，星期日二、静止液体平衡的微分方程单位质量力在各坐标轴的分量记为X、Y、Z。则在x分量上为：六面体在x方向的受力平衡方程：第15页，共94页，编辑于2022年，星期日第16页，共94页，编辑于2022年，星期日三、重力场中静止液体压力分布规律三、重力场中静止液体压力分布规律 1.求任意点A的压力，如图。假设有一垂直小液柱；在平衡状态下，有：在平衡状态下，有：所以有：式中 g为重力加速度。上式即为液体静压力的基本方程。这里的FG即为液柱的重量：第17页，共94页
11、，编辑于2022年，星期日由液体静压力基本方程可知:静止液体内任一点处的压力由两部分组成，一部分是液面上的压力p0，另一部分是重力引起的压力gh。同一容器中同一液体内的静压力随液体深度h的增加而线性地增加。连通器内同一液体中深度h相同的各点压力都相等。第18页，共94页，编辑于2022年，星期日四四.压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位1、压力的单位、压力的单位:我国法定压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa=1 N/m2。由于Pa太小，工程上常用其倍数单位兆帕（MPa）来表示：压力单位及其它非法定计量单位的换算关系:1at（工程大气压）=1kgf/cm2=9.8104 Pa 1mH
12、2O(米水柱)=9.8103 Pa 1mmHg(毫米汞柱)=1.33102 Pa第19页，共94页，编辑于2022年，星期日2 2、压力的表示法：、压力的表示法：绝对压力和相对压力绝对压力和相对压力绝对压力和相对压力绝对压力和相对压力。绝对压力是以绝对真空作为基准所表示的压力；绝对压力是以绝对真空作为基准所表示的压力；相对压力是以大气压力作为基准所表示的压力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。绝对压力与相对压力的关系为：压力也称表压力。绝对压力与相对压力的关系为：绝对绝对压力相对压力大气压力压力相对压力大气压力
13、如果液体中某点处的绝对压力小于大气压如果液体中某点处的绝对压力小于大气压,这时在这个这时在这个点上的绝对压力比大气压小的部分数值称为真空度。即：点上的绝对压力比大气压小的部分数值称为真空度。即：真空度大气压绝对压力真空度大气压绝对压力第20页，共94页，编辑于2022年，星期日绝对压力、相对压力和真空度的相对关系：第21页，共94页，编辑于2022年，星期日五、帕斯卡原理五、帕斯卡原理 根据静压力基本方程根据静压力基本方程(p=p0+gh),盛盛放在密闭容器内的液体，其外加压力放在密闭容器内的液体，其外加压力p0发发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态
14、不变，液体中任一点的压力均将发生同样态不变，液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。大小的变化。这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。帕斯卡原理应用第22页，共94页，编辑于2022年，星期日第23页，共94页，编辑于2022年，星期日 如图一个密闭容器，按帕斯卡原理，液压缸内压力到处相等，p1p2，于是 如果垂直液压缸的活塞上没有负载，则当略去活塞重量及其它阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞，也不能在液体中形成压力，这说明液压系统中的压力是由外界负载决定的。第24页，共94页，编辑于2022年，星期日六、液体静压力对固体壁面
15、的作用力六、液体静压力对固体壁面的作用力 曲面上液压作用力在某一方向上的分力等于静压力和曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。FpApD2/4 液体静压力对固体壁面的作用力：第25页，共94页，编辑于2022年，星期日例：液体静压力对固体壁面的作用力 FpApd2/4第26页，共94页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 液体动力学液体动力学 一、液体运动的基本概念一、液体运动的基本概念1、理想液体及定常流动、理想液体及定常流动：1 1）理想液体：既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。）理想液体：既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。2 2）定长流动：）定长流动：）定长流动：）定长流动：液体
16、流动时，若液体中任何一点的压力、速液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为定常流度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为定常流动。否则，只要压力、速度和密度有一个量随时间变化，动。否则，只要压力、速度和密度有一个量随时间变化，则这种流动就称为非定常流动。则这种流动就称为非定常流动。第27页，共94页，编辑于2022年，星期日2、过流断面、流量和平均流速、过流断面、流量和平均流速1）过流断面：与液体流动方向）过流断面：与液体流动方向垂直的液体横断面称为过流垂直的液体横断面称为过流断面，它可能是平面或者曲断面，它可能是平面或者曲面面。2 2）流量单位时间内
17、通过过流）流量单位时间内通过过流）流量单位时间内通过过流）流量单位时间内通过过流截面的液体的体积称为流截面的液体的体积称为流截面的液体的体积称为流截面的液体的体积称为流量。以量。以量。以量。以q q表示。表示。表示。表示。第28页，共94页，编辑于2022年，星期日 3)平均流速 由于液体的粘性，过流断面上液体的流速不尽相同，通常以平均速度v来代替实际流速，即假想单位时间流过过流断面的液体体积等于按实际流速通过同一断面的液体体积。第29页，共94页，编辑于2022年，星期日二、连续性方程二、连续性方程 假设液体作定常流动，且不可压缩。任取一流管，两端通流截面面积为A1、A2，在流管中取一微小流
18、束，流束两端的截面积分别为dA1和dA2，在微小截面上各点的速度可以认为是相等的，且分别为u1和u2。第30页，共94页，编辑于2022年，星期日根据质量守恒定律，在dt时间内流入此微小流束的质量应等于此微小流束流出的质量：对整个流管：第31页，共94页，编辑于2022年，星期日 如用平均流速表示，得 由于流通流截面是任意取的，故有 上式称为不可压缩液体作定常流动时的连续性方程。它说明:通过流管任一通流截面的流量相等。液体的流速与管道通流截面积成反比.在具有分歧的管路中具有q1=q2+q3的关系.第32页，共94页，编辑于2022年，星期日三、伯努利方程三、伯努利方程 伯努利方程就是能量守衡定
19、律在流动液体中的表现形式。(动能定理)1、理想液体的运动微分方程、理想液体的运动微分方程 在微小流束上，取截面积为dA，长为 的微元体，现研究理想液体定常流动条件下在重力场中沿流线运动时其力的平衡关系。第33页，共94页，编辑于2022年，星期日根据牛顿第二定律：第34页，共94页，编辑于2022年，星期日一元定长流运动微分方程欧拉运动方程第35页，共94页，编辑于2022年，星期日2、理想液体的伯努利方程、理想液体的伯努利方程 沿流线对欧拉运动方程积分得定常流动的伯努定常流动的伯努利方程利方程位能压力能动能机械能第36页，共94页，编辑于2022年，星期日物理意义：第一项为单位重量液体的压力
20、能称为比压能（第一项为单位重量液体的压力能称为比压能（p/g p/g）；）；第二项为单位重量液体的动能称为比动能（第二项为单位重量液体的动能称为比动能（u u2 2/2g/2g）；）；第三项为单位重量液体的位能称为比位能（第三项为单位重量液体的位能称为比位能（z z）。）。由于上述三种能量都具有长度单位，故又分别称为压力水头、速由于上述三种能量都具有长度单位，故又分别称为压力水头、速度水头和位置水头。三者之间可以互相转换，但总和（度水头和位置水头。三者之间可以互相转换，但总和（H H，称为，称为总水头）为一定值。总水头）为一定值。第37页，共94页，编辑于2022年，星期日3实际液体总流的伯努
21、利方程实际液体总流的伯努利方程 实际液体都具有粘性，因此液体在流动时还需克服由于粘性所引起的摩擦阻力。实际液体微小流实际液体微小流束的伯努利方程束的伯努利方程第38页，共94页，编辑于2022年，星期日 将微小流束扩大到总流，由于在通流截面上速度u是一个变量，若用平均流速代替，则必然引起动能偏差，故必须引入动能修正系数。于是实际液体总流的伯努利方程为 由液体粘性引起的能量损失 1，2-动能修正系数，一般在紊流时取 1，层流时取2。第39页，共94页，编辑于2022年，星期日5伯努利方程应用举例伯努利方程应用举例例2-4：h0011第40页，共94页，编辑于2022年，星期日第41页，共94页，
22、编辑于2022年，星期日四、动量方程四、动量方程 液体作用在固体壁面上的力，用动量定理来求解比较方便。动量定理：作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即：n n取分离体:以平均流速以平均流速u1u1流进控流进控制体，以平均流速u2流出控制体。第42页，共94页，编辑于2022年，星期日微小流束扩大到总流，对液体的作用力合力为微小流束扩大到总流，对液体的作用力合力为 经过时间经过时间dtdt微元的动量变化是微元的动量变化是:第43页，共94页，编辑于2022年，星期日例2-5：如图第44页，共94页，编辑于2022年，星期日例2-6Dd第45页，共94页，编辑于2022年，
23、星期日建立1面和2面得伯努力方程：第46页，共94页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失 压力损失的基本概念压力损失的基本概念压力损失的基本概念压力损失的基本概念:在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失 ，分，分为两类：为两类：沿程压力损失沿程压力损失和和和和局部压力损失局部压力损失局部压力损失局部压力损失 1 1、沿程压力损失：、沿程压力损失：、沿程压力损失：、沿程压力损失：油液沿等直径直管流动时所产生的油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外摩压力损失，这类压力损失是由液
24、体流动时的内、外摩擦力所引起的。擦力所引起的。2、局部压力损失：、局部压力损失：是油液流经局部障碍（如弯管、接是油液流经局部障碍（如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。压力损失。第47页，共94页，编辑于2022年，星期日一、层流、流态、雷诺数一、层流、流态、雷诺数1层流和紊流层流和紊流 层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，
25、且平行于管道轴线；紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。液流状态：a）层流b）层流开始破坏 第48页，共94页，编辑于2022年，星期日c）流动趋于紊流 d）紊流 第49页，共94页，编辑于2022年，星期日层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。第50页，共94页，编辑于2022年，星期日2 2雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数 实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速实验表明真
26、正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v v、液体的运动粘度液体的运动粘度、管径、管径d d三个数所组成的一个称为雷诺数三个数所组成的一个称为雷诺数ReRe的无量纲数，即的无量纲数，即 临界雷诺数：当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。第51页，共94页，编辑于2022年，星期日对圆形管道：对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算 式中式中 R R为通流截面的水力半径。它等于液流的有效截面积为通流截面的水力半径。它等于液流的有效截面积A A和它和它的湿周的湿周（通流截面上与液体接触的固体壁面的周长）之比，即（通流截面上
27、与液体接触的固体壁面的周长）之比，即 R RA/A/第52页，共94页，编辑于2022年，星期日二、沿程压力损失二、沿程压力损失 液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的，称之为沿程压力损失，它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。液体的流态不同，沿程压力损失也不同。液体在圆管中层流流动在液压传动中最为常见，因此，在设计液压系统时，常希望管道中的液流保持层流流动的状态。第53页，共94页，编辑于2022年，星期日1 1、圆管层流运动的压力损失、圆管层流运动的压力损失、圆管层流运动的压力损失、圆管层流运动的压力损失11）液体在直径d的圆管中作层流运动，圆管水平放置，在管内
28、取一段与管轴线重合的小圆柱体，设其半径为r，长度为l。其受力平衡方程式为：(2-1)x第54页，共94页，编辑于2022年，星期日由液体内摩擦定律可知：第55页，共94页，编辑于2022年，星期日当R=r时，u=0，则：则（2-2）速度分布表达式为：第56页，共94页，编辑于2022年，星期日(2)管路中的流量：上图所示抛物体体积，是液体单位时间内流过通流截面的体积即流量。为计算其体积，可在半径为r处取一层厚度为dr的微小圆环面积，通过此环形面积的流量为：第57页，共94页，编辑于2022年，星期日(2)平均流速。设管内平均流速为，则：对比可得平均流速与最大流速的关系：（2-3）第58页，共9
29、4页，编辑于2022年，星期日(3)沿程压力损失。层流状态时，液体流经直管的沿程压力损失可从式(2-3)求得：第59页，共94页，编辑于2022年，星期日紊流时的压力损失紊流时的压力损失 紊流流动现象很复杂的，因此紊流状态下液体流动的压紊流流动现象很复杂的，因此紊流状态下液体流动的压力损失仍用上式来计算，力损失仍用上式来计算，式中的式中的 值不仅与雷诺数值不仅与雷诺数ReRe有关，有关，而且与管壁表面粗糙度有关。而且与管壁表面粗糙度有关。（光滑管）（粗糙管）第60页，共94页，编辑于2022年，星期日三、局部压力损失三、局部压力损失 局部压力损失是液体流经阀口、弯管、通流截面局部压力损失是液体
30、流经阀口、弯管、通流截面变化等所引起的压力损失。液流通过这些地方时，由变化等所引起的压力损失。液流通过这些地方时，由于液流方向和速度均发生变化，形成旋涡（如图），于液流方向和速度均发生变化，形成旋涡（如图），使液体的质点间相互撞击，从而产生较大的能量损耗。使液体的质点间相互撞击，从而产生较大的能量损耗。第61页，共94页，编辑于2022年，星期日局部压力损失的计算公式为：第62页，共94页，编辑于2022年，星期日四、管路系统中的总压力损失四、管路系统中的总压力损失 管路系统中的总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失和局部压力损失之和，即：第63页，共94页，编辑于2022年，星期日例2-7
31、Dd装载机动臂的油路系统如图，除阀和滤油器外，管道尺寸及附件有：第64页，共94页，编辑于2022年，星期日第65页，共94页，编辑于2022年，星期日第66页，共94页，编辑于2022年，星期日第67页，共94页，编辑于2022年，星期日第五节第五节 孔口和缝隙流动孔口和缝隙流动在液压系统的管路中，装有截面突然收缩的装置，称为节流装置（节流阀）。突然收缩处的流动叫节流，一般均采用各种形式的孔口来实现节流-节流口.液体流经孔口时的分析：l/d0.5时为薄壁小孔；l/d4时为细长小孔；0.5 l/d 4时为厚壁孔。l为小孔的通流长度；d为小孔的孔径。第68页，共94页，编辑于2022年，星期日一
32、、液体流经小孔的普遍规律液体质点突然加速，惯性力作用 收缩截面2-2，然后再扩散造成能量损失，并使油液发热收缩截面面积A2 22 2和孔口截面积A的比值称为收缩系数Cc，即 Cc=A Cc=A2 22 2/A /A 第69页，共94页，编辑于2022年，星期日式中CdCvCc为小孔流量系数。Cd和Cc一般由实验确定第70页，共94页，编辑于2022年，星期日对厚壁孔口，Cc1；因此Cd=Cv，流速和流量公式和小孔流量完全相同。2）流经细长小孔的流量计算）流经细长小孔的流量计算 液体流经细长孔时，一般都是层流状态，可直接应液体流经细长孔时，一般都是层流状态，可直接应用前面已导出的直管流量公式来计
33、算，当孔口的截面积用前面已导出的直管流量公式来计算，当孔口的截面积为为A=d2/4A=d2/4时，可写成时，可写成 第71页，共94页，编辑于2022年，星期日二、缝隙液流二、缝隙液流 1、平行平板的间隙流动有如下四种情况：1）固定平行平板间隙流动（压差流动）2）平行平板有相对运动时的间隙流动两平行平板有相对运动，但无压差（剪切流）3）两平行平板既有相对运动，两端又存在压差时的流动。第72页，共94页，编辑于2022年，星期日2、圆柱环形间隙流动：如下三种情况 1 1）同心环形间隙在压差作用下的流动；）同心环形间隙在压差作用下的流动；2 2）偏心环形间隙在压差作用下的流动；）偏心环形间隙在压差
34、作用下的流动；3 3）内外圆柱表面有相对运动又存在压差的流动）内外圆柱表面有相对运动又存在压差的流动。3、流经平行圆盘间隙径向流动的流量 第73页，共94页，编辑于2022年，星期日（一）平行平板的间隙流动 第74页，共94页，编辑于2022年，星期日微小单元体微小单元体dxdydxdy沿沿X X方向的受力平衡方程为：方向的受力平衡方程为：将将 代入上式得代入上式得对上式两次积分得对上式两次积分得 C1C1、C2C2为积分常数。为积分常数。（5-1）第75页，共94页，编辑于2022年，星期日1）、压差流动）、压差流动 上下两平板固定不动，液体在间隙两端压差作用下而在间隙中流动。由边界条件：y
35、=0时，u=0；y=h 时，u=0。及dp/dx=p/l，可得 2、剪切流动 两平板有相对运动速度v，但无压差。第76页，共94页，编辑于2022年，星期日由边界条件：y=0时，u=0；y=h 时，u=v。及dp/dx=p/l，可得 2）两平板即有相对运动，两端又有压差的流动。以上两种的线形叠加：以上两式中的正负号确定：长平板相对短平板运动方向与压差流动方向一致时，取“+”；反之，取“-”。第77页，共94页，编辑于2022年，星期日（二）圆柱环形间隙流动（二）圆柱环形间隙流动 1、同心环形间隙在压差作用下的流动 将bd 带入（5-1）：第78页，共94页，编辑于2022年，星期日2、偏心环形
36、间隙在压差作用下的流动 第79页，共94页，编辑于2022年，星期日（三）（三）流经平行圆盘间隙径向流动的流量流经平行圆盘间隙径向流动的流量 第80页，共94页，编辑于2022年，星期日1、液压冲击产生的原因、液压冲击产生的原因 当阀门K瞬间关闭时，管道中便产生液压冲击液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变。另外液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时，由工作部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油液产生液压激振，导致液压冲击。第六节第六节 液压冲击和气蚀现象液压冲击和气蚀现象一、液压冲击一、液压冲击第81页，共94页，编辑于2022年，星期日第8
37、2页，共94页，编辑于2022年，星期日液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击，如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调。也即液压冲击。如图所示，有一较大的容腔（如液压缸或蓄能器）和在另一端装有阀门的管道相连，容腔的体积较大，认为其中的压力p是恒定的，阀门开启时，管道内的液体以流速v流过当不考虑管中的压力损失时，即均等于p。第83页，共94页，编辑于2022年，星期日第84页，共94页，编辑于2022年，星期日2、冲击压力及液压冲击波的传递速度、冲击压力及液压冲击波的传递速度 下面定量分析阀门突然关闭时所产生的冲击压力的计算。下面定量分析阀门突然关闭时所
38、产生的冲击压力的计算。设当阀门突然关闭时，在某一瞬间设当阀门突然关闭时，在某一瞬间tt时间内，与阀紧邻的一段液体时间内，与阀紧邻的一段液体mnmn先停止下来，其厚度为先停止下来，其厚度为ll，体积为，体积为AlAl，质量为，质量为AlAl，此小段液体，此小段液体tt时间内受上面液层的影响而压缩，尚在流动中的液体以速度时间内受上面液层的影响而压缩，尚在流动中的液体以速度v0v0流流入该层压缩后所空出的空间。入该层压缩后所空出的空间。第85页，共94页，编辑于2022年，星期日若以若以p0p0代表阀前初始压力，而以代表阀前初始压力，而以(p0+p)(p0+p)代表骤然关闭代表骤然关闭后的压力。若后
39、的压力。若mmmm段面上的压力为段面上的压力为(p0+p)(p0+p)，而，而nnnn段面段面上为上为p0p0，则在，则在tt时间内，轴线方向作用于液体外力的冲时间内，轴线方向作用于液体外力的冲量为量为(-At)(-At)。同时在液体层。同时在液体层mnmn的动量的增量值为的动量的增量值为(-(-Alv0)Alv0)。对此段液体运用动量定理，可得：。对此段液体运用动量定理，可得：冲击压力第86页，共94页，编辑于2022年，星期日如阀门不是一下全闭，而是突然使流速从v0下降为v，则p应具有如下形式：式中：c为冲击波传播速度(又称水锤波速度)，c=l/t。3.液压冲击的危害及减少措施破坏形式主要
40、有：剧烈震动、噪音。第87页，共94页，编辑于2022年，星期日防止液压冲击的措施：（1）缓慢开闭阀门以增长关闭油路的时间，或减缓阀芯的换向速度；（2）加大油管直径以降低液流速度；（3）在系统中设置储能器和安全阀；（4）在液压元件中设置缓冲装置；（5）采用橡胶软管吸收液压冲击时的能量。第88页，共94页，编辑于2022年，星期日 在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称为空穴现象。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，这种现象称为液压冲击。一、油液的空气分离压和饱和蒸气压一、油液的空气分离压和饱和蒸气压 1、过饱和状态 二、气穴和气
41、蚀现象第89页，共94页，编辑于2022年，星期日在一定的温度下，如压力降低到某一值时，过饱在一定的温度下，如压力降低到某一值时，过饱和的空气将从油液中分离出来形成气泡，这一压力值和的空气将从油液中分离出来形成气泡，这一压力值称为该温度下的空气分离压。称为该温度下的空气分离压。当液压油在某温度下的压力低于某一数值时，油当液压油在某温度下的压力低于某一数值时，油液本身迅速汽化，产生大量蒸气气泡，这时的压力称液本身迅速汽化，产生大量蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸气压。为液压油在该温度下的饱和蒸气压。一般来说，液压油的饱和蒸气压相当小一般来说，液压油的饱和蒸气压相当小,比空气比空气
42、分离压小得多，因此，要使液压油不产生大量气泡，分离压小得多，因此，要使液压油不产生大量气泡，它的压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离它的压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离压。压。第90页，共94页，编辑于2022年，星期日2、空穴现象举例、空穴现象举例 1）节流口处的空穴现象第91页，共94页，编辑于2022年，星期日2）液压泵的空穴现象 液压泵吸油管直径太小时、或吸油阻力太大、或液压泵转速过高。由于吸油腔压力低于空气分离压而产生空穴现象。形成气泡第92页，共94页，编辑于2022年，星期日危害：这些气泡随着液流流到下游压力较高的部位时，会因承受不了高压而破灭，产生局部的液压冲击
43、，发出噪声并引起振动，当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥落，使表面粗糙，或出现海绵状的小洞穴。这种固体壁面的腐蚀、剥蚀的现象称为气蚀。第93页，共94页，编辑于2022年，星期日3、减小空穴现象的措施、减小空穴现象的措施 在液压系统中的任何地方，只要压力低于空气分离压，就会发生空穴现象。为了防止空穴现象的产生，就是要防止液压系统中的压力过度降低，具体措施有：（1）减小流经节流小孔前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于3.5。（2）正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径。（3）提高零件的抗气蚀能力，增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等。第94页，共94页，编辑于2022年，星期日