第二章液压传动的基础

第二章液压传动的基础 • 2.1液压传动工作介质 • 2.2液体静力学 • 2.3液体动力学 • 2.4液体流经管路内压力损失计算 • 2.5液体流经小孔及缝隙的流量 • 2.6液压冲击空穴与现象

2.1液压传动工作介质 • 2.1.1液压油的主要物理性质 1.可压缩性液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 ∵ p↑ v↓ ∴为保证κ为正值，式中须加负号

2.粘性 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间的相对运动而产生一种内摩擦力。注意：静止液体不呈现粘性。

液体的粘性大小可用粘度来表示。 表示方法：动力粘度、运动粘度、相对粘度。粘度和压力的关系： P↑，F↑，η ↑ 但其影响较小，一般在32Mpa以上才考虑。粘度和温度的关系：温度↑，内聚力↓，η↓。

2.1.2对液压油的要求 • 合适的粘度，粘温特性好； • 润滑性好； • 相容性好，化学稳定性好； • 质地纯净，抗泡沫性好； • 闪点要高，凝固点要低。 • 污染小，成本低，对人体无害。

2.1.3液压油分类及选择 1.种类：石油型、乳化型、合成型 2.选择：主要考虑系统的工作环境和工作条件。（1）按工作压力 p 高，η大； p 低，η小。（2）按环境温度 T 高，η大； T低，η小。（3）按运动速度 v 高，η小； v低，η大。

2.2 液体静力学 • 2.2.1液体静压力及其特性 • 静压力: 是指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力 • 若法向力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为: • 静压力的特性: • 液体的静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向 • 静止液体中任何一点所受到各个方向的压力都相等

2.2.2压力的表示方法及单位 1、测压两基准绝对压力:以绝对零压为基准所测相对压力:以大气压力为基准所测 2、关系绝对压力 = 大气压力 + 相对压力真空度 = 大气压力 –绝对压力注：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力

法定单位:牛顿/米2(N/m2)即帕（Pa） 1 MPa=106Pa • 单位换算: 1工程大气压（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕=0.1 MPa 1米水柱（mH20）=9.8×103Pa 1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa

2.2.3液体静压力的基本方程 1、计算静止液体内任意点A处的压力 p = p0+ρgh 2、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液面压力p0 组成液体自重所形成的压力ρgh （2) 静止液体内压力沿液深呈线性规律分布（3) 离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的面叫等压面.

例2-1 如图所示，容器内盛油液。已知油的密=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面积A=1×10-3m2，假设活塞的重量忽略不计。问活塞下方深度为h=0.5m处的压力等于多少？

解：活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有 深度为h处的液体压力 p=106+900×9.8×0.5 =1.0044×106(N/m2)106(Pa) 结论:在液压系统中液体自重的影响常可忽略不计

2.2.4静止液体中的压力传递 • 帕斯卡原理:在密闭容器内，由外力作用产生的压力可以等值同时传递到液体内所有各点。 • 液压系统中的压力取决于负载。

2.2.5 静止液体对固体壁面的作用力 作用在平面上的总作用力：F= p·A 如：液压缸，若设活塞直径为D,则 F= p·A = p·πD2/4 作用在曲面上的总作用力： Fx = p·Ax 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垂直投影面积之乘积。

2.3 液体动力学 2.3.1 基本概念 1、理想液体、定常流理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。实际液体：既有粘性又考虑可压缩性的液体。定常流动：流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时间而变化流动。

2、流量和平均流速 通流截面：液体在管道中流动时，垂直与液体流动方向的截面。用A表示流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。用q 表示，q=vA单位为m3/s或L/min。平均流速：通流截面上各点均匀分布假想流速。 V=q/A单位为m/s

3. 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，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。

液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定 • 当液流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。对金属圆管Re临＝2000。

2.3.2连续性方程—质量守恒定律 连续性原理：理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。

连续性方程：V1A1=V2A2 或：VA=q=常数结论：液体在管道中流动时，流过各个通流截面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。

2.3.3伯努利方程—能量守恒定律 1、能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。

2、伯努利方程（理想液体）： p1 +ρg Z1 +ρv12 / 2 = p2+ρgZ2+ρv22/2 或 p/ρg+Z+ v2 /2g= C（c为常数） 3、方程的物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。

4、实际液体总流的伯努利方程 α1，α2---动能修正系数，一般在紊流时取 α＝1，层流时取α＝2。：单位重量液体所消耗的能量

5、伯努利方程应用实例 液压泵吸油口处的真空度是油箱液面压力与吸油口处压力p2之差。液压泵吸油口处的真空度却不能太大. 实践中一般要求液压泵的吸油口的高度h不超过0.5米.

2.4液体流经管路内压力损失计算 压力损失：由于液体具有粘性，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分能量。这部分能量损耗主要表现为压力损失。分类：有沿程压力损失和局部压力损失两种。

沿程压力损失: 这种沿等直径管流动时的压力损失 λ:沿程压力损失系数, 其理论值为λ＝64/Re ，而实际由于各种因素的影响，对光滑金属管取λ＝75/Re，对橡胶管取λ＝80/Re。

局部压力损失Δpξ : 在流经阀口、管道截面变化、弯曲等处时，由于流动方向和速度变化及复杂的流动现象(旋涡，二次流等)而造成局部能量损失 ξ称为局部压力损失系数

管路系统的压力损失:整个管路系统的总压力损失是系统中所有直管的沿程压力损失和所有局部压力损失之和管路系统的压力损失:整个管路系统的总压力损失是系统中所有直管的沿程压力损失和所有局部压力损失之和系统动力元件所供的工作压力:

2.5液体流经小孔及缝隙的流量 小孔的类型：薄壁小孔：当孔的长度 l 与孔径 d 之比（长径比）l/d≤0.5时的小孔称为薄壁小孔。当孔的长度l与孔径d 之比l/d >4时的小孔称为细长小孔。细长小孔：当孔的长度l与孔径d 之比0.5＜l/d ≤4 时的小孔称为短孔。短孔：

2.5.1流经小孔的流量 1.流经薄壁小孔的流量称为小孔流量系数 • 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.节流孔口常做成薄壁小孔。

2.流经细长孔的流量 是细长小孔的通流截面积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

3. 流经短孔的流量 统一的经过小孔的流量公式式中 A:孔的通流截面积，Δp:孔前后压差， m:由孔结构形式决定的指数,0.5≤m≤1 k:由孔口形式有关的系数当孔为薄壁小孔时，m=0.5, 为细长小孔时m=1，

2.5.2 液体流经间隙的流量 泄漏:当流体流经间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象(前者称为泄漏，后者称为外泄漏) • 泄漏主要是由间隙两端压力差与组成间隙两配合表面的相对运动造成的 • 油液在间隙中的流动状态一般是层流 • 常见间隙：平行平板间隙和环形间隙

1.流经平行平板的间隙 (1)流经固定平行平板间隙的流量 • q = b h 3Δp / 12μl ± u ob h / 2 • 在压差作用下，流量q与缝隙值h的三次方成正比，这说明液压元件内缝隙的大小对泄漏量的影响非常大。

(2)流经相对运动平行平板间隙的流量 q=bhu0/2 在一般情况下，相对运动的平行平板间隙中既存在压差又存在相对运动，此时平行平板流量若二者方向相同为上述的代数和若方向相反为代数差。

2.流经同心圆柱环形缝隙的流量公式： q = （πd h3 / 12μl ）Δp ± πd huo / 2 • 当圆柱体移动方向和压差方向相同时取正号，方向相反时取负号。

2.6 液压冲击和空穴现象 液压冲击: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。 1.液压冲击产生的原因 (1)、管内液流速度突然变化，由液流惯性力引起的液压冲击。 (2)、由于运动部件制动时引起的液压冲击。

2.减小液压冲击的措施 ⑴使直接冲击变为间接冲击，这可用减慢阀的关闭速度和减小冲击波传递距离来达到。（2）限制管道中油液的流速v。 ⑶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。 ⑷在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。

气穴现象——在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡。气穴现象——在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液体中迅速出现大量气泡。减少气穴现象的措施（1）减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p1/p2＜3.5。（2）尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。（3）各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。（4）增强容易产生气蚀的元件的机械强度.

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