1、任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目一 液壓與氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)1液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)任務(wù)目標(biāo)： 通過(guò)液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程掌握液壓傳動(dòng)的基本工作原理及液壓、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及符號(hào) ； 了解液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)； 了解液壓傳動(dòng)的應(yīng)用與發(fā)展。1.液壓傳動(dòng)的工作原理 液壓與氣壓傳動(dòng)的基本工作原理是相似的，現(xiàn)以液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^(guò)程來(lái)簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)的工作原理，圖1-1所示為該液壓系統(tǒng)的工作原理示意圖。由圖可知，該系統(tǒng)由舉升液壓缸和手動(dòng)液壓泵兩部分組成，大油缸6、大活塞7、單向閥5和卸油閥9組成舉升液壓缸，杠桿手柄1、小活塞2、小油缸3、單向閥4和5組成手動(dòng)液壓泵?；钊透左w之間既保持良好的配合關(guān)

2、系，又能實(shí)現(xiàn)可靠的密封。 提起手柄1使小活塞2向上移動(dòng)，小活塞2下端密封的油腔容積增大，形成局部真空，這時(shí)單向閥5關(guān)閉并阻斷其所在的油路，而單向閥4打開(kāi)使其所在油路暢通，油箱10中的液壓2液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)油就在大氣壓的作用下通過(guò)吸油管道進(jìn)入并充滿(mǎn)小缸體3，完成一次吸油動(dòng)作；用力壓下手柄1，小活塞2下移，小活塞2下腔容積減小，腔內(nèi)壓力升高，這時(shí)單向閥4關(guān)閉同時(shí)阻斷其所在的油路，當(dāng)壓力升高到一定值時(shí)單向閥5打開(kāi)，小油缸3中的油液經(jīng)管道輸入大油缸6的下腔，由于卸油閥9處于關(guān)閉狀態(tài)，大油缸6中的液壓油增多迫使大活塞7向上移動(dòng)，頂起重物。再次提起手柄吸油時(shí)，單向閥5自動(dòng)關(guān)閉，使油

3、液不能倒流，從而保證了重物不會(huì)自行下落。不斷地往復(fù)扳動(dòng)手柄，就能不斷地把油液壓入大油缸6下腔，使重物8逐漸地升起。如果打開(kāi)卸油閥9， 圖1-1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟硎疽鈭D 大活塞7在其自重和重物8的作用下下移，大油缸6下腔油液便通過(guò)管道 1-杠桿手柄； 2-小活塞；3-小油缸； 流回油箱10中，重物8就向下運(yùn)動(dòng)。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟怼?4、5-單向閥；6-大油缸； 通過(guò)對(duì)上面液壓千斤頂工作過(guò)程的分析，可以初步了解到液壓傳動(dòng) 7-大活塞；8-重物；9-卸油閥； 的基本工作原理如下： 10-油箱 (1)液壓傳動(dòng)是利用有壓力的液體（液壓油）作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的工作介質(zhì)； 3液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1

4、液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí) (2)液壓傳動(dòng)中要經(jīng)過(guò)兩次能量轉(zhuǎn)換，先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，再將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能； (3)液壓傳動(dòng)是依靠密封容器或密閉系統(tǒng)中密封容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。2.液壓、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及符號(hào) 以圖1-2 所示組合機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為例說(shuō)明其組成。4液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)（a)典型液壓系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 閥 6閥芯位置的改變 (c) 典型液壓系統(tǒng)原理圖形符號(hào)圖 1-油箱；2-過(guò)濾器；3液壓泵；4-溢流閥；5 -流量控制閥 6-換向閥；7-液壓缸；8-工作臺(tái) 圖1-2 典型液壓系統(tǒng)原理圖5液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)

5、液壓泵 3 由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從油箱 1 中吸油，經(jīng)過(guò)濾器 2 后被液壓泵吸入并輸出給系統(tǒng)。當(dāng)換向閥 6 閥芯處于圖1-2 (a) 所示位置時(shí)，壓力油經(jīng)閥 5 、閥 6 和管道進(jìn)入液壓缸 7的左腔，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)。液壓缸右腔的油液經(jīng)管道、閥 6 、管道流回油箱。改變閥 6 閥芯工作位置，使之處于左端位置時(shí)，如圖1-2(b) 所示，液壓缸活塞反向運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過(guò)流量控制閥來(lái)調(diào)節(jié)的。閥口開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入缸的流量較大，工作臺(tái)的速度較快；反之，工作臺(tái)的速度較慢。為適應(yīng)克服大小不同阻力的需要，泵輸出油液的壓力應(yīng)當(dāng)能夠調(diào)整。工作臺(tái)低速移動(dòng)時(shí)，流量控制閥開(kāi)口小，泵輸出多余的油液經(jīng)溢流閥4和管道流回

6、油箱，調(diào)節(jié)溢流閥彈簧的預(yù)壓力，就能調(diào)節(jié)泵輸出口的油液壓力。6液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)從上面的例子可以看出，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下五部分組成。1)動(dòng)力元件 將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體壓力能的裝置。常見(jiàn)的是液壓泵，為系統(tǒng)提供壓力油液，如圖1. 7 中的液壓泵 3；2)執(zhí)行元件 將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出的裝置。它可以是作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)、擺動(dòng)缸，如圖1-2中的液壓缸 7；3)控制元件 對(duì)系統(tǒng)中流體的壓力、流量及流動(dòng)方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置，以及進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算和放大等功能的信號(hào)控制元件，如圖 1-2中的溢流閥、流量控制閥和換向閥；4)輔助元件 保證系

7、統(tǒng)正常工作所需的上述三種以外的裝置，如圖1-2 中的過(guò)濾器、油箱和管件；5)工作介質(zhì) 用它進(jìn)行能量和信號(hào)的傳遞。液壓系統(tǒng)以液壓油液作為工作介質(zhì)。7液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)圖1-2(a) 和圖1- 2(b) 中的各個(gè)元件是半結(jié)構(gòu)式圖形畫(huà)出來(lái)的，直觀性強(qiáng)，易理解，但難于繪制，元件多時(shí)更是如此。在工程實(shí)際中，除某些特殊情況外，一般都用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)繪制，如圖1-2 (c) 所示。圖形符號(hào)只表示元件的功能，不表示具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)。我國(guó)已經(jīng)制定了一種用規(guī)定的圖形符號(hào)來(lái)表示液壓原理圖中的各元件和連接管路的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即“液壓系統(tǒng)圖圖形符號(hào)（GB/T786.11993）”。此液壓系統(tǒng)原理圖可簡(jiǎn)化

8、為圖形符號(hào)圖，如圖1-2 (c)所示。使用這些圖形符號(hào)可使液壓系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單明了，且便于繪圖。8液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)對(duì)于圖形符號(hào)有以下幾條基本規(guī)定。1）符號(hào)只表示元件的職能，連接系統(tǒng)的通路，不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，也不表示元件在機(jī)器中的實(shí)際安裝位置。2）元件符號(hào)內(nèi)的油液流動(dòng)方向用箭頭表示，線(xiàn)段兩端都有箭頭的，表示流動(dòng)方向可逆。3）符號(hào)均以元件的靜止位置或中間零位置圖表示，當(dāng)系統(tǒng)的動(dòng)作另有說(shuō)明時(shí)，可例外。9液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)與液壓傳動(dòng)相似，氣壓傳動(dòng)也有壓力和流量?jī)蓚€(gè)重要參數(shù)。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由五部分組成。1)氣源裝置 氣源裝置即空氣壓縮機(jī)，是系統(tǒng)中的動(dòng)力元件

9、，它將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成氣體的壓力能，為各類(lèi)氣動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力。2)執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是系統(tǒng)的能量輸出裝置，它將空氣壓縮機(jī)提供的氣壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，輸出力和速度(轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速) ，用以驅(qū)動(dòng)工作部件。如氣缸和氣馬達(dá)。3)控制元件 是控制調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、方向的元件，用來(lái)保證執(zhí)行元件具有一定輸出力(轉(zhuǎn)矩)和速度(轉(zhuǎn)速)。如壓力閥、流量閥、方向閥等。4)輔助元件 系統(tǒng)中除上述三類(lèi)元件外，其余元件稱(chēng)為輔助元件，如油霧器、儲(chǔ)氣罐、消聲器等。它們對(duì)保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的工作起重要作用。5)傳動(dòng)介質(zhì) 系統(tǒng)中傳遞能量的流體，如壓縮空氣。10液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)3. 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1）

10、 優(yōu)點(diǎn) 液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12%13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)，目前是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W(牛/瓦),發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)則約為0.03N/W。 由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，范圍可達(dá)12000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。 11液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí) 傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的

11、磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù),借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。 液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。 液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。12液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)2） 缺點(diǎn) 液壓系統(tǒng)中的漏油、液壓油的可壓縮性等因素，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體粘性變化，引起運(yùn)動(dòng)特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度

12、變化很大的環(huán)境條件下工作。 為了減少泄漏，以及為了滿(mǎn)足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜。 液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。 液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。 13液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)4. 液壓傳動(dòng)的應(yīng)用 驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)以及各種傳動(dòng)和操縱裝置有多種形式。根據(jù)所用的部件和零件，可分為機(jī)械的、電氣的、氣動(dòng)的、液壓的傳動(dòng)裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來(lái)運(yùn)用四位一體。由于液壓傳動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，使這種新技術(shù)發(fā)展得很快。液壓傳動(dòng)應(yīng)用于金屬切削機(jī)床也不過(guò)四五十年的歷史。航空工業(yè)在1930年以后才開(kāi)始采用。特別是最近二三十年以來(lái)液壓技術(shù)在

13、各種工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 在機(jī)床上，液壓傳動(dòng)常應(yīng)用在以下的一些裝置中：14液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)1）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置磨床砂輪架和工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大部分采用液壓傳動(dòng)；車(chē)床、六角車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架；銑床、刨床、組合機(jī)床的工作臺(tái)等的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也都采用液壓傳動(dòng)。這些部件有的要求快速移動(dòng)，有的要求慢速移動(dòng)。有的則既要求快速移動(dòng)，也要求慢速移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無(wú)級(jí)調(diào)速；有的要求持續(xù)進(jìn)給，有的要求間歇進(jìn)給；有的要求在負(fù)載變化下速度恒定，有的要求有良好的換向性能等等。所有這些要求都是可以用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2）往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置龍門(mén)刨床的工作臺(tái)

14、、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并且要求換向沖擊小、換向時(shí)間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動(dòng)。 15液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)3）仿形裝置車(chē)床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來(lái)完成。 其精度可達(dá)0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。4）輔助裝置機(jī)床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動(dòng)部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動(dòng)后，有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)化程度。5）靜壓支承重型機(jī)床、高速機(jī)床、高精度機(jī)床上的軸承、導(dǎo)軌、絲杠螺母機(jī)構(gòu)等處采用液體靜壓支承后

15、，可以提高工作平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。16液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí) 液壓傳動(dòng)在其他機(jī)械工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用情況見(jiàn)表1-1所示。表1-1液壓傳動(dòng)在各類(lèi)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用17液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)1 液壓與氣壓傳動(dòng)認(rèn)識(shí)5.液壓傳動(dòng)的發(fā)展 自18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)技術(shù)已有二三百年的歷史。直到20世紀(jì)30年代它才較普遍地用于起重機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械。 本世紀(jì)60年代以后，液壓技術(shù)隨著原子能、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動(dòng)真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。 我國(guó)的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來(lái)又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械?，F(xiàn)在，我國(guó)的液壓元件隨著從國(guó)外引進(jìn)

16、一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。 18液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油任務(wù)目標(biāo) 了解液壓油的作用； 掌握液壓油黏性的物理意義； 掌握液壓油的黏溫特性及可壓縮性； 掌握液壓油的選擇。知識(shí)與技能： 液壓油是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)，而且還對(duì)液壓裝置的機(jī)構(gòu)、零件起著潤(rùn)滑、冷卻和防銹作用。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力、溫度和流速在很大的范圍內(nèi)變化，因此液壓油的質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。故此，合理的選用液壓油也是很重要的。19液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油1.液壓油的物理性質(zhì)1） 液壓油的密度 單位體積某種液壓油的質(zhì)量稱(chēng)為該種液壓油的密度，以

17、表示，即 ( ) (1-1) 式中: 液壓油的體積 體積為的液壓油質(zhì)量 液壓油的密度隨壓力的增加而加大，隨溫度的升高而減小，但一般情況下，由壓力和溫度引起的這種變化都較小，可以忽略不計(jì)，故在實(shí)際應(yīng)用中可認(rèn)為液壓油的密度不受壓力和溫度變化的影響。2）液壓油的粘性 物理意義 液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，由于液體分子間的內(nèi)聚力要阻礙液體分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這一特性稱(chēng)液體的粘性。粘性的大小用粘度表示，粘性是液體重要的物理特性，也是選擇液壓油的重要依據(jù)之一。20液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油液體流動(dòng)時(shí)，由于液體的粘性及液體和固體壁面間的附著力，流動(dòng)液體內(nèi)部各層間的速度大小不等。如圖1-

18、2所示，設(shè)兩平行平板間充滿(mǎn)液體，下平板不動(dòng)，而上平板以速度 向右平動(dòng)。由于液體的粘性作用，緊貼于下平板的液體層速度為零，緊貼于上平板的液體層速度為，而中間各層液體的速度則根據(jù)該層到下平板的距離大小近似呈線(xiàn)性規(guī)律分布。因此，不同速度流層相互制約而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。 實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果指出，液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層之間的內(nèi)摩擦力F與液層間的接觸面積A和液層間的相對(duì)速度 成正比，而與液層間的距離 成反比，即 圖1-2液體粘性示意圖 （1-2）式中：比例常數(shù)，稱(chēng)為液體的粘性系數(shù)或粘度； 速度梯度21液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油 若以來(lái)表示單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力，即切應(yīng)力，則由式（1-2）可得 （1-3） 式（1

19、-3）表達(dá)的是牛頓的液體內(nèi)摩擦定律。 在液體靜止時(shí)，由于 ，液體內(nèi)摩擦力為零，因此，靜止的液體不呈現(xiàn)黏性。 黏度 流體黏性的大小用度黏來(lái)表示。常用的黏度有動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和相對(duì)黏度。 動(dòng)力黏度 動(dòng)力黏度又稱(chēng)絕對(duì)黏度，可由式（1-2）導(dǎo)出，即 （1-4） 22液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油 由式（1-4）可知?jiǎng)恿︷ざ?的物理意義是：液體在單位速度梯度（ ）下流動(dòng)時(shí)，單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力的大小。 動(dòng)力黏度的國(guó)際(SI)計(jì)量單位為牛頓秒米2，符號(hào)為Nsm2，或?yàn)榕撩耄?hào)為Pas。運(yùn)動(dòng)黏度 某種液體的運(yùn)動(dòng)黏度是該液體的動(dòng)力黏度與其密度的比值，即： (1-5) 在SI中，液體的運(yùn)動(dòng)黏度的單位為

20、米2秒，符號(hào)為m2s，由于該單位偏大，實(shí)際上常用cm2s、mm2s以及以前沿用的非法定計(jì)量單位cSt（厘斯），它們之間的關(guān)系是1m2s=104 cm2s=106mm2s=106cSt。 運(yùn)動(dòng)黏度 沒(méi)有什么明確的物理意義，因在理論分析和計(jì)算中常遇到 的比值，為方便起見(jiàn)用表示。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)定，各類(lèi)液壓油的牌號(hào)是按其在一定溫度下運(yùn)動(dòng)黏23液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油度的平均值來(lái)標(biāo)定的。我國(guó)生產(chǎn)的全損耗系統(tǒng)油和液壓油采用40時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度值（mm2s）為其黏度等級(jí)標(biāo)號(hào)，即油的牌號(hào)。例如牌號(hào)為L(zhǎng)- HL32的液壓油，就是指這種油在40時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度值平均值為32 mm2s。相對(duì)黏度 相對(duì)黏度又

21、稱(chēng)條件黏度，它是采用特定的黏度計(jì)在規(guī)定條件下測(cè)出來(lái)的液體黏度。各國(guó)采用的相對(duì)黏度單位有所不同，美國(guó)采用賽氏黏度，英國(guó)采用雷氏黏度，法國(guó)采用巴氏黏度，我國(guó)采用恩氏黏度。 恩氏黏度用符號(hào) 表示，被測(cè)液體溫度為t時(shí)的恩氏黏度用符號(hào) 表示。恩氏黏度用恩氏黏度計(jì)測(cè)定。其方法是：將200mL溫度為t的被測(cè)液體裝入黏度計(jì)的容器，經(jīng)其底部直徑為2.8mm的小孔流出，測(cè)出液體流盡所需時(shí)間，再測(cè)出200mL溫度為20的蒸留水用同一粘度計(jì)流盡所需時(shí)間（通常）；這兩個(gè)時(shí)間的比值即為被測(cè)液體在溫度t下的恩氏黏度，即 (1-6)24液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油 工業(yè)上一般以20、50和l00作為測(cè)定恩氏黏度的標(biāo)準(zhǔn)溫度

22、，相應(yīng)地以符號(hào) 、 、 來(lái)表示。 恩氏黏度與運(yùn)動(dòng)黏度（mm2s）的換算關(guān)系為： 當(dāng) 時(shí) （1-7） 當(dāng) 時(shí) （1-8） 黏度與壓力、溫度的關(guān)系 當(dāng)液體所受壓力增大時(shí)，其分子間的距離減小，內(nèi)聚力增大，黏度也隨之增大。但對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，當(dāng)壓力在10MPa以下時(shí)，油液的黏度受壓力變化的影響很小，可以忽略不計(jì)。 油液的黏度對(duì)溫度變化十分敏感，溫度升高，黏度將顯著降低。油液的黏度隨溫度變化的性質(zhì)稱(chēng)為油液的黏溫特性。不同種類(lèi)的液壓油具有不同的黏溫特性。油液黏溫特性的好壞常用黏度指數(shù)VI（黏溫變化程度與標(biāo)準(zhǔn)油相比較所得的相對(duì)數(shù)值）來(lái)表示，黏度指數(shù)VI值越大，說(shuō)明其黏度隨溫度變化越小，黏溫特性越好。一般液

23、壓油的VI值要求在90以上，優(yōu)質(zhì)的在100以上。幾種常用油液的黏度指數(shù)列于表1-2中。 25液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油表1-2 幾種常用油液的粘度指數(shù)3）液體的可壓縮性 液體受壓力增大而發(fā)生體積減小的特性稱(chēng)為液體的可壓縮性?？蓧嚎s性用體積壓縮系數(shù)表示，并定義為單位壓力變化下的液體體積的相對(duì)變化量。設(shè)體積為的液體，當(dāng)壓力增大，液體體積減小，則 體積壓縮系數(shù) （1-9） 由于壓力增加時(shí)液體的體積減?。?），因此式(1-9)中等號(hào)右邊加一負(fù)號(hào)，以使為正值。 26液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油 液體的壓縮系數(shù) 的倒數(shù)稱(chēng)為液體的體積彈性模數(shù)，用K表示。即 （1-10） K表示產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化

24、量所需要的壓力增量。在實(shí)際應(yīng)用中，常用K值說(shuō)明液體抵抗壓縮能力的大小。在常溫下，純凈油液的體積模量 ，其可壓縮性是鋼的100150倍（鋼的彈性模量為 ），故一般可認(rèn)為油液是不可壓縮的。 在中、低壓系統(tǒng)中，液體的可壓縮性對(duì)液壓系統(tǒng)的性能影響很小，故可將液壓油看成不可壓縮的，但在高壓系統(tǒng)中或研究液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，就得考慮液壓油的可壓縮性。另外，由于空氣的可壓縮性很大，所以當(dāng)液壓油中混有空氣時(shí)，其抗壓縮能力會(huì)大大降低，這會(huì)嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的工作性能。在有較高要求或壓力變化較大的液壓系統(tǒng)中，應(yīng)采取措施盡量減少工作介質(zhì)中混入的空氣及其它易揮發(fā)物質(zhì)（如汽油、煤油和乙醇等）的含量。2.對(duì)液壓油的要求及選

25、用1）液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求 液壓油是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，是用來(lái)傳遞能量的工作介質(zhì)。除了傳遞能量27液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油外，它還起著潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)部件和保護(hù)金屬不被銹蝕的作用。液壓油的質(zhì)量及其各種性能將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。從液壓系統(tǒng)使用油液的要求來(lái)看，有下面幾點(diǎn)： 粘度適當(dāng)，粘溫特性好； 潤(rùn)滑性能好，防銹能力強(qiáng)； 質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少； 對(duì)金屬和密封件有良好的相容性； 氧化穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期工作不易變質(zhì)； 抗泡沫性和抗乳化性好； 比熱大，體積膨脹系數(shù)??； 燃點(diǎn)高，凝固低； 此外，還有無(wú)毒性、價(jià)格便宜等。對(duì)于具體的液壓系統(tǒng)，則需根據(jù)情況突出某些方面的性能要求。28液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2

26、了解液壓油2）液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的選用 各種液壓油都有其特性，都有一定的適用范圍。正確而合理地選用液壓油，可提高液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作可靠性，延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命。 液壓油品種的選擇 液壓油的品種很多，主要可分為礦油型、乳化型和合成型。液壓油的主要品種及其特性和用途列于表1-3中。表1-3 液壓油的主要品種及其特性和用途29液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油30液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油 液壓油品種的選擇可參考表1-3，具體還應(yīng)根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)所處的工況條件，主要是溫度、壓力和液壓泵類(lèi)型等來(lái)確定。工作溫度 工作溫度主要對(duì)液壓油的粘溫特性和熱穩(wěn)定性提出要求，選用時(shí)可參照表1-4表1-4 按工作溫

27、度選擇液壓油的品種工作壓力 工作壓力主要對(duì)液壓油的潤(rùn)滑性（抗磨性）提出要求，選用時(shí)可參照表1-5。 表1-5 按工作壓力選擇液壓油的品種31液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油液壓泵類(lèi)型 液壓泵類(lèi)型較多，常見(jiàn)的有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。一般而言，齒輪泵對(duì)液壓油的抗磨性要求比葉片泵和柱塞泵低，因此齒輪泵可選用L-HL或L-HM液壓油，而葉片泵和柱塞泵一般選擇L-HM液壓油。 粘度等級(jí)的選擇 液壓油的品種選定之后，還必須確定其粘度等級(jí)。粘度對(duì)液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定性、可靠性、效率、溫升及磨損都有影響。粘度過(guò)高對(duì)系統(tǒng)潤(rùn)滑有利，但增加系統(tǒng)的阻力，使得系統(tǒng)壓力損失增大，效率降低；粘度過(guò)低會(huì)增加設(shè)備的外泄漏，導(dǎo)致系

28、統(tǒng)工作壓力不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵的磨損加劇。在選擇粘度等級(jí)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:工作壓力 工作壓力較高的液壓系統(tǒng)宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄漏；反之，選用粘度較低的液壓油。環(huán)境溫度 環(huán)境溫度較高的液壓系統(tǒng)宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄漏；反之，選用粘度較低的液壓油。32液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油運(yùn)動(dòng)速度 當(dāng)液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，宜選用粘度較低的液壓油，以減少液流的摩擦損失；反之，選用粘度較高的液壓油。 在液壓系統(tǒng)的所有元件中，以液壓泵對(duì)液壓油的性能最為敏感，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速最高，工作壓力最大，溫度也較高，因此液壓系統(tǒng)常根據(jù)液壓泵的類(lèi)型及其要求來(lái)選擇液壓油的粘度。各類(lèi)液壓泵適用的

29、粘度范圍如表1-6所示。表1-6 各種液壓泵適用的粘度范圍33液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油3 液壓油的污染及控制 要使液壓系統(tǒng)高效而可靠地長(zhǎng)時(shí)間工作，不僅要正確選擇液壓油，還要合理使用和正確維護(hù)液壓油。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓油受到污染是系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因，因此，控制液壓油的污染十分重要。1） 液壓油污染的原因 殘留物污染 這主要是指液壓元件在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝及維修過(guò)程中殘留下來(lái)的鐵屑、鐵銹、砂粒、磨料、焊渣、清洗液等對(duì)液壓油造成的污染。 侵入物污染 這主要是指周?chē)h(huán)境中空氣、塵埃、水滴等通過(guò)一切可能的侵入點(diǎn)，如外露的往復(fù)運(yùn)動(dòng)塞桿、油箱的進(jìn)氣孔和注油孔等進(jìn)入系統(tǒng)對(duì)液壓油造成的污染。 生成物污

30、染 這主要是指液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中產(chǎn)生的金屬微粒、密封材料磨損顆粒、涂料剝離片、水分氣泡及油液變質(zhì)后的膠狀生成物等對(duì)液壓油造成的污染。2） 油液污染的危害 油液的污染直接影響液壓系統(tǒng)的工作可靠性和元件的使用壽命。資料顯示，液壓系統(tǒng)故障障的70%是由于油液污染造成的。工作介質(zhì)被污染后，將對(duì)液壓系統(tǒng)和液壓元件產(chǎn)生的危害主要 34液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面： 磨損和擦傷元件 固體顆粒會(huì)加速元件的磨損，使元件不能正常工作；同時(shí)也會(huì)擦傷密封元件，使泄露增加。 堵塞和卡緊元件 固體顆粒物、膠狀物、棉紗等雜物堵塞閥類(lèi)件的小孔和縫隙，致使閥的動(dòng)作失靈，系統(tǒng)性能下降；堵塞濾油器使泵吸油困

31、難，產(chǎn)生噪聲。 液壓油的性能劣化 水分、空氣、清洗液、涂料、漆屑等的混入，會(huì)降低油的潤(rùn)滑性能并使油液氧化變質(zhì)。 系統(tǒng)工作不穩(wěn)定 水分、空氣的混入使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲、低速爬行及起動(dòng)時(shí)突然前沖的現(xiàn)象；還會(huì)使管路狹窄處產(chǎn)生氣泡，加速元件的氧化腐蝕。3） 油液污染的控制措施 嚴(yán)格清洗元件和系統(tǒng) 液壓元件、油箱和各種管件在組裝前應(yīng)嚴(yán)格清洗，組裝后應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面徹底地沖洗，并將清洗后的介質(zhì)換掉。 防止污染物侵入 在設(shè)備運(yùn)輸、安裝、加注和使用中，都應(yīng)防止工作介質(zhì)被污35液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)2 了解液壓油染。介質(zhì)注入后時(shí)，必須經(jīng)過(guò)濾油器；油箱通大氣處要加空氣濾清器；采用密閉油箱，防止塵土、磨料和冷卻液侵入等

32、；維修拆卸元件應(yīng)在無(wú)塵區(qū)進(jìn)行。 控制工作介質(zhì)的溫度 應(yīng)采取適當(dāng)措施（如水冷、風(fēng)冷等），控制系統(tǒng)的工作溫度。以防止溫度過(guò)高，造成工作介質(zhì)氧化變質(zhì)，產(chǎn)生各種生成物。一般液壓系統(tǒng)的溫度應(yīng)控制在65以下，機(jī)床的液壓系統(tǒng)應(yīng)更低一些。 采用高性能的過(guò)濾器 研究表明，由于液壓元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間隙較小，如果采用高精度的過(guò)濾器有效地控制15的污染顆粒，液壓泵、液壓馬達(dá)、各種液壓閥及液壓油的使用壽命均可大大延長(zhǎng)，液壓故障亦會(huì)明顯減小。 定期檢查和更換工作介質(zhì) 每隔一定時(shí)間，要對(duì)系統(tǒng)中的各種介質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查，分析其污染程度是否還在系統(tǒng)允許使用范圍內(nèi)，如不合要求，應(yīng)及時(shí)更換。在更換新的工作介質(zhì)前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)

33、行徹底的清洗。 36液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)任務(wù)目標(biāo) 掌握液體靜壓力的性質(zhì)及靜力學(xué)基本方程； 掌握靜壓傳遞原理； 掌握壓力的表示方法； 掌握液流連續(xù)性方程及其應(yīng)用； 掌握伯努利方程及其物理和應(yīng)用； 掌握動(dòng)量方程及其應(yīng)用。知識(shí)與技能 液壓系統(tǒng)是利用液體的壓力能來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，了解流體力學(xué)的知識(shí)是很有必要的。流體力學(xué)是研究流體（液體或氣體）處于相對(duì)平衡、運(yùn)動(dòng)、流體與固體相互作用時(shí)的力學(xué)規(guī)律，以及這些規(guī)律在實(shí)際工程中的應(yīng)用。它包括兩個(gè)基本部分：一部分是液體靜力學(xué)；另一部37液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分是液體動(dòng)力學(xué)。1.液體靜力學(xué)基礎(chǔ) 液體靜力學(xué)是研究液體處于相對(duì)

34、平衡時(shí)的規(guī)律。所謂相對(duì)平衡，是指液體內(nèi)部各個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，液體整體完全可以像剛體一樣做各種運(yùn)動(dòng)。（1）液體的壓力 靜止液體單位面積上所受的法向力稱(chēng)為壓力。這一定義在物理中稱(chēng)為壓強(qiáng)，但在液壓傳動(dòng)中習(xí)慣稱(chēng)為壓力。壓力通常以 表示。 （1-11） 壓力的法定計(jì)量單位為Pa(帕，N/m2)。由于Pa單位太小，工程上使用不便，因而常用MPa (兆帕)。它們的換算關(guān)系是1MPa=106Pa。(2) 液體靜壓力的性質(zhì) 液體的壓力沿著內(nèi)法線(xiàn)方向作用于承壓面，即靜止液體只承受法向壓力，不承受剪切力（因?yàn)殪o止液體內(nèi)部切向剪應(yīng)力為零）和拉力，否則就破壞了液體靜止的條件。38液壓與氣動(dòng)技術(shù) 液體的壓力沿著內(nèi)法

35、線(xiàn)方向作用于承壓面，即靜止液體只承受法向壓力，不承受剪切力（因?yàn)殪o止液體內(nèi)部切向剪應(yīng)力為零）和拉力，否則就破壞了液體靜止的條件。由上述性質(zhì)可知，靜止液體總是處于受壓狀態(tài)，并且其內(nèi)部的任何質(zhì)點(diǎn)都是受平衡壓力的作用。（3）液體靜力學(xué)基本方程 如圖1-3（a）所示，密度為的液體在外力作用下的處于靜止?fàn)顟B(tài)。若要求液體離液面深度為h處的壓力，可以假想從液面往下切取一個(gè)高為h、底面積為A的垂直小液柱，如圖1-3(b)所示。這個(gè)小液柱在重力G( )及周?chē)后w的壓力作用下處于平衡狀態(tài)。于是有即 （1-12）式(1-12)即為液體靜壓力基本方程，由此式可知，重力作用下的靜止液體，其壓力分布有如下特征： 靜止液體

36、內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力 ，另一部分是任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)39液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 與該點(diǎn)離液面深度h的乘積。當(dāng)液面上只受大氣壓力作用時(shí)，則液體內(nèi)任一點(diǎn)的靜壓力為 。 液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度的增加而線(xiàn)性的增加。 液體內(nèi)深度相同處的壓力都相等。由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱(chēng)為等壓面。重力作用下，靜止液體中的等壓面是一個(gè)水平面。 （a） (b) 圖1-3 重力作用下靜止液體受力分析 圖1-4 靜止液體內(nèi)的壓力 40液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)例題1-1 如圖1-4所示，容器內(nèi)盛有油液，已知油的密度 ，活塞上的作用力 ，活塞面積 ,忽

37、略活塞的重量，問(wèn)活塞下方深度為 處的壓力為多少？解 活塞與液體接觸面上的壓力 根據(jù)液體靜壓力基本方程，深度為處的液體壓力為 從本例可以看出，液體在受外界壓力作用下，由液體自重所形成的那部分壓力相對(duì)很小，在液壓系統(tǒng)中?？珊雎圆挥?jì)，因而可近似地認(rèn)為整個(gè)液體內(nèi)部的壓力是處處相等的。以后，我們?cè)诜治鲆簤合到y(tǒng)的壓力時(shí)，一般都采用這個(gè)結(jié)論。41液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4） 靜壓傳遞原理 如圖1-3（a）所示盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓力發(fā)生變化時(shí)，只要液體仍保持其原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點(diǎn)的壓力將發(fā)生同樣大小的變化。這就是說(shuō)，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將等值地同時(shí)傳遞

38、到液體內(nèi)各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理，或稱(chēng)為帕斯卡(Pascal)原理。 在圖1-3中，活塞上的作用力F對(duì)液面產(chǎn)生外加壓力，A為活塞橫截面面積，根據(jù)靜壓傳遞原理，容器內(nèi)液體的壓力 與負(fù)載F的關(guān)系是： （1-13） 當(dāng)活塞橫截面面積一定時(shí)，由(113)式可知壓力 與負(fù)載F之間總保持著正比關(guān)系。若F=0，則 ；F越大，液體內(nèi)的壓力也越大。由此可見(jiàn)，液體內(nèi)的壓力是由外界負(fù)載作用所形成的，則液壓系統(tǒng)內(nèi)工作壓力的大小取決于外負(fù)載的大小，這是液壓傳動(dòng)中的一個(gè)重要的基本概念。例題1-2 如圖1-5所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，大缸的直徑D=30cm，小缸的直徑d=3cm，若42液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基

39、礎(chǔ)知識(shí)在小活塞上加的力F=200N，問(wèn)大活塞能舉起重物的重量G為多少? 解 根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中的數(shù)值應(yīng)相等。即 故大活塞能頂起重物的重量G為圖1-5 帕斯卡原理的應(yīng)用實(shí)例 由本例可知，液壓裝置具有力的放大作用。液壓機(jī)、液壓千斤頂和萬(wàn)噸水壓機(jī)等，都是利用原理工作的。5）壓力的表示方法 根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力的表示方法有兩種：一種是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力稱(chēng)為絕對(duì)壓力；一種是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱(chēng)為相對(duì)壓力。在地球表面上，一切受大氣籠罩的物體，大氣壓力的作用都是自相平衡的，因此大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)的壓力43液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)都是相

40、對(duì)壓力，所以相對(duì)壓力也稱(chēng)為表壓力。在液壓技術(shù)中，如不特別指明，壓力均指相對(duì)壓力。絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力的關(guān)系如下： 相對(duì)壓力=絕對(duì)壓力一大氣壓力 當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，習(xí)慣上稱(chēng)為出現(xiàn)真空，絕對(duì)壓力比大氣壓力小的那部分壓力數(shù)值稱(chēng)為真空度，即 真空度=大氣壓力一絕對(duì)壓力 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相對(duì)關(guān)系如圖1-6所示，由圖可知，以大氣壓力為基準(zhǔn)計(jì)算壓力時(shí)，基準(zhǔn)以上的正值是相對(duì)壓力，基準(zhǔn)以下負(fù)值的絕對(duì)值就是真空度。 圖1-6 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的關(guān)系6）液體對(duì)固體壁面的作用力 具有一定壓力的液體與固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面將受到總的液壓力的作用。當(dāng)不計(jì)液體的自重對(duì)壓力的影響時(shí)，可認(rèn)為作用

41、于固體壁面上的壓力是均勻分布的。 當(dāng)固體壁面是一個(gè)平面時(shí)，液體壓力在該平面上的總作用力F等于液體壓力與該平面面44液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)積A的乘積，其作用力方向與該平面垂直，即 （1-14） 如圖1-7(a)所示，則液壓油作用在活塞(活塞直徑為D、面積為A)上的力為 （1-15） 圖1-7 液壓力作用在固體壁面上的力 當(dāng)固體壁面是一個(gè)曲面時(shí)，液體壓力在該曲面某方向上的總作用力等于液體壓力與曲面在該方向上的投影面積的乘積，比如求x方向總作用力Fx的表達(dá)式為 45液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) （1-15） 式中 Ax 曲面在方向上的投影面積 如圖1-7(b)、圖1

42、-6(c)所示的球面和圓錐面，若要求液壓力 沿垂直方向（y方向）作用在球面和圓錐面上的力，其力Fy(與圖中 方向相反)就等于壓力作用在該部分曲面在垂直方向的投影面積Ay與壓力 的乘積，其作用點(diǎn)通過(guò)投影圓的圓心，其方向向上，即 式中 d 承壓部分曲面投影圓的直徑。2. 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 液體動(dòng)力學(xué)主要研究液體的流動(dòng)狀態(tài)、液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及液體流動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。1）基本概念 理想液體和恒定流動(dòng) 由于實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)具有粘性和可壓縮性，導(dǎo)致研究流動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)非常困難。 46液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在討論該問(wèn)題前，先假定液體沒(méi)有粘性且不可壓縮，然后再

43、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)所得到的液體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系等進(jìn)行修正和補(bǔ)充，使之更加符合實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)的情況。一般把既無(wú)粘性又不可壓縮的假想液體稱(chēng)為理想液體。 液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任一點(diǎn)處的壓力、流速和密度不隨時(shí)間變化而變化則稱(chēng)為恒定流動(dòng)(亦稱(chēng)穩(wěn)定流動(dòng)或定常流動(dòng))；反之，若液體中任一點(diǎn)處的壓力、流速或密度中有一個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化而變化，則稱(chēng)為非恒定流動(dòng)。同樣，為使問(wèn)題討論簡(jiǎn)便，也常先假定液體在做恒定流動(dòng)。圖1-8(a)的水平管內(nèi)液流為恒定流動(dòng)，圖1-8(b)為非恒定流動(dòng)。 圖1-8恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng) 通流截面、流量和平均流速通流截面 液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，常將垂直于液體流動(dòng)方向的截面稱(chēng)為通流截面或

44、過(guò)流斷面。流量47液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一過(guò)流斷面的液體體積稱(chēng)為體積流量，簡(jiǎn)稱(chēng)流量，用 表示，法定單位為 ,工程上常用的單位為 。二者的換算關(guān)系為 。 假設(shè)理想液體在一直管內(nèi)做恒定流動(dòng)，如圖1-9所示。液流的通流截面面積即為管道截面面積A，液流在通流截面上各點(diǎn)的流速(指液流質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的距離)皆相等，以 u 表示，流過(guò)截面1-1的液體經(jīng)時(shí)間t后到達(dá)截面2-2處，所流過(guò)的距離為 ，則流過(guò)的液體體積為 ，因此可得流量為 （1-16） 式(1-16)表明，液體的流量可以用通流截面的面積與流速的乘積來(lái)計(jì)算。 平均流速 圖1-9 理想液體在直管中流動(dòng) 由于液

45、體具有粘性，液體在管道中流動(dòng)時(shí)，在同一截面內(nèi)各點(diǎn)的流速是不相同的，其分布規(guī)律為拋物線(xiàn)，如圖1-10(a)所示，管道中心線(xiàn)處流速最高，而邊緣處流速為零。所以，對(duì)于 48液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)際液體，當(dāng)液流通過(guò)微小的通流截面dA時(shí)(見(jiàn)圖110(b)，液體在該截面各點(diǎn)的流速可以認(rèn)為是相等的，所以流過(guò)該微小斷面的流量為 ，則流過(guò)整個(gè)通流截面A的流量為 （1-17） 式(1-17)計(jì)算和使用起來(lái)都很不方便，因此，常假定通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，從而引入平均流速的概念。平均流速是指通流截面通過(guò)的流量與該通流截面面積的比值，即 （1-18）圖1-10 流量和平均流速49液壓與氣動(dòng)技

46、術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 在實(shí)際工程中，平均流速才具有應(yīng)用價(jià)值。液壓缸工作時(shí)，液流的流速可以認(rèn)為是均勻分布的，即活塞的運(yùn)動(dòng)速度與液壓缸中液流的平均流速相同，活塞運(yùn)動(dòng)速度等于進(jìn)人液壓缸的流量與液壓缸有效作用面積的比值。當(dāng)液壓缸的有效面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度的大小取決于進(jìn)入液壓缸流量的多少。 層流、紊流和雷諾數(shù) 液體流動(dòng)有兩種基本狀態(tài)：層流和紊流。這兩種流動(dòng)狀態(tài)的物理現(xiàn)象可以通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察。 實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-11(a)所示，圖中水箱4有一隔板1，當(dāng)向水箱中連續(xù)注入清水時(shí)，隔板可保持水位不變。先微微打開(kāi)開(kāi)關(guān)7使箱內(nèi)清水緩緩流出，然后打開(kāi)開(kāi)關(guān)3，這時(shí)可看到水杯2內(nèi)的顏色水經(jīng)細(xì)導(dǎo)管5呈一條直線(xiàn)

47、流束流動(dòng)(圖1-l1(b)。這表明，水管中的水流是分層的，而且層與層之間互不干擾，這種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為層流。逐漸開(kāi)大開(kāi)關(guān)7，管內(nèi)液體的流速隨之增大，顏色水的流束逐漸開(kāi)始震蕩而呈波紋狀(圖1-11(c)，這表明液流開(kāi)始紊亂。當(dāng)流速超過(guò)一定值后，顏色水流到玻璃管中便立即玻璃管中便立即與清水完全混雜，水流的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)呈極其紊亂的狀態(tài)，這種流動(dòng)狀態(tài)50液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)態(tài)稱(chēng)為紊流(圖1-11(d)。如果再將閥門(mén)7逐漸關(guān)小，就會(huì)看到相反的過(guò)程。 實(shí)驗(yàn)證明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與液體在管中的流速 有關(guān)，還與管徑d和液體的運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。以上三個(gè)參數(shù)組成的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)就稱(chēng)為雷諾數(shù)，用

48、Re 表示。即 （1-19） 式中 液體在管中的流速(ms) d 管道的內(nèi)徑(m)； 液體的運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）。 管中液體的流動(dòng)狀態(tài)隨雷諾數(shù)的不同而改變，因而可以用雷諾數(shù)作為判別液體在管道中流動(dòng)狀 圖1-11 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置態(tài)的依據(jù)。液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和 1隔板 2水杯 3、7開(kāi)關(guān)； 由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相同的，后者 4水箱；5細(xì)導(dǎo)管；6玻璃管 的數(shù)值較小。一般把紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)51液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)稱(chēng)為臨界雷諾數(shù) 。當(dāng) 時(shí)為層流；當(dāng) 時(shí)為紊流。 各種管道的臨界雷諾數(shù)可由實(shí)驗(yàn)求得。常見(jiàn)管道的臨界雷諾數(shù)見(jiàn)表1-7。表1-7 常見(jiàn)管道的臨界雷諾

49、數(shù) 對(duì)于非圓截面的管道，可用下式計(jì)算： （1-20） 式中 為過(guò)流斷面的水力直徑，按下式計(jì)算 (1-21)52液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 式（1-21）中，A過(guò)流斷面面積 濕周，為過(guò)流斷面與液體相接觸的管壁周長(zhǎng) 雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，說(shuō)明慣性力起 主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，說(shuō)明粘性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于層流狀態(tài)。液體在管道中流動(dòng)時(shí)，若為層流，液流各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)有規(guī)律，則其能量損失較小；若為紊流，液流各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)極其紊亂，則能量損失較大。所以，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮盡可能使液體在管道中流動(dòng)時(shí)為層流狀態(tài)

50、。2）液流連續(xù)性方程 液流連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。 如圖1-12所示，理想液體在管道中恒定流動(dòng)時(shí)，由于它不可壓縮(密度不變)，在壓力作用下，液體中間也不可能有空隙，則在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)截面1和截面2處的液體的質(zhì)量應(yīng)相等，故有 ，即 （1-22） 53液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 或?qū)懗?常量 式中 、 截面l、2處的過(guò)流斷面面積； 、 截面1、2處的平均流速 式(1-22)即為液流連續(xù)性方程，它說(shuō)明液體在管道中流動(dòng)時(shí)，流經(jīng)管道每一個(gè)截面的流量是相等的 圖1-12 液流的連續(xù)性原理推導(dǎo)示意圖(這就是液流連續(xù)性原理)，并且同一管道中各個(gè)截面的平均流速與過(guò)流斷

51、面面積成反比，管徑細(xì)的地方流速大，管徑粗的地方流速小。3）伯努利方程 伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。 理想液體的伯努利方程 假定理想液體在如圖1-13所示的管道中做恒定流動(dòng)，任取該管兩個(gè)截面面積分別為A1、A2的截面1-1、2-2。設(shè)兩截面處的液流的平均流速分別為 、 ，壓力為 、 ，到基準(zhǔn)面的中心高度為 、 。若在很短時(shí)間 內(nèi)，液體通過(guò)兩截面的距離為 、 ，則液體在兩截面54液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)處時(shí)所具有的能量為 1-1截面 2-2截面 動(dòng)能 位能 壓力能圖1-13理想液體伯努利方程的推導(dǎo)示意圖55液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 根據(jù)能

52、量守恒定律，在同一管道內(nèi)各個(gè)截面處的能量相等，因此可得 上式簡(jiǎn)化后得 （1-23） 或?qū)懗?常量 式(1-23)稱(chēng)為理想液體的伯努利方程，也稱(chēng)為理想液體的能量方程，式中各項(xiàng)分別是單位體積液體所具有的動(dòng)能、位能和壓力能。其物理意義是：在密閉的管道中做恒定流動(dòng)的理想液體具有三種形式的能量(動(dòng)能、位能、壓力能)，在沿管道流動(dòng)的過(guò)程中，三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化，但是在管道任一截面上三種能量的總和是一常量。 實(shí)際液體的伯努利方程 實(shí)際液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于液體粘性的存在，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)要克服這些摩擦力而消耗能量；同時(shí)管路中管道的尺寸和局部形狀驟然變化使液流產(chǎn)生擾動(dòng)，也引56液壓與氣動(dòng)技

53、術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)起能量消耗。因此實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)存在能量損失，設(shè)單位體積液體在管道中流動(dòng)時(shí)的壓力損失為 。另外，由于實(shí)際液體在管道中流動(dòng)時(shí)，管道過(guò)流斷面上的流速分布是不均勻的，若用平均流速計(jì)算動(dòng)能，必然會(huì)產(chǎn)生誤差。為了修正這個(gè)誤差，需要引入動(dòng)能修整系數(shù) 。因此，實(shí)際液體的伯努利方程為 （ 1-24） 式中動(dòng)能修正系數(shù) 、 的值，當(dāng)紊流時(shí)取 ，層流時(shí)取 。 伯努利方程揭示了液體流動(dòng)過(guò)程中的能量變化規(guī)律，因此它是流體力學(xué)中的一個(gè)特別重要的基本方程。伯努利方程不僅是進(jìn)行液壓系統(tǒng)分析的理論基礎(chǔ)而且還可用來(lái)對(duì)多種液壓?jiǎn)栴}進(jìn)行研究和計(jì)算。 應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意： 斷面1、2須順流向選取(否

54、則為負(fù)值)，且應(yīng)選在緩變的過(guò)流斷面上； 斷面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，取正值，反之取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面。 57液壓與氣動(dòng)技術(shù) 3）動(dòng)量方程 動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。 剛體力學(xué)中的動(dòng)量定理指出，作用在物體上的外力等于物體在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化，即 （1-25） 對(duì)于作恒定流動(dòng)的理想液體，忽略其可壓縮性，則 ，代人（1-25）式，并考慮以平均流速代替實(shí)際流速產(chǎn)生的誤差，引入動(dòng)量修正系數(shù) ，可得如下形式的的動(dòng)量方程 （1-26）式中： 作用在液體上所有外力的矢量和 、 液流在前后兩個(gè)通流截面上的平均流速矢量 、 動(dòng)量修正系數(shù)，紊流時(shí) ，層流時(shí) 。為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常均取

55、 。 液體的密度 液體的流量任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)58液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)3 了解流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 式（1-26）為矢量方程，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況將式中的各個(gè)矢量分解到指定方向，再列出該方向的動(dòng)量方程。例如在指定方向的動(dòng)量方程可寫(xiě)成如下形式 （1-27） 在液壓系統(tǒng)中，若要求液流對(duì)通道固體壁面的作用力，稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，可根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系來(lái)求。例如在指定方向的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力計(jì)算公式為 （1-28）59液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)4 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題分析與處理任務(wù)目標(biāo) 了解壓力損失的類(lèi)型及產(chǎn)生的原因； 掌握減小壓力損失的途徑； 掌握液壓沖擊產(chǎn)生的原因及減少的措施； 掌握氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及減

56、少的措施；。 估算液壓系統(tǒng)或元件壓力損失，認(rèn)識(shí)液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象造成的危害知識(shí)與技能1管路內(nèi)液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失 實(shí)際粘性液體在流動(dòng)時(shí)存在阻力，為了克服阻力就要消耗一部分能量，這樣就有能量損失。在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實(shí)際液體流動(dòng)的伯努利方程式中的 項(xiàng)的含義。 液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類(lèi)：一類(lèi)是沿程壓力損失，另一類(lèi)是局部壓力損失。1）沿程壓力損失60液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)4 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題分析與處理 液體在直管中流動(dòng)時(shí)由內(nèi)、外摩擦力所引起的的壓力損失，稱(chēng)之為沿程壓力損失，它主要取決于管路的長(zhǎng)度和內(nèi)徑、液流的流速和粘度等。液體的流動(dòng)狀態(tài)不同，沿程壓力損失也不同。 層

57、流時(shí)的沿程壓力損失 在液壓傳動(dòng)中，液體的流動(dòng)狀態(tài)多數(shù)是層流流動(dòng)，此時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)在管中做有規(guī)則的流動(dòng)，因此可以用數(shù)學(xué)工具對(duì)其流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行探討，并推導(dǎo)出沿程壓力損失的理論計(jì)算公式。經(jīng)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)證明，層流時(shí)的沿程壓力損失可以用以下公式計(jì)算 （1-29）式中 沿程阻力系數(shù)。對(duì)于圓管層流，其理論值 ，考慮到實(shí)際圓管截面可能有變 形，以及靠近管壁處的液層可能冷卻，阻力略有加大，故實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管 取 ，橡膠管取 。 管道長(zhǎng)度（m） d 管道內(nèi)徑（m）61液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)4 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題分析與處理 液流的密度（kg/m3） 管道中液流的平均流速（m/s） 紊流時(shí)的沿程壓力損失 紊流時(shí)的沿程

58、壓力損失計(jì)算公式在形式上與層流時(shí)的計(jì)算公式（1-29c）相同，但式中的阻力系數(shù) 除了與雷諾數(shù)Re有關(guān)外，還與管壁的表面粗糙度有關(guān)。實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)于光滑管，當(dāng) 時(shí)， ；對(duì)于粗糙管， 的值要根據(jù)雷諾數(shù)Re和管壁的相對(duì)表面粗糙度 從相關(guān)資料的關(guān)系曲線(xiàn)查取。2) 局部壓力損失 液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)，由于液流方向和速度均發(fā)生變化，形成局部漩渦，使液流質(zhì)點(diǎn)間以及質(zhì)點(diǎn)與管壁間相互碰撞和劇烈摩擦而造成的壓力損失，稱(chēng)之為局部壓力損失。當(dāng)液流通過(guò)上述局部裝置時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈的紊流現(xiàn)象，流動(dòng)狀態(tài)極為復(fù)雜，影響因素較多，故局部壓力損失不易從理論上進(jìn)行分析計(jì)算。因此，一般先通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)

59、確定局部壓力損失的阻力系數(shù)，再用相應(yīng)公式計(jì)算局部壓力損失值。局部壓力損失的計(jì)算公式為62液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)4 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題分析與處理 (1-30) 式中 局部阻力系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得。各種局部裝置的可查相關(guān) 手冊(cè)。 液流在該局部裝置中的平均流速（m/s）(3)管路系統(tǒng)中的總壓力損失 管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和局部壓力損失之和，即： (1-31) 液壓系統(tǒng)中的壓力損失大部分轉(zhuǎn)換為熱能，造成系統(tǒng)油溫升高、泄露增大，以致影響系統(tǒng)的工作性能。從壓力損失的計(jì)算公式可以看出，減小液流在管道中的流速，縮短管道長(zhǎng)度，減少管道的截面突變和管道彎曲，適當(dāng)增加管道內(nèi)徑，合理選用閥類(lèi)元件等都可

60、使壓力損失減小。2. 液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，常常由于某些原因而使液體壓力突然急劇上升，形成很高的壓力峰值， 這種象稱(chēng)液壓沖擊。63液壓與氣動(dòng)技術(shù)任務(wù)4 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題分析與處理1) 液壓沖擊產(chǎn)生的原因和危害性 在閥門(mén)突然關(guān)閉或液壓缸快速制動(dòng)等情況下，液體在系統(tǒng)中的流動(dòng)會(huì)突然受阻。這時(shí)，由于液流的慣性作用，液體就從受阻端開(kāi)始，迅速將動(dòng)能逐層轉(zhuǎn)換為壓力能，因而產(chǎn)生了壓力沖擊波；此后又從另一端開(kāi)始，將壓力能逐層轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，液體又反向流動(dòng)；然后，又再次將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，如此反復(fù)地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。由于這種壓力波的迅速往復(fù)傳播，便在系統(tǒng)內(nèi)形成壓力振蕩。實(shí)際上，由于液體受到摩擦力以及液體和管壁的彈