液壓與氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1靜止液體的力學(xué)規(guī)律液體的靜壓力靜壓力基本方程靜壓力基本方程的物理意義壓力的計(jì)量單位壓力的傳遞液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.1液體的靜壓力靜壓力:是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),其單位面積上所受的法向作用力若包含液體某點(diǎn)的微小面積ΔA上所作用的法向力為ΔF，則該點(diǎn)的靜壓力p定義為：若法向力F均勻地作用在面積A上，則壓力可表示為:第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.1液體的靜壓力靜壓力的特性:液體的靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向靜止液體中任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向的壓力都相等第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.2液體靜壓力的基本方程液體靜壓力基本方程:反映了在重力作用下靜止液體中的壓力分布規(guī)律

p=po+ρghp是靜止液體中深度為h處的任意點(diǎn)上的壓力,p0

為液面上的壓力，若液面為與大氣接觸的表面，則p0等于大氣壓p。同一容器同一液體中的靜壓力隨著深度

h的增加線性地增加同一液體中深度h相同的各點(diǎn)壓力都相等.

在重力作用下靜止液體中的等壓面是深度（與液面的距離）相同的水平面

圖2—1重心作用下的靜止液體第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.3靜壓力基本方程物理意義p=p0+ρg(z0-z)

+z=+z0=C

Z:單位重量液體的位能,稱位置水頭:單位重量液體的壓力能,稱壓力水頭物理意義:靜止液體具有兩種能量形式，即壓力能與位能。這兩種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換，但其總和對(duì)液體中的每一點(diǎn)都保持不變?yōu)楹阒?，因此靜壓力基本方程從本質(zhì)上反映了靜止液體中的能量守恒關(guān)系.第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.4壓力的計(jì)量單位法定單位

:牛頓/米2(N/m2)即帕（Pa）

1MPa=106Pa單位換算:1工程大氣壓（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕

=0.1MPa1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa

第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.4壓力的計(jì)量單位相對(duì)壓力（表壓力）:

以大氣壓力為基準(zhǔn)，測(cè)量所得的壓力是高于大氣壓的部分

絕對(duì)壓力:

以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力真空度:如果液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，則稱該點(diǎn)出現(xiàn)真空。此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值，常將這一負(fù)相對(duì)壓力的絕對(duì)值稱為該點(diǎn)的真空度

真空度=|負(fù)的相對(duì)壓力|=|絕對(duì)壓力-大氣壓力|圖2—2絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.5壓力的傳遞帕斯卡原理:若在處于密封容器中靜止液體的部分邊界面上施加外力使其壓力發(fā)生變化，只要液體仍保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，則液體中任一點(diǎn)的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化液壓傳動(dòng)是依據(jù)帕斯卡原理實(shí)現(xiàn)力的傳遞、放大和方向變換的液壓系統(tǒng)的壓力完全決定于外負(fù)載圖2-4帕斯卡原理應(yīng)用第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.1.6液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力當(dāng)承受壓力的固體壁面為平面時(shí):則作用在其上的總作用力等于壓力與該壁面面積之積

如果承受壓力的固體壁面是曲面時(shí):曲面上總作用力在某一方向上的分力等于曲面在與該方向垂直平面內(nèi)的投影面積與靜壓力的乘積。若已知曲面上總作用力在三個(gè)坐標(biāo)軸方向的分量分別為Fx、Fy和Fz時(shí)，總作用力的大小為：第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.2流動(dòng)液體的力學(xué)規(guī)律基本概念連續(xù)性方程伯努利方程第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.2.1基本概念理想液體:既不可壓縮又無粘性的液體理想氣體:可壓縮但沒有粘性的氣體一維定常流動(dòng):即流場(chǎng)中速度與壓力只是空間點(diǎn)的位置的函數(shù)而與時(shí)間無關(guān)，則稱流場(chǎng)中的流動(dòng)為定常流動(dòng)。在定常流動(dòng)條件下，如果通過適當(dāng)選擇坐標(biāo)（包括曲線坐標(biāo)）后，使流速與壓力只是一個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)，則稱這樣的流動(dòng)為一維定常流動(dòng)第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.2.1基本概念通流截面:在流場(chǎng)中作一面。若該面與通過面上的每一條流線都垂直，則稱該面為通流截面

流量:單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面的流體體積

法定單位:

米3/秒(m3/s)

工程中常用升/分（L/min）通流截面上的平均流速:圖2—7流線、流束與通流截面第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.2.1基本概念流動(dòng)液體中的壓力和能量:由于存在運(yùn)動(dòng)，所以理想流體流動(dòng)時(shí)除了具有壓力能與位能外，還具有動(dòng)能。即流動(dòng)理想流體具有壓力能，位能和動(dòng)能三種能量形式單位重量的壓力能:單位重量的位能:Z單位重量的動(dòng)能:第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.2.2連續(xù)性方程:質(zhì)量守恒定律在流動(dòng)液體情況下的具體應(yīng)用q=A=常數(shù)

不可壓縮流體作定常流動(dòng)時(shí)，通過流束（或管道）的任一通流截面的流量相等通過通流截面的流速則與通流截面的面積成反比

第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.2.3伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表達(dá)形式理想液體的伯努利方程實(shí)際液體的伯努利方程伯努利方程應(yīng)用實(shí)例第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六理想液體的伯努利方程圖2-8伯努利方程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖理想液體定常流動(dòng)時(shí)，液體的任一通流截面上的總比能（單位重量液體的總能量）保持為定值?？偙饶苡杀葔耗埽ǎ⒈任荒埽╖）和比動(dòng)能（）組成，可以相互轉(zhuǎn)化。由于方程中的每一項(xiàng)均以長(zhǎng)度為量綱，所以亦分別稱為壓力水頭，位置水頭和速度水頭

靜壓力基本方程是伯努利方程的特例第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)際液體的伯努利方程α:動(dòng)能修正系數(shù),為截面上單位時(shí)間內(nèi)流過液體所具有的實(shí)際動(dòng)能，與按截面上平均流速計(jì)算的動(dòng)能之比（層流時(shí)α=2，紊流時(shí)α=1）

:單位重量液體所消耗的能量第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六伯努利方程應(yīng)用實(shí)例液壓泵吸油口處的真空度是油箱液面壓力與吸油口處壓力p2之差。液壓泵吸油口處的真空度卻不能太大.實(shí)踐中一般要求液壓泵的吸油口的高度h不超過0.5米.圖2-10液壓泵從油箱吸油第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3管路系統(tǒng)流動(dòng)分析兩種流動(dòng)狀態(tài)定常管流的壓力損失通過小孔的流動(dòng)通過間隙的流動(dòng)第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.1兩種流動(dòng)狀態(tài)層流

紊流

雷諾數(shù):液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)決定于由管道中流體的平均流速υ、管道直徑d和液體運(yùn)動(dòng)粘度這三個(gè)參數(shù)所組成的無量綱數(shù)的大小:流動(dòng)液體的雷諾數(shù)低于臨界雷諾數(shù)(由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)為層流，反之液流的狀態(tài)為紊流雷諾數(shù)的物理意義:流動(dòng)液體的慣性力與粘性力之比第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2定常管流的壓力損失層流時(shí)管截面上的速度分布

圖2-14圓管中的層流第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2定常管流的壓力損失流量

式中d:管道內(nèi)徑（m）；

l:管道長(zhǎng)度（m）；

:流體的動(dòng)力粘度（N·S/m2）；

=p1-p2:管道兩端的壓力差（N/m2）；

第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2定常管流的壓力損失沿程壓力損失:這種沿等直徑管流動(dòng)時(shí)的壓力損失

λ:沿程壓力損失系數(shù),其理論值為.

當(dāng)流動(dòng)液體為液壓油時(shí)，第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2定常管流的壓力損失局部壓力損失Δpξ:在流經(jīng)閥口、管道截面變化、彎曲等處時(shí)，由于流動(dòng)方向和速度變化及復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象(旋渦，二次流等)而造成局部能量損失

ξ稱為局部壓力損失系數(shù)第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.2定常管流的壓力損失管路系統(tǒng)的壓力損失和壓力效率

:整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失是系統(tǒng)中所有直管的沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和使用條件:管路系統(tǒng)中兩相鄰局部壓力損失之間距離足夠大（相連管徑的10-20倍）

系統(tǒng)動(dòng)力元件所供的工作壓力:

管路系統(tǒng)的壓力效率

第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.3通過小孔的流動(dòng)

在液壓與氣壓傳動(dòng)中常用通過改變閥口通流截面積或通過通流通道的長(zhǎng)短來控制流量的節(jié)流裝置來實(shí)現(xiàn)流量控制。這種節(jié)流裝置的通流截面一般為不同形式的小孔。通過薄壁小孔(孔的通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d≤0.5)的流動(dòng)通過細(xì)長(zhǎng)小孔(小孔的長(zhǎng)徑比l/d>4)的流動(dòng)

第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六通過薄壁小孔的流動(dòng)

稱為小孔流量系數(shù)通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關(guān)，因而流量受液體溫度影響較小.但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的

圖2-15液體在薄壁小孔中的流動(dòng)第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六通過細(xì)長(zhǎng)小孔的流動(dòng)是細(xì)長(zhǎng)小孔的通流截面積液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。但細(xì)長(zhǎng)小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系是線性的第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.3通過小孔的流動(dòng)統(tǒng)一的經(jīng)過小孔的流量公式

式中A:孔的通流截面積，Δp:孔前后壓差，

m:由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的指數(shù),0.5≤m≤1k:由孔口形式有關(guān)的系數(shù)

當(dāng)孔為薄壁小孔時(shí)，m=0.5,

為細(xì)長(zhǎng)小孔時(shí)m=1，

第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.3.4通過間隙的流動(dòng)配合間隙泄漏:當(dāng)流體流經(jīng)這些間隙時(shí)就會(huì)發(fā)生從壓力高處經(jīng)過間隙流