液壓與氣壓傳動(dòng)課件第一頁(yè)，共813頁(yè)。1.1液壓油液(Hydraulicoil)1.2液體靜力學(xué)(Hydro-staticmechanicsbasicknowledge)第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)

(Hydro-mechanicsbasicknowledgeofhydraulictransmission)1.3液體運(yùn)動(dòng)學(xué)和液體動(dòng)力學(xué)(Hydro-kinematicsandHydro-dynamicsbasic

knowledge)壓傳動(dòng)與氣液壓1.4管路流動(dòng)的壓力損失(Pressurelossesatpipes'surfaceandwithintheliquidsmoveinpipes)1.5孔口流動(dòng)(Flowofliquidmovingthroughorifice)1.6縫隙流動(dòng)(Flowofliquidmovingthroughnarrowclearance)1.7液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象(Pressureshockandcavitation)第二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.密度

單位體積液體的質(zhì)量稱為該液體的密度，用ρ表示，對(duì)于均質(zhì)液體：式中V——液體的體積，m3；

m——體積為V的液體的質(zhì)量，kg。液壓油的密度隨著溫度和壓力的變化而變化，一般是隨著溫度的升高而減小，隨著壓力的增高而增大，但是變化很小。在一般的使用條件下，可近似將液體的密度視為常數(shù)，液壓油的密度計(jì)算時(shí)可取近似值ρ＝900kg/m3。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1液壓油液(Hydraulicoil)1.1.1液壓油液的性質(zhì)第三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.可壓縮性

液體受壓力作用而發(fā)生體積減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。體積為V的液體，當(dāng)壓力增大Δp時(shí)，體積減小ΔV，則液體在單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量為式中，k稱為液體的壓縮系數(shù)。由于壓力增大時(shí)液體的體積減小，因此上式的右邊須加一負(fù)號(hào)，以使k為正值。

k的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，用K表示，即

K表示產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化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。液壓油的平均體積彈性模量K值為(1.2～2)×103MPa，數(shù)值很大，故對(duì)于一般液壓系統(tǒng)，可認(rèn)為油液是不可壓縮的。但是，若液壓油中混入空氣時(shí)，其可壓縮性將顯著增加，并將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的工作性能，故在液壓系統(tǒng)中盡力防止空氣混入油液中。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

3.黏性

1)黏性的意義

液體分子之間的吸引力使其互相制約形成一體，這種吸引力稱為內(nèi)聚力。液體分子與固體分子之間的吸引力稱為附著力。當(dāng)液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，液體分子間內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即分子之間產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這一特性稱為液體的黏性。黏性是液體的重要物理特性，也是選擇液壓油的依據(jù)。液體流動(dòng)時(shí)，由于液體和固體壁面間的附著力以及液體的黏性，會(huì)使液體內(nèi)各液層間的速度大小不等。如圖1.1所示，設(shè)在兩個(gè)平行平板之間充滿液體，當(dāng)上平板以速度u0相對(duì)于靜止的下平板向右移動(dòng)時(shí)，在附著力的作用下，緊貼于上平板的液體層速度為u0，而中間各層液體的速度則從上到下近似呈線性遞減的規(guī)律分布，這是因?yàn)樵谙噜弮梢后w層間存在內(nèi)摩擦力的緣故，該力對(duì)上層液體起阻滯作用，而對(duì)下層液體則起拖曳作用。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表明，液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比，即加入比例系數(shù)μ，則式中μ——比例系數(shù)，又稱為黏度系數(shù)或動(dòng)力黏度。若以τ表示液層間在單位面積上的內(nèi)摩擦力，則上式可寫(xiě)成這就是牛頓液體內(nèi)摩擦定律。由式(1-5)可知，在靜止液體中，因速度梯度du/dy＝0，故內(nèi)摩擦力為零，因此液體在靜止?fàn)顟B(tài)下是不呈現(xiàn)黏性的。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2)液體的黏度液體黏性的大小用黏度來(lái)表示。常用的黏度有3種，即動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和相對(duì)黏度。

(1)動(dòng)力黏度μ。它是表征液體黏度的內(nèi)摩擦系數(shù)，故由式(1-5)可知由此可知?jiǎng)恿︷ざ鹊奈锢硪饬x是：當(dāng)速度梯度等于1時(shí)，接觸液體液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力τ即為動(dòng)力黏度，又稱絕對(duì)黏度。動(dòng)力黏度μ的單位是Pa·s。

(2)運(yùn)動(dòng)黏度ν。動(dòng)力黏度μ和該液體密度ρ的比值稱為運(yùn)動(dòng)黏度，用ν表示，即運(yùn)動(dòng)黏度ν沒(méi)有明確的物理意義。因?yàn)樵谄鋯挝恢兄挥虚L(zhǎng)度和時(shí)間的量綱，所以稱為運(yùn)動(dòng)黏度。它是工程實(shí)際中經(jīng)常用到的物理量，單位是m2/s

。就物理意義來(lái)說(shuō)，ν并不是一個(gè)黏度的量，但工程中常用它來(lái)標(biāo)志液體的黏度。例如，液壓油的牌號(hào)，就是這種油液在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度ν(mm2/s)的平均值，如L-AN32液壓油就是指這種液壓油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度ν的平均值為32mm2/s。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(3)相對(duì)黏度。相對(duì)黏度又稱條件黏度。它是采用特定的黏度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)出來(lái)的液體黏度。根據(jù)測(cè)量條件的不同，各國(guó)采用的相對(duì)黏度的單位也不同。如中國(guó)、德國(guó)及前蘇聯(lián)等國(guó)采用恩氏黏度(°E)，美國(guó)采用國(guó)際賽氏秒(SSU)，英國(guó)采用雷氏黏度(R)，等等。

恩氏黏度由恩氏黏度計(jì)測(cè)定，即將200cm2的被測(cè)液體裝入底部有2.8mm小孔的恩氏黏度計(jì)的容器中，在某一特定溫度t℃時(shí)，測(cè)定液體在自重作用下流過(guò)小孔所需的時(shí)間t1，和同體積的蒸餾水在20℃時(shí)流過(guò)同一小孔所需的時(shí)間t2之比值，便是該液體在t℃時(shí)的恩氏黏度。恩氏黏度用符號(hào)°Et表示，即一般以20℃、50℃、100℃作為測(cè)定恩氏黏度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此而得來(lái)的恩氏黏度分別用°E20、°E50和°E100表示。恩氏黏度和運(yùn)動(dòng)黏度的換算關(guān)系式為第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

3)調(diào)和油的黏度

選擇合適黏度的液壓油，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能有著十分重要的作用。有時(shí)現(xiàn)有的油液黏度不能滿足要求，可把兩種不同黏度的油液混合起來(lái)使用，稱為調(diào)和油。調(diào)和油的黏度與兩種油所占有的比例有關(guān)，一般可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中°E1、°E2——混合前兩種油液的黏度，取°E1>°E2；

°E——混合后的調(diào)和油黏度；

a﹑b——參與調(diào)和的兩種油液各占的百分?jǐn)?shù)(a%＋b%＝100%)；

c——實(shí)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)表1.1。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

4)黏度和溫度的關(guān)系

溫度對(duì)油液黏度影響很大，當(dāng)油液溫度升高時(shí)，其黏度顯著下降。油液黏度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量，因此希望黏度隨溫度的變化越小越好。不同的油液有不同的黏度溫度變化關(guān)系，這種關(guān)系叫作油液的黏溫特性。常用的國(guó)產(chǎn)油液的黏溫特性如圖1.2所示，供選擇液壓油時(shí)參考。黏度特性還常用黏度指數(shù)(VI)來(lái)表示。VI表示該液體的黏度隨溫度變化程度與標(biāo)準(zhǔn)液的黏度變化程度之比。黏度指數(shù)越高，液體的黏溫特性越好，即溫度變化后，黏度變化較小。一般要求油液的黏度指數(shù)高于90，優(yōu)異的在100以上。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

5)黏度與壓力的關(guān)系

壓力對(duì)油液的黏度也有一定的影響。壓力越高，分子間的距離越小，因此黏度越大。不同的油液有不同的黏度壓力變化關(guān)系，這種關(guān)系叫作油液的黏壓特性。但一般情況下，壓力的變化對(duì)黏度影響比較小。通常當(dāng)壓力在35MPa以下時(shí)，黏度隨壓力的變化不太大。當(dāng)壓力在35MPa以上時(shí)，黏度的增大甚至?xí)绊懙揭后w的流動(dòng)性。例如，當(dāng)壓力從零升高到150MPa時(shí)，液壓油的黏度將增大至17倍，油液在系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力就會(huì)顯著增大。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

4.其他特性液壓油液還有其他一些物理化學(xué)性質(zhì)，如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤(rùn)滑性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性以及相容性(主要指對(duì)密封材料、軟管等不侵蝕和不溶脹的性質(zhì))等，這些性質(zhì)對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能有重要影響。對(duì)于不同品種的液壓油液，這些性質(zhì)的指標(biāo)是不同的，具體應(yīng)用時(shí)可查油類(lèi)產(chǎn)品手冊(cè)。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.要求液壓系統(tǒng)中的工作油液具有雙重作用，一是作為傳遞能量的介質(zhì)，二是作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)零件的工作表面。因此，油液的性能會(huì)直接影響液壓傳動(dòng)的性能：如工作的可靠性、靈敏性、工況的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的效率及零件的壽命等。一般在選擇油液時(shí)應(yīng)滿足下列幾項(xiàng)要求：

(1)適宜的黏度及良好的黏溫性能，以確保工作溫度發(fā)生變化的條件下能準(zhǔn)確、靈敏地傳遞動(dòng)力，并能保證液壓元件的正常潤(rùn)滑；

(2)具有良好的防銹性及抗氧化安定性，在高溫高壓條件下不易氧化變質(zhì)，使用壽命長(zhǎng)；

(3)具有良好的抗泡沫性，使油液在受到機(jī)械不斷攪拌的工作條件下產(chǎn)生的泡沫易于消失，以使動(dòng)力傳遞穩(wěn)定，避免液壓油的加速氧化；

(4)良好的抗乳化性，能與混入油中的水迅速分離，以免形成乳化液，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)金屬材料的銹蝕和降低使用效果；第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1.2對(duì)液壓油液的要求和選用第十三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(5)良好的極壓抗磨性，以保證液壓元件中的摩擦副在高壓、高速苛刻條件下得到正常的潤(rùn)滑，減少磨損。除上述基本質(zhì)量要求外，對(duì)于一些特殊性能要求的液壓油尚有特殊要求。如低溫液壓油要求具有良好的低溫使用性能；抗燃液壓油要求具有良好的抗燃性能。目前，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用的液體有石油基液壓油、水基液壓油和合成液壓油。石油基液壓油是從石油中提煉并增加一些添加劑而成的，簡(jiǎn)稱液壓油。這種液壓油潤(rùn)滑性和化學(xué)穩(wěn)定性好，是迄今液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛采用的工作介質(zhì)。這種油的缺點(diǎn)是抗燃性差，因此，在使用時(shí)需要考慮防火措施。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓水基液壓油有水-乙二醇液壓油和乳化液液壓油。前者由體積分?jǐn)?shù)為35%～55%的水和乙二醇及一些添加劑組成，后者由一定比例的水和乳化液及一些添加劑組成。這種乳化液液壓油有兩大類(lèi)：一類(lèi)是少量的油(占5%～10%)分散在大量的水中，稱為水包油液壓油，也稱高水基液壓油(O/W)；另一類(lèi)是水分散在大量油中(油占60%)，稱為油包水液壓油(W/O)。乳化液液壓油含水量大、不可燃、價(jià)格低廉，但是潤(rùn)滑性差、易蒸發(fā)、乳化穩(wěn)定差，主要適用于采煤機(jī)械、水壓機(jī)等。合成液壓油中較常見(jiàn)的是磷酸酯液壓油。它是一種較好的抗燃液壓油，由于其揮發(fā)極少，且蒸汽比重大，切斷火源就能完全停止燃燒，因此具有良好的防火性能，使用溫度可達(dá)120℃，它的潤(rùn)滑性、低溫流動(dòng)性和氧化穩(wěn)定性都較好，但價(jià)格高且對(duì)于丁腈橡膠有侵蝕性。這種液壓油在軍事裝備上應(yīng)用較多。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.選用選擇液壓油首先要考慮的是黏度問(wèn)題。在一定條件下，選用的油液黏度太高或太低，都會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。黏度高的油液流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力較大，克服阻力所消耗的功率較大，而此功率損耗又將轉(zhuǎn)換成熱量使油溫上升。黏度太低，會(huì)使泄漏量加大，使系統(tǒng)的容積效率下降。一般液壓系統(tǒng)的油液黏度為ν40＝(10～60)×10－6m/s，更高黏度的油液應(yīng)用較少。在選擇液壓油時(shí)要根據(jù)具體情況或系統(tǒng)的要求來(lái)選用黏度合適的油液。選擇時(shí)一般考慮以下幾個(gè)方面：

(1)液壓系統(tǒng)的工作壓力。工作壓力較高的液壓系統(tǒng)宜選用黏度較大的液壓油，以減少系統(tǒng)泄漏；反之，可選用黏度較小的液壓油。

(2)環(huán)境溫度。環(huán)境溫度較高時(shí)宜選用黏度較大的液壓油。

(3)運(yùn)動(dòng)速度。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，為減小液流的功率損失，宜選用黏度較低的液壓油。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(4)液壓泵的類(lèi)型。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)楸脙?nèi)零件的運(yùn)動(dòng)速度很高，承受的壓力較大，潤(rùn)滑要求苛刻，溫升高。因此，常根據(jù)液壓泵的類(lèi)型及要求來(lái)選擇液壓油的黏度。各類(lèi)液壓泵適用的黏度范圍及推薦用油牌號(hào)如表1.2所示。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第十八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.液體的靜壓力

靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力，如果在液體內(nèi)某點(diǎn)處微小面積ΔA上作用有法向力ΔF，則ΔF/ΔA的極限就定義為該點(diǎn)處的靜壓力，并用p表示，即

若在液體的面積上，所受的為均勻分布的作用力時(shí)，則靜壓力可表示為液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，在工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣上稱為壓力。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.2液體靜力學(xué)(Hydro-staticmechanicsbasicknowledge)1.2.1靜壓力及其特性液體靜力學(xué)是研究液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。這里所說(shuō)的靜止，是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至于液體整體，完全可以像剛體一樣作各種運(yùn)動(dòng)。第十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓在國(guó)際單位制(SI)中，壓力的單位是Pa(帕，N/m2)，由于此單位太小，在工程上使用很不方便，因此常采用它的倍數(shù)單位MPa(兆帕)。1MPa＝106Pa＝106N/m2

國(guó)際上壓力曾經(jīng)慣用的單位是bar(巴)。我國(guó)過(guò)去在工程上采用工程大氣壓(at)、水柱高度、汞柱高度等壓力單位。各種壓力單位之間的換算關(guān)系如下：1bar＝1×105Pa＝0.1MPa1at(工程大氣壓)＝1kgf/cm2＝9.8×104Pa1mH2O(米水柱)＝9.8×103Pa1mmHg(毫米汞柱)＝1.33×102Pa第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.液體靜壓力的特性

(1)液體靜壓力垂直于其承壓面，其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。

(2)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.靜壓力基本方程式

在重力作用下的靜止液體所受的力，除了液體重力，還有液面上作用的外加壓力，其受力情況如圖1.3(a)所示。如果計(jì)算離液面深度為h的某一點(diǎn)壓力，可以從液體內(nèi)取出一個(gè)底面通過(guò)該點(diǎn)的垂直小液柱作為研究體，如圖1.3(b)所示，設(shè)液柱底面積為ΔA，高為h，體積為ΔA·h，則液柱的重力為ρghΔA，且作用于液柱的重心上。由于液柱處于受力平衡狀態(tài)，因此在垂直方向上存在如下關(guān)系：pΔA＝p0ΔA＋ρghΔA

等式兩邊同除以ΔA，則得p＝p0＋ρgh

(1-13)第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.2.2靜壓力基本方程第二十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓式(1-13)為液體的靜壓力基本方程式。由該式可知，重力作用下靜止的液體，其壓力分布有如下特征：

(1)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力由兩部分組成：一部分是液面上的外加壓力p0，另一部分是該點(diǎn)以上液體自重所形成的壓力，即ρg與該點(diǎn)離液面深度h的乘積。當(dāng)液面上只受大氣壓力pa作用時(shí)，則液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力為p＝pa＋ρgh

(1-14)

(2)靜止液體內(nèi)的任一點(diǎn)壓力隨該點(diǎn)距離液面的深度呈直線規(guī)律遞增。

(3)離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，而壓力相等的所有點(diǎn)組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面為水平面，而與大氣接觸的自由表面也是等壓面。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二十三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(4)對(duì)于靜止液體，如果液面外加壓力為p0，液面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離為z0，液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力為p，該點(diǎn)與基準(zhǔn)水平面的垂直距離為z，則由靜壓力基本方程式可得其中，p/(ρg)為靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能；z為單位質(zhì)量液體的勢(shì)能。公式的物理意義為靜止液體中任一質(zhì)點(diǎn)的總能量保持不變，即能量守恒。

(5)在常用的液壓裝置中，一般外加壓力p0遠(yuǎn)大于液體自重所形成的壓力ρgh，因此分析計(jì)算時(shí)可忽略ρgh，即認(rèn)為液壓裝置靜止液體內(nèi)部的壓力是近似相等的。在以后的有關(guān)章節(jié)分析計(jì)算壓力時(shí)，都采用這一結(jié)論。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.壓力的表示方法根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力分為絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種。以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力；以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。絕大多數(shù)測(cè)壓儀表因其外部均受大氣壓力作用，所以儀表指示的壓力是相對(duì)壓力。今后如不特別指明，液壓傳動(dòng)中所提到的壓力均為相對(duì)壓力。如果液體中某點(diǎn)處的絕對(duì)壓力小于大氣壓力，這時(shí)該點(diǎn)的絕對(duì)壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度，此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值，又稱負(fù)壓。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的關(guān)系如圖1.4所示。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

例1.1如圖1.5所示，容器內(nèi)充滿油液。已知油的密度ρ＝900kg/m3，活塞上的作用力F＝1000N，活塞面積A＝1×10－3m2，忽略活塞的質(zhì)量。問(wèn)活塞下方深度為h＝0.5m處的靜壓力等于多少？解：根據(jù)公式(1-13)p＝p0＋pgh，活塞與油液接觸面上的壓力：則深度為h＝0.5m處的液體壓力為

p＝p0＋ρgh＝(106＋900×9.8×0.5)Pa

＝1.0044×106

N/m2

≈106

N/m2

＝1MPa第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第二十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

密閉容器內(nèi)的液體，當(dāng)外加壓力p0發(fā)生變化時(shí)，只要液體仍保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)不變，則液體內(nèi)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)，施加于靜止液體的壓力可以等值地傳遞到液體各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理，也稱為靜壓傳遞原理。

圖1.6是應(yīng)用帕斯卡原理的實(shí)例。圖中大小兩個(gè)液壓缸由連通管相連構(gòu)成密閉容積。其中大缸活塞面積為A1，作用在活塞上的負(fù)載為F1，液體所形成的壓力p＝F1/A1。由帕斯卡原理知：小活塞處的壓力也為p，若小活塞面積為A2，則為防止大活塞下降，在小活塞上應(yīng)施加的力：

由式(1-16)可知，由于A2/A1＜1，所以用一個(gè)很小的推力F2，就可以推動(dòng)一個(gè)比較大的負(fù)載F1。液壓千斤頂就是依據(jù)這一原理制成的。從負(fù)載與壓力的關(guān)系還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大活塞上的負(fù)載F1＝0時(shí)，不考慮活塞自重和其他阻力，則不論怎樣推動(dòng)小液壓缸的活塞，也不能在液體中形成壓力，這說(shuō)明液體內(nèi)的壓力是由外負(fù)載決定的。這是液壓傳動(dòng)中一個(gè)很重要的概念。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.2.3帕斯卡原理第二十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

液體和固體壁面接觸時(shí)，固體壁面將受到液體靜壓力的作用。當(dāng)固體壁面為一平面時(shí)，液體壓力在該平面上的總作用力F等于液體壓力p與該平面面積A的乘積，其作用方向與該平面垂直，即

F＝pA

(1-17)當(dāng)固體壁面為一曲面時(shí)，情況就不同了；作用在曲面上各點(diǎn)處的壓力方向是不平行的，因此，靜壓力作用在曲面某一方向x上的總作用力Fx等于液體壓力與曲面在該方向投影面積Ax的乘積，即Fx＝pAx

(1-18)上述結(jié)論適用于任何曲面。下面以液壓缸缸筒的受力情況為例加以證明。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.2.4靜壓力對(duì)固體壁面的作用力第二十八頁(yè)，共813頁(yè)。液體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，液體動(dòng)力學(xué)研究作用于液體上的力與液體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程是描述流動(dòng)液體力學(xué)規(guī)律的3個(gè)基本方程。前兩個(gè)方程式反映壓力、流速與流量之間的關(guān)系；動(dòng)量方程用來(lái)解決流動(dòng)液體與固體壁面間的作用力問(wèn)題。這些內(nèi)容不僅構(gòu)成了液體運(yùn)動(dòng)學(xué)和液體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，而且還是液壓技術(shù)中分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)計(jì)算的理論依據(jù)。壓傳動(dòng)與氣液壓第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.3液體運(yùn)動(dòng)學(xué)和液體動(dòng)力學(xué)(Hydro-kinematicsandHydro-dynamicsbasicknowledge)第二十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.理想液體和恒定流動(dòng)由于液體具有黏性，而且黏性只是在液體運(yùn)動(dòng)時(shí)才體現(xiàn)出來(lái)，因此在研究流動(dòng)液體時(shí)必須考慮黏性的影響。液體中的黏性問(wèn)題非常復(fù)雜，為了分析和計(jì)算問(wèn)題的方便，開(kāi)始分析時(shí)可先假設(shè)液體沒(méi)有黏性，然后再考慮黏性的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等辦法對(duì)已得出的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充或修正。對(duì)于液體的可壓縮問(wèn)題，也可采用同樣的方法來(lái)處理。理想液體：在研究流動(dòng)液體時(shí)，把假設(shè)的既無(wú)黏性又不可壓縮的液體稱為理想液體。而把事實(shí)上既有黏性又可壓縮的液體稱為實(shí)際液體。恒定流動(dòng)：當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，如果液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化，則液體的這種流動(dòng)稱為恒定流動(dòng)(亦稱定常流動(dòng)或非時(shí)變流動(dòng))；反之，若液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度中有一個(gè)隨時(shí)間而變化時(shí)，就稱為非恒定流動(dòng)(亦稱非定常流動(dòng)或時(shí)變流動(dòng))。如圖1.8所示，圖1.8(a)為恒定流動(dòng)，圖1.8(b)為非恒定流動(dòng)。非恒定流動(dòng)情況復(fù)雜，本節(jié)主要介紹恒定流動(dòng)時(shí)的基本方程。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.3.1基本概念第三十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.通流截面、流量和平均流速液體在管道中流動(dòng)時(shí)，其垂直于流動(dòng)方向的截面為通流截面(或過(guò)流截面)。單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一通流截面的液體體積稱為流量。流量用q表示，單位為m3/s或L/min。由于流動(dòng)液體黏性的作用，在通流截面上各點(diǎn)的流速u(mài)一般是不相等的。在計(jì)算流過(guò)整個(gè)通流截面A的流量時(shí)，可在通流截面A上取一微小截面dA，如圖1.9(a)所示，并認(rèn)為在該斷面各點(diǎn)的速度u相等，則流過(guò)該微小斷面的流量為dq＝udA流過(guò)整個(gè)通流截面A的流量為

對(duì)于實(shí)際液體的流動(dòng)，速度u的分布規(guī)律很復(fù)雜，如圖1.9(b)所示，故按公式(1-19)計(jì)算流量是困難的。因此，提出一個(gè)平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過(guò)通流截面的流量等于以實(shí)際流速流過(guò)的流量，即由此得出通流截面上的平均流速為v＝q/A

(1-20)第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第三十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓在實(shí)際的工程計(jì)算中，平均流速才具有應(yīng)用價(jià)值。液壓缸工作時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速，當(dāng)液壓缸有效面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度由輸入液壓缸的流量決定。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第三十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓流量連續(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。圖1.10為一不等截面管，液體在管內(nèi)作恒定流動(dòng)，任取1、2兩個(gè)通流截面，設(shè)其面積分別為A1和A2，兩個(gè)截面中液體的平均流速和密度分別為v1、ρ1和v2、ρ2，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩個(gè)截面的液體質(zhì)量相等，即ρ1v1A1＝ρ2v2A2

不考慮液體的壓縮性，有ρ1＝ρ2，則v1A1＝v2A2

(1-21)由于兩通流截面是任意取的，故有q＝vA＝常數(shù)這就是液流的流量連續(xù)性方程，它說(shuō)明恒定流動(dòng)中流過(guò)各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速和通流截面的面積成反比。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.3.2流量連續(xù)性方程第三十三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓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。

1.理想液體的伯努利方程

理想液體因無(wú)黏性，又不可壓縮，因此在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)沒(méi)有能量損失。根據(jù)能量守恒定律，同一管道每一截面的總能量都是相等的。如前所述，對(duì)靜止液體，單位質(zhì)量液體的總能量為單位質(zhì)量液體的壓力能p/(ρg)和勢(shì)能之和；而對(duì)于流動(dòng)液體，除以上兩項(xiàng)外，還有單位質(zhì)量液體的動(dòng)能v2/(2g)。在圖1.11中任取兩個(gè)截面A1和A2，它們距基準(zhǔn)水平面的距離分別為z1和z2，斷面平均流速分別為v1和v2，壓力分別為p1和p2。根據(jù)能量守恒定律有因兩個(gè)截面是任意取的，因此上式可改寫(xiě)為第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.3.3伯努利方程第三十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓以上兩式即為理想液體的伯努利方程，其物理意義為：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想流體具有壓力能、勢(shì)能和動(dòng)能3種形式的能量，在任一截面上這3種能量可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第三十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.實(shí)際液體伯努利方程

實(shí)際液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于液體存在黏性，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，消耗能量；由于管道形狀和尺寸的變化，液流會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，消耗能量。因此，實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)存在能量損失，設(shè)單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動(dòng)的能量損失為hw。另外，因?qū)嶋H流速v在管道通流截面上的分布不是均勻的，為方便計(jì)算，一般用平均流速替代實(shí)際流速計(jì)算動(dòng)能。顯然，這將產(chǎn)生計(jì)算誤差。為修正這一誤差，便引進(jìn)了動(dòng)能修正系數(shù)α，它等于單位時(shí)間內(nèi)某截面處的實(shí)際動(dòng)能與按平均流速計(jì)算的動(dòng)能之比，其表達(dá)式為動(dòng)能修正系數(shù)α在紊流時(shí)取α＝1.1，在層流時(shí)取α＝2，實(shí)際計(jì)算時(shí)常取α＝1。在引進(jìn)了能量損失hw和動(dòng)能修正系數(shù)α后，實(shí)際液體的伯努利方程表示為第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第三十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

在利用式(1-24)進(jìn)行計(jì)算時(shí)必須注意：

(1)截面1、2應(yīng)順流向選取，且選在流動(dòng)平穩(wěn)的通流截面上。

(2)

z

和p

應(yīng)為通流截面的同一點(diǎn)上的兩個(gè)參數(shù)，為方便起見(jiàn)，一般將這兩個(gè)參數(shù)定在通流截面的軸心處。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第三十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。動(dòng)量方程可以用來(lái)計(jì)算流動(dòng)液體作用于限制其流動(dòng)的固體壁面上的總作用力。根據(jù)剛體力學(xué)動(dòng)量定理：作用在物體上全部外力的矢量和應(yīng)等于物體在力作用方向上的動(dòng)量的變化率。

1.動(dòng)量方程式

為推導(dǎo)液體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程，在圖1.14所示的管道中，任取通流截面1、2所限制的液體體積，稱之為控制體積，截面1、2為控制表面。截面1、2上的通流面積分別為A1、A2，平均流速分別為v1、v2?？刂企w積從12流到1′2′位置時(shí)，可以看成是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系在運(yùn)動(dòng)。若以d[mv]表示控制體積在位置1′2′處相對(duì)于位置12處的動(dòng)量增量，F(xiàn)表示諸外力的合力，則由動(dòng)量定理有第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.3.4動(dòng)量方程第三十八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

由于控制體積12的動(dòng)量與控制體積1′2′的動(dòng)量可分別做如下表示：故動(dòng)量的變化為根據(jù)動(dòng)量定義所以在時(shí)間間隔dt內(nèi)動(dòng)量的變化為于是有式(1-26)即為理想液體做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的動(dòng)量方程式。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第三十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.動(dòng)量方程式的討論

(1)在式(1-26)中，F(xiàn)、v1、v2均為向量，在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)將上式向某指定方向投影，列出在該方向上的動(dòng)量方程。

(2)式(1-26)中的F是液體所受的固體壁面的作用力，而液體的反作用力作用于固體壁面上的力則為－F，即與力F大小相等，方向相反。

(3)動(dòng)量修正系β。液體的真實(shí)動(dòng)量與用平均流速計(jì)算出的動(dòng)量之比叫作動(dòng)量修正系數(shù)，以β表示?？紤]這一因素后，液體的動(dòng)量方程式修正為

F＝ρq(β2v2－β1v1)

(1-27)對(duì)于圓管中的層流流動(dòng)，取β＝1.33，近似值常取β＝1；對(duì)于圓管中的紊流流動(dòng)，取β＝1。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十頁(yè)，共813頁(yè)。由于流動(dòng)液體具有黏性，以及液體流動(dòng)時(shí)突然轉(zhuǎn)彎和通過(guò)閥口會(huì)產(chǎn)生相互撞擊和出現(xiàn)漩渦等，液體在管道中流動(dòng)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，液體流動(dòng)時(shí)需要損耗一部分能量。損失的能量轉(zhuǎn)變成熱量后一部分沿管壁散發(fā)到空間，另一部分進(jìn)入系統(tǒng)使油液的溫度升高。能量損失的外部表現(xiàn)是液體流過(guò)一段管路后壓力降低，所以也可用壓力損失來(lái)描述能量損失。液體在系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)的能量損失有兩種：一種是液體在等徑直管中流過(guò)一段距離時(shí)，因液體的黏性摩擦產(chǎn)生的能量損失，稱為沿程壓力損失；另一種是液體在經(jīng)過(guò)截面形狀突然變化的區(qū)域時(shí)，由于液流的方向或速度突然變化引起液體質(zhì)點(diǎn)間的劇烈作用而產(chǎn)生的能量損失，稱為局部壓力損失。液體在管路中流動(dòng)時(shí)的壓力損失和液流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，下面先分析液流的流態(tài)，然后分析兩種壓力損失。壓傳動(dòng)與氣液壓第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.4管路流動(dòng)的壓力損失(Pressurelossesatpipes'surfaceandwithintheliquidsmoveinpipes)第四十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.流態(tài)

19世紀(jì)末，英國(guó)物理學(xué)家雷諾通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了液體在管道中流動(dòng)時(shí)存在兩種流動(dòng)狀態(tài)，即層流和紊流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在層流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；而在紊流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。層流與紊流是兩種不同性質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)。層流時(shí)液體流速較低，液體質(zhì)點(diǎn)間的黏性力起主導(dǎo)作用，液體質(zhì)點(diǎn)受黏性的約束，不能隨意運(yùn)動(dòng)；紊流時(shí)液體流速較高，液體質(zhì)點(diǎn)間黏性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.4.1流態(tài)與雷諾數(shù)第四十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.雷諾數(shù)液體的流動(dòng)狀態(tài)可用雷諾數(shù)來(lái)判斷。實(shí)驗(yàn)證明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速v有關(guān)，還與管道內(nèi)徑d、液體的運(yùn)動(dòng)黏度ν有關(guān)。而用來(lái)判別液流狀態(tài)是由這3個(gè)參數(shù)所組成的一個(gè)無(wú)量綱數(shù)——雷諾數(shù)Re：雷諾數(shù)的物理意義表示了液體流動(dòng)時(shí)慣性力與黏性力之比。如果液流的雷諾數(shù)相同，則流動(dòng)狀態(tài)也相同。液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相同的，后者的數(shù)值小，所以一般都用后者作為判別液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記為Recr。當(dāng)液流的實(shí)際雷諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)Reer時(shí)，為層流；反之，為紊流。常見(jiàn)液流管道的臨界雷諾數(shù)由實(shí)驗(yàn)求得，如表1.3所示。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓對(duì)于非圓截面的管道來(lái)說(shuō)，Re可由下式計(jì)算：式中，R為通流截面的水力半徑，它等于液流的有效面積A和它的濕周(有效截面的周界長(zhǎng)度)x之比，即水力半徑的大小對(duì)管道的通流能力的影響很大。在流通截面面積一定時(shí)，水力半徑大，代表液流和管壁的接觸周長(zhǎng)短，管壁對(duì)液流的阻力小，通流能力大。在面積相等但形狀不同的所有通流截面中，圓形管道的水力半徑最大。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓液體在等直徑圓管中流動(dòng)時(shí)因黏性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱為沿程壓力損失。它不僅取決于管道長(zhǎng)度、直徑及液體的黏度，而且與流體的流動(dòng)狀態(tài)，即雷諾數(shù)有關(guān)，因此實(shí)際分析計(jì)算時(shí)應(yīng)先判別液體的流態(tài)是層流還是紊流。1.層流時(shí)的沿程壓力損失液流在層流流動(dòng)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)作有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，因此可以方便地用數(shù)學(xué)工具來(lái)分析液流的速度、流量和壓力損失。1)通流截面上的流速分布規(guī)律圖1.17為液體在等徑水平圓管中作層流運(yùn)動(dòng)。在液流中取一段與管軸相重合的微小圓柱體作為研究對(duì)象，設(shè)其半徑為r，長(zhǎng)度為l，作用在兩端面的壓力為p1和p2，作用在側(cè)面的內(nèi)摩擦力為Ff。液流在作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受力平衡，故有(p1－p2)πr2＝Ff第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.4.2圓管流動(dòng)的沿程壓力損失第四十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓由式(1-4)知內(nèi)摩擦力Ff＝－2πrlμdu/dr(因流速u(mài)隨r的增大而減小，故du/dr為負(fù)值，為使Ff為正值，所以加一負(fù)號(hào))。令Δp＝p1－p2并將Ff代入上式整理可得

對(duì)上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當(dāng)r＝R時(shí)，u＝0，得可見(jiàn)管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)的流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布。最小流速在管壁r＝R處，umin＝0；最大流速發(fā)生在軸線r＝0處，umax＝ΔpR2/(4μl)。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2)通過(guò)管道的流量在半徑r處取出一厚為dr的微小圓環(huán)面積dA＝2πrdr，所通過(guò)的流量為dq＝udA＝2πurdr，對(duì)此積分得

3)管道內(nèi)的平均流速根據(jù)平均流速的定義，可得將上式與umax值比較可知，平均流速v為最大流速的1/2。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

4)沿程壓力損失從式(1-33)中求出表達(dá)式即為沿程壓力損失：由式(1-34)可知，液流在直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失與管長(zhǎng)、流速、黏度成正比，而與管徑的平方成反比。適當(dāng)變換式(1-34)可寫(xiě)成如下形式：式中，λ為沿程阻力系數(shù)，理論值λ＝64/Re，考慮實(shí)際流動(dòng)中的油溫變化不勻等問(wèn)題，因而在實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管取λ＝75/Re，橡膠軟管取λ＝80/Re。在液壓傳動(dòng)中，因?yàn)橐后w自重和位置變化對(duì)壓力的影響很小可以忽略，所以在水平管的條件下推導(dǎo)的公式(1-35)同樣適用于非水平管。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓2.紊流時(shí)的沿程壓力損失紊流的特點(diǎn)是流體質(zhì)點(diǎn)的速度無(wú)論數(shù)值大小和方向都隨時(shí)間的變化而發(fā)生無(wú)規(guī)律的變化，它實(shí)質(zhì)上是非恒定流動(dòng)。這種極不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)在慣性力作用下會(huì)引起質(zhì)點(diǎn)之間的碰撞和形成旋渦，所以紊流的能量損失比層流的能量損失大很多。由于紊流流動(dòng)狀態(tài)的復(fù)雜性，目前還沒(méi)有相應(yīng)計(jì)算紊流沿程損失的理論公式。實(shí)驗(yàn)證明，紊流時(shí)的沿程壓力損失計(jì)算公式可采用層流時(shí)的計(jì)算公式，但式中的沿程阻力系數(shù)λ除與雷諾數(shù)有關(guān)外，還與管壁的粗糙度有關(guān)，即λ＝f(Re，Δ/d)，這里Δ為管壁的絕對(duì)粗糙度，Δ/d稱為管壁的相對(duì)粗糙度。對(duì)于光滑管，λ＝0.3164Re－0.25；對(duì)于粗糙管的具體數(shù)值可參考相關(guān)文獻(xiàn)。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第四十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突然變化的截面以及閥口等處時(shí)，液體流速的大小和方向?qū)⒓眲“l(fā)生變化，在這些區(qū)域形成旋渦、氣穴等，使液體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊而引起局部能量損失。液流流過(guò)上述局部裝置時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)很復(fù)雜，影響的因素也很多，局部壓力損失值除少數(shù)情況能從理論上分析和計(jì)算外，一般都依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)得各類(lèi)局部障礙的阻力系數(shù)，然后進(jìn)行計(jì)算。局部壓力損失Δpξ的計(jì)算一般按下式計(jì)算：式中ξ——局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，具體數(shù)值可查閱有關(guān)手冊(cè)；ρ——液體密度，kg/m3；v——液體的平均流速，m/s。液體流過(guò)各種閥的局部壓力損失，因閥芯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故按式(1-36)計(jì)算較困難，這時(shí)可由產(chǎn)品目錄中查出閥在額定流量時(shí)的壓力損失Δpr。當(dāng)流經(jīng)閥的實(shí)際流量q不等于額定流量qr時(shí)，通過(guò)該閥的壓力損失Δpξ可用下式計(jì)算：第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.4.3管道流動(dòng)的局部壓力損失第五十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓在求出液壓系統(tǒng)中各段管路的沿程壓力損失和各局部壓力損失后，整個(gè)液壓系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即必須指出，上式僅在兩相鄰局部障礙之間的距離大于管道內(nèi)徑10～20倍時(shí)才是正確的。因?yàn)橐毫鹘?jīng)過(guò)局部阻力區(qū)域后受到很大的干擾，要經(jīng)過(guò)一段距離才能穩(wěn)定下來(lái)。如果距離太短，液流還未穩(wěn)定就又要經(jīng)歷后一個(gè)局部阻力，它所受到的擾動(dòng)將更為嚴(yán)重，這時(shí)的阻力系數(shù)可能會(huì)比正常值大好幾倍。通常情況下，液壓系統(tǒng)的管路并不長(zhǎng)，所以沿程壓力損失比較小，而閥等元件的局部壓力損失卻較大。因此，管路總的壓力損失一般以局部損失為主。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.4.4管路系統(tǒng)中總的壓力損失第五十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d≤0.5時(shí)，稱為薄壁小孔，如圖1.18所示。一般薄壁小孔的孔口邊緣都做成刃口形式。當(dāng)液流經(jīng)過(guò)管道由小孔流出時(shí)，由于液體的慣性作用，使通過(guò)小孔后的液流形成一個(gè)收縮斷面C—C，然后再擴(kuò)散，這一收縮和擴(kuò)散過(guò)程產(chǎn)生很大的能量損失。當(dāng)孔前通道直徑與小孔直徑之比D/d≥7時(shí)，液流的收縮作用不受孔前通道內(nèi)壁的影響，這時(shí)的收縮稱為完全收縮；當(dāng)D/d<7時(shí)，孔前通道對(duì)液流進(jìn)入小孔起導(dǎo)向作用，這時(shí)的收縮稱為不完全收縮。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.5孔口流動(dòng)(Flowofliquidmovingthroughorifice)1.5.1薄壁小孔第五十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓列出圖1.18中孔前、孔后通道斷面1—1和2—2的伯努利方程，并設(shè)動(dòng)能修正系數(shù)α＝1，則有式中，∑hξ為液流流經(jīng)小孔的局部能量損失，它包括兩部分：液流經(jīng)截面突然縮小時(shí)的hξ1和突然擴(kuò)大時(shí)的hξ2。由前知

經(jīng)查手冊(cè)得

因?yàn)?，所以?章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第五十三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓又因?yàn)锳1＝A2時(shí)，v1＝v2，將這些關(guān)系代入伯努利方程，得

式中Cv——小孔速度系數(shù)，Δp——小孔前后的壓差，由此得流經(jīng)小孔的流量為

式中A0——小孔截面面積；Cc——截面收縮系數(shù)，Cc＝Ac/A0；Cd——流量系數(shù)，Cd＝CcC0。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第五十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓流量系數(shù)Cd的大小一般由實(shí)驗(yàn)確定，在液流完全收縮的情況下，Re≤105時(shí)，Cd可由下式計(jì)算：Cd＝0.964Re－0.05(1-42)當(dāng)Re>105時(shí)，Cd可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)按Cd

＝0.60～0.61選取。液流不完全收縮時(shí)，Cd可按表1.4來(lái)選擇。這時(shí)由于管壁對(duì)液流進(jìn)入小孔起導(dǎo)向作用，Cd可增至0.7～0.8。薄壁小孔因其沿程阻力損失非常小，通過(guò)小孔的流量與油液黏度無(wú)關(guān)，即對(duì)油溫的變化不敏感，因此，薄壁小孔多被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器使用。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第五十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓當(dāng)孔的長(zhǎng)度和直徑之比為0.5＜l/d≤4時(shí)，稱為短孔，短孔加工比薄壁小孔容易，因此特別適合于作固定節(jié)流器使用。短孔的流量公式依然是式(1-41)，但其流量系數(shù)Cd應(yīng)由圖1.19查出。由圖中可知，當(dāng)Re>2000時(shí)，基本保持在0.8左右。當(dāng)孔的長(zhǎng)度和直徑之比l/d＞4時(shí)，則稱為細(xì)長(zhǎng)孔。流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流一般都是層流，所以細(xì)長(zhǎng)孔的流量公式可以應(yīng)用前面推導(dǎo)的圓管層流流量公式，即從上式可看出，液流經(jīng)過(guò)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓差Δp成正比，而和液體黏度μ成反比，因此，流量受液體溫度影響較大，這是和薄壁小孔不同的。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.5.2短孔和細(xì)長(zhǎng)孔第五十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓在液壓元件中，構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的一些運(yùn)動(dòng)件與固定件之間存在著一定縫隙，而當(dāng)縫隙兩端的液體存在壓力差時(shí)，勢(shì)必形成縫隙流動(dòng)，即泄漏。泄漏的存在將嚴(yán)重影響液壓元件，特別是液壓泵和液壓馬達(dá)的工作性能。當(dāng)圓柱體存在一定錐度時(shí)，其縫隙流動(dòng)還可能導(dǎo)致卡緊現(xiàn)象，這是一個(gè)需要引起注意的問(wèn)題。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.6縫隙流動(dòng)(Flowofliquidmovingthroughnarrowclearance)第五十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓圖1.20為在兩塊平行平板所形成的縫隙間充滿了液體，縫隙高度為h，縫隙寬度和長(zhǎng)度分別為b和l，且一般恒有b

h和lh

?？p隙兩端存在壓差Δp＝p1－p2，液體會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)。如果沒(méi)有壓差Δp的作用，而兩平行平板之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即一塊平板固定，另一塊平板以速度u0(與壓差方向相同)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于液體存在黏性，液體也會(huì)被帶著移動(dòng)，這就是剪切作用所引起的流動(dòng)。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.6.1平行平板間的縫隙流量第五十八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

液體通過(guò)平行平板縫隙時(shí)的最一般的流動(dòng)情況，是既受壓差的作用，又受平行平板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。在液流中取一個(gè)微元體dxdy(寬度方向取單位長(zhǎng)度)，作用在其左右兩端面上的壓力為p和p＋dp，上下兩面所受到的切應(yīng)力為τ＋dτ和τ，因此微元體的受力平衡方程為經(jīng)過(guò)整理并將代入后有對(duì)上式積分兩次得

式中，C1、C2為積分常數(shù)?？衫眠吔鐥l件求出：當(dāng)平行平板間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為u0時(shí)，則在y＝0處，u＝0，在y＝h處，u＝u0，則得

；此外，液流作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，p只是x的線性函數(shù)，即dp/dx＝(p2－p1)/l＝－Δp/l，將這些關(guān)系式代入式(1-43)并整理后得第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第五十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

由此得通過(guò)平行平板縫隙的流量為當(dāng)平行平板間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即u0＝0時(shí)，通過(guò)的液流純由壓差引起，稱為壓差流動(dòng)，其流量為

當(dāng)平行平板兩端不存在壓差時(shí)，通過(guò)的液流純由平板運(yùn)動(dòng)引起，稱為剪切流動(dòng)，其流量值為

如果將上面的這些流量理解為元件縫隙中的泄漏量，那么從式(1-46)可以看出，在壓差作用下，通過(guò)縫隙的流量與縫隙值的三次方成正比，這說(shuō)明元件內(nèi)縫隙的大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓在液壓元件中，某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件，如柱塞與柱塞孔，圓柱滑閥閥芯與閥體孔之間的間隙為圓柱環(huán)形間隙。根據(jù)二者是否同心又分為同心圓柱環(huán)形間隙和偏心環(huán)圓柱形間隙。1.通過(guò)同心圓柱環(huán)形縫隙的流量

圖1.21為同心圓柱環(huán)形縫隙的流動(dòng)。設(shè)圓柱體直徑為d，縫隙值為h，縫隙長(zhǎng)度為l，如果將環(huán)形縫隙沿圓周方向展開(kāi)，就相當(dāng)于一個(gè)平行平板縫隙。因此只要使b＝πd代入式(1-45)，就可得同心圓柱環(huán)形縫隙的流量公式：當(dāng)圓柱體移動(dòng)方向和壓差方向相同時(shí)取“＋”號(hào)，方向相反時(shí)取“－”號(hào)。若無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，u0＝0，則同心圓柱環(huán)形縫隙流量公式為第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.6.2圓柱環(huán)形縫隙第六十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.流經(jīng)偏心圓柱環(huán)形縫隙的流量圖1.22為液體在偏心圓柱環(huán)形縫隙間的流動(dòng)。設(shè)內(nèi)外圓的偏心量為e，在任意角度θ處的縫隙為h。因縫隙很小，r1≈r2＝r＝d/2，可把微小圓弧db所對(duì)應(yīng)的環(huán)形縫隙間的流動(dòng)近似地看成是平行平板縫隙的流動(dòng)。將db＝rdθ代入式(1-45)得第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

由圖1.22的幾何關(guān)系，可知

h≈h0－ecosθ≈h0(1－εcosθ)式中h0——內(nèi)外圓同心時(shí)半徑方向的縫隙值；

ε——相對(duì)偏心率，ε＝e/h0。將h值代入上式并積分，便得偏心圓柱環(huán)形縫隙的流量公式為正負(fù)號(hào)意義同前。當(dāng)內(nèi)外圓之間沒(méi)有軸向相對(duì)移動(dòng)時(shí)，即u0＝0時(shí)，其流量公式為由式(1-51)可以看出，當(dāng)相對(duì)偏心率ε＝0時(shí)，即為同心圓環(huán)縫隙的情況；如果偏心距達(dá)到最大值，即e＝h，相當(dāng)于ε＝1，這時(shí)通過(guò)偏心圓環(huán)縫隙的流量為通過(guò)同心圓柱環(huán)形縫隙流量的2.5倍。因此，在液壓元件中，有配合的零件應(yīng)盡量使其同心，以減小縫隙泄漏量。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十三頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓圖1.23為相距間隙h很小的平行圓盤(pán)，液流由圓盤(pán)中心向四周沿徑向呈放射形流出。柱塞泵和液壓馬達(dá)中的滑履和斜盤(pán)之間，噴嘴擋板閥的噴嘴與擋板之間，以及某些靜壓支承均屬這類(lèi)流動(dòng)。設(shè)圓盤(pán)中心孔半徑為r1，圓盤(pán)的外半徑為r2，則由式(1-44)，并令u0＝0，可得在半徑為r、離下平面z處的徑向速度為流過(guò)的流量為即對(duì)上式積分，有第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.6.3平行圓盤(pán)間隙的徑向流動(dòng)第六十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓當(dāng)r＝r2

時(shí)，p＝p2，求出C，代入上式得又當(dāng)r＝r1

時(shí)，p＝p1，所以平行圓盤(pán)間隙的流量公式為第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于工作情況突變使液體在系統(tǒng)中流動(dòng)受阻而引起液體的壓力在某一瞬間突然急劇上升，形成一個(gè)壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。工作情況突變的實(shí)例很多，如閥門(mén)的突然關(guān)閉，運(yùn)動(dòng)件的快速制動(dòng)等。液壓沖擊瞬時(shí)的壓力峰值有時(shí)比正常壓力要大好多倍，這會(huì)損壞密封裝置、液壓元件和管道，還會(huì)引起設(shè)備振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，影響系統(tǒng)工作性能，甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作引發(fā)事故，所以要設(shè)法減小液壓沖擊及其影響。1.管道閥門(mén)突然關(guān)閉時(shí)的液壓沖擊如圖1.24所示，設(shè)管道長(zhǎng)度為l、截面積為A，液體的密度為ρ，液體在管道中的流速為v0。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉，管道中產(chǎn)生液壓沖擊，壓力的升高值為Δp，壓力沖擊波第一波從閥門(mén)開(kāi)始經(jīng)過(guò)時(shí)間t1后傳至大容腔處，這一瞬時(shí)管道中的液體停止流動(dòng)，根據(jù)液體中的動(dòng)量定理，有第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象(Pressureshockandcavitation)1.7.1液壓沖擊第六十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓整理后得

式中，c＝l/t1為壓力沖擊波在管中的傳播速度。c不僅與液體的體積彈性模量K有關(guān)，而且還和管道材料的彈性模量E、管道的內(nèi)徑d及管道的壁厚δ有關(guān)，一般情況下可按下式計(jì)算：在液壓傳動(dòng)中，沖擊波在管道中的傳播速度c一般為900～1400m/s。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓如果閥門(mén)不是完全關(guān)閉，而是使液流速度從v0降到v1，則式(1-53)可改寫(xiě)成當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間時(shí)，稱為完全沖擊(亦稱直接液壓沖擊)。式(1-53)和式(1-55)適用于完全沖擊。

當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間時(shí)，稱為不完全沖擊(亦稱間接液壓沖擊)。此時(shí)壓力峰值比完全沖擊時(shí)低，壓力升高值可近似按下式計(jì)算：不論是哪一種沖擊，只要求出液壓沖擊時(shí)的最大壓力升高值Δp，便可求出沖擊時(shí)管道中的最大壓力：式中，p為正常工作壓力。在估算由于閥門(mén)突然關(guān)閉引起的液壓沖擊時(shí)，通?？偸前验y門(mén)的關(guān)閉假設(shè)為瞬間完成的，即認(rèn)為是完全沖擊，這樣做的結(jié)果是偏于安全。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊如圖1.25所示，設(shè)總質(zhì)量為∑m的運(yùn)動(dòng)部件在制動(dòng)時(shí)的減速時(shí)間為Δt，速度的減小值為Δv，液壓缸有效工作面積為A，則根據(jù)動(dòng)量定理可求得系統(tǒng)中的沖擊壓力的近似值Δp為

式(1-58)中因忽略了阻尼和泄漏等因素，計(jì)算結(jié)果比實(shí)際值要大，但偏于安全，因而具有實(shí)用價(jià)值。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第六十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

3.減小液壓沖擊的措施針對(duì)上述各式中影響沖擊壓力Δp的因素，可以采取以下措施來(lái)減小液壓沖擊：(1)適當(dāng)增大管徑，限制管道流速v，一般在液壓系統(tǒng)中把v控制在4.5m/s以內(nèi)，Δpmax不超過(guò)5MPa就可以認(rèn)為是安全的。(2)正確設(shè)計(jì)閥口或設(shè)置制動(dòng)裝置，使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較均勻。(3)延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采用換向時(shí)間可調(diào)的換向閥。(4)盡可能縮短管道長(zhǎng)度，減小壓力波的傳播時(shí)間，變直接沖擊為間接沖擊。(5)在容易發(fā)生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設(shè)置蓄能器，以吸收沖擊的能量；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第七十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.氣穴現(xiàn)象的機(jī)理及危害氣穴現(xiàn)象又稱為空穴現(xiàn)象。在液壓系統(tǒng)中，如果某點(diǎn)處的壓力低于液壓油液所在溫度下的空氣分離壓力時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會(huì)分離出來(lái)，使液體中迅速出現(xiàn)大量氣泡，這種現(xiàn)象叫作氣穴現(xiàn)象。當(dāng)壓力進(jìn)一步減小而低于液體的飽和蒸氣壓力時(shí)，液體將迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣氣泡，使氣穴現(xiàn)象更加嚴(yán)重。氣穴現(xiàn)象多發(fā)生在閥門(mén)和液壓泵的吸油口。在閥口處，一般由于通流截面較小而使流速很高，根據(jù)伯努利方程，該處的壓力會(huì)很低，以致產(chǎn)生氣穴。在液壓泵的吸油過(guò)程中，吸油口的絕對(duì)壓力會(huì)低于大氣壓，如果液壓泵的安裝高度太大，再加上吸油口處過(guò)濾器和管道阻力、油液黏度等因素的影響，泵入口處的真空度會(huì)很大，也會(huì)產(chǎn)生氣穴。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.2氣穴現(xiàn)象第七十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時(shí)，大量的氣泡使液流的流動(dòng)特性變壞，造成流量和壓力的不穩(wěn)定，當(dāng)帶有氣泡的液流進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)，周?chē)母邏簳?huì)使氣泡迅速崩潰，使局部產(chǎn)生非常高的溫度和沖擊壓力，引起振動(dòng)和噪聲。當(dāng)附著在金屬表面上的氣泡破滅時(shí)，局部產(chǎn)生的高溫和高壓會(huì)使金屬表面疲勞，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)造成金屬表面的侵蝕、剝落，甚至出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。這種由于氣穴造成的對(duì)金屬表面的腐蝕作用稱為氣蝕。氣蝕會(huì)縮短元件的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成故障。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第七十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.減少氣穴現(xiàn)象的措施為減少氣穴現(xiàn)象和氣蝕的危害，一般采取如下措施：(1)減小閥孔或其他元件通道前后的壓力降，一般使壓力比p1/p2<3.5。(2)盡量降低液壓泵的吸油高度，采用內(nèi)徑較大的吸油管并少用彎頭，吸油管端的過(guò)濾器容量要大，以減小管道阻力，必要時(shí)對(duì)大流量泵采用輔助泵供油。(3)各元件的聯(lián)接處要密封可靠，防止空氣進(jìn)入。(4)對(duì)容易產(chǎn)生氣蝕的元件，如泵的配油盤(pán)等，要采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，增強(qiáng)元件的機(jī)械強(qiáng)度。第1章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第七十三頁(yè)，共813頁(yè)。2.1液壓泵概述(Introductionofthehydraulicpump)2.2齒輪泵(Gearpump)第2章液壓泵(Hydraulicpump)2.3葉片泵(Vanepump)壓傳動(dòng)與氣液壓2.4柱塞泵(Pistonpump)2.5液壓泵的選用(Selectionofhydraulicpump)第七十四頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，其功用是將原動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)等)輸入的機(jī)械能(轉(zhuǎn)矩T和角速度ω)轉(zhuǎn)換為壓力能(壓力p和流量q)輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性，在液壓傳動(dòng)中占有極其重要的地位。第2章液壓泵2.1液壓泵概述(Introductionofthehydraulicpump)第七十五頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

圖2.1所示的單柱塞泵由偏心輪1、柱塞2、泵體3、彈簧4和單向閥5、6等組成，柱塞與泵體孔之間形成密閉容積。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞在彈簧力的作用下在泵體3內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。泵體內(nèi)孔與柱塞外圓之間有良好的配合精度，使柱塞在泵體孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)基本沒(méi)有油液泄漏。柱塞右移時(shí)，缸體中密封工作腔a的容積變大，產(chǎn)生真空，油箱7中的油液便在大氣壓力作用下通過(guò)單向閥5吸入泵內(nèi)，實(shí)現(xiàn)吸油；柱塞左移時(shí)，缸體中密封工作腔a變小，油液受擠壓，通過(guò)單向閥6輸出到系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)壓油。如果偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就會(huì)不斷地完成吸油和壓油動(dòng)作，因此就會(huì)連續(xù)不斷地向液壓系統(tǒng)供油。如果柱塞直徑為d，偏心輪偏心距為e，則柱塞運(yùn)動(dòng)最大行程s＝2e，排出的油液體積

，即為泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所排出的油液體積，我們將其定義為泵的排量，它只與幾何尺寸(d和e)有關(guān)。第2章液壓泵2.1.1液壓泵的基本工作原理第七十六頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

根據(jù)上述分析，液壓泵的工作原理可以歸納如下：

(1)液壓泵必須具有一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件(柱塞)和非運(yùn)動(dòng)件(缸體)所構(gòu)成的密閉容積，該容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)發(fā)生周期性變化。容積增大時(shí)形成真空，油箱的油液在大氣壓作用下進(jìn)入密封容積(吸油)；容積減小時(shí)油液受擠壓克服管路阻力排出(排油)。由于它的吸油和排油均依賴密閉容積的容積變化，因此稱之為容積式泵。

(2)液壓泵的密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開(kāi)，然后才轉(zhuǎn)為排油；同理，密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開(kāi)，然后才轉(zhuǎn)為吸油。圖2.1所示的泵是通過(guò)單向閥5和6實(shí)現(xiàn)這一要求的，因此稱之為閥式配流。此外，還有配流盤(pán)式配流和配流軸式配流等形式。

(3)液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)吸入或排出的油液體積取決于密閉容積的變化量。圖2.1所示泵的變化量與柱塞的直徑和行程有關(guān)。因單個(gè)柱塞泵半個(gè)周期吸油、半個(gè)周期排油，供油不連續(xù)，因此不能直接用于工業(yè)生產(chǎn)。通常將柱塞數(shù)選為3個(gè)以上，且徑向均布，組成如圖2.21所示的液壓泵。第2章液壓泵第七十七頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(4)液壓泵吸油的實(shí)質(zhì)是油箱的油液在大氣壓的作用下進(jìn)入具有一定真空度的吸油腔。為防止氣蝕，真空度應(yīng)小于0.05MPa，因此對(duì)吸油管路的液流速度及油液提升高度有一定的限制。泵的吸油腔容積能自動(dòng)增大的泵稱為自吸泵。圖2.1所示的泵，若柱塞上部無(wú)彈簧，則無(wú)自吸能力。

(5)液壓泵的排油壓力取決于排油管路油液流動(dòng)所受到的總阻力，即液流的管路損失、元件的壓力損失及需要克服的外負(fù)載阻力?？傋枇υ酱螅庞蛪毫υ礁?。若排油管路直接接回油箱，則總阻力為零，泵排出壓力為零，泵的這一工況稱為卸載。

(6)組成液壓泵密閉容積的零件，有的是固定件，有的是運(yùn)動(dòng)件。它們之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此必然存在間隙(圖2.1為柱塞與缸體孔之間的環(huán)形縫隙)。當(dāng)密閉容積為排油時(shí)，壓力油將經(jīng)此間隙向外泄漏，使實(shí)際排出的油液體積減小，其減少的油液體積稱為泵的容積損失。第2章液壓泵第七十八頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(7)為了保證液壓泵的正常工作，泵內(nèi)完成吸、壓油的密閉容積在吸油與壓油之間相互轉(zhuǎn)換時(shí)，將瞬間存在一個(gè)既不與吸油腔相通，又不與壓油腔相通的閉死容積。若此閉死容積在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中大小發(fā)生變化，則容積減小時(shí)，因液體受擠壓而使壓力升高；容積增大時(shí)，又會(huì)因無(wú)液體補(bǔ)充而使壓力降低。必須注意的是，如果閉死容積的減小是發(fā)生在該容積離開(kāi)壓油腔之后，則壓力將高于壓油腔的壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致周期性的壓力沖擊，同時(shí)高壓液體會(huì)通過(guò)運(yùn)動(dòng)副之間的間隙擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱；如果閉死容積的增大是發(fā)生在該容積剛離開(kāi)吸油腔之后，則會(huì)使閉死容積的真空度增大，以致引起氣蝕和噪聲。這種因存在閉死容積大小發(fā)生變化而導(dǎo)致的壓力沖擊、氣蝕、噪聲等危害液壓泵的性能和壽命的現(xiàn)象，稱為液壓泵的困油現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)與制造液壓泵時(shí)應(yīng)竭力消除與避免。液壓泵的圖形符號(hào)如圖2.2所示。第2章液壓泵第七十九頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

1.液壓泵的壓力(1)吸入壓力：泵進(jìn)口處的壓力，自吸泵的吸入壓力低于大氣壓力。(2)工作壓力p：液壓泵工作時(shí)的出口壓力，其大小取決于負(fù)載。(3)額定壓力ps：在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。第2章液壓泵2.1.2液壓泵的主要性能參數(shù)第八十頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

2.液壓泵的排量、流量和容積效率

1)排量V

液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上應(yīng)排出的油液體積，稱為泵的排量，又稱理論排量或幾何排量，記為V，常用的單位為cm3/r。排量的大小僅與泵的幾何尺寸有關(guān)。

2)流量

液壓泵的流量又分為平均理論流量、實(shí)際流量、瞬時(shí)理論流量。

(1)平均理論流量qt：液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)理論上排出的油液體積，它正比于泵的排量V和轉(zhuǎn)速n，即qt＝nV。常用的單位為m3/s和L/min。

(2)實(shí)際流量q：液壓泵在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際排出的油液體積。在泵的出口壓力不等于零時(shí)，因存在泄漏流量Δq，因此實(shí)際流量q小于理論流量qt，即q＝qt－Δq。在此需要指出：當(dāng)泵的出口壓力等于零或進(jìn)出口壓力差等于零時(shí)，泵的泄漏Δq＝0，即q＝qt。工業(yè)生產(chǎn)中將此時(shí)的流量等同于理論流量。第2章液壓泵第八十一頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

(3)瞬時(shí)理論流量qsh：液壓泵任一瞬時(shí)理論輸出的流量。一般液壓泵的瞬時(shí)理論流量是波動(dòng)的，即qsh≠qt

。

(4)額定流量qs：液壓泵在額定壓力、額定轉(zhuǎn)速下允許連續(xù)運(yùn)行的流量。

3)容積效率ηv

液壓泵的實(shí)際流量q與理論流量qt的比值稱為液壓泵的容積效率，可表示為ηv＝q/qt＝(qt－Δq)/qt。第2章液壓泵第八十二頁(yè)，共813頁(yè)。壓傳動(dòng)與氣液壓

3.液壓泵的功率和效率

(1)輸入功率Pi：驅(qū)動(dòng)液壓泵軸的機(jī)械功率為泵的輸入功率，若記輸入轉(zhuǎn)矩為T(mén)、角速度為ω，則Pi＝Tω。

(2)輸出功率Po：液壓泵輸出的液壓功率，即平均