《液壓與液力傳動》第一章緒論【本章學(xué)習(xí)目標】★了解液壓傳動及其發(fā)展狀況； ★掌握液壓傳動的工作原理及其組成；★了解液壓傳動的特點及其應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性；【本章學(xué)習(xí)方法】

通過課堂學(xué)習(xí)和課下查閱圖書資料或網(wǎng)絡(luò)資料信息相結(jié)合的方法，對液壓傳動及其發(fā)展概況、液壓傳動的工作原理及其組成、液壓傳動的特點及其應(yīng)用有更加深刻的了解和認識，意識到液壓傳動對國家工業(yè)化發(fā)展的重要性，從而對該課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。【導(dǎo)入案例】千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D，如左圖所示。

通過液壓千斤頂?shù)母軛U手柄帶動小活塞上、下運動，將油箱中的油液通過吸油管進入小活塞缸體，然后通過壓油管進入到大缸體，并推動活塞舉起重物。千斤頂?shù)男』钊⑿「左w和單向閥相當于液壓系統(tǒng)的液壓泵，用于將低壓油液轉(zhuǎn)換成高壓油液，而大活塞、大缸體則相當于液壓系統(tǒng)的液壓缸，通過高壓油推動大活塞及重物W運動。2024/4/12

液力傳動－是利用液體的動能來傳遞動力； 液壓傳動－是利用液體的靜壓能來傳遞動力； 氣壓傳動－主要是指氣壓傳動。其中，液壓傳動和氣壓傳動的工作原理、元件原理和回路基本相同，只是工作介質(zhì)不同。本課重點介紹液壓技術(shù)與液力傳動。2024/4/12第一節(jié)液壓傳動的發(fā)展液壓傳動技術(shù)是在流體力學(xué)、工程力學(xué)和機械制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的一門應(yīng)用技術(shù)，它廣泛地應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)和國防部門。相對機械傳動來說，是一門新技術(shù)。用液體作為工作介質(zhì)，在密封的回路里，以液體的壓力能進行能量傳遞的傳動方式，稱為液壓傳動。

2024/4/1217世紀中葉：帕斯卡提出靜壓傳遞原理18世紀末：英國制成第一臺水壓機19世紀：炮塔轉(zhuǎn)位器、六角車床和磨床第二次世界大戰(zhàn)兵器（功率大、反應(yīng)快）戰(zhàn)后轉(zhuǎn)向民用機械、工程、農(nóng)業(yè)、汽車20世紀60年代后：發(fā)展為一門完整的自動化技術(shù)現(xiàn)在國外：95%工程機械，90%數(shù)控加工中心，95%以上的自動線，都采用液壓傳動因此可知：采用液壓傳動的程度成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志。一、液壓技術(shù)的發(fā)展2024/4/12（1）正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展；（2）與計算機科學(xué)相結(jié)合：新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助測試（CAT）、計算機直接控制（CDC）、計算機實時控制技術(shù)、機電液一體化技術(shù)、計算機仿真技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)；（3）與其他相關(guān)科學(xué)結(jié)合：如污染控制技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當前液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向；（4）開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。液壓技術(shù)的發(fā)展方向2024/4/12我國液壓技術(shù)的發(fā)展狀況

我國液壓工業(yè)始于20世紀50年代，其產(chǎn)品最初用于機床和鍛壓設(shè)備，后來才用于拖拉機和工程機械上。自1964年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進行自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓元件已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到廣泛的使用。從80年代起，更加快了對西方先進液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個方面，全方位趕上世界先進水平。2024/4/12二、液壓技術(shù)的應(yīng)用蜘蛛的腿里沒有肌肉，它是依靠調(diào)節(jié)液體的壓力來控制8條腿的運動。人類仿照蜘蛛腿部的動作原理，發(fā)明了液壓傳動來操縱機器。2024/4/12工程機械：推土機、挖掘機、壓路機起重運輸：汽車吊、叉車、港口龍門吊礦山機械：鑿巖機、提升機、液壓支架建筑機械：打樁機、平地機、液壓千斤頂農(nóng)業(yè)機械：拖拉機、聯(lián)合收割機冶金機械：壓力機、軋鋼機鍛壓機械：壓力機、模鍛機機械制造：組合機床、沖床、自動線輕工機械：打包機、注塑機汽車工業(yè)：汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器、自卸汽車智能機械：模擬駕駛艙、機器人2024/4/12裝載機2024/4/12鈕荷蘭拖拉機2024/4/12汽車起重機2024/4/12工程機械液壓缸2024/4/12聯(lián)合收割機2024/4/12液壓翻斗車2024/4/12鏟運機2024/4/12數(shù)控機床2024/4/12液壓攤鋪機2024/4/12液壓平地機2024/4/12小松挖掘機主液壓泵2024/4/12液壓主泵2024/4/12驅(qū)動馬達2024/4/12轉(zhuǎn)向及先導(dǎo)控制2024/4/12液壓輔件2024/4/12本課程學(xué)習(xí)的主要任務(wù)1、了解液壓元件的結(jié)構(gòu)和工作原理，以便正確、熟練地選用液壓元器件。2、了解各種液壓元器件的控制性能及特點，以及它們組成的回路的特性。3、在以上兩點的基礎(chǔ)上能夠設(shè)計液壓回路，解決使用及維修方面的問題。2024/4/12第二節(jié)液壓傳動的工作原理及組成

一、液壓傳動的工作原理、基本特征

一般來說，原動機的輸出特性不能滿足工作機械對力和速度(大小、方向)要求的，這就需要有一個中間裝置，把原動機和工作機連結(jié)起來，使之滿足要求，這個中間裝置我們就稱為傳動裝置。傳動裝置主要包括機械傳動、電力傳動和流體傳動，或者是它們的組合；

流體傳動包括液壓傳動、液力傳動和氣壓傳動。2024/4/12手動液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴DWA1

p1A2

p2l1l2Pp12動畫演示2024/4/12液壓千斤頂工作原理吸油過程壓油-重物舉升過程卸荷-重物落下過程基本組成元件：1-杠桿手柄；2-小缸體；3-小活塞；4-單向閥；5-吸油管；6-管道；7-大活塞；8-大缸體；9-截止閥；10-油箱。2024/4/12工作臺液壓缸換向閥節(jié)流閥開停閥溢流閥液壓泵濾油器油箱油管動畫演示（outer）磨床工作臺工作原理及組成2024/4/12工作狀態(tài)及過程1）在圖2a所示的狀態(tài)下工作：進油路：電機旋轉(zhuǎn)

液壓泵旋轉(zhuǎn)

從油箱中吸油經(jīng)濾油器、泵，將油液壓入壓力管

開停閥

節(jié)流閥

換向閥

液壓缸的左腔

工作臺向右移動?；赜吐罚阂簤焊子仪?/p>

換向閥

油箱。2）在圖2b所示的狀態(tài)下工作：進油路：液壓泵

開停閥

節(jié)流閥

換向閥

液壓缸右腔

工作臺向左移動?；赜吐罚阂簤焊鬃笄?/p>

換向閥

油箱。2024/4/123）在圖2c所示的狀態(tài)下工作：液壓泵

開停閥

油箱

工作臺靜止不動。4）工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的：當節(jié)流閥開大

進入液壓缸的油液

V

。當節(jié)流閥開小

進入液壓缸的油液

V

。結(jié)論：工作臺的移動速度取決于流量的大小。5）液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，以克服工作臺移動所受到的各種阻力，而這個推力是由缸中的油液壓力產(chǎn)生的，需克服的阻力越大，缸中油液壓力越高；反之壓力就降低。結(jié)論：壓力的大小取決于負載。2024/4/12

液壓傳動所具有的特征:

就液壓傳動過程來說是能量轉(zhuǎn)換的過程。即它將原動機的機械能（M，n)液壓能(p，Q)機械能(M`，n`)。主要是靠液體的壓力和流速(流量)來傳遞能量。

2024/4/12液壓系統(tǒng)與其它傳動形式比較有以下特征:1.以液體作為工作介質(zhì)，實現(xiàn)傳動。

2.在密閉容器內(nèi)(油泵，管路，閥，油缸等組成)，以靜壓傳遞原理進行工作(忽略管路，閥處的損失)。系統(tǒng)壓力由外載來建立，系統(tǒng)壓力大小與外載大小有關(guān)（注意負載的含義很廣泛）。

(靜壓傳遞原理--帕斯卡定律：在密閉容器內(nèi)的平衡液體中，任一點壓力若有變化，則該點壓力的變化將傳給系統(tǒng)內(nèi)任一點，其值不變。)2024/4/12根據(jù)這一原理，上面的千斤頂A2>>A1，L1+L2>L2，P可以很小，就能頂起很重的重物。

2024/4/123.工作機(執(zhí)行元件)的運動速度，通常由系統(tǒng)中的流量(動力元件容積變化)來決定的。設(shè)在△t時間內(nèi)，活塞A1移動了距離S1，活塞A2移動了距離S2

，則由于液體不可壓縮，有：

A1S1=A2S2→A1S1/△t=A2S2/△t→A1V1=A2V2

以Q為油缸1(或稱為泵，看成一個手動泵)的流量，即系統(tǒng)的流量，Q=A2V2

所以V2=Q/A2

可見，V2∝Q

，Q變化時,V2也隨之變化，因此，工作機構(gòu)的運動速度是由流量Q來滿足的，這是液壓傳動一個很重要的特點。2024/4/124.系統(tǒng)的功率決定于系統(tǒng)的流量和壓力。

N=WV2=pA2V2=pQ

p-系統(tǒng)壓力

Q-系統(tǒng)流量上式說明，對油泵來說，它把發(fā)動機（或手）的能量（機械能）轉(zhuǎn)換為液體的能量；對工作機來說，把液體的能量轉(zhuǎn)換為機械能。2024/4/12

綜上所述，液壓傳動是靠密閉容器內(nèi)受靜壓力的液體來傳遞運動的一種方式，它是由油泵把發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為液體能，再由油缸等液動機，將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，以滿足工作對運動和力的要求。兩個最重要概念：

1.系統(tǒng)壓力決定于外負載。如果W＝0，則p＝0。主動力是加不上去的。負載是第一性的，壓力是第二性的。

2.運動速度決定于流量。

V2=Q/A22024/4/12

二、液壓系統(tǒng)的組成上面我們討論了液壓系統(tǒng)的工作原理及其特征，可知：液壓系統(tǒng)主要由以下幾部分組成的:1.動力元件：泵。為系統(tǒng)提供動力液，將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，即,

M,n→p,Q。齒輪泵柱塞泵

要滿足工作對象對力和運動的要求，還必須有一定的裝置，將液體能量變?yōu)闄C械能，這就是-執(zhí)行元件。如，液壓缸動畫演示（outer2024/4/123.控制元件:

控制元件是用來控制系統(tǒng)的壓力、流量和液流方向的各種控制閥，它包括壓力控制閥、流量閥、方向閥等。2.執(zhí)行元件：油缸，液馬達等。即p,Q→M,n（液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動負載運動）。液壓缸馬達

要滿足工作機的工作要求，還必須有另外一些元件來調(diào)節(jié)、限定系統(tǒng)中的壓力、流量，改變液流方向，這就是：控制元件動畫演示（outer2024/4/12溢流閥4.輔助元件：管線、油箱、濾網(wǎng)、蓄能器等，改善液壓系統(tǒng)的工作條件，保證液壓系統(tǒng)的正常工作。換向閥5.工作介質(zhì)：油液或液壓液是液壓傳動中能量傳遞的載體。動畫演示（outer2024/4/12第三節(jié)液壓傳動的優(yōu)缺點

優(yōu)點:(與機械傳動相比較，液壓傳動具有如下優(yōu)點)1.液壓元件尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕（相對于電傳動，同功率相比），與同功率電機相比，液壓傳動的泵的重量為電機的1/10~1/20,如：飛機上的泵:q=0.209kg/kw

現(xiàn)代電機:q=1.5~2kg/kw2.運動形式變化方便：液壓傳動可以很方便的將發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)閳?zhí)行機構(gòu)的往復(fù)運動，也可以實現(xiàn)復(fù)雜的空間角轉(zhuǎn)動。2024/4/123.易獲得大的力矩:如油缸直徑為d=30cm,推力為F=140噸時，所需要的液壓力僅為p=200kg/cm2。

4.可在較大范圍內(nèi)調(diào)速，而且是無級調(diào)速，調(diào)速方便。

5.可獲得復(fù)雜的動作(即運動形式多種多樣),從而可以很容易地實現(xiàn)自動化控制、過載保護等。

6.由于用油作為工作介質(zhì)，因此潤滑性能良好，液壓元件壽命長。

7.大部分液壓元件是標準的，設(shè)計系統(tǒng)比較方便。2024/4/12

缺點:

1.不適于遠距離傳遞(特別是動作要求精確的場合);2.制造精度要求高，使用和維修需要較高的技術(shù)水平，進入雜物會失靈，閥芯易卡住，彈簧易斷，線性度不好，先導(dǎo)閥芯易磨損等。

3.由于工作介質(zhì)為油，容易漏失，因此，不能實現(xiàn)定比傳動（不如步進電機）。

4.油中易混入空氣，產(chǎn)生沖擊，造成系統(tǒng)振動大，噪音大。

5.油易氧化、燃燒，溫度變化對傳動性能有影響。因此，液壓傳動用于低溫和高溫情況，或溫度變化劇烈的情況有困難。2024/4/12第四節(jié)液壓傳動在機械工業(yè)中的應(yīng)用一、液壓傳動應(yīng)用

液壓傳動在機械工業(yè)中的得到了廣泛的應(yīng)用，有的是利用液壓傳遞動力的特點，有的是利用液壓易于操作和控制的優(yōu)點。在機床上，液壓傳動常應(yīng)用于以下的一些裝置中：（1）進給運動傳動裝置（2）往復(fù)主體運動裝置（3）仿形裝置（4）輔助裝置（5）靜壓支撐液壓傳動也用于其他機械中，例如：工程機械；起重機械；礦山機械；建筑機械；農(nóng)業(yè)機械；冶金機械；輕工機械；汽車工業(yè)；智能機械。2024/4/12二、展望

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動將向著數(shù)字化方向發(fā)展。（1）DDC－即數(shù)字控制。 即將電子控制裝置與傳統(tǒng)的液壓元件相結(jié)合，并集成處理，形成了種類繁多的數(shù)字元件。滿足液壓傳動對高速度、高效率和高可靠性要求。（2）CAD－計算機輔助設(shè)計。 是利用計算機來輔助設(shè)計復(fù)雜控制系統(tǒng)，其中，包括建模、仿真、優(yōu)化和設(shè)計?？杉涌煸O(shè)計開發(fā)速度、提高設(shè)計水平。（3）CAT－計算機輔助測試。利用CAT可提高測試精度、加快測試速度，為液壓傳動提供快速、可靠和安全的數(shù)據(jù)?！兑簤号c液力傳動》2024年4月12日

上堂課內(nèi)容回顧1、液壓傳動的基本概念？2、液壓傳動的優(yōu)點和缺點？3、液壓傳動的應(yīng)用和發(fā)展趨勢？2024年4月12日

第二章液壓油與液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)傳遞能量的。液壓系統(tǒng)中的液壓油既是傳遞功率的介質(zhì)，又是液壓元件的冷卻、防銹和潤滑劑。在工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物，也要靠液壓油帶走。液壓油的物理、化學(xué)特性將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。2024年4月12日

工業(yè)液壓油液可分為：石油型和難燃型（1）石油型：是以機械油為基礎(chǔ)，精煉后按需要加入適當?shù)奶砑觿┒伞＿@類油液的潤滑性好，但抗燃性差。我國目前大量采用的石油型液壓油液為：機械油和汽輪機油。

機械油－－是一種工業(yè)用潤滑油，價格低，但物理化學(xué)性質(zhì)較差，使用時易產(chǎn)生黏稠膠質(zhì)，堵塞元件，影響系統(tǒng)性能。因此，只在壓力低和要求不高的場合使用。

汽輪機油－－與機械油相比，氧化穩(wěn)定性好，使用壽命長，與水混合能迅速分離，純凈度高，使用廣泛。第一節(jié)液壓油2024年4月12日

（2）難燃型：包括乳化型和合成型1）乳化型－有兩類為：水包油乳化液和油包水乳化液。

水包油乳化液－為少量油分散在大量水中，也稱為高水基液。

油包水乳化液－為水分散在大量油中。潤滑性比前者好。2）合成型－有水－乙二醇液和磷酸酯液

水－乙二醇液－適用于防火的液壓系統(tǒng)。

磷酸酯液－自然點高，氧化穩(wěn)定性好，潤滑性好，使用溫度寬，對絕大多數(shù)金屬不腐蝕，但能溶解非金屬材料，因此，必須選擇合適的密封材料。注意：該液體有毒。2024年4月12日

（3）油液添加劑為了改善液壓油液的性能，往往在油液中加入各種不同的添加劑。添加劑分為改善化學(xué)性質(zhì)和物理特性兩類：

1）改善油液化學(xué)性質(zhì)的添加劑： 有抗氧化劑、防腐劑、防銹劑等。

2）改善油液物理特性的添加劑： 有增粘劑、抗泡劑和抗磨劑等。2024年4月12日

一、液壓油液的物理性質(zhì)1.液體的密度ρ

單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為V、質(zhì)量為m的液體的密度ρ為ρ＝m/V

一般ρ=890～900kg/m3

注意：

γ＝G/V

G為重量

2.液體的可壓縮性

(1)壓縮性：液體受壓后體積變小的性質(zhì)，用壓縮系數(shù)描述。

k=-(ΔV/V)/Δpm2/kg

壓縮系數(shù)的物理意義：指液體所受壓力增加一個工程大氣壓時所發(fā)生的體積相對變化率,其中V為壓縮前的體積，ΔV為體積為V的液體壓力變化Δp時體積變化量。2024年4月12日

（2）液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的體積彈性模量，以E表示，即E＝1/k

液壓油的體積彈性模量和溫度、壓力以及含在油液中的空氣有關(guān)。一般在分析時取E=700~1400MPa。（3）封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況極像一個彈簧（稱為液壓彈簧）：外力增大，體積減?。煌饬p小，體積增大。液壓彈簧的剛度：

液體的可壓縮性很小，在一般情況下當液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時可以不考慮可壓縮性的影響。但在高壓下或受壓體積較大以及對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析時，就需要考慮液體可壓縮性的影響。2024年4月12日

熱膨脹－液體受熱，體積膨脹的性質(zhì)，用體積膨脹系數(shù)βt

來表示：βt=(ΔV/V)/Δt1/℃

物理意義：溫度改變1℃時，液體體積的相對變化率。一般，βt=0.000651/℃

例如：油溫從20℃升到40℃，體積由14000cm3將變?yōu)?4182cm2。由此可見，液壓傳動中，由于溫度變化引起的體積變化，是不能忽視的，尤其是對閉式系統(tǒng)。3.熱膨脹性2024年4月12日

4.粘度液體在外力作用流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。（1）粘度定義實驗測得：F＝Aμdu/dz式中，μ為動力粘度。若以τ表示切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則

τ=F/A=μdu/dz

上式即為牛頓液體內(nèi)摩擦定律。

2024年4月12日

（2）動力粘度μ

μ＝τ/(du/dz)

物理意義：液體在單位速度梯度下,單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。動力粘度的單位為Pa·s（帕·秒，N·s/m2）（3）運動粘度ν

液體的動力粘度μ與其密度ρ的比值，稱為液體的運動粘度ν，即ν=μ/ρ。運動粘度的單位為m2/s。

（4）恩氏粘度°E

相對粘度又稱條件粘度，它是按一定的測量條件制定的。根據(jù)測量的方法不同，可分為恩氏粘度°E、賽氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我國和德國等國家采用恩氏粘度。

°Et＝t1/t22024年4月12日

式中，t2為200ml溫度為20°C水流經(jīng)直徑為2.8mm小孔所用時間；t1為200ml溫度為t°C油液流經(jīng)直徑為該小孔測得的時間。恩氏粘度和運動粘度的轉(zhuǎn)換經(jīng)驗式

ν=（7.31°E－6.31/°E）×10－6

（m2/s）

油液粘度對溫度變化十分敏感。在液壓技術(shù)中，希望油液粘度隨溫度變化越小越好。溫度升高時，粘度下降。可用下式表示：式中，λ為溫粘指數(shù)。粘度隨溫度變化特性，可以用粘度－溫度曲線表示。（5）溫度對粘度影響2024年4月12日

（5）壓力對粘度影響

式中，a、b—兩種油占的百分比，a＋b＝100；c—實驗系數(shù)。（7）其他特性

油液還有其他特性，例如：穩(wěn)定性（包括：熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性）；抗泡沫性、抗乳化性、防銹性以及相容性（對所接觸的金屬和密封材料不起作用）。這些特性對油液的選擇和使用都具有重要影響。（6）兩種混合油液的恩氏粘度式中，k—隨液壓油而異的壓粘指數(shù)

油液粘度隨壓力增大而增大，但影響很小，可用下式表示：2024年4月12日

例題1：某液壓油體積為200cm3，密度ρ＝900kg/m3,在50°時流過恩氏粘度計所需時間t1＝153s，而20°的200cm3蒸餾水流過所需時間t2＝51s，求該油的恩氏粘度、運動粘度和動力粘度。解：根據(jù)恩氏粘度定義，在50°時該油的恩氏粘度為

°E50＝t1/t2=3

利用恩氏粘度和運動粘度的換算關(guān)系，可得

ν=7.31°E50-6.31/°E50

=7.31*3-6.31/3=19.83×10－6（m2/s）由動力粘度和運動粘度之間關(guān)系，可得油液動力粘度為

μ=νρ=19.83×10－6×890

＝178.5×10－4（Pa.s）2024年4月12日

例題2：如圖，一圓盤直徑為200mm，與固定圓盤之間間隙為0.02mm。其間充滿潤滑油，密度ρ＝900kg/m3,運動粘度為3*10-5m2/s,圓盤轉(zhuǎn)速為1500r/min,求驅(qū)動該圓盤所需要的力矩。2024年4月12日

礦物油基液壓油含水液壓油合成液壓油液壓油5.液壓油分類普通液壓油耐磨液壓油數(shù)控液壓油潔凈液壓油乳化液水一二元醇液壓油油包水水包油磷酸脂基液壓油合成液壓油(如硅酮，鹵化物等)2024年4月12日

最常用的液壓油名稱及代號是：6.液壓油的代號基礎(chǔ)油（HH）普通液壓油（HL）抗磨液壓油（HM）低溫液壓油（HV）2024年4月12日

(1)適當?shù)恼扯龋哼^大，造成水力損失增加，效率低；粘度小，漏失大，容積效率低。選擇液壓油還與具體使用條件有關(guān)。如夏天，粘度要大些，冬天則選用粘度??；南方，用高號液壓油，北方則選用低號液壓油。(2)具有良好的潤滑性能，這與形成油膜有直接關(guān)系。(3)對機件無腐蝕作用，也不會引起密封件的膨脹。(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性，要加添加劑。(5)不得含有空氣、蒸氣、水和雜質(zhì)(含有氣體會造成氣蝕，空穴會引起振動、噪音；水等引起乳化）。(6)閃點高，凝點低。一般使用的油溫在40～50℃之間，當油溫超過80℃，氧化加劇，油溫低于10℃時，粘度增大，啟動困難。7.液壓油的要求2024年4月12日

(1)簡單的就是根據(jù)液壓元件生產(chǎn)廠樣本和說明書所推薦的來選用液壓油。(2)初步根據(jù)液壓系統(tǒng)的使用性能和工作環(huán)境確定液壓油的類型（品種）。系統(tǒng)要求條件不高：選用普通液壓油；系統(tǒng)要求條件高：選用各種專用液壓油。(3)根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度及工作部件的運動速度確定油的具體牌號，即確定液壓油粘度。

工作壓力高：選擇粘度較高的油液。

環(huán)境溫度高：選擇粘度較高的油液。

運動速度高：運動速度高，宜采用粘度較低的油液。8.液壓油的選用2024年4月12日

（1）油箱中的液面應(yīng)保持一定高度。（2）正常工作時油箱的溫升不應(yīng)超過液壓油所允許的范圍，一般不得超過65℃。（3）為防止系統(tǒng)中進入空氣，要做到：所有回油管都在油箱液面以下，管口切成斜斷面。（4）油泵吸油管應(yīng)嚴格密封。（5）油泵吸油高度應(yīng)盡可能小些，以減少油泵吸油阻力；可能情況下。（6）在系統(tǒng)最高點設(shè)置放氣閥。（7）定期檢查油液質(zhì)量和油面高度，以便及時更換和添加。9.液壓油使用注意事項：2024年4月12日

(1)用過濾的方法濾掉液壓油中的雜質(zhì)，不同液壓元件對過濾精度有不同要求。液壓元件名稱過濾精度要求柱塞泵與馬達5-20

葉片泵與馬達30

液壓缸50

齒輪泵和馬達50

普通液壓控制閥30

伺服閥、比例閥5-20

10.液壓油的污染與控制2024年4月12日

(2)為了避免或減少系統(tǒng)運行中的液壓油再污染，運行中要注意油溫和油箱的油位，油溫過高，將加速液壓油老化變質(zhì)；油位過低會使吸油困難，引起噪音和氣蝕，加劇液壓油的污染。(3)液壓系統(tǒng)的密封性能良好。在油箱的通氣孔及液壓缸活塞桿處加防塵裝置；外漏油不得直接流回油箱。(4)液壓系統(tǒng)投入運行前應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定嚴格沖洗，運行中要按規(guī)定及時更換新油，換油時新油必須經(jīng)過過濾后才能加入系統(tǒng)中使用?！兑簤号c液力傳動》2024年4月12日上堂課內(nèi)容回顧油液如何分類？油液的運動粘度，動力粘度和恩氏粘度以及它們之間的換算關(guān)系？溫度、壓力對粘度的影響？其表達式？油液的選擇、使用應(yīng)注意那些？。2024年4月12日第三節(jié)液體靜力學(xué)基礎(chǔ)

液體靜力學(xué)主要是討論液體靜止時的平衡規(guī)律以及這些規(guī)律的應(yīng)用。所謂“液體靜止”指的是液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相對運動，不呈現(xiàn)粘性。

一、液體的壓力作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。

質(zhì)量力：單位質(zhì)量液體受到的質(zhì)量力稱為單位質(zhì)量力，在數(shù)值上等于加速度。

表面力：是與液體相接觸的其它物體（如容器或其它液體）作用在液體上的力，這是外力；也可以是一部分液體作用在另一部分液體上的力，這是內(nèi)力。2024年4月12日

單位面積上作用的表面力稱為應(yīng)力，它有法向應(yīng)力和切向應(yīng)力之分。當液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。液體內(nèi)某點處單位面積△A上所受到的法向力△F之比，稱為壓力p（靜壓力），即

由于液體質(zhì)點間的凝聚力很小，不能受拉，只能受壓，所以液體的靜壓力具有兩個重要特性：

1.液體靜壓力的方向總是作用在內(nèi)法線方向上；

2.靜止液體內(nèi)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。2024年4月12日

有一垂直小液柱，在平衡狀態(tài)下，有p△A=p0△A+FG，這里的FG即為液柱的重量FG=ρgh△A,所以有

p=p0+ρgh

二、液體靜壓力基本方程

2024年4月12日(b)同一容器中同一液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加。

(c)連通器內(nèi)同一液體中深度h相同的各點壓力都相等。由壓力相等的組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。液體靜壓力分布特征：

(a)一部分是液面上的壓力p0;另一部分是ρg與該點離液面深度h的乘積。2024年4月12日

三、壓力表示方法

壓力的表示法有兩種：絕對壓力和相對壓力。

絕對壓力－是以絕對真空作為基準所表示的壓力；

相對壓力－是以大氣壓力作為基準所表示的壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。絕對壓力與相對壓力的關(guān)系為絕對壓力＝相對壓力＋大氣壓力如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓,這時在這個點上的絕對壓力比大氣壓小的部分數(shù)值稱為真空度。即真空度＝大氣壓－絕對壓力2024年4月12日絕對壓力p=0(絕對真空)大氣壓力相對壓力絕對壓力真空度p<

pa

pap>

pa表壓力絕對壓力、相對壓力和真空度的相對關(guān)系壓力的單位:

我國法定壓力單位為帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa，1Pa=1N/m2。由于Pa太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPa）來表示：1MPa=106Pa2024年4月12日例題：2024年4月12日四、靜止液體內(nèi)壓力的傳遞帕斯卡定律根據(jù)靜壓力基本方程(p=p0+ρgh)，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓力p0發(fā)生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態(tài)不變，液體中任一點的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。

這就是說，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到各點。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。2024年4月12日五、液體對容器壁面的作用力

曲面上液壓作用力在某一方向上的分力，等于靜壓力與曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。

2024年4月12日

例題思考：為什么油罐容器一般是圓形的？2024年4月12日第四節(jié)液體動力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念理想液體：既無粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。定常流動：液體流動時，若液體中任何一點的壓力、速度和密度都不隨時間而變化，則這種流動就稱為定常流動。否則，只要壓力、速度和密度有一個量隨時間變化，則這種流動就稱為非定常流動。

一維流動：當液體整個作線形流動時，稱為一維流動。

跡線：流動液體的某一質(zhì)點在某一時間間隔內(nèi)在空間的運動軌跡。2024年4月12日流線：表示某一瞬時，液流中各處質(zhì)點運動狀態(tài)的一條條曲線。在此瞬時，流線上各質(zhì)點速度方向與該線相切。在定常流動時，流線不隨時間而變化，這樣流線就與跡線重合。由于流動液體中任一質(zhì)點在其一瞬時只能有一個速度，所以流線之間不可能相交，也不可能突然轉(zhuǎn)折。2024年4月12日流管：在流動空間中，任意畫一不屬流線的封閉曲線，沿經(jīng)過此封閉曲線上的每一點作流線，由這些流線組合的表面稱為流管。流束：流管內(nèi)的流線群稱為流束。流管和流束2024年4月12日通流截面：流束中與所有流線正交的截面稱為通流截面。截面上每點處的流動速度都垂直于這個面。平行流動：流線彼此平行的流動。緩變流動：流線夾角很小或流線曲率半徑很大的流動。平行流動和緩變流動都可算是一維流動。2024年4月12日

流量：單位時間內(nèi)通過某通流截面的液體的體積稱為流量。流量用q表示，單位m3/s或L/min。由于流動液體粘性的作用，在通流截面上各點的流速u是不相等的。因此，在計算流過整個通流截面A的流量時，可在通流截面上取微小截面dA，并認為在該微小斷面上各點的速度u相等，流過該微小斷面的流量為dq=udA，則積分可求得流經(jīng)整個通流截面A的流量為平均流速：對于實際液體的流動，速度u的分布規(guī)律很復(fù)雜，故按上式計算流量是困難的。因此，提出一個平均流速的概念，即假設(shè)通流截面上各點的流速均勻分布，液體以此均布流速v流過通流截面的流量等于以實際流速流過的流量，由此得出通流面積上的平均流速為

在實際工程計算中，平均流速才具有應(yīng)用價值。2024年4月12日層流、湍流、雷諾數(shù)

層流：液體質(zhì)點互不干擾，液體流動呈線性或?qū)訝?，且平行于管道軸線；層流開始破壞湍（紊）流：液體質(zhì)點的運動雜亂無章，除了平行于管道軸線的運動以外，還存在著劇烈的橫向運動。2024年4月12日

層流和紊流是兩種不同性質(zhì)的流態(tài)。

層流時，液體流速較低，質(zhì)點受粘性制約，不能隨意運動，粘性力起主導(dǎo)作用；

紊流時，液體流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用。液體流動時，究竟是層流還是紊流，要用雷諾數(shù)來判定。流動趨于紊流紊流2024年4月12日雷諾數(shù)：實驗表明，真正決定液流流動狀態(tài)的是用管內(nèi)的平均流速v、液體的運動粘度ν、管徑d三個數(shù)所組成的一個稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù)，即臨界雷諾數(shù)：當液流在實際流動時的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，液流為層流，反之液流則為紊流。常見的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實驗求得。雷諾數(shù)物理意義：

影響液體流動的力主要有慣性力和粘性力，雷諾數(shù)就是慣性力對粘性力的無因次比值。運動粘度運動速度2024年4月12日

對于非圓截面管道來說，Re可用下式來計算：Re＝4vR/ν

式中R為通流截面的水力半徑。它等于液流的有效截面積A和它的濕周χ（通流截面上與液體接觸的固體壁面的周長）之比，即R＝A/χ

水力半徑對管道通流能力影響很大，水力半徑大，表明液流與管壁接觸少，通流能力大；水利半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，易堵塞。思考：請按照此公式，計算一下圓管的水力半徑等于多少？2024年4月12日二、連續(xù)性方程假設(shè)液體作定常流動，且不可壓縮。任取一流管，兩端通流截面面積為A1、A2，在流管中取一微小流束，流束兩端的截面積分別為dA1和dA2，在微小截面上各點的速度可以認為是相等的，且分別為u1和u2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在dt時間內(nèi)流入此微小流束的質(zhì)量，應(yīng)等于此微小流束流出的質(zhì)量ρu1dA1dt＝ρu2dA2dtu1dA1＝u2dA2積分得：q＝v1A1＝v2A2常數(shù)結(jié)論：a.通過流管任一通流截面的流量相等。

b.液體流速與管道通流截面積成反比。

c.在具有多分支管路中，總流量等于各分支流量之和，即q1=q2+q3的關(guān)系。2024年4月12日三、能量守恒定律（1）理想伯努利方程根據(jù)能量守恒定律，同一管道各截面的總能量都是相等的。對靜止液體，單位質(zhì)量液體總能量為單位質(zhì)量液體的壓力能p/(ρg)和勢能hg之和；而對于流動液體，還有單位質(zhì)量的動能v2/(2g)。任取兩個截面A1和A2，距基準水平面距離分別h1和h2，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:

因兩個截面是任意的，因此上式可寫為：2024年4月12日物理意義：第一項為單位重量液體的壓力能稱為比壓能（p/ρ）；第二項為單位重量液體的動能稱為比動能（v2/2）；第三項為單位重量液體的位能稱為比位能（hg）。由于上述三種能量都具有長度單位，故又分別稱為壓力水頭、速度水頭和位置水頭。三者之間可以互相轉(zhuǎn)換，但總和（H，稱為總水頭）為一定值?；?024年4月12日（2）實際液體總流的伯努利方程將微小流束擴大到總流，由于在通流截面上速度u是一個變量，若用平均流速代替，則必然引起動能偏差，故必須引入動能修正系數(shù)。于是實際液體總流的伯努利方程為式中，hw---由液體粘性引起的能量損失；，---動能修正系數(shù)，一般在紊流時?。?.1，層流時取＝2。實際計算時，常?。?.02024年4月12日例題＋h2024年4月12日

作用在物體上的力，大小等于物體在力作用方向上的動量的變化率，即

取分離體:微元的動量變化是

將微小流束擴大到總流，則對液體的作用力合力為

即，動量方程：β1、β2為動量修正系數(shù)，一般在紊流時β＝1，層流時β＝1.33。四、動量定理2024年4月12日例題2024年4月12日例題3-4P252024年4月12日2024年4月12日2024年4月12日本堂課內(nèi)容小結(jié)：（１）液體靜力學(xué)基本概念包括：靜壓力基本方程、壓力表示方法，液體靜壓力對容器作用力計算，及壓力傳遞定律。（２）液體動力學(xué)基本概念包括：層流、湍流、雷諾數(shù)，連續(xù)性方程；柏努利方程，動量定理?！兑簤号c液力傳動》2024年4月12日上堂課內(nèi)容回顧1．靜止液體的力學(xué)基本概念和性質(zhì)；2．流動液體的基本方程；（1）連續(xù)性定律（2）伯努利方程（3）動量定理2024年4月12日第五節(jié)流體流動壓力損失輸油管線

基本概念：在液壓傳動中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，壓力損失分為兩類：沿程壓力損失和局部壓力損失沿程壓力損失：油液沿等直徑直管流動時所產(chǎn)生的壓力損失，這類壓力損失是由液體流動時的內(nèi)、外摩擦力所引起的。局部壓力損失：是油液流經(jīng)局部障礙（如彎管、接頭、管道截面突然擴大或收縮）時，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦引起油液質(zhì)點間，以及質(zhì)點與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。2024年4月12日一、通流截面上的流速分布規(guī)律：取微小圓柱液體，在勻速運動時受力平衡，即可見，管內(nèi)液體質(zhì)點的流速在半徑方向按拋物線規(guī)律分布，如圖所示。對上式積分，并應(yīng)用邊界條件，當r＝R時，u＝0，得令則粘性力2024年4月12日二、圓管中的流量對于半徑r，寬度dr的微小通流截面，面積dA＝2πrdr，通過的流量為：通過圓管的流量可由上式積分求得，即：2024年4月12日三、沿程壓力損失計算：圓管通流截面上的平均流速為：沿程壓力損失為：可以改寫為：式中，λ稱為沿程阻力系數(shù)。λ的理論值為64/Re。水在作層流流動時的實際阻力系數(shù)和理論值是很接近的。液壓油在金屬圓管中作層流流動時，常取λ＝75/Re，在橡膠管中λ＝80/Re。2024年4月12日對于光滑管的沿程阻力系數(shù)為對于粗糙管的沿程阻力系數(shù)為2024年4月12日四、局部壓力損失：

液體流經(jīng)如閥口、彎管、通流截面變化等局部阻力處所引起的壓力損失。計算公式為：式中，v為液體的平均流速，一般情況下均指局部阻力后部的流速。ξ為局部阻力系數(shù)。對于液流通過各種標準液壓元件的局部損失，一般可從產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中查到。而對于非標準元件，可以通過分析計算求得。2024年4月12日（1）管道突然擴大的局部壓力損失

管道局部擴大，由包達定理得到的突然擴大的局部壓力損失系數(shù)為：

（2）

逐漸擴大的局部壓力損失

對于逐漸擴大的壓力局部，擴大角度為θ，由包達定理可得，局部壓力（水頭）損失為： 式中，k為經(jīng)驗公式系數(shù)，2024年4月12日根據(jù)吉布松（Gibson）試驗，系數(shù)k，如圖所示

2024年4月12日（3）

突然縮小的局部壓力損失當油液突然進入小管道，如圖所示，形成一個過流斷面最小的收縮斷面，其面積為Ac。且Cc稱為斷面收縮系數(shù)，突然縮小的局部阻力系數(shù)與斷面收縮系數(shù)Cc有關(guān)。在不同結(jié)構(gòu)下的Cc和局部阻力系數(shù)，見表所示。

表3.2突然縮小的收縮系數(shù)Cc與局部阻力系數(shù)A2/A10.010.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Cc0.6180.6240.6320.6430.6590.6810.7120.7550.8310.8921.000.4900.4690.4310.3870.3430.2980.2570.2120.1610.0700.002024年4月12日（4）

逐漸縮小的局部壓力損失局部逐漸縮小的結(jié)構(gòu)，如圖所示

在不同角度下，逐漸縮小處的局部阻力系數(shù)，見圖所示。局部逐漸縮小的這類管道，在縮小處不會出現(xiàn)流線脫離壁面的問題。因此，其主要阻力成分是沿程損失。一般該類出口，用于消防管道出口、水力采煤器的出口等，其出口角度均采用10～20°的收縮角，其阻力系數(shù)取常數(shù)為0.04。

2024年4月12日（5）彎管和折管

彎管和折管的流動現(xiàn)象十分復(fù)雜。由于流動慣性，在彎管和折管的內(nèi)側(cè)，往往流線分離而形成渦流。在外側(cè)，由于流體沖擊壁面增加液流的混合。此外，由于外側(cè)壓力大于內(nèi)側(cè)壓力，外側(cè)的油液向內(nèi)側(cè)擠壓，于是在斷面上就產(chǎn)生回流，最后流體往往以螺旋運動形式離開轉(zhuǎn)彎處。威斯巴赫通過試驗總結(jié)出了彎管和折管的經(jīng)驗公式。

（a）彎管的局部阻力系數(shù)計算公式為

2024年4月12日（b）折管局部阻力系數(shù)的計算公式為

五、壓力損失疊加原理總的壓力損失等于管道上所以沿程壓力損失和所以局部壓力損失之和，即2024年4月12日也可以用水頭損失表示為：注意：上式只適合于相鄰兩個局部阻力之間有足夠距離的情況。因為油液流經(jīng)一個局部阻力之后，要經(jīng)過在直管流過一段距離之后，才可以穩(wěn)定。否則，在油液還沒有恢復(fù)穩(wěn)定之前，又經(jīng)過一局部阻力處，從而使得油液擾動嚴重，阻力損失將大大增加。這樣實際壓力會比用上式所計算的壓力損失大幾倍。一般認為相鄰兩個局部阻力處之間的距離應(yīng)大于10～20管徑。2024年4月12日為了使用方便，有時將上式進行轉(zhuǎn)化。（1）如果主要是沿程損失，在將局部阻力系數(shù)折算成一個適當長度的沿程阻力損失。

于是，一個管路上的總損失，可表示為式中，L＝l＋∑le,稱為管路的總阻力長度。（2）如果主要是局部損失，折算成局部損失式中，ξ=ξe+∑ξ稱為管路的總的阻力系數(shù)。2024年4月12日例題２（Ｐ24）已知泵的流量qv=1.5×10－３m3/s，液壓缸無桿腔的面積Ａ＝8×10－３ｍ３，負載Ｆ＝3000N，回油腔壓力近似為零，液壓缸進油管直徑ｄ＝20ｍｍ,總高度Ｈ＝5ｍ,局部阻力系數(shù)＝7.2，油液密度＝900kg/m3,運動粘度＝46ｍｍ２/s.求（１）進油路壓力損失；（２）油泵的供油壓力解（１）進油管的壓力損失式中，代入上式，得

（２）油泵的供油壓力式中，所以，油泵的供油壓力2024年4月12日第六節(jié)液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量在液壓系統(tǒng)的管路中，裝有截面突然收縮的裝置，稱為節(jié)流裝置（節(jié)流閥）。突然收縮處的流動叫節(jié)流，一般均采用各種形式的孔口來實現(xiàn)節(jié)流，即節(jié)流口。液體流經(jīng)孔口時：薄壁小孔：l/d≤0.5；細長小孔：l/d>4；短孔：0.5<l/d≤4。

l為小孔的通流長度；d為小孔的孔徑。2024年4月12日一、液體流過小孔的流量液體在薄壁小孔中的流動：液體在薄壁小孔中的流動

液體質(zhì)點突然加速，慣性力作用；收縮截面2-2，然后再擴散；造成能量損失，并使油液發(fā)熱；收縮截面面積A2－2和孔口截面積A的比值稱為收縮系數(shù)Cc，即Cc=A2－2/A收縮系數(shù)決定于雷諾數(shù)、孔口及其邊緣形狀、孔口離管道側(cè)壁的距離等因素。2024年4月12日列截面1－1和2－2的伯努利方程：v1可以忽略不計，整理得：由此求得液流通過薄壁小孔的流量為：Cd＝CvCc為小孔流量系數(shù)，一般由實驗確定。當Re<105時，Cd＝0.964Re－0.05

當Re>105時，Cd可認為是常數(shù)，Cd＝0.6～0.612024年4月12日細長孔的流量計算：液體流經(jīng)細長孔時，一般都是層流狀態(tài)，可直接應(yīng)用前面已導(dǎo)出的直管流量公式來計算，當孔口的截面積為A=πd2/4時，可寫成：

統(tǒng)一寫為：q＝KA△pm

式中A為流量截面面積，m2；△p為孔口前后的壓力差，N/m2；m為由孔口形狀決定的指數(shù)，0.5≤m≤1，當孔口為薄壁小孔時，m＝0.5，當孔口為細長孔時，m＝1；K為孔口的形狀系數(shù)，當孔口為薄壁小孔時，；當孔口為細長孔時，K＝d2/(32μl)。2024年4月12日可知：（1）短孔流量

短孔的流量公式與薄壁小孔的流量公式相同，只是流量系數(shù)Cd不同。流量系數(shù)可以由右圖查得。可知，當Re較大時Cd將穩(wěn)定在0.8左右。（2）細長孔流量可知，細長孔流量與油液粘度有關(guān)，因此，流量受溫度影響較大。2024年4月12日二、液體流過縫隙的流量縫隙流的分類：1.平行平板的間隙流動：如下四種情況固定平行平板間隙流動（壓差流動）平行平板有相對運動時的間隙流動兩平行平板有相對運動，但無壓差（純剪切流動）兩平行平板既有相對運動，兩端又存在壓差時的流動2.圓柱環(huán)形間隙流動：如下三種情況同心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動偏心環(huán)形間隙在壓差作用下的流動內(nèi)外圓柱表面有相對運動又存在壓差的流動3.流經(jīng)平行圓盤間隙徑向流動的流量4.圓錐狀環(huán)形間隙流動2024年4月12日1.平行平板的間隙流動：

取一個微元體（寬度為單位長度）。則在x方向上受力平衡方程為：

將切應(yīng)力的定義式代入上式得：將上式兩次積分可得：

式中，C1和C2可由邊界條件確定。因此，上式可化為：2024年4月12日將上式積分可得流經(jīng)平行平板縫隙的流量為：當u0＝－時，q＝0，即無液流通過。當u0＝0時，即無相對運動時，由壓差引起的油液流量為：當Δp＝0時，由平板引起的剪切油液流量為：2024年4月12日2.同心環(huán)形縫隙的流動：同心圓環(huán)縫隙，可看作是寬度b＝2πr1的平行縫隙。縫隙大小因此，流經(jīng)同心環(huán)形縫隙的流量，可表示為：當時，2024年4月12日3.偏心環(huán)形縫隙的流動：對于偏心圓環(huán)縫隙的微圓弧db＝rdθ所對應(yīng)的縫隙間的流動看作是平行平板縫隙流動。因此，偏心環(huán)形微圓弧縫隙的流量，可表示為：式中，ε為相對偏心率，ε=e/h0將h代入上式，并積分得，偏心環(huán)形縫隙的流量為當u0＝0時分析：2024年4月12日當ε＝0時，即為同心環(huán)形縫隙的流量。當ε＝1時，即為同心環(huán)形縫隙的流量的2.5倍。4.圓環(huán)平面縫隙的流動：在高度為z處的微元環(huán)dr處，可以看作是u0＝0的平行平板縫隙流動，因此，徑向流速為：可知，液壓元件為了減小流經(jīng)縫隙的泄漏量，應(yīng)盡量減小配合元件之間的偏心率。但是，實際液壓元件很難作到同心。2024年4月12日因此，流量過的流量為即當r＝r2時，p＝p2，求得系數(shù)C，代入上式得：當r＝r1時，p＝p1，所以得流經(jīng)環(huán)形平面縫隙的流量為：積分得：2024年4月12日案例分析－汽車液壓筒式減振器阻尼構(gòu)件分析

與減振器節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計（A0，h）1、阻尼構(gòu)件分析（1）活塞縫隙； （2）常通節(jié)流孔； （3）節(jié)流縫隙；（4）活塞孔； （5）活塞孔的沿程；（6）活塞孔局部；2、減振器節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計數(shù)學(xué)模型（1）常通節(jié)流孔面積A0

（2）節(jié)流閥片設(shè)計厚度h2024年4月12日第七節(jié)液壓沖擊及空穴現(xiàn)象在流動的液體中，因某點處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象。在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時，過飽和的空氣將從油液中分離出來形成氣泡，這一壓力值稱為該溫度下的空氣分離壓。當液壓油在某溫度下的壓力低于某一數(shù)值時，油液本身迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣氣泡，這時的壓力稱為液壓油在該溫度下的飽和蒸氣壓。注意：液壓油的飽和蒸氣壓相當小，比空氣分離壓小得多，因此，要使液壓油不產(chǎn)生大量氣泡，它的壓力最低不得低于液壓油所在溫度下的空氣分離壓。

一、空穴現(xiàn)象2024年4月12日

１、氣穴產(chǎn)生的部位：（１）液壓泵的空穴現(xiàn)象：（２）節(jié)流口處的空穴現(xiàn)象。液壓泵吸油管直徑太小，或吸油阻力太大，或液壓泵轉(zhuǎn)速過高。由于吸油腔壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，形成氣泡。2024年4月12日２、氣穴系數(shù)：據(jù)氣穴產(chǎn)生機理，通常是用節(jié)流氣穴系數(shù)來描述節(jié)流氣穴發(fā)生的程度，即

式中，p0為節(jié)流孔下游壓力，即節(jié)流流動的最低壓力；v0為節(jié)流下游的流速，即流經(jīng)節(jié)流孔后收縮喉部位處流速；pv為油液空氣分離壓力。節(jié)流孔前后的節(jié)流壓力之差為：節(jié)流氣穴系數(shù)可表示為

由于pv與p0和p1相比小的很多，因此上式可化為據(jù)文獻可知，當>0.4時，油液不產(chǎn)生氣穴；當<0.4時，油液產(chǎn)生氣穴，且越小，則氣穴產(chǎn)生越嚴重。令＝0.4，可得氣穴產(chǎn)生的臨界壓力之比為2024年4月12日３、空穴的危害：氣蝕：這些氣泡隨著液流流到下游壓力較高的部位時，會因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動，當附著在金屬表面上的氣泡破滅時，它所產(chǎn)生的局部高溫（766°,993°,1149°)和高壓(幾百MPa)，會使金屬剝落，使表面燒傷、粗糙或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。這種固體壁面的腐蝕、剝蝕的現(xiàn)象稱為氣蝕。減小空穴現(xiàn)象的措施

（1）減小流經(jīng)節(jié)流小孔前后的壓力差，一般希望小孔前后壓力比小于3.5。（2）正確設(shè)計液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，適當加大吸油管內(nèi)徑。（3）提高零件的抗氣蝕能力，增加零件的機械強度，采用抗腐蝕能力強的金屬材料，減小零件表面粗糙度等。2024年4月12日二、液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間會突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。液壓沖擊的實質(zhì)主要是管道中的液體因突然停止運動而導(dǎo)致動能向壓力能的瞬時轉(zhuǎn)變。液壓沖擊產(chǎn)生的原因：當閥門瞬間關(guān)閉時，管道中便產(chǎn)生液壓沖擊。

液壓系統(tǒng)中運動著的工作部件突然制動或換向時，由工作部件的動能將引起液壓執(zhí)行元件的回油腔和管路內(nèi)的油液產(chǎn)生液壓激振，導(dǎo)致液壓沖擊。液壓系統(tǒng)中某些元件的動作不夠靈敏，也會產(chǎn)生液壓沖擊，如系統(tǒng)壓力突然升高，但溢流閥反應(yīng)遲鈍，不能迅速打開時，便產(chǎn)生壓力超調(diào)，即液壓沖擊。2024年4月12日（1）運動部件制動時產(chǎn)生的液壓沖擊：設(shè)總質(zhì)量為∑M的運動部件在制動時的減速時間為△t，速度的減小值為△v，液壓缸的有效工作面積為A，則根據(jù)動量定理可近似地求得系統(tǒng)中的沖擊壓力△p，因所以2024年4月12日（2）液體突然停止運動時產(chǎn)生的液壓沖擊：設(shè)管道的截面積為A，長度為l，管道中液流的流速為v，密度為ρ。當管道的末端突然關(guān)閉時，液體立即停止運動。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守衡定律，液體的動能ρAlv2/2轉(zhuǎn)化為液體的彈性能Al△p2/（2K’），即ρAlv2/2=Al△p2/（2K’）所以上式中，△p為液壓沖擊時壓力的升高值；K’為液體的等效體積彈性模量；c為沖擊波在管道中的傳播速度，按下式計算：2024年4月12日

上式中，K為液體的體積彈性模量；d為管道內(nèi)徑；δ為管道壁厚；E為管道材料的彈性模量；沖擊波在管道中的液壓油內(nèi)的傳播速度c一般約為890～1270m/s。

完全沖擊：當閥門關(guān)閉時間t小于壓力波來回一次所需的時間tc(臨界關(guān)閉時間)的情況，即t<tc(tc=2l/c)，稱為完全沖擊。

非完全沖擊：否則稱為非完全沖擊。

非完全沖擊時引起的壓力峰值比完全沖擊時的低，按下式計算:2024年4月12日減小液壓沖擊的措施由以上分析可知，采取以下措施可減小液壓沖擊：(1)使直接沖擊變?yōu)殚g接沖擊，這可用減慢閥的關(guān)閉速度和減小沖擊波傳遞距離來達到。

(2)正確設(shè)計閥口，使運動部件制動時速度變化比較均勻。(3)限制管道中油液的流速v。(4)用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，以吸收液壓沖擊的能量。(5)在容易出現(xiàn)液壓沖擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥。2024年4月12日本堂內(nèi)容小結(jié)１、液體流動壓力損失

（１）沿程損失；（２）局部損失；（３）疊加原理２、油液流經(jīng)小孔和縫隙的流量與壓力之間關(guān)系（１）薄壁小孔（２）短小孔；（３）細長孔（４）平板縫隙（５）環(huán)形縫隙３、液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象 （１）液壓沖擊產(chǎn)生的原因； （２）液壓沖擊的危害及減小沖擊的措施 （３）氣穴產(chǎn)生的原因 （４）氣穴的危害及減小氣穴的措施液壓與液力傳動上堂課內(nèi)容回顧（1）油液流動的局部損失和沿程損失及疊加原理。（2）油液流經(jīng)小孔和縫隙的流量計算。（3）液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、危害以及如何避免。第一節(jié)液壓泵概述

第三章液壓泵一、液壓泵液壓泵是一能量轉(zhuǎn)換的裝置。其作用是把機械能轉(zhuǎn)化為液壓能（壓力能）。即向液壓系統(tǒng)提供工作所需要的一定壓力和流量的液壓油，從而驅(qū)動系統(tǒng)中的各液壓執(zhí)行部件，完成各種規(guī)定的動作。驅(qū)動

原動機（電機或內(nèi)燃機）液壓泵二、液壓泵的工作原理1.液壓泵工作原理液壓傳動所用的液壓泵都是容積式泵，就是靠密閉容積的變化,引起真空和高壓，從而實現(xiàn)吸油和排油。吸油口和排油口在泵內(nèi)被隔開。所以對這類泵，只要能夠?qū)崿F(xiàn)容積變化就能吸、排液體。例如F2

p2WF1

p1l1l2P原理及特征動畫2.液壓泵正常工作的基本條件⑴具有一個或多個密封且可以周期性變化的工作容積。當工作容積增大時，完成吸油過程；當工作容積減小時，完成排油過程。液壓泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其它因素?zé)o關(guān)。⑵具有相應(yīng)的配油機構(gòu)，將吸油過程與排油過程分開；⑶油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒大于大氣壓力。即吸口在液面以下。三、液壓泵分類

油泵齒輪泵柱塞泵外嚙合內(nèi)嚙合雙聯(lián)齒輪泵單作用雙作用軸向徑向直軸（斜盤）斜軸按流量（排量）變化分類：定量泵，變量泵葉片泵按結(jié)構(gòu)分類：四、液壓泵的基本參數(shù)1.壓力（1）工作壓力（2）額定壓力（3）最高壓力(1)工作壓力液壓泵的工作壓力是指泵工作時，輸出油液的實際壓力（指泵出口處的壓力pB）。

壓力大小取決于外載的大小。(2)額定壓力在泵的銘牌上所標出的就是指泵的額定壓力，是指液壓泵能夠正常工作的最大工作壓力，是在正常工作時不允許超過的壓力值。機械工業(yè)部，泵壓力分級：

(3)最高壓力最高壓力指由液壓泵密封能力和結(jié)構(gòu)強度所能達到的最大極限工作壓力。注意：后兩種壓力不是泵實際工作時的壓力，切勿混淆。壓力分級A級低壓B級中壓C級中高壓D級高壓E級超高壓壓力/Mpa0-2.5>2.5-8>8-16>16-32>32（1）理論流量（2）實際流量（3）額定流量2.流量(1)排量：就是它的理論排量（用qB表示）：在不泄漏情況下，液壓泵每轉(zhuǎn)一周理論上所排出的液體體積。大小取決于泵的密封工作腔的幾何尺寸，也就是它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是一固有值，與速度等無關(guān)。

單位：m3/r或l/r思考題：如圖，設(shè)缸筒直徑為D，曲柄半徑為r，其排量如何計算？(2)理論流量:無泄漏情況下，單位時間內(nèi)所能輸出的液體體積(m3/s)。理論流量QBt=qBnB

、QMt=qMnM

其中，nB

、nM

泵軸及馬達軸轉(zhuǎn)速(r/s)(3)實際流量：指泵實際工作時，單位時間內(nèi)的輸出流量。因存在泄漏，泵的實際流量小于泵的理論流量。

QB=QBt-?Q=

V

QBt(4)額定流量：是指泵在額定轉(zhuǎn)速及額定壓力下，泵輸出的流量。3.泵功率:

輸出功率:NB=pBQB輸入功率：NBi=MBwB=2πnBMB理論功率：NBit=MBtwB=2πnBMBt

4.泵的輸入扭矩泵每轉(zhuǎn)理論上輸出的液壓能：pBqB

泵每轉(zhuǎn)理論上輸入的機械能：MBt2π

所以：pBqB=MBt2π

則泵的理論輸入扭矩

MBt=pBqB/2π泵的輸入扭矩

MB

=MBt/

m

，其中，

m為機械效率5.泵的效率泵的效率分為容積效率、機械效率和總效率

（1）容積效率：

ηV=QB/QBt（

QB=QBt-ΔQ

）

容積效率的大小反應(yīng)了泵的內(nèi)部漏失情況。

（2）機械效率：

ηm=MBt/MB

實際上是由于存在機械摩擦，使得MB>MBt

（3）泵總效率：

η=NB/NBi=pBQB/2πnBMB＝ηmηV可知：液壓泵或液壓馬達的總效率，都等于各自容積效率和機械效率的乘積。第二節(jié)齒輪泵一、結(jié)構(gòu)及工作原理并聯(lián)式：增加泵流量1.分類嚙合形式外嚙合形式內(nèi)嚙合形式齒輪數(shù)兩齒輪式多齒輪式串聯(lián)式：增加泵壓2.結(jié)構(gòu)

主要由齒輪、泵體、前蓋板、后蓋板等組成Outer演示（系統(tǒng)組成－泵結(jié)構(gòu)）3.工作原理密封工作腔：齒輪、殼體、端蓋、嚙合線組成吸油腔、排油腔吸油過程：輪齒脫開嚙合→V↑→p↓→吸油排油過程：輪齒進入嚙合→V↓→p↑→排油外嚙合齒輪泵齒輪泵原理（Outer）由蓋板、泵殼體和齒輪組成了一個密封腔體，而相嚙合的兩個同模數(shù)齒輪的嚙合線，將此容積分為左、右兩部分，即吸油區(qū)和壓油區(qū)。當這對齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，嚙合線右側(cè)脫開接觸(開口)，容積增大，形成部分真空，通過殼體上的吸油孔從油箱吸油；而嚙合線的另一側(cè)(左側(cè))的輪齒進入嚙合(填充)，容積減小，使這部分密閉容積內(nèi)的液體受壓后，通過殼體排出孔壓油。輪齒連續(xù)運動，完成了一轉(zhuǎn)一次的吸油和排油過程。4.泵油過程外嚙合齒輪泵的排量，可看作2個齒輪的嚙合體積之和(即齒槽體積之和)，泵工作時凹處部分的液體全部排出。qB=2chbzc-節(jié)圓上齒間寬度，h-輪齒高度，z-主動齒數(shù)，b-齒寬根據(jù)齒輪嚙合原理有：

c=mπ/2,h=2m其中，m模數(shù)所以，外嚙合齒輪泵的排量為：

qB=2πzbm2

hccb

二、參數(shù)計算

（1）排量計算修正由于齒輪的齒間體積大于輪齒體積，故將上式修正為：qB=(6.66～7)zbm2

齒少取上限，齒多取下限?？芍寒旪X輪泵結(jié)構(gòu)一定，齒輪泵每轉(zhuǎn)排量也就確定不變了。因此，齒輪油泵是定量泵。（2）流量計算：理論流量：ＱBt＝(6.66～7)zbm2

n

實際流量：QB

=ηBVＱBt

備注：容積效率一般（70～

90%）。例題１：已知泵的出