液壓傳動(dòng)的基本知識(shí)目錄1.液壓油的特性2.液體靜力學(xué)基礎(chǔ)3.液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)4.液體流態(tài)及壓力損失5.液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓油的特性1.密度ρ

均質(zhì)液體中單位體積所具有的質(zhì)量:

其中：m-液體的質(zhì)量；

V-液體的體積液體的密度隨溫度和壓力的變化而變化，但影響很小，可以忽略。液壓油計(jì)算時(shí)取ρ=900kg/m3

2可壓縮性在溫度不變條件下，液壓油的體積將隨壓力的增高而減小的性質(zhì)。

（1）體積壓縮系數(shù)

:即單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量體積變化初始體積壓力變化

油的可壓縮性很小，可以忽略，認(rèn)為液體是不可壓縮的。3抗壓性V0一定，在同樣Δp下，K越大,ΔV越小說(shuō)明K越大，液體的抗壓能力越強(qiáng)礦物油K=(1.4~2.0)×109N/m

2

鋼K=2.06×1011N/m

2

油=100~150

4粘性

(1)粘性的定義

液體在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩檫力，它使液體各層間的運(yùn)動(dòng)速度不等，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。

靜止液體不呈現(xiàn)粘性（2）牛頓內(nèi)摩擦定理下板固定上板以u(píng)0運(yùn)動(dòng)A點(diǎn)：u=0

B點(diǎn)：u=u0兩板之間液流速度逐漸減小粘性示意圖動(dòng)畫示意圖牛頓內(nèi)摩擦定理式中：

Ff—液體流動(dòng)時(shí)，相鄰液體層間的內(nèi)摩擦力

μ—粘性系數(shù)，與液體的種類和溫度有關(guān)

A—液層接觸面積

du/dy—速度梯度——兩液層的速度差——兩液層間的距離靜止液體du＝0不呈現(xiàn)粘性—牛頓內(nèi)摩擦定律切應(yīng)力:（3）粘性三種表示方法：2)運(yùn)動(dòng)粘度單位：Pa.S（帕秒）單位：m2/s1)動(dòng)力粘度3)條件粘度1）動(dòng)力粘度單位：帕斯卡.秒（Pa.s）泊（P）1P=1dyn.s.cm-21Pa.s=10P=103cP動(dòng)力粘度物理意義：液體在單位速度梯度下流動(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力2）運(yùn)動(dòng)粘度機(jī)械油的牌號(hào)：表示這種油在40℃時(shí)以mm2/s為單位的運(yùn)動(dòng)粘度的平均值。例如YA－N32中YA是普通液壓油，N32表示40℃時(shí)油的平均運(yùn)動(dòng)粘度為32mm2/s。

運(yùn)動(dòng)粘度單位：

1m2/s=104St=106

cSt(=106

mm2/s)

拖(cm2/s)厘拖(mm2/s)3）相對(duì)粘度（恩氏粘度）式中：t1

–

油流出的時(shí)間

t2－20OC蒸餾水流出時(shí)間

恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系

通常以20、50、100OC作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定溫度，記為：200mlφ=2.8mm恩氏粘度計(jì)4）粘度對(duì)壓力的關(guān)系

壓力對(duì)粘度的影響不大，一般情況下，特別是壓力較低時(shí)，可不考慮。(5)粘度與溫度的關(guān)系

影響：μ

大，阻力大，能耗↑

μ

小，油變稀，泄漏↑限制油溫：T↑↑，加冷卻器

T↓↓，加熱器T↑μ↓p↑μ↑粘溫圖油液的主要物理性質(zhì)石油型機(jī)械油汽輪機(jī)油液壓油難燃型水-乙二醇液磷酸酯液水包油油包水乳化液合成型對(duì)液壓油的要求1.合適的粘度，粘溫性好2.潤(rùn)滑性能好3.雜質(zhì)少4.相容性好5.穩(wěn)定性好6.抗泡性好、防銹性好7.凝點(diǎn)低,閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高8.無(wú)公害、成本低液壓油液的選擇（1）優(yōu)先考慮粘性

ν=11.5~41.3cSt即20、30、40號(hào)機(jī)械油（2）按工作壓力p高，選μ大；p低，選μ?。?）按環(huán)境溫度T高，選μ大；T

低，選μ?。?）按運(yùn)動(dòng)速度

v高，選μ??；v

低，選μ大（5）其他環(huán)境（污染、抗燃）經(jīng)濟(jì)（價(jià)格、使用壽命）特殊要求（精密機(jī)床、野外工作的工程機(jī)械）靜力學(xué)基礎(chǔ)靜止液體：液體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、不呈現(xiàn)黏性的液體

流體靜力學(xué)是研究平衡流體（包括：流體對(duì)地球無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和流體對(duì)運(yùn)動(dòng)容器無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用。

由于平衡流體之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體的粘性不起作用。所以，流體靜力學(xué)中所得出的結(jié)論，對(duì)于理想流體和粘性流體都適用。理論不需要實(shí)驗(yàn)修正。靜壓力及其定義按作用方式，平衡流體上的作用力有：

質(zhì)量力：與流體質(zhì)量大小有關(guān)并且集中在液體質(zhì)點(diǎn)上的力稱為質(zhì)量力。表面力：與表面面積有關(guān)而且分布作用在流體表面上的力稱為表面力。

1.靜壓力的定義

表面力是由與分離體相接觸的其它物體的作用產(chǎn)生的針對(duì)流體的作用。表面力按其作用方向可分為兩種：沿表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力。對(duì)于處于平衡狀態(tài)的流體，切向摩擦力為零，只有沿受壓面內(nèi)法線方向的流體靜壓力。靜壓力（簡(jiǎn)稱壓力）：指液體處于相對(duì)靜止時(shí)，單位面積上所受的法向作用力。

如果法向力均勻地作用在面積上，壓力表示為：靜壓力的特性表面力按其作用方向可分為兩種：沿表面內(nèi)法線方向的壓力、沿表面切向的摩擦力。對(duì)于處于平衡狀態(tài)的流體，切向摩擦力為零，只有沿受壓面內(nèi)法線方向的流體靜壓力。靜壓力（簡(jiǎn)稱壓力）：指液體處于相對(duì)靜止時(shí)，單位面積上所受的法向作用力。

如果法向力均勻地作用在面積上，壓力表示為：

重力場(chǎng)中連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮流體的靜壓強(qiáng)基本方程式：流體靜壓強(qiáng)基本方程式表明：（1）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力為液面壓力和液柱重力所產(chǎn)生的壓力之和。（3）深度相同處各點(diǎn)的壓力都相等。等壓面：壓力相同點(diǎn)組成的面叫作等壓面在重力作用下靜止液體中的等壓面是水平面。帕斯卡原理

在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以相等的數(shù)值傳遞到液體各點(diǎn)，這就是靜壓傳遞原理，即帕斯卡原理。

作用在平面上壓力的方向互相平行，總作用力F等于靜壓力p與承壓面積A的乘積。即：F＝pA液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念1.理想液體和實(shí)際液體理想液體：既無(wú)粘性，又無(wú)壓縮性的假想液體。實(shí)際液體：既有粘性，又有壓縮性的真實(shí)液體。2.定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)定常流動(dòng)：液體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)只隨位置變化，與時(shí)間無(wú)關(guān)。也稱恒定流動(dòng)。非定常流動(dòng)：液體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不僅隨位置變化，而且與時(shí)間有關(guān)。也稱非恒定流動(dòng)。定常非定常動(dòng)畫3.流線、流束、過(guò)流截面流線：某一瞬時(shí)液流中標(biāo)志其各處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的曲線，在流線上各點(diǎn)的瞬時(shí)速度方向與該點(diǎn)的切線方向重合。流線的性質(zhì)：穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流線形狀不隨時(shí)間變化。流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折。流線是連續(xù)光滑的曲線。通流截面：流束中與所有流線正交的截面?！窳骶€彼此平行的流動(dòng)稱為平行流動(dòng)；●流線間的夾角很小，或流線的曲率半徑很大的流動(dòng)稱為緩變流動(dòng)（相反情況便是急變流動(dòng)）?！袂皟烧叩耐鹘孛婢J(rèn)為是平面，急變流動(dòng)的過(guò)流截面是曲面。流束：面積A上所有各點(diǎn)的流線的集合?！窳魇鴥?nèi)外流線均不能穿越流束表面?！衩娣eA無(wú)限小時(shí)的流束，稱為微小流束。4.流量和平均流速流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)流束過(guò)流截面的液體體積。平均流速：流量與通流截面之比。液體流動(dòng)的連續(xù)性方程理想液體在管道中恒定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，液體在管道內(nèi)既不能增多，也不能減少，因此單位時(shí)間內(nèi)流入液體的質(zhì)量應(yīng)恒等于流出液體的質(zhì)量。質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用液體流動(dòng)的連續(xù)性方程單位時(shí)間內(nèi)流入控制體積的質(zhì)量：

單位時(shí)間內(nèi)流出控制體積的質(zhì)量：設(shè)：不可壓縮流體在非斷面管中作定常流動(dòng)。

過(guò)流斷面1和2的面積分別為A1和A2，平均流速分別為V1和V2，在定常流動(dòng)中，流過(guò)各截面的不可壓縮液體的流量是相等的，而且液體的平均流速與管道的過(guò)流截面積成反比。說(shuō)明：對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮液體，ρ為常數(shù)：液體流動(dòng)的伯努利方程

理想液體在管道中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，同一管道內(nèi)任一截面上的總能量應(yīng)該相等或：外力對(duì)物體所做的功應(yīng)該等于該物體機(jī)械能的變化量。能量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用伯努利方程

在一維流動(dòng)的情況下，

根據(jù)牛頓第二定律，有：1.理想液體一元定常流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表示定常流動(dòng)

整理得理想液體一元定常流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，也叫歐拉方程。2理想液體的伯努利方程將歐拉方程兩邊同乘以ds，并從截面1積分到截面2兩邊同除以g，移項(xiàng)整理得對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，故上式變?yōu)槔硐胍后w微小流束的伯努利方程。Z:單位重量液體所具有的位能，稱為比位能(位置水頭)。P/g:單位重量液體所具有的壓力能，稱為比壓能（壓力水頭）。u2/2g:單位重量液體所具有的動(dòng)能，稱為比動(dòng)能（速度水頭）。Z+P/g+u2/2g:單位重量液體所具有的總能量，稱為總比能（總水頭）。方程的物理（能量）意義：能量意義：管內(nèi)作定常流動(dòng)的理想液體，在任意截面上，液體的總比能保持不變，但比位能、比壓能、比動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)換。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(guò)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應(yīng)用使得注意事項(xiàng)（1）斷面1、2需順流向選取（否則hw為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的過(guò)流斷面上。（2）斷面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，z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。動(dòng)量方程動(dòng)量定律指出：作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上的動(dòng)量變化率，即動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的應(yīng)用

由于液體做定常流動(dòng)，控制體積內(nèi)在dt時(shí)間內(nèi)控制體積中液體質(zhì)量的動(dòng)量變化，為兩微小單元II-II1和I-I1液體的動(dòng)量之差，而在I1-II1之間所圍液體的動(dòng)量沒(méi)有變化。沿程壓力損失定義:液體沿等徑直管流動(dòng)時(shí)，由于液體的粘性摩擦和質(zhì)點(diǎn)的相互擾動(dòng)作用，而產(chǎn)生的壓力損失。

內(nèi)摩擦—因粘性，液體分子間摩擦摩擦<

外摩擦—液體與管壁間層流、紊流層流和紊流層流：液體的流動(dòng)是分層的，層與層之間互不干擾。紊流（紊流（湍流）：液體流動(dòng)不分層，做混雜紊亂流動(dòng)。雷諾數(shù)圓形管道雷諾數(shù)：Re=dv/ν

非圓管道截面雷諾數(shù)：Re=dHv/ν

過(guò)流斷面水力直徑：dH=4A/χ

水力直徑大，液流阻力小，通流能力大。臨界雷諾數(shù)：判斷液體流態(tài)依據(jù)Re<Rec為層流Re>Rec為紊流雷諾數(shù)物理意義：液流的慣性力對(duì)粘性力的無(wú)因次比動(dòng)畫演示流量式中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）；

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)，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)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

通過(guò)小孔的流動(dòng)

在液壓與氣壓傳動(dòng)中常用通過(guò)改變閥口通流截面積或通過(guò)通流通道的長(zhǎng)短來(lái)控制流量的節(jié)流裝置來(lái)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(guò)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(guò)細(xì)長(zhǎng)小孔(小孔的長(zhǎng)徑比l/d>4)的流動(dòng)

薄壁小孔的流量計(jì)算

稱為小孔流量系數(shù)通過(guò)薄壁小孔的流量與液體粘度無(wú)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

細(xì)長(zhǎng)小孔的流量計(jì)算

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)系是線性的液壓沖擊和空穴現(xiàn)象概念在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因使液體壓力突然產(chǎn)生很高的峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。原因液壓沖擊的產(chǎn)生多發(fā)生在閥門突然關(guān)閉或運(yùn)動(dòng)部件快速制動(dòng)的場(chǎng)合。這時(shí)液體的流動(dòng)突然受阻，液體的動(dòng)