課題：液壓傳動課型：理論講授教學(xué)目的：使學(xué)生了解液壓傳動的類型、運動關(guān)系和幾何參數(shù)教學(xué)要求：要求學(xué)生掌握液壓傳動工作介質(zhì)。重點：液壓傳動的計算難點：教具：掛圖，多媒體教學(xué)方法與手段：圖表分析，說明結(jié)論，實例講解實施步驟：引入：同學(xué)們，上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了輪系傳動。下面我們來看看液壓傳動。正題：液壓傳動初步采用的方法:概念的理解，用舉例法引入液壓傳動的概念。液壓油是液壓傳動系統(tǒng)中的傳動介質(zhì)，而且還對液壓裝置的機構(gòu)、零件起這潤滑、冷卻和防銹作用。液壓傳動系統(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)量優(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。一、液壓傳動工作介質(zhì)的性質(zhì)

密度ρρ=m/V[kg/m3]一般礦物油的密度為850~950kg/m32、重度γγ=G/V[N/m3]一般礦物油的重度為8400~9500N/m3因G=mg所以γ=G/V=ρg3、液體的可壓縮性當(dāng)液體受壓力作用二體積減小的特性稱為液體的可壓縮性。體積壓縮系數(shù)β=-▽V/▽pV0▽體積彈性模量K=1/β流體的粘性液體在外力作用下流動時，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生一種阻礙液體分子之間進行相對運動的內(nèi)摩擦力，液體的這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為液體的粘性。由于液體具有粘性，當(dāng)流體發(fā)生剪切變形時，流體內(nèi)就產(chǎn)生阻滯變形的內(nèi)摩擦力，由此可見，粘性表征了流體抵抗剪切變形的能力。處于相對靜止?fàn)顟B(tài)的流體中不存在剪切變形，因而也不存在變形的抵抗，只有當(dāng)運動流體流層間發(fā)生相對運動時，流體對剪切變形的抵抗，也就是粘性才表現(xiàn)出來。粘性所起的作用為阻滯流體內(nèi)部的相互滑動，在任何情況下它都只能延緩滑動的過程而不能消除這種滑動。粘性的大小可用粘度來衡量，粘度是選擇液壓用流體的主要指標(biāo)，是影響流動流體的重要物理性質(zhì)。

圖2-2液體的粘性示意圖

當(dāng)液體流動時，由于液體與固體壁面的附著力及流體本身的粘性使流體內(nèi)各處的速度大小不等，以流體沿如圖2-2所示的平行平板間的流動情況為例，設(shè)上平板以速度u0向右運動，下平板固定不動。緊貼于上平板上的流體粘附于上平板上，其速度與上平板相同。緊貼于下平板上的流體粘附于下平板圖2-2液體的粘性示意圖上，其速度為零。中間流體的速度按線性分布。我們把這種流動看成是許多無限薄的流體層在運動，當(dāng)運動較快的流體層在運動較慢的流體層上滑過時，兩層間由于粘性就產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的作用。根據(jù)實際測定的數(shù)據(jù)所知，流體層間的內(nèi)摩擦力F與流體層的接觸面積A及流體層的相對流速du成正比，而與此二流體層間的距離dz成反比，即：F=μAdu/dz以τ=F/A表示切應(yīng)力，則有：τ＝μdu/dz(2-6)式中：μ為衡量流體粘性的比例系數(shù)，稱為絕對粘度或動力粘度；du/dz表示流體層間速度差異的程度，稱為速度梯度。上式是液體內(nèi)摩擦定律的數(shù)學(xué)表達式。當(dāng)速度梯度變化時，μ為不變常數(shù)的流體稱為牛頓流體，μ為變數(shù)的流體稱為非牛頓流體。除高粘性或含有大量特種添加劑的液體外，一般的液壓用流體均可看作是牛頓流體。流體的粘度通常有三種不同的測試單位。(1)絕對粘度μ。絕對粘度又稱動力粘度，它直接表示流體的粘性即內(nèi)摩擦力的大小。動力粘度μ在物理意義上講，是當(dāng)速度梯度du/dz=1時，單位面積上的內(nèi)摩擦力的大小，即：(2-7)動力粘度的國際(SI)計量單位為牛頓·秒/米2，符號為N·s/m2，或為帕·秒，符號為Pa·s。(2)運動粘度ν。運動粘度是絕對粘度μ與密度ρ的比值：ν=μ/ρ(2-8)式中：ν為液體的動力粘度，m2/s；ρ為液體的密度，kg/m3。運動粘度的SI單位為米2/秒，m2/s。還可用CGS制單位：斯(托克斯)，St斯的單位太大，應(yīng)用不便，常用1%斯，即1厘斯來表示，符號為cSt，故：1cSt=10-2St=10-6m運動粘度ν沒有什么明確的物理意義，它不能像μ一樣直接表示流體的粘性大小，但對ρ值相近的流體，例如各種礦物油系液壓油之間，還是可用來大致比較它們的粘性。由于在理論分析和計算中常常碰到絕對粘度與密度的比值，為方便起見才采用運動粘度這個單位來代替μ/ρ。它之所以被稱為運動粘度，是因為在它的量綱中只有運動學(xué)的要素長度和時間因次的緣故。機械油的牌號上所標(biāo)明的號數(shù)就是表明以厘斯為單位的，在溫度50℃時運動粘度ν的平均值。例如10號機械油指明該油在50℃時其運動粘度ν的平均值是10cSt。蒸餾水在20.2℃時的運動粘度ν恰好等于1cSt，所以從機械油的牌號即可知道該油的運動粘度。二、對液壓傳動工作介質(zhì)的要求液壓油是液壓傳動系統(tǒng)的重要組成部分，是用來傳遞能量的工作介質(zhì)。除了傳遞能量外，它還起著潤滑運動部件和保護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)使用油液的要求來看，有下面幾點：1.適宜的粘度和良好的粘溫性能一般液壓系統(tǒng)所用的液壓油其粘度范圍為：ν=11.5×10-6～35.3×10-6m2/s(2～5°E2.潤滑性能好在液壓傳動機械設(shè)備中，除液壓元件外，其他一些有相對滑動的零件也要用液壓油來潤滑，因此，液壓油應(yīng)具有良好的潤滑性能。為了改善液壓油的潤滑性能，可加入添加劑以增加其潤滑性能。3.良好的化學(xué)穩(wěn)定性即對熱、氧化、水解、相容都具有良好的穩(wěn)定性。4.對液壓裝置及相對運動的元件具有良好的潤滑性5.對金屬材料具有防銹性和防腐性6.比熱、熱傳導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小7.抗泡沫性好，抗乳化性好8.油液純凈，含雜質(zhì)量少9.流動點和凝固點低，閃點(明火能使油面上油蒸氣內(nèi)燃，但油本身不燃燒的溫度)和燃點高此外，對油液的無毒性、價格便宜等，也應(yīng)根據(jù)不同的情況有所要求。三、工作介質(zhì)的分類及選用

分類普通液壓油專用液壓油1、石油基液壓油抗磨液壓油高粘度指數(shù)液壓油

石油基液壓油是以石油地精煉物未基礎(chǔ)，加入抗氧化或抗磨劑等混合而成的液壓油，不同性能、不同品種、不同精度則加入不同的添加劑。合成液壓油——磷酸酯液壓油2、難燃液壓油水——乙二醇液壓油含水液壓油油包稅乳化液乳化液水包油乳化油1)石油基液壓油這種液壓油是以石油的精煉物為基礎(chǔ)，加入各種為改進性能的添加劑而成。添加劑有抗氧添加劑、油性添加劑、抗磨添加劑等。不同工作條件要求具有不同性能的液壓油，不同品種的液壓油是由于精制程度不同和加入不同的添加劑而成。2)成添加劑磷酸脂液壓油是難燃液壓油之一。它的使用范圍寬，可達-54~135℃?？谷夹院?，氧化安定性和潤滑性都很好。缺點是與多種密封材料的相容性很差，有一定的毒性。3)—乙二醇液壓油這種液體由水、乙二醇和添加劑組成，而蒸餾水占35％~55％，因而抗燃性好。這種液體的凝固點低，達-50℃，粘度指數(shù)高（130~170），為牛頓流體。缺點是能使油漆涂料變軟。但對一般密封材料無影響。4)乳化液乳化液屬抗燃液壓油，它由水、基礎(chǔ)油和各種添加劑組成。分水包油乳化液和油包水乳化液，前者含水量達90％~95％，后者含水量大40％。液體動力學(xué)在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓油總是在不斷的流動中，因此要研究液體在外力作用下的運動規(guī)律及作用在流體上的力及這些力和流體運動特性之間的關(guān)系。對液壓流體力學(xué)我們只關(guān)心和研究平均作用力和運動之間的關(guān)系。本節(jié)主要討論三個基本方程式，即液流的連續(xù)性方程、柏努力方程和動量方程。它們是剛體力學(xué)中的質(zhì)量守恒、質(zhì)量守恒及動量守恒原理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。前兩個方程描述了壓力、流速與流量之間的關(guān)系，以及液體能量相互間的變換關(guān)系，后者描述了流動液體與固體壁面之間作用里的情況。液體是有粘性的，并在流動中表現(xiàn)出來，因此，在研究液體運動規(guī)律時，不但要考慮質(zhì)量力和壓力，還要考慮粘性摩擦力的影響。此外，液體的流動狀態(tài)還與溫度、密度、壓力等參數(shù)有關(guān)。為了分析，可以簡化條件，從理想液體著手，所謂理想液體是指沒有粘性的液體，同時，一般都視為在等溫的條件下把粘度、密度視作常量來討論液體的運動規(guī)律。然后在通過實驗對產(chǎn)生的偏差加以補充和修正，使之符合實際情況。3.1基本概念1)理想液體與定常流動液體具有粘性，并在流動時表現(xiàn)出來，因此研究流動液體時就要考慮其粘性，而液體的粘性阻力是一個很復(fù)雜的問題，這就使我們對流動液體的研究變得復(fù)雜。因此，我們引入理想液體的概念，理想液體就是指沒有粘性、不可壓縮的液體。首先對理想液體進行研究，然后再通過實驗驗證的方法對所得的結(jié)論進行補充和修正。這樣，不僅使問題簡單化，而且得到的結(jié)論在實際應(yīng)用中扔具有足夠的精確性。我們把既具有粘性又可壓縮的液體稱為實際液體。當(dāng)液體流動時，可以將流動液體中空間任一點上質(zhì)點的運動參數(shù)，例如壓力p、流速v及密度g表示為空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，例如：壓力p=p（x，y，z，t)速度v=v（x，y，z，t)密度=（x，y，z，t）如果空間上的運動參數(shù)p、v及在不同的時間內(nèi)都有確定的值，即它們只隨空間點坐標(biāo)的變化而變化，不隨時間t變化，對液體的這種運動稱為定常流動或恒定流動。但只要有一個運動參數(shù)隨時間而變化，則就是非定常流動或非恒定流動。如果空間點上的運動參數(shù)p、υ及ρ在不同的時間內(nèi)都有確定的值，即它們只隨空間點坐標(biāo)的變化而變化，不隨時間t變化，對液體的這種運動稱為定常流動或恒定流動。定常流動時，,在流體的運動參數(shù)中，只要有一個運動參數(shù)隨時間而變化，液體的運動就是非定常流動或非恒定流動。圖2-9恒定出流與非恒定出流(a)恒定出流(b)非恒定出流在圖2-9(a)中，我們對容器出流的流量給予補償，使其液面高度不變，這樣，容器中各點的液體運動參數(shù)p、υ、ρ都不隨時間而變，這就是定常流動。在圖2-9(b)中，我們不對容器的出流給予流量補償，則容器中各點的液體運動參數(shù)將隨時間而改變，例如隨著時間的消逝，液面高度逐漸減低，因此，這種流動為非定常流動。2)跡線、流線、流束和通流截面①跡線：跡線是流場中液體質(zhì)點在一段時間內(nèi)運動的軌跡線。②流線：流線是流場中液體質(zhì)點在某一瞬間運動狀態(tài)的一條空間曲線。在該線上各點的液體質(zhì)點的速度方向與曲線在該點的切線方向重合。在非定常流動時，因為各質(zhì)點的速度可能隨時間改變，所以流線形狀也隨時間改變。在定常流動時，因流線形狀不隨時間而改變，所以流線與跡線重合。由于液體中每一點只能有一個速度，所以流線之間不能相交也不能折轉(zhuǎn)。圖2-10流線和流束(a)流線(b)流束③流管：某一瞬時t在流場中畫一封閉曲線，經(jīng)過曲線的每一點作流線，由這些流線組成的表面稱流管。④流束：充滿在流管內(nèi)的流線的總體，稱為流束。⑤通流截面：垂直于流束的截面稱為通流截面。3)流量和平均流速①流量：單位時間內(nèi)通過通流截面的液體的體積稱為流量，用q表示，流量的常用單位為升/分，L/min。對微小流束，通過dA上的流量為dq,其表達式為：dq=udA(2-21)q=當(dāng)已知通流截面上的流速u的變化規(guī)律時，可以由上式求出實際流量。②平均流速：在實際液體流動中，由于粘性摩擦力的作用，通流截面上流速u的分布規(guī)律難以確定，因此引入平均流速的概念，即認(rèn)為通流截面上各點的流速均為平均流速，用v來表示，則通過通流截面的流量就等于平均流速乘以通流截面積。令此流量與上述實際流量相等，得：q==vA(2-22)則平均流速為：v=q/A(2-23)4）流動狀態(tài)、雷諾數(shù)實際液體具有粘性，是產(chǎn)生流動阻力的根本原因。然而流動狀態(tài)不同，則阻力大小也是不同的。所以先研究兩種不同的流動狀態(tài)。①

流動狀態(tài)——層流和紊流液體在管道中流動時存在兩種不同狀態(tài)，它們的阻力性質(zhì)也不相同。雖然這是在管道液流中發(fā)生的現(xiàn)象，卻對氣流和潛體也同樣適用。試驗裝置如圖2-20所示，試驗時保持水箱中水位恒定和可能平靜，然后將閥門A微微開啟，使少量水流流經(jīng)玻璃管，即玻璃管內(nèi)平均流速V很小。這時，如將顏色水容器的閥門B也微微開啟，使顏色水也流入玻璃管內(nèi)，我們可以在玻璃管內(nèi)看到一條細(xì)直而鮮明的顏色流束，而且不論顏色水放在玻璃管內(nèi)的任何位置，它都能呈直線狀，這說明管中水流都是安定地沿軸向運動，液體質(zhì)點沒有垂直于主流方向的橫向運動，所以顏色水和周圍的液體沒有混雜。如果把A閥緩慢開大，管中流量和它的平均流速V也將逐漸增大，直至平均流速增加至某一數(shù)值，顏色流束開始彎曲顫動，這說明玻璃管內(nèi)液體質(zhì)點不再保持安定，開始發(fā)生脈動，不僅具有橫向的脈動速度，而且也具有縱向脈動速度。如果A閥繼續(xù)開大，脈動加劇，顏色水就完全與周圍液體混雜而不再維持流束狀態(tài)。圖2-20雷諾試驗層流：在液體運動時，如果質(zhì)點沒有橫向脈動，不引起液體質(zhì)點混雜，而是層次分明，能夠維持安定的流束狀態(tài)，這種流動稱為層流紊流：如果液體流動時質(zhì)點具有脈動速度，引起流層間質(zhì)點相互錯雜交換，這種流動稱為紊流或湍流。②

雷諾數(shù)液體流動時究竟是層流還是紊流，須用雷諾數(shù)來判別。實驗證明，液體在圓管中的流動狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速v有關(guān)，還和管徑d、液體的運動粘度有關(guān)。但是，真正決定液流狀態(tài)的，卻是這三個參數(shù)所組成的一個稱為雷諾數(shù)Re的無量綱純數(shù)：Re=vd/