1、普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)重點(diǎn)教材普通高等工科教育機(jī)電類(lèi)規(guī)劃教材,液壓與氣壓傳動(dòng)(第4版) 左健民 主編 主講 陳 水 勝 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程系 2011年2月,液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)(第三版) (楊曙東 何存興主編),課件編制：,湖北工業(yè)大學(xué)陳水勝 李奕,前 言,一、課程的性質(zhì)和任務(wù) 二、課程的基本要求 三、課程內(nèi)容（理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)=56學(xué)時(shí)） 四、教學(xué)大綱執(zhí)行說(shuō)明 五、學(xué)時(shí)分配 六、教材及參考書(shū),總目錄,緒論 第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ) 第二章 液壓動(dòng)力元件 第三章 液壓執(zhí)行元件 第四章 液壓控制元件 第五章 液壓輔助元件 第六章 液壓基本回路 第七章 典型液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 第八章 液壓伺服

2、和電液比例控制技術(shù) 第九章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,緒 論,一.液壓與氣壓傳動(dòng)的研究對(duì)象 二.液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 三.液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 四.液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 五.液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用及發(fā)展,一.液壓與氣壓傳動(dòng)的研究對(duì)象,液壓與氣壓傳動(dòng)是研究以有壓流體（ 壓力油或壓縮空氣 ）為能源介 質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓與氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng) 和控制的方法是基本相同的，它們都是利用各種元件組成所需要的各種控 制回路，再由若干回路有機(jī)組合成能完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行 能量的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制。 液壓傳動(dòng)所用的工作介質(zhì)為液壓油或其它合成液體，氣壓傳動(dòng)所用的 工作介質(zhì)為空

3、氣，由于這兩種流體的性質(zhì)不同，所以液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng) 又各有其特點(diǎn)。液壓傳動(dòng)傳遞動(dòng)力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但由于液體粘性大，在 流動(dòng)過(guò)程中阻力損失大，因而不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)和控制；而氣壓傳動(dòng)由于 空氣的可壓縮性大，且工作壓力低（ 通常在 1.0MPa以下 ），所以傳遞動(dòng) 力不大，運(yùn)動(dòng)也不如液壓傳動(dòng)平穩(wěn)，但空氣粘性小，傳遞過(guò)程中阻力小、 速度快、反應(yīng)靈敏，因而氣壓傳動(dòng)能用于遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)和控制。,二.液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理,液壓與氣壓傳動(dòng)的基本工 作原理是相似的，現(xiàn)以圖 01 所示的液壓千斤頂來(lái)簡(jiǎn)述液壓 傳動(dòng)的工作原理。由圖 01 a 可知，大缸體 9和大活塞 8組 成舉升液壓缸 。杠桿手柄 1 、 小缸

4、體 2 、小活塞 3 、單向閥 4 和 7 組成手動(dòng)液壓泵。如提 起手柄使小活塞向上移動(dòng)，小 活塞下端油腔容積增大，形成 局部真空，這時(shí)單向閥 4 打開(kāi) 通過(guò)吸油管 5從油箱 12中吸油； 用力壓下手柄 ，小活塞下移 ， 小活塞下腔壓力升高，單向閥4 關(guān)閉，單向閥7打開(kāi)，下腔的油 液經(jīng)管道6輸入大缸體9的下腔， 迫使大活塞 8向上移動(dòng)，頂起重 物。再次提起手柄吸油時(shí)，舉升缸下腔的壓力油將力圖倒流入手動(dòng)泵內(nèi)，但此時(shí)單向閥 7 自動(dòng)關(guān)閉，使油液不 能倒流，從而 保證了重物不會(huì)自行下落 。不斷地往復(fù)扳動(dòng)手柄 ，就能不斷地把 油液壓入舉升缸下腔，使重物 逐漸地升起。如果打開(kāi)截止閥 11，舉升缸下腔的油

5、液通過(guò)管道 10 、閥 11流回油箱，大活塞在重物和自重作用 下向下移動(dòng)，回到原始位置。,液壓傳動(dòng)的工作原理,1.力比例關(guān)系,圖01b為液壓千斤頂?shù)暮?jiǎn)化模型，據(jù)此可分析兩活塞之間的力比例關(guān)系、 運(yùn)動(dòng)關(guān)系和功率關(guān)系。 當(dāng)大活塞上有重物負(fù)載 W 時(shí)， 大活塞下腔的油液就將產(chǎn)生一定的 壓力 p ，p = W/A2 。根據(jù)帕斯卡原 理“在密閉容腔內(nèi)，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到液壓各點(diǎn)”。 因而要頂起大活塞及其重物負(fù)載W，在小活塞下腔就必須要產(chǎn)生一個(gè)等值的 壓力p，也就是說(shuō)小活塞上必須施加力F1,F1=pA1,因而有 p F1/A1=W/A2 或 W/F1=A2/A1 （01） 由 式（01

6、）可知，當(dāng)負(fù)載 W 增大時(shí)，流體工作壓力p也要隨之增大， 亦即 F1 要隨之增大；反之，若負(fù)載W很小，流體壓力就很低，F(xiàn)1 也就很小。 由此建立了一個(gè)很重要的基本概念，即在液壓和氣壓傳動(dòng)中工作壓力取決于 負(fù)載，而與流入的流體多少無(wú)關(guān)。,2.運(yùn)動(dòng)關(guān)系,如果不考慮液體的可壓縮性、漏損和缸體、油管的變形，從圖01b可 以看出，被小活塞壓出的油液的體積必然等于大活塞向上升起后大缸擴(kuò)大的 體積。即 A1h1=A2h2 或 h2/h1=A1/A2 （02） 從式（02）可知，兩活塞的位移和兩活塞的面積成反比， 將A1h1 A2h2 兩端同除以活塞移動(dòng)的時(shí)間t得 A1h1/t=A2h2/t 即 v2/v1=

7、A1/A2 （03） 式中v1 、 v2分別為小活塞和大活塞的運(yùn)動(dòng)速度。,從式（03）可以看出，活塞的運(yùn)動(dòng)速度和活塞的作用面積成反比。 Ah/t的物理意義是單位時(shí)間內(nèi)液體流過(guò)截面積為A的某一截面的體積，稱 為流量q，即 q = Av 因此， A1v1=A2v2 （04） 如果已知進(jìn)入缸體的流量q，則活塞的運(yùn)動(dòng)速度為 v=q/A （05） 調(diào)節(jié)進(jìn)入缸體的流量 q，即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度v，這就是液壓與 氣壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的基本原理。從式（ 05 ）可得到另一個(gè)重要 的基本概念。即活塞的運(yùn)動(dòng)速度取決于進(jìn)入液壓（氣壓）缸（馬達(dá)）的 流量，而與流體壓力大小無(wú)關(guān)。,3.功率關(guān)系,由式（01）和式（0

8、3）可得 F1v1= Wv2 （06） 式（06）左端為輸入功率，右端為輸出功率，這說(shuō)明在不計(jì)損失的情況 下輸入功率等于輸出功率，由式（06）還可得出 P=pA1v1=pA2v2=pq （07） 由式（07）可以看出，液壓與氣壓傳動(dòng)中的功率P可以用壓力p和流量q 的乘積來(lái)表示，壓力p和流量q式流體傳動(dòng)中最基本、最重要的兩個(gè)參數(shù)， 它們相當(dāng)于機(jī)械傳動(dòng)中的力和速度，它們的乘積即為功率。 從以上分析可知，液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)是以流體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng) 力的。,三.液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成,左圖（ 動(dòng)畫(huà) ）所示為機(jī)床工作臺(tái)液壓 系統(tǒng)的工作原理圖 （ 慢速左移 ）。 活塞的移動(dòng)速度 由節(jié)流閥 來(lái)調(diào)節(jié)。節(jié) 流

9、閥口開(kāi)大 ，進(jìn)入液壓缸的油液增多，活 塞的移動(dòng)速度增大 ；節(jié)流閥口關(guān)小時(shí)，進(jìn) 入液壓缸的油液減小 ，活塞的移動(dòng)速度減小 。液壓泵輸出的多余油液需經(jīng)溢流閥和 回油管排回油箱 ，這只有在壓力支管中的 油液壓力對(duì) 溢流閥鋼球的作用力等于或略 大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí) ，油液才能 頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。 為克服活塞所受到的各種阻力 ，液壓 缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力 ，這個(gè)推力 是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的 。要克服 的阻力越大 ，液壓缸中的油液壓力越高； 反之壓力就越低。,右圖所示 為一可完成某 程序動(dòng)作的氣 壓系統(tǒng)的組成 原理圖，其中 的控制裝置是 由若干氣動(dòng)元 件組成的氣動(dòng) 邏輯回路。它

10、 可以根據(jù)氣缸 活塞桿的始末 位置，由行程開(kāi)關(guān)等傳遞信號(hào)，再作出下一步的動(dòng)作，從而實(shí) 現(xiàn)規(guī)定的自動(dòng)工作循環(huán)。,由上面的例子可以看出，液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分 組成： （1）能源裝置 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能的裝置，一般最常見(jiàn)的是 液壓泵或空氣壓縮機(jī)。 （2）執(zhí)行裝置 把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，一般指液（氣） 壓缸或液（氣）壓馬達(dá)。 （3）控制調(diào)節(jié)裝置 對(duì)液（氣）壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量和流動(dòng)方向 進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。 （4）輔助裝置 指除以上三種以外的裝置，如油箱、過(guò)濾器、分水濾氣 器、油霧器、蓄能器等，它們對(duì)保證液（ 氣 ）壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定

11、地工作 有重大作用。 （5）傳動(dòng)介質(zhì) 傳遞能量的流體，即液壓油或壓縮空氣。,四.液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn),五.液壓與氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用及發(fā)展,注 塑 機(jī) 械,機(jī) 床 （全 自 動(dòng) 六 角 車(chē) 床）,橋 梁 檢 修 機(jī) 械,防 洪 閘 門(mén) 及 堤 壩 裝 置,巨 型 天 線,甲 板 起 重 機(jī) 械,氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用,自 動(dòng) 水 果 分 類(lèi) 機(jī),汽 車(chē) 組 裝 線,自動(dòng)激光唱片拾放裝置,自 動(dòng) 糖 果 包 裝 機(jī),自 動(dòng) 汽 車(chē) 清 洗 機(jī),自動(dòng)空氣噴射織布機(jī),壓 燙 機(jī),液壓與氣壓傳動(dòng)發(fā)展,如果從17世紀(jì)帕斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)英國(guó)制成世界第一 臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng) 已有二百多年的歷史。但 是

12、由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有成熟的液 壓傳動(dòng)技術(shù)和液壓元件， 因此它沒(méi)有得到普遍的應(yīng) 用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷 發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)傳動(dòng)技 術(shù)有了進(jìn)一步的需求。特 別是在第二次世界大戰(zhàn)期 間，由于軍事上迫切地需 要反應(yīng)快、重量輕、功率 大的各種武器裝備，而液壓傳動(dòng)技術(shù)正好具有這方面的優(yōu)勢(shì)，所以獲得 了較快的發(fā)展。在戰(zhàn)后的50年中，液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速地?cái)U(kuò)展到其他各個(gè) 部門(mén)，并得到了廣泛的應(yīng)用。,目前，液壓與氣壓傳動(dòng)分別在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、 大功率、高效率、低噪聲、長(zhǎng)壽命、高度集成化、小 型化與輕量化、一體化、執(zhí)行件柔性化等方面取得了 很大的進(jìn)展 。同時(shí)，由于它與微電子技術(shù)密切配合，能在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率

13、并加以 準(zhǔn)確地控制，從而更使得它在各行各業(yè)中發(fā)揮出了巨 大作用。,第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié) 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì) 第二節(jié) 液體靜力學(xué) 第三節(jié) 液體動(dòng)力學(xué) 第四節(jié) 定常管流的壓力損失計(jì)算 第五節(jié) 孔口和縫隙流量 第六節(jié) 空穴現(xiàn)象和液壓沖擊,第一節(jié) 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì),液壓傳動(dòng)最常用的工作介質(zhì)是液壓油，此外，還有乳化型傳動(dòng)液和合成型傳動(dòng)液等，此處僅介紹幾個(gè)常用的液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì)。 一、液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的性質(zhì) 1密度單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為，質(zhì)量為的液體的密度為,m,V,礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增加，但變動(dòng)值很小，可以認(rèn)為是常值。我國(guó)采用

14、攝氏20度時(shí)的密度作為油液的標(biāo)準(zhǔn)密度,以表示常用液壓油和傳統(tǒng)的密度如下：,以液體的靜壓能傳遞動(dòng)力的液體傳動(dòng)是以油液作為工作介質(zhì)的，為此必須了解油液的種類(lèi)物理性質(zhì)，研究油液的靜力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，本章主要介紹這方面的內(nèi)容。,常用工作介質(zhì)的密度,( kg/m ),3,壓力為0、體積為0的液體，如壓力增大p 時(shí)，體積減小V ，則此液體的可壓縮性可用體積壓縮系數(shù) ，即單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量來(lái)表示,p,V,V0,由于壓力增大時(shí)液體的體積減小，因此上式右邊須加一負(fù)號(hào)，以使 成為正值。液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為體積彈性模量，簡(jiǎn)稱體積模量。即= 。,2可壓縮性,封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情

15、況就如一彈簧：外力增大，體積減小；外力減小，體積增大。其彈簧剛度 h，在液體承壓面積A 不變時(shí)，可以通過(guò)壓力變化,P=F/A和體積變化V=AL求出，即,h,=,F,l,=,A K,V,2,液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的可壓縮性對(duì)動(dòng)態(tài)工作的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)影響極大；但當(dāng)液壓系統(tǒng)在靜態(tài)下（穩(wěn)態(tài)）工作時(shí)，一般可以不予考慮。,10,9,10,9,10,9,10,9,.,3,（1.42.0）,3.15,2.65,各種液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的體積模量（20 C，大氣壓）,0,1.95,3. 粘性,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)摩擦力，這種現(xiàn)象就叫粘性。靜止液體是不會(huì)有粘性

16、的。 液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ft 與液層接觸面積A液層間的速度梯度du/dy成正比即,Ft = A,du,dy,式中 為比例常數(shù)，稱為粘性系數(shù)或粘度。粘度是衡量液體粘性的標(biāo)準(zhǔn)。粘度稱動(dòng)力粘度，單位Pa s（帕 秒）。以前沿用的單位為P（泊，dyne s/cm ）,.,液體的動(dòng)力粘度與其密度的比值，成為運(yùn)動(dòng)粘度，即，單位m /s。以前沿用的單位為St（斯）,2,.,1Pa s=10 cP（厘泊）,.,3,2,1m /s = 10 St = 10 cSt（厘斯）,= 10 mm /s,2,4,6,6,2,即=,dy,du,Ft,/,A,=,dy,du,/,為切應(yīng)力,就物理意義而言， 不是一

17、個(gè)粘度的量，但習(xí)慣上常用它來(lái)標(biāo)志液體粘度，液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的粘度是以40攝氏度時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度（以mm /s）的中心值來(lái)劃分的，如某一種牌號(hào)L-HL22 普通液壓油在40攝氏度時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值為22mm /s,2,2,液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變，對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)來(lái)說(shuō)，壓力增大時(shí)，粘度增大。在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內(nèi)，增大的數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)。,右圖所示，溫度升高，粘度下降。這個(gè)變化率的大小直接影響液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的使用，其重要性不亞于粘度本身。,4.其它性質(zhì),液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)還有其它的一些性質(zhì)，如穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性氧化穩(wěn)定性水解穩(wěn)定性水解穩(wěn)定性剪切穩(wěn)定性等）抗泡沫性抗乳化性防銹性潤(rùn)

18、滑性以及相容性（對(duì)所接觸的金屬密封材料涂料等作用程度）、導(dǎo)熱性等，都對(duì)它的選擇和使用有重要影響，這些性質(zhì)需要在精煉的礦物油中加入各種添加劑來(lái)獲得，其含義較為明顯。,2)潤(rùn)滑性能好。即油液潤(rùn)滑時(shí)產(chǎn)生的油膜強(qiáng)度高，以免產(chǎn)生干摩擦。3)質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少。不應(yīng)含有雜質(zhì)，以免刮傷表面。4)對(duì)金屬和密封件有良好的相容性。不應(yīng)含有腐蝕性物質(zhì)，以免侵蝕機(jī)件和密封元件。 5)對(duì)熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩(wěn)定性。防止油液氧化后變酸性腐蝕金屬表面。6)抗泡沫好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。7)體積膨脹系數(shù)小，比熱容大。8)流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)(明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒時(shí)的溫度)和燃點(diǎn)高。9

19、)對(duì)人體無(wú)害，成本低。對(duì)軋鋼機(jī)、壓鑄機(jī)、擠壓機(jī)和飛機(jī)等液壓系統(tǒng)則須突出耐高溫、熱穩(wěn)定、不腐蝕、無(wú)毒、 不揮發(fā)、防火等項(xiàng)要求。,二、對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求 不同的工作機(jī)械、不同的使用情況對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求有很大的不同；為了很好地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)應(yīng)具備如下性能：1)合適的粘度，較好的粘溫特性。粘度隨溫度變化越小越好。,1.分類(lèi)液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的品種以其代號(hào)和后面的數(shù)字組成，代號(hào)為L(zhǎng)是石油產(chǎn)品的總分類(lèi)號(hào)，H表示液壓系統(tǒng)用的工作介質(zhì)，數(shù)字表示該工作介質(zhì)的粘度等級(jí)。（表1.1所示）2工作介質(zhì)的選用原則選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)一般需考慮以下幾點(diǎn)：,三、工作介質(zhì)的分類(lèi)和選擇,（1）液壓

20、系統(tǒng)的工作條件 （2）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境 （3）綜合經(jīng)濟(jì)分析,o,o,工作介質(zhì)粘度v40/（mm s ）,2,.,-1,P7.0MPa,P7.0MPa,齒輪泵,葉片泵,徑向柱塞泵,軸向柱塞泵,液壓泵類(lèi)型,按液壓泵類(lèi)型推薦用工作介質(zhì)的粘度,o,需要難燃料的場(chǎng)合,表1-1 液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)分類(lèi)（GB1111889）,四、液壓系統(tǒng)的污染控制工作介質(zhì)的污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。它嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的可靠性及液壓元件的壽命，因此工作介質(zhì)的正確使用、管理以及污染控制，是提高液壓系統(tǒng)的可靠性及延長(zhǎng)液壓元件使用壽命的重要手段。1污染的根源進(jìn)入工作介質(zhì)的固體污染物有四個(gè)根源：已被污染的新油、殘留污染、侵入

21、污染和內(nèi)部生成污染。2污染的的危害液壓系統(tǒng)的故障75以上是由工作介質(zhì)污染物造成的。3污染的測(cè)定污染度測(cè)定方法有測(cè)重法和顆粒計(jì)數(shù)法兩種。4污染度的等級(jí)我國(guó)制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT14039-93液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)和目前仍被采用的美國(guó)NASl638油液污染度等級(jí)。,5工作介質(zhì)的污染控制工作介質(zhì)污染的原因很復(fù)雜，工作介質(zhì)自身又在不斷產(chǎn)生污染物，因此要徹底解決工作介質(zhì)的污染問(wèn)題是很困難的。為了延長(zhǎng)液壓元件的壽命，保證液壓系統(tǒng)可靠地工作，將工作介質(zhì)的污染度控制在某一限度內(nèi)是較為切實(shí)可行的辦法. 為了減少工作介質(zhì)的污染，應(yīng)采取如下一些措施：(1)對(duì)元件和系統(tǒng)進(jìn)行清洗，才能正式運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)防止

22、污染物從外界侵入。(3)在液壓系統(tǒng)合適部位設(shè)置合適的過(guò)濾器。(4)控制工作介質(zhì)的溫度，工作介質(zhì)溫度過(guò)高會(huì)加速其氧化變質(zhì)，產(chǎn)生各種生成物，縮短它的使用期限。(5)定期檢查和更換工作介質(zhì)，定期對(duì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查，分析其污染度，如已不合要求，必須立即更換。更換新的工作介質(zhì)前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)徹底清洗一遍。,第二節(jié) 液體靜力學(xué),一、液體靜壓力及其特性 二、液體靜壓力基本方程 三、壓力的表示方法及單位 四、帕斯卡原理 五、液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力, 1-2.1 液體靜壓力及其特性,（一） 液體的靜壓力作用在液體上的力有兩種類(lèi)型：質(zhì)量力和表面力。前者作用在液體的所有質(zhì)點(diǎn)上，如重力、慣性

23、力等,數(shù)值上等于加速度；后者作用在液體的表面上，如切向力和法向力。表面力可能是容器作用在液體上的外力，也可能是來(lái)自另一部分液體的內(nèi)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)部某點(diǎn)處微小面積A上作用有法向力F，則F/A的極限定義為該點(diǎn)處的靜壓力，用p表示，即 (1.1) 若在液體的面積A上受均勻分布的作用力F，則靜壓力可表示為 (1.2) 液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，在工程應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。 （二） 液體靜壓力的特性 1)液體靜壓力垂直于作用表面，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)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。 液體靜壓力特性表明：靜止液體內(nèi)部的任何質(zhì)點(diǎn)

24、都受平衡壓力的作用。, 1-2.2 靜力學(xué)基本方程,（1）靜壓力基本方程式 在重力作用下的靜止液體，其受力情況如圖1-1所示,圖1-1 重力作用下的靜止液體,則點(diǎn)所受的壓力為 式中，g為重力加速度，此表達(dá)式即為液體靜壓力的基本方程，由此式可知： (1)靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力 p0,另一部分是 g與該點(diǎn)離液面深度 h 的乘積。,(2)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。 (3)連通器內(nèi)同一液體中深度 h相同的各點(diǎn)壓力都相等。由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱為等壓面。 重力作用下靜止液體中的等壓面是一個(gè)水平面。 在液壓傳動(dòng)中，液體重力引起的壓力

25、通常很小，可以忽略不計(jì)。液體靜壓力取決于外加壓力。,（2）. 靜壓力基本方程式的物理意義,圖1-2 靜壓力基本方程式的物理意義,圖1-2為盛有液體的密閉容器，液面壓力為p0 ，選則一基本水平面ox，根據(jù)靜壓力基本方程式可以確定距液面深度處點(diǎn)的壓力，即,這是液體靜壓力基本方程式的另一種形式。其中 z0g表示A點(diǎn)的單位質(zhì)量液體的位能； 表示A點(diǎn) 的單位質(zhì)量液體的壓力能。,上述表達(dá)式說(shuō)明了靜止液體中單位質(zhì)量液體的壓力能和位能可以互相轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量卻保持不變，即能量守恒，這就是靜壓力基本方程式中包含的物理意義。, 1-2.3 壓力的表示方法及單位,壓力的表示方法壓力的表示方法有兩種：一種是以絕對(duì)

26、真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力；另一種是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。由于大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力都是相對(duì)壓力， 故相對(duì)壓力也稱表壓力。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為： 絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力 絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí), 負(fù)相對(duì)壓力數(shù)值部分 叫做真空度。即 真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力=-(絕對(duì)壓力-大氣壓) 由此可知，當(dāng)以大氣壓為基準(zhǔn)計(jì)算壓力時(shí)，基準(zhǔn)以上的正值是表壓力，基準(zhǔn)以下的負(fù)值就是真空度。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相互關(guān)系如圖1-3,圖1-3 絕對(duì)壓力相對(duì)壓力和真空度,壓力的單位: 法定壓力(ISO)單位稱為帕斯卡(帕)，符號(hào)為 Pa，工程上常用兆帕這個(gè)單位來(lái)表示

27、壓力， 在工程上采用工程大氣壓，也采用水柱高或汞柱高度等，在液壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位有巴，符號(hào)為 bar 1bar 壓力的單位及其它非法定計(jì)量單位的換算關(guān)系為：,1at(工程大氣壓) (米水柱) (毫米汞柱),壓力單位, 1-2.4 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等值同時(shí)傳到各點(diǎn)。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。液壓系統(tǒng)中的壓力是由外界負(fù)載決定的。,在左圖中，F(xiàn)是外加負(fù)載，A是活塞面積。根據(jù)帕斯卡原理，缸筒內(nèi)的壓力將隨外加負(fù)載的變化而變化，并且各點(diǎn)的壓力變化值相等。如果不考慮活塞和液體重力引起的壓力，則液體中的壓力為,由此可見(jiàn)，缸筒內(nèi)的液體壓力是由外界負(fù)載決定的

28、，這是液壓傳動(dòng)中的一個(gè)基本概念。,圖1-4,p=,F,A,帕斯卡原理的應(yīng)用,液壓千斤頂是帕斯卡原理在工程中的應(yīng)用實(shí)例。按帕斯卡原理應(yīng)有p1=p2，或F2A1=F1A2, 1-2.5 液體靜壓力對(duì)固體壁面的作用力,靜止液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在某一方向上所受靜壓作用力的總和，便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。在液壓傳動(dòng)計(jì)算中質(zhì)量力可以忽略，靜壓力處處相等，所以可認(rèn)為作用于固體壁面上的壓力是均勻分布的。,當(dāng)固體壁面是曲面時(shí)，作用在曲面各點(diǎn)的液體靜壓力是不平行的，曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于液體靜壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。,上圖a所示，則壓力P作用在活

29、塞上的力F為,F = PA =,D,2,4,p,圖b和圖c作用力為,F = PA = p,2,4,d,d 為承受部分曲面投影圓的直徑,第三節(jié) 液體動(dòng)力學(xué),基本概念 液體流動(dòng)基本方程, 1-3.1 基本概念,流線如圖a所示 流束如圖b所示，定常流動(dòng)時(shí)，流管和流束形狀不變。 通流截面,如圖c的A面和B面，截面上的每點(diǎn)處的流動(dòng)速度都垂直于這個(gè)面。, 1-3.2 液體流動(dòng)基本方程,一. 流量連續(xù)性方程,圖1-5 連續(xù)性方 程推導(dǎo)簡(jiǎn)圖,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，如果液體作定常流動(dòng)，且不可壓縮，那么任取一流管(圖1-5)，兩端通流截面面積為A1 和 A2，在流管中取一微小流束，流

30、束兩端的截面積分別為dA1和dA2，在微小截面上各點(diǎn)的速度可以認(rèn)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(shí)間內(nèi)流人此微小流束的質(zhì)量應(yīng)等于從此微小流束流出的質(zhì)量，故有,即,對(duì)整個(gè)流管，顯然是微小流束的集合，由上式積分得,即,如用平均速度表示，得,由于兩通流截面是任意取的，故有,上式稱為不可壓縮液體作定常流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程。它說(shuō)明通過(guò)流管任一通流截面的流量相等。此外還說(shuō)明當(dāng)流量一定時(shí)，流速和通流截面面積成反比。,二. 伯努利方程,伯努利方程就是能量守恒定律在流動(dòng)液體中的表現(xiàn)形式。要說(shuō)明流動(dòng)液體的能量問(wèn)題，必須先講述液流的受力平衡方程，亦即它的運(yùn)動(dòng)微分方程。,1 . 理想液體的運(yùn)

31、動(dòng)微分方程,這就是重力場(chǎng)中，理想液體沿流線作定常流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程，即歐拉運(yùn)動(dòng)方程。它表示了單位質(zhì)量液體的力平衡方程。,2. 理想液體的伯努利方程,理想液體微小流束的伯努利方程,p,+,gz,+,u,2,2,=,常數(shù),3實(shí)際液體總流的伯努利方程,把理想液體的伯努利方程修正成實(shí)際液體的伯努利方程，修正過(guò)程考慮了兩點(diǎn)：,1） 液體在流動(dòng)過(guò)程中的能量損失；2）用通流截面的平均流速v取代微元體的流速u(mài)。,或?qū)α骶€上任意兩點(diǎn)且兩邊除以g 可得,p1,g,+,z1,+,u1,2,2g,=,p2,g,+,z2,+,2,2g,u2,上式表明理想液體作定常流動(dòng)時(shí)，液流中任意截面處液體的總比能由比壓能（p/g）比位

32、能（z）與比動(dòng)能（u /2g ）組成（且均為長(zhǎng)度綱量，因此從幾何意義上講可分別稱為壓力水頭位置水頭和速度水頭），三者之間可互相轉(zhuǎn)化，但總和為一定值。,2,實(shí)際液體是有粘性的，因此流動(dòng)中粘性摩擦力會(huì)消耗一部分能量。同時(shí)，管道形狀的變化會(huì)使液體產(chǎn)生擾動(dòng)，也要消耗能量。這些能量最終變成熱量損失掉了。考慮到這部分能量損失，應(yīng)該在伯努利方程中加入修正項(xiàng)hw。,用通流截面的平均流速v取代微元體的流速u(mài)也有個(gè)修正問(wèn)題。為此引進(jìn)動(dòng)能修正系數(shù)，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，即,引入能量損失hw和動(dòng)能修正系數(shù)后，實(shí)際液體的伯努利方程為,式中，1、2分別為截面A1、A2上的動(dòng)能修正系

33、數(shù)， 是液體從截面1流到截面2損耗的能量。它們可由實(shí)驗(yàn)求出。 上式就是僅受重力作用的實(shí)際液體在管流中作平行(或緩變)流動(dòng)截面上的伯努利方程。它的物理意義是單位質(zhì)量液體的能量守恒。其中 hwg為單位質(zhì)量液體從截面1流到截面2過(guò)程中的能量損耗。,（1）和是指截面的同一點(diǎn)上的兩個(gè)參數(shù)，至于1、2上的點(diǎn)倒不一定都要取在同一條流線上，但一般對(duì)管流而言，計(jì)算點(diǎn)都取在軸心線上。把這兩個(gè)點(diǎn)都取在兩截面的軸心處，不過(guò)是為了方便。 （2）液流是恒定流。如不是恒定流，要加入慣性項(xiàng)。 （3）兩個(gè)計(jì)算通流截面應(yīng)取在平行流動(dòng)或緩變流動(dòng)處，但兩截面之間的流動(dòng)不受此限制。至于兩截面間是什么流，是沒(méi)有關(guān)系的，這最多影響能量損失

34、的大小。,應(yīng)用伯努利方程時(shí)，應(yīng)注意的幾點(diǎn),（4）液流僅受重力作用，亦即盛液的容器沒(méi)有牽連加速度的情況。 （5）液體不可壓縮，密度在運(yùn)動(dòng)中保持不變。 （6）流量沿程不變，即沒(méi)有分流。 （7）適當(dāng)?shù)剡x取基準(zhǔn)面，一般取液平面，這時(shí)一般等于a ，。 （8）截面上的壓力應(yīng)取同一種表示法，都取相對(duì)壓力，或都取絕對(duì)壓力。壓力小于大氣壓時(shí)，則表壓力為負(fù)值，但用真空度表示時(shí)要寫(xiě)正值。如絕對(duì)壓力為0.03MPa，則表壓力為-0.07MPa，真空度為0.07MPa。 （9）不要忘記動(dòng)能修正系數(shù)，=2層流時(shí) ，1紊流時(shí) 。,因?yàn)樵谕茖?dǎo)伯努利方程過(guò)程中逐次加入了限制條件。因此,三、動(dòng)量方程,液體作用在固體壁面上的力，用

35、動(dòng)量定理來(lái)求解比較方便。動(dòng)量定理指出：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)量的變化率，即,根據(jù)上式進(jìn)行推導(dǎo)（詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程請(qǐng)參閱參考書(shū)）可得流動(dòng)液體的動(dòng)量方程。,方程左邊為作用于控制體積內(nèi)液體上的所有外力的總和，而等式右邊第一項(xiàng)表示液體流量變化所引起的力，稱為瞬態(tài)力；第二、三項(xiàng)表示流出控制表面柑流人控制表面時(shí)的動(dòng)量變化率，稱為穩(wěn)態(tài)力。如果控制體中的液體在所研究的方向上不受其它外力，只有液體與固體壁面的相互作用力，則該二力的作用力與反作用力大小相等，方向相反。液體作用在固體壁面的作用力分別稱為瞬態(tài)液動(dòng)力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。,定常流動(dòng)時(shí)， ，故上式中只有穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，即,上述公式均為矢量表達(dá)式，

36、在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)問(wèn)題的具體要求向指定方向投影，列出該指定方向的動(dòng)量方程，從而可求出作用力在該方向上的分量，然后加以合成。動(dòng)量修正系數(shù)，為液體流過(guò)某截面A的實(shí)際動(dòng)量與以平均流速流過(guò)截面的動(dòng)量之比，當(dāng)液流流速較大且分布較均(紊流)時(shí)， =1，液流流速較低且分布不均勻(層流) 時(shí)， =1.33,第四節(jié) 定常管流的壓力損失計(jì)算,實(shí)際液體具有粘性，在流動(dòng)時(shí)就有阻力，為了克服阻力，就必然要消耗能量，這樣就有能量損失。在液壓傳動(dòng)中，能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實(shí)際液體流動(dòng)的伯努利方程式項(xiàng)的含義。液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類(lèi)，一類(lèi)是油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失，稱之為沿程壓力損失。這類(lèi)壓力損失是

37、由液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)、外摩擦力所引起的。另一類(lèi)是油液流經(jīng)局部障礙(如彎管、接頭、管道截面突然擴(kuò)大或收縮)時(shí)，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(diǎn)間以及質(zhì)點(diǎn)與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失稱之為局部壓力損失。,一、流態(tài)、雷諾數(shù) 1層流和紊流,流體在流動(dòng)時(shí)，通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)，可以看到左圖1-6所示的幾種流動(dòng)狀態(tài)，一般將其定義為層流和紊流。在低速流動(dòng)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝睿移叫杏诠艿垒S線，如圖1-6a所示，此種流動(dòng)狀態(tài)稱為在層流時(shí)；當(dāng)流速大時(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)，此種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流，如圖1

38、-6d所示；圖1-6b中色線開(kāi)始折斷，表明層流開(kāi)始破壞，圖1-6c中色線上下波動(dòng)，并出現(xiàn)斷裂，表現(xiàn)液體流動(dòng)已趨于紊流. 英國(guó)物理學(xué)家雷諾通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了液體在管路中流動(dòng)時(shí)存在的兩種流動(dòng)狀態(tài)-層流和紊流。雷諾實(shí)驗(yàn)表明，層流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體沿管路軸線作線性或?qū)訝盍鲃?dòng)；紊流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)相互干擾，運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，除了沿管路軸線運(yùn)動(dòng)以外還有劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)分析表明，層流發(fā)生在液體流速較低的場(chǎng)合，粘性力起主導(dǎo)作用，壓力損失主要是液體的粘性摩擦損失；紊流發(fā)生在液體流速較高的場(chǎng)合，慣性力起主導(dǎo)作用，壓力損失主要是液體的動(dòng)能損失。,2雷諾數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速有關(guān)，還

39、和管徑、液體的運(yùn)動(dòng)粘度 有關(guān)，但是真正決定液流流動(dòng)狀態(tài)的是用這三個(gè)數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)Re的無(wú)量綱數(shù)，即 液體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)若相同，則它的流動(dòng)狀態(tài)也相同。另一方面液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)是不同的，前者稱為上臨界雷諾數(shù)，后者為下臨界雷諾數(shù)，后者數(shù)值小，所以一般都用后者作為判別液流狀態(tài)的依據(jù)，簡(jiǎn)稱臨界雷諾數(shù)Rec（見(jiàn)表1-8），當(dāng)液流的實(shí)際流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，液流為層流，反之液流則為紊流，常見(jiàn)的液流管道的臨界雷諾數(shù)可由實(shí)驗(yàn)求得。 對(duì)于非圓截面管道來(lái)說(shuō)，Re可用下式來(lái)計(jì)算,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(通流截面上與液

40、體接觸的固體壁面的周長(zhǎng)) 之比，即,水力半徑大小對(duì)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；水力半徑小，表明液流與管壁接觸多，通流能力小，容易堵塞。,面積相等但形狀不同的通流截面，其水力直徑是不同的。計(jì)算表明，圓形的水力直徑最大，同心圓環(huán)的水力直徑最小。水力直徑大則通流能力強(qiáng)，對(duì)液體的流動(dòng)阻力小。因此管路多是圓形截面。,一切流動(dòng)都有層流和紊流兩種流動(dòng)狀態(tài)及相應(yīng)臨界雷諾數(shù)，臨界雷諾數(shù)的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。雷諾數(shù)的物理意義是：液流的慣性作用和粘性作用之比。另外，前面提到的動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)也與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。層流時(shí)，=2，=4/3；紊流時(shí)，=1。,二、沿程壓力損失

41、,液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失稱為沿程壓力損失，該損失與液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 （一） 層流時(shí)的沿程壓力損失,圖1-8 圓管層流運(yùn)動(dòng)分析,液體在等徑水平直管中的層流流動(dòng)如圖2-8所示。取一段與管軸重合的微小圓柱體作為研究對(duì)象。液體作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)該微元體處于受力平衡狀態(tài)，即,式中，F(xiàn)f是液體內(nèi)摩擦力。這里用到了牛頓液體內(nèi)摩擦定律。整理上式可得,對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入邊界條件，得,可見(jiàn)，流速在半徑方向上是按拋物線規(guī)律分布的，在管道軸線上流速取最大值。,4l,p,( R r ),2,2,u =,通過(guò)微元體的流量微元為,因此，圓管通流截面上的平均流速為,積分上式可得,由此可見(jiàn)，液體在圓管中作層流流

42、動(dòng)時(shí)，其中心處的最大流速為平均流速的兩倍。即umax=2v。,3. 沿程壓力損失,2. 圓管中的流量,由上式q 可得其沿程壓力損失為,所以,5,5,8,0.25,2,d,22( ),8,7,Re597( ),d,9,8,= 1.14- 2lg( + ),d,21.25,Re,0.9,-2,d,9,8,Re595( ),=0.11( ),d,9,8,Re,d,22( ),7,8,圓管絮流時(shí)的值,式中為沿程阻力系數(shù)，理論值為64/Re，液壓油在金屬管中作層流流動(dòng)時(shí)，常取75/Re，在橡膠管中取80/Re。,（二） 紊流時(shí)的沿程壓力損失 紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上與上式相同。不同的是此時(shí)的

43、不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與管壁的粗糙度有關(guān)，即=f(Re，/d）。絕對(duì)粗糙度與管徑d的比值/d稱為相對(duì)粗糙度。具體的值見(jiàn)下表：,注：鋼管=0.004mm，銅管=0.00150.01mm，橡膠軟管=0.03mm，鋁管=0.00150.06mm,圖1-9,對(duì)于光滑管，=0.3164Re-0.25；對(duì)于粗糙管，的值可以根據(jù)不同的Re和/d從圖1-9中查出。下面給出了常見(jiàn)管壁的絕對(duì)粗糙度。,三、局部壓力損失,液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面、閥口和濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力損失稱為局部壓力損失。局部壓力損失的計(jì)算公式如下,式中，局部阻力系數(shù)。各種局部裝置結(jié)構(gòu)的是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，可查手冊(cè)。,閥類(lèi)元件局部壓力

44、損失可按下式計(jì)算,式中，pn閥在額定流量qn下的壓力損失；qn閥的額定流量；q閥的實(shí)際流量 。 至此，管路系統(tǒng)總的壓力損失為,在管路系統(tǒng)的壓力損失中，液體的流速影響最大，流速高壓力損失會(huì)增大很多。但流速太低會(huì)增加管路和閥類(lèi)元件的尺寸。合理選擇液體在管路中的流速是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問(wèn)題 。, p= p p,s,第五節(jié) 孔口和縫隙流量,一、孔口液流特性 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(如節(jié)流閥)。突然收縮處的流動(dòng)叫節(jié)流，一般均采用各種形式的孔口來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)流，由前述內(nèi)容可知，液體流經(jīng)孔口時(shí)要產(chǎn)生局部壓力損失，使系統(tǒng)發(fā)熱，油液粘度下降，系統(tǒng)的泄漏增加，這是不利的一方面。在液

45、壓傳動(dòng)及控制中要人為地制造這種節(jié)流裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量和壓力的控制。1流經(jīng)薄壁小孔的流量,當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度與孔徑之比l/d05時(shí)稱之為薄壁小孔，如圖1-10所示。,圖1-10,對(duì)孔前通道斷面1-1和收縮斷面2-2之間的液體列出伯努力方程,p1,+,u1,2,2,=,p2,+,2,2,u2,2,2,u2,+,由于Dd, v1v2，故v1可以忽略不計(jì)，上式整理后得,式中,為速度系數(shù)。,由此可求得液流通過(guò)薄壁小孔的流量,式中Cd=CvCc為小孔流量系數(shù)。,Cd和Cc一般由試驗(yàn)求得，通常D/d較大，一般在7以上，液流為完全收縮，液流在小孔處呈絮流狀態(tài)，雷諾數(shù)較大，薄壁小孔的收縮系數(shù)Cc取0.610.63，

46、速度系數(shù)Cv取0.970.98，這時(shí)Cd=0.610.62，當(dāng)不完全收縮時(shí)，Cd0.70.8,2流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量計(jì)算所謂細(xì)長(zhǎng)小孔，一般指小孔的長(zhǎng)徑比ld4時(shí)的情況，其流量公式為,孔口的長(zhǎng)徑比0.5l/d4時(shí)為短孔。短孔的流量公式仍為薄壁小孔公式，只是流量系數(shù)Cq應(yīng)從圖2.15中查出。當(dāng)dRe/l10000時(shí)，可取Cq=0.82。短孔的工藝性好，在固定節(jié)流器中常用。孔口的長(zhǎng)徑比l/d4時(shí)為細(xì)長(zhǎng)孔。細(xì)長(zhǎng)孔中多為層流，流量公式可用前面推出的圓管流量公式，即,細(xì)長(zhǎng)孔的流量總是與液體粘度有關(guān)的。,二、縫隙液流特性液壓系統(tǒng)是由一些元件、管接頭和管道組成的，每一部分都是由一些零件組成的，在這 些零件之間，

47、通常需要有一定的配合間隙，由此帶來(lái)了泄漏現(xiàn)象，同時(shí)液壓油也總是從壓力， 較高處流向系統(tǒng)中壓力較低處或大氣中，前者稱為內(nèi)泄漏，后者稱為外泄漏。(一)平行平板的間隙流動(dòng)如圖1-12所示，平板長(zhǎng)為l ，寬為，兩平行平板間的間隙為，且 l ，。液體不可壓縮，質(zhì)量力可忽略不計(jì)，粘度為常數(shù)，則在流動(dòng)液體中取一微小單元體dxdy，作用在它與液流相垂直的兩個(gè)表面上的壓力為p和p+dp，作用在它與液流相平行的,圖1-12 平板縫隙間的液體流動(dòng),兩個(gè)表面上的單位面積摩擦力為和+d，因此它受力平衡方程為,pdy+（+d ）dx=（p+dp）dy+ dx,經(jīng)整理并將=du/dy代入后得,d u,dy,2,2,=,1,

48、dp,dx,1.固定平行平板間隙流動(dòng)(壓差流動(dòng)) 上、下兩平板均固定不動(dòng)，液體在間隙兩端的壓差作用下而在間隙中流動(dòng)，稱為壓差流動(dòng)。當(dāng)y=0時(shí)，u=0；當(dāng)y=h時(shí)，u=0，將此邊界條件代入上式可得,對(duì)上式兩次積分可得,2,1,dp,dx,y,2,u=,+ C1y +C2,式中C1C2為邊界條件所確定的積分常數(shù)。下面分兩種情況討論,2,-,h,C1=,dp,dx,C2=0,所以,于是有,u=-,2,1,（h-y）y,dp,dx,因?yàn)?dp,dx,=,p2-p1,p1-p2,l,=,l,-,=-,p,l,代入流速及流量公式得,從以上兩式可以看出，在間隙中的速度分布規(guī)律呈拋物線狀，通過(guò)間隙的流量與間隙

49、的三次方成正比，因此必須嚴(yán)格控制間隙量，以減少泄露。,2兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的間隙流動(dòng) (1)兩平行平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度u，但無(wú)壓差 這種流動(dòng)稱為純剪切流動(dòng)。,(2)兩平行平板既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩端又存在壓差時(shí)的流動(dòng) 這是一種普遍情況，其速度和流量是以上兩種情況的線性疊加，即,其邊界條件為：當(dāng)y=0時(shí)，u=0；當(dāng)y=h時(shí)，u=v，且dp/dx=0。由C1=v/h；C2=0,所以有,（二）圓環(huán)縫隙流量 在液壓缸的活塞和缸筒之間，在液壓閥的閥心和閥套之間都存在圓環(huán)縫隙，下面分兩種情況討論。,圖1-13 同心圓環(huán)縫隙液流,1.同心圓環(huán)縫隙流量 同心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)和液體流動(dòng)情況如圖1-13所示。如果將圓環(huán)

50、縫隙沿圓周方向展開(kāi)，就相當(dāng)于一個(gè)平行平板縫隙。,2.偏心圓環(huán)縫隙流量 偏心圓環(huán)縫隙的結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。此時(shí)的流量公式為,圖1-14 偏心圓環(huán)縫隙液流,式中，h內(nèi)外圓同心時(shí)的縫隙值；相對(duì)偏心率，=e/h，e為偏心距。,由此可見(jiàn)，當(dāng)=0時(shí)，它就是同心圓環(huán)縫隙的流量公式；當(dāng)=1時(shí)，偏心圓環(huán)縫隙的流量比同心圓環(huán)縫隙流量大了許多?？梢?jiàn)，較高的同心度可以減小泄漏量。,（三） 圓環(huán)平面縫隙流量,圖1-15 園環(huán)平面縫隙間液流,圓環(huán)平面縫隙結(jié)構(gòu)和液體的流動(dòng)情況如圖1-15所示。圓環(huán)與平面縫隙之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 令uo=0，在半徑為r、距離下平面z處的徑向速度為,通過(guò)的流量,上式對(duì)r積分，并代入邊界條件，得

51、圓環(huán)平面縫隙的流量公式為,第六節(jié) 空穴現(xiàn)象和液壓沖擊,在液壓系統(tǒng)中，空穴現(xiàn)象和液壓沖擊給系統(tǒng)帶來(lái)諸多不利影響，因此需要了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并采取措施加以防治。,流動(dòng)的液體，如果壓力低于其空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會(huì)分離出來(lái)，從而導(dǎo)致液體中充滿大量的氣泡，這種現(xiàn)象稱為空穴現(xiàn)象，如圖2.24(動(dòng)畫(huà))所示。如果液體的壓力進(jìn)一步降低，低到飽和蒸氣壓時(shí)，液體本身將汽化，產(chǎn)生更多的蒸氣泡，空穴現(xiàn)象將更加嚴(yán)重?？昭ǘ喟l(fā)生在閥口和液壓泵的入口處。因?yàn)殚y口處液體的流速增大，壓力將降低。如果液壓泵吸油管太細(xì)，也會(huì)造成真空度過(guò)大，發(fā)生空穴現(xiàn)象。 空穴現(xiàn)象會(huì)引起流量的不連續(xù)和壓力波,空穴現(xiàn)象,動(dòng)，空氣

52、中的游離氧對(duì)液壓元件有很大的腐蝕（氣蝕）作用。 為減少空穴現(xiàn)象帶來(lái)的危害，通常采取下列措施：1 減小孔口或縫隙前后的壓力降。一般希望相應(yīng)的壓力比p1/p23.5；2 降低液壓泵的吸油高度，適當(dāng)加大吸油管直徑。對(duì)于自吸能力差的液壓泵要安裝輔助泵供油； 3 管路要有良好的密封，防止空氣進(jìn)入。,液壓沖擊,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。發(fā)生液壓沖擊時(shí)，由于瞬間的壓力峰值比正常的工作壓力大好幾倍，因此對(duì)密封元件、管道和液壓元件都有損壞作用，還會(huì)引起設(shè)備振動(dòng)，產(chǎn)生很大的噪聲。液壓沖擊經(jīng)常使壓力繼電器、順序閥等元件產(chǎn)生誤動(dòng)作。液壓沖擊的產(chǎn)生多發(fā)生在閥門(mén)突然關(guān)閉

53、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)量發(fā)生了變化，,從而產(chǎn)生了壓力沖擊波。這種沖擊波迅速往復(fù)傳播，最后由于液體受到摩擦力作用而衰減。如動(dòng)畫(huà)所示為液壓缸制動(dòng)時(shí)由于慣性而產(chǎn)生的沖擊。,現(xiàn)將減小壓力沖擊的措施歸納如下： 盡量延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間； 在沖擊區(qū)附近安裝卸荷閥、蓄能器等緩沖裝置 正確設(shè)計(jì)閥口，限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件速度， 使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較平穩(wěn)； 如果換向精度要求不高，可使液壓缸兩腔油路在換向閥回到中位時(shí)瞬時(shí)互通。,壓力沖擊值的近似計(jì)算,如果系統(tǒng)的正常工作壓力為p，發(fā)生液壓沖擊時(shí)產(chǎn)生的壓力沖擊值為p，那么此時(shí)系統(tǒng)中的壓力pmax=p+p。由于

54、液壓沖擊是一種非定常流動(dòng)，動(dòng)態(tài)過(guò)程非常復(fù)雜，精確計(jì)算壓力沖擊值是困難的。下面給出兩種壓力沖擊值的近似計(jì)算公式。 1. 管道閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的壓力沖擊值 設(shè)產(chǎn)生壓力沖擊的管道長(zhǎng)度為l，壓力沖擊波第一波在l長(zhǎng)度內(nèi)的傳播時(shí)間為t1，液體的密度為，管道中液體的流速為v，閥門(mén)關(guān)閉后的流速為v1，根據(jù)動(dòng)量方程有 式中，c=l/t1，是壓力波在管中的傳播速度，其值在9001400m/s之間。 2. 運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)的壓力沖擊值 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t，速度減小值為v，液壓缸有效面積為A，根據(jù)動(dòng)量定理有 上式忽略了阻尼和泄漏等因素的影響，計(jì)算結(jié)果偏大，比較安全。,第二章 液壓動(dòng)力元件,動(dòng)力元件起

55、著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用，是系統(tǒng)不 可缺少的核心元件。液壓系統(tǒng)是以液壓泵作為向系統(tǒng)提 供一定的流量和壓力的動(dòng)力元件，液壓泵將原動(dòng)機(jī)（電 動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工作液體的壓力能, 是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。,第一節(jié) 液壓泵概述 第二節(jié) 齒輪泵 第三節(jié) 葉片泵 第四節(jié) 柱塞泵 第五節(jié) 液壓泵的噪聲 第六節(jié) 液壓泵的選用,第一節(jié) 液壓泵概述,一.液壓泵的工作原理及特點(diǎn) 1. 液壓泵的工作原理 液壓泵是靠密封容腔容積的變化 來(lái)工作的。右圖(動(dòng)畫(huà)）是液壓泵的工 作原理圖。當(dāng)凸輪1由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) 時(shí)，柱塞2便在凸輪 1和彈簧 4的作用 下在缸體3內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞右移時(shí)， 缸體中密封工作腔a的容積變大

56、，產(chǎn)生 真空 ，油箱中的油液便在大氣壓力作 用下通過(guò)吸油單向閥5吸入缸體內(nèi)，實(shí) 現(xiàn)吸油；柱塞左移時(shí),缸體中密封工作 單柱塞式液壓泵工作原理動(dòng)畫(huà) 腔a的容量變小，油液受擠壓，便通過(guò) 1凸輪 ；2柱塞；3泵體 壓油單向閥6輸送到系統(tǒng)中去 ,實(shí)現(xiàn)壓 4彈簧；5.6單向閥 油如果偏心輪不斷地旋轉(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)不斷地液壓系統(tǒng)供油。,2.液壓泵的特點(diǎn),從上述液壓泵的工作過(guò)程可以看出，其基本特點(diǎn)是： （1) 具有若干密封而又可以周期性變化的的空間 液壓泵的輸出流量與 此空間的容積變化量和單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其它因素?zé)o關(guān)。 （2）油箱內(nèi)液體的絕對(duì)壓力必須恒等于或

57、大于大氣壓力 這是容積式液 壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此，為保證液壓泵正常吸油，油箱必須 與大氣相通，或采用封閉的充壓油箱。 （3）具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu) 將吸液腔和排液腔隔開(kāi)，保證液壓泵有規(guī)律 地連續(xù)吸排液體。液壓泵地結(jié)構(gòu)原理不同，其配流機(jī)構(gòu)也不相同。,二.液壓泵的主要性能參數(shù),1.壓力 （1）工作壓力 指液壓泵出口處的實(shí)際壓力值 。 工作壓力值取決于液壓泵輸出到 系統(tǒng)中的液體在流動(dòng)過(guò)程中所受的阻力。 （2）額定壓力 指液壓泵在連續(xù)工作過(guò)程中允許達(dá)到的最高壓力。額定壓力值的大 小由液壓泵零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密封性來(lái)決定。 （3）最高允許壓力 指在超過(guò)額定壓力的條件下，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫 運(yùn)行的最高壓力值。,2.排量和流量,（1）排量V指在無(wú)泄漏情況下，液壓泵轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能排出的油液體積。 可見(jiàn)， 排量的大小只與液壓泵中密封工作容腔的幾何尺寸和個(gè)數(shù)有關(guān)。 （2）理論流量qt 指在無(wú)泄漏情況下，液壓泵單位時(shí)間內(nèi)輸出的