1、1第一節(jié) 液壓油一、液壓油的性質(zhì)密度 =m/V 一般認(rèn)為液壓油的密度為900kg/m3可壓縮性 k=-1/p V/V 對(duì)于一般液壓系統(tǒng)，可認(rèn)為油液是不可壓縮的。 粘性 粘性是液體流動(dòng)時(shí)分子之間產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力 。它是液體的重要物理特性，也是液壓用油的依據(jù)。粘性的大小用粘度表示，其類型有用動(dòng)力粘度，運(yùn)動(dòng)粘度，相對(duì)粘度。圖2.1 液體黏性示意圖2動(dòng)力粘度 表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)物理意義：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。 即為動(dòng)力粘度又稱絕對(duì)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度沒(méi)有明確的物理意義,但是工程實(shí)際中常用的物理量。相對(duì)粘度又稱條件粘度，它是采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)出來(lái)的液體粘

2、度。我國(guó)采用恩氏粘度（E）。恩氏粘度與運(yùn)動(dòng)粘度的換算關(guān)系3調(diào)和油的粘度把兩種不同粘度的油液混合起來(lái)使用，稱為調(diào)和油。粘度和溫度的關(guān)系粘度隨著溫度升高而顯著下降（粘溫特性）。粘度和壓力的關(guān)系粘度隨壓力升高而變大（粘壓特性）。4二、對(duì)液壓油液的要求和分類1、對(duì)液壓油液的要求 粘溫特性好； 有良好的潤(rùn)滑性； 成分要純凈； 有良好的化學(xué)穩(wěn)定性； 抗泡沫性和抗乳化性好； 材料相容性好； 無(wú)毒，價(jià)格便宜2、液壓油液分類 礦物性液壓油：按照ISO規(guī)定，采用40時(shí)油液的運(yùn)動(dòng)粘度（mm2/s)作為油液粘度牌號(hào)，共分為10、15、22、32、46、68、100、150等8個(gè)等級(jí)。難燃液壓油液：包括含水型（高水機(jī)液

3、、油包水乳化液等）和無(wú)水型（無(wú)水型合成液）兩大類。5三、液壓油液的選用 選用液壓油液首先考慮的是粘度 具體選用時(shí)要根據(jù)具體情況或系統(tǒng)的要求，一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 液壓系統(tǒng)的工作壓力 壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液。 環(huán)境溫度 溫度高，選用粘度較大的液壓油液 運(yùn)動(dòng)速度 速度高，選用粘度較低的液壓油液 液壓泵的類型 各類泵適用的粘度范圍見(jiàn)書(shū)中表23。四、液壓油的污染及控制1、污染物的種類及危害2、液壓油污染原因3、控制液壓油污染的措施6 液壓流體力學(xué)是研究液體平衡和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科。液體靜力學(xué) 研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用液體動(dòng)力學(xué) 研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律管道中

4、液流的特性 用于計(jì)算液體在管路中流動(dòng)時(shí)的壓力損失孔口及縫隙的壓力流量特性 是分析節(jié)流調(diào)速回路性能和計(jì)算 元件泄漏量的理論依據(jù) 液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象液壓流體力學(xué)概 述7第二節(jié) 液體靜力學(xué)基礎(chǔ)液體的靜壓力 定義：靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。 表達(dá)式： （A0） 若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時(shí)，靜壓力可表示為: 液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。液體靜壓力的特性液體靜壓力垂直于承壓面，方向?yàn)樵撁鎯?nèi)法線方向。液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。一、靜壓力及其特性8二、液體靜力學(xué)的基本方程靜壓力基本方程式 表達(dá)式及其推導(dǎo)：p=p0+gh 重力作

5、用下靜止液體壓力分布特征：1）壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力gh。2）液體內(nèi)的壓力與液體深度成正比。3）離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力相等，壓力相等的所有點(diǎn)組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面。4）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）一般外加壓力P0 gh ，因此分析計(jì)算時(shí)可忽略 gh 項(xiàng)9壓力的表示法及單位 絕對(duì)壓力 以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)進(jìn)行度量 相對(duì)壓力或表壓力 以大氣壓為基準(zhǔn)進(jìn)行度量（P-P0） 真空度 絕對(duì)壓力不足于大氣壓力的那部分壓力值。此時(shí)相對(duì)壓力為負(fù)值，又稱負(fù)壓。 法定單位 帕 Pa ( N / m2) 圖2.2 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相對(duì)

6、關(guān)系10靜壓力基本方程式的應(yīng)用 例題：如下圖2.3所示，容器內(nèi)充滿油液。已知油的密度=900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞面積A=1x10-3m2，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？活塞與油液接觸面上的壓力則深度為h處的液體壓力為解：根據(jù)公式圖2.3 例題圖11三、壓力的傳遞 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2.4所示是應(yīng)用帕斯卡原理的實(shí)例 作用在大活塞上的負(fù)載F1形成液體壓力 p= F1/A1 為防止大活塞下降，在小活塞上應(yīng)施加的力 F2= pA2= F1A2/A1 由此可得：

7、液壓傳動(dòng)可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。（千斤頂放大力）液體內(nèi)的壓力是由負(fù)載決定的。圖2.4 帕斯卡原理實(shí)例圖12四、靜壓力對(duì)固體壁面的作用力 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 1）當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體壓力在該平面的總作用力 F = p A ，方向垂直于該平面。 2）當(dāng)固體壁面為曲面時(shí)，液體壓力在曲面某方向上的總作用力 F = p Ax ， Ax 為曲面在該方向的投影面積（適用于任何曲面）。13第三節(jié) 液體動(dòng)力學(xué)方程 主要是研究液體流動(dòng)時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律。流動(dòng)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)律的三個(gè)基本方程式。前兩個(gè)方程反映了液

8、體的壓力、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。 基本概念 流量連續(xù)性方程 伯努利方程 動(dòng)量方程14一、基本概念 理想液體 假設(shè)的既無(wú)粘性又不可壓縮的液體稱為理想液體。（相對(duì)為實(shí)際液體） 恒定流動(dòng) 液體流動(dòng)時(shí)，液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)，亦稱為定常流動(dòng)或非時(shí)變流動(dòng)。 通流截面 垂直于流動(dòng)方向的截面，也稱為過(guò)流截面。 流量 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為 m3 / s 或 L/min。 平均流速 實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，速度的分布規(guī)律很復(fù)雜。假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，平均流速為v=q/A。圖2.5 恒定流動(dòng)

9、和非恒定流動(dòng)15二、流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。 液體在管內(nèi)作恒定流動(dòng)，任取1、2兩個(gè)通流截面，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩個(gè)截面的液體流量相等，即： 1v1 A1 = 2v2 A2 不考慮液體的壓縮性（ 1=2）則得 q = v A = 常量 流量連續(xù)性方程說(shuō)明了恒定流動(dòng)中流過(guò)各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截面的面積成反比。圖2.6 液流連續(xù)性方程推導(dǎo)用圖16三、伯努利方程 伯努利方程 是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。 液體在管內(nèi)作恒定流動(dòng)，任取兩個(gè)截面1、2有：1、理想流體的伯努利方程（由靜壓方程擴(kuò)展） p1 /g +

10、 Z1 + v12 / 2g = p2 /g + Z2 + v22 / 2g另一種形式： p1 / + Z1 g + v12 / 2 = p2 / + Z2 g + v22 / 2在管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想流體具有壓力能，勢(shì)能（位能）和動(dòng)能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒。圖2.7 伯努利方程推導(dǎo)用圖172、實(shí)際流體的伯努利方程 （按1 2的流向）實(shí)際流體存在粘性，流動(dòng)時(shí)存在能量損失，hw 為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動(dòng)的能量損失。用平均流速替代實(shí)際流速，為動(dòng)能修正系數(shù)。 p1/g + Z1+1v12/ 2g = p2 /g+ Z2+2 v22/ 2g + hw18 如圖

11、示簡(jiǎn)易熱水器，左端接冷水管，右端接淋浴蓮蓬頭。已知A1=A2/4和A1、h值，問(wèn)冷水管內(nèi)流量達(dá)到多少時(shí)才能抽吸熱水？3、伯努利方程應(yīng)用舉例解：沿冷水流動(dòng)方向列A1、A2截面的伯努利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/2g（ A1、A2在同一平面）補(bǔ)充輔助方程 p1 = pagh p2=pa v1A1=v2A2代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1圖2.8 簡(jiǎn)易熱水器接水圖19四、動(dòng)量方程 動(dòng)量方程是動(dòng)量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來(lái)計(jì)算流動(dòng)液體作用在限制其流動(dòng)的固體壁面

12、上的總作用力。F = （m u）/t = q（u2 - u1） 作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時(shí)間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體的動(dòng)量之差。應(yīng)用動(dòng)量方程注意：F、u是矢量；流動(dòng)液體作用在固體壁面上的力與作用在液體上的力大小相等、方向相反。（此作用力又稱穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，簡(jiǎn)稱液動(dòng)力。）動(dòng)量方程的應(yīng)用 計(jì)算液流通過(guò)閥口時(shí)對(duì)閥芯的軸向力大小 例題：P23 例2-220第四節(jié) 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失 由于流動(dòng)液體具有粘性，以及流動(dòng)時(shí)突然轉(zhuǎn)彎或通過(guò)閥口會(huì)產(chǎn)生撞擊和旋渦，因此液體流動(dòng)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，流動(dòng)液體會(huì)損耗一部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來(lái)表示。壓力損失即是伯努利方程中

13、的hw項(xiàng)。 壓力損失由沿程壓力損失和局部壓力損失兩部分組成。 液流在管道中流動(dòng)時(shí)的壓力損失和液流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。流態(tài)、雷諾數(shù)沿程壓力損失局部壓力損失21一、流態(tài)與雷諾數(shù)圖2.9 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置22通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動(dòng)時(shí)存在兩種流動(dòng)狀態(tài)。層流粘性力起主導(dǎo)作用紊流慣性力起主導(dǎo)作用液體的流動(dòng)狀態(tài)用雷諾數(shù)來(lái)判斷。雷諾數(shù)Re = v d / (慣性力和粘性力之比）v 為管內(nèi)的平均流速d 為管道內(nèi)徑為液體的運(yùn)動(dòng)粘度對(duì)于非圓管Re = v 4R/ ，式中水力半徑R=A/x（A為有效截面，X為濕周）雷諾數(shù)為無(wú)量綱數(shù)。 如果液流的雷諾數(shù)相同，它的流動(dòng)狀態(tài)亦相同。一般以液體由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯睦字Z數(shù)作為判斷液體

14、流態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記為Recr。 當(dāng)ReRecr，為層流；當(dāng)ReRecr，為紊流。常見(jiàn)液流管道的臨界雷諾數(shù) 可以查有關(guān)表格23二、管道流動(dòng)的沿程壓力損失 液體在等直徑管中流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的損失，稱為沿程壓力損失。因液體的流動(dòng)狀態(tài)不同沿程壓力損失的計(jì)算有所區(qū)別。層流時(shí)的沿程壓力損失 ：通流截面上的流速在半徑方向按拋物線規(guī)律分布 。通過(guò)管道的流量 q =（d 4/128l ）p管道內(nèi)的平均流速 v = (d 2/32l )p 沿程壓力損失 p =（64/Re)( l /d ) v 2 /2 =（l /d ）v 2 /2 為沿程阻力系數(shù)，實(shí)際計(jì)算時(shí)對(duì)金屬管取= 75 / Re。紊流時(shí)的沿

15、程壓力損失 ： p =（l /d）v 2 /2除了與雷諾數(shù)有關(guān)外，還與管道的粗糙度有關(guān)。 = f（Re，/ d ），為管壁的絕對(duì)粗糙度，/d 為相對(duì)粗糙度。24三、管道流動(dòng)的局部壓力損失液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口等處時(shí)，液體流速的大小和方向發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生漩渦并發(fā)生紊動(dòng)現(xiàn)象，由此造成的壓力損失稱為局部壓力損失。p= v 2 / 2為局部阻力系數(shù)，具體數(shù)值可查有關(guān)手冊(cè)。液流流過(guò)各種閥的局部壓力損失可由閥在額定壓力下的壓力損失ps來(lái)?yè)Q算：p= ps（q / qs ）2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的局部壓力損失之和。p = p + p25第五節(jié) 液體流經(jīng)小孔或縫隙的流量計(jì)算

16、在液壓元件特別是液壓控制閥中，對(duì)液流壓力、流量及方向的控制通常是通過(guò)特定的孔口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們對(duì)液流形成阻力，使其產(chǎn)生壓力降，其作用類似電阻，稱其為液阻?！翱卓诹鲃?dòng)”主要介紹孔口的流量公式及液阻特性。薄壁小孔 當(dāng)長(zhǎng)徑比 l / d 0.5 時(shí)稱為薄壁小孔，一般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)，由于液體慣性作用，使通過(guò)小孔后的液流形成一個(gè)收縮斷面，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。 對(duì)孔前、孔后通道斷面11、22列伯努利方程，其中的壓力損失包括突然收縮和突然擴(kuò)大兩項(xiàng)損失。 薄壁小孔液流 26 經(jīng)整理得到流經(jīng)薄壁小孔流量 q = CdAo（2p /）1/2 A0小

17、孔截面積；Cd流量系數(shù)，Cd=CvCc Cv稱為速度系數(shù) ；Cc稱為截面收縮系數(shù)。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，當(dāng)Re10 5時(shí)，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 薄壁小孔因沿程阻力損失小，q 對(duì)油溫變化不敏感，因此多被用作調(diào)節(jié)流量的節(jié)流器。27滑閥閥口滑閥閥口可視為薄壁小孔，流經(jīng)閥口的流量為 qCdDxv(2p/)1/2式中 Cd流量系數(shù)，根據(jù)雷諾數(shù)查右圖 D滑閥閥芯臺(tái)肩直徑 xv閥口開(kāi)度， xv24mm圖2.10 圓柱滑閥閥口28錐閥閥口 錐閥閥口與薄壁小孔類似，流經(jīng)閥口的流量為 qCddmxvsin(2p/)1/2 式中Cd流量系數(shù)

18、，根據(jù)雷諾數(shù)查右圖 dm閥座孔直徑 xv閥芯抬起高度 閥芯半錐角圖2.11 錐閥閥口29短孔和細(xì)長(zhǎng)孔當(dāng)長(zhǎng)徑比 0.5 l / d 4 時(shí)，稱為短孔。流經(jīng)短孔的流量 q = CdA0(2p/)1/2Cd 應(yīng)按曲線查得，雷諾數(shù)較大時(shí)，Cd基本穩(wěn)定在0.8 左右。短管常用作固定節(jié)流器。當(dāng)長(zhǎng)徑比 l / d 4 時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量 q =（d 4 / 128l ）p 液流經(jīng)過(guò)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓差成正比，和液體粘度成反比。流量受液體溫度影響較大。30液阻孔口流量通式： m=0.5 或1液阻的定義 孔口前后壓力降與穩(wěn)態(tài)流量的比值為液阻，即在穩(wěn)態(tài)下，它與流量變化所需要的壓差變化成正比。液阻

19、的特性：R與通流面積A成反比，A=0，R為無(wú)限大；A足夠大時(shí)，R0。p一定，調(diào)節(jié)A，可以改變R，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)孔口的流量。A一定，改變q， p 隨之改變，這種液阻的阻力特性用于壓力控制閥的內(nèi)部控制。多個(gè)孔口串聯(lián)或并聯(lián)，總液阻類似電阻的計(jì)算。311、平板縫隙 兩平行平板縫隙間充滿液體時(shí)，壓差作用會(huì)使液體產(chǎn)生流動(dòng)（壓差流動(dòng)）；兩平板相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)使液體產(chǎn)生流動(dòng)（剪切流動(dòng)）。通過(guò)平板縫隙的流量在壓差作用下，流量q 與 縫隙值h 的三次方成正比，這說(shuō)明液壓元件內(nèi)縫隙的大小對(duì)泄漏量的影響非常大?？p隙（間隙）流動(dòng)圖2.12 平行平板縫隙間的液流32 通過(guò)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

20、相同時(shí)取正號(hào)，方向相反時(shí)取負(fù)號(hào)。圖2.13 同心環(huán)形縫隙流動(dòng)2、圓柱環(huán)形縫隙 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的圓柱體與孔之間的間隙為圓柱環(huán)形間隙。根據(jù)兩者是否同心又分為同心圓柱環(huán)形間隙和偏心環(huán)形間隙。通過(guò)其間的流量也包括壓差流動(dòng)流量和剪切流動(dòng)流量。設(shè)圓柱體直徑為d，縫隙值為h，縫隙長(zhǎng)度為 l 。33設(shè)內(nèi)外圓的偏心量為 e，流經(jīng)偏心圓柱環(huán)形縫隙的流量公式： 式中 ho為內(nèi)外圓同心時(shí)半徑方向的縫隙值 為相對(duì)偏心率， e / ho 當(dāng)偏心量e = ho， 即1 時(shí)（最大偏心狀態(tài)），其通過(guò)的流量是同心環(huán)形間隙流量的2.5 倍。 因此在液壓元件中應(yīng)盡量使配合零件同心。圖2.14 偏心環(huán)形縫隙流動(dòng)343、圓錐環(huán)形縫隙 當(dāng)柱塞或

21、柱塞孔，閥芯或閥體孔帶有一定錐度時(shí)，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件之間的間隙為圓錐環(huán)形間隙，間隙大小沿軸線方向變化。 閥芯大端為高壓，液流由大端流向小端，稱為倒錐，閥芯小端為高壓，液流由小端流向大端，稱為順錐。 閥芯存在錐度不僅影響流經(jīng)間隙的流量，而且影響縫隙中的壓力分布。 如果閥芯在閥體孔內(nèi)出現(xiàn)偏心，作用在閥芯一側(cè)的壓力將大于另一側(cè)的壓力，使閥芯受到一個(gè)液壓側(cè)向力的作用。圓錐環(huán)形縫隙流量公式：圖2.15 環(huán)形圓錐縫隙流動(dòng)35液壓卡緊現(xiàn)象 倒錐的液壓側(cè)向力使偏心距加大，當(dāng)液壓側(cè)向力足夠大時(shí)，閥芯將緊貼孔的壁面，產(chǎn)生所謂液壓卡緊現(xiàn)象；而順錐的液壓側(cè)向力則力圖使偏心距減小，不會(huì)出現(xiàn)液壓卡緊現(xiàn)象。 為減少液壓側(cè)向力，一般在閥芯或柱塞的圓柱面開(kāi)徑向均壓槽，使槽內(nèi)液體壓力在圓周方向處處相等，槽深和寬為0.31.0mm。36第六節(jié) 液壓沖擊與空穴現(xiàn)象液壓沖擊因某些原因液體壓力在一瞬間會(huì)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。瞬間壓力沖擊不僅引起振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)損壞密封裝置、管道、元件，造成設(shè)備事故。液壓沖擊的類型 管道閥門突然關(guān)閉時(shí)的液壓沖擊運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊一、液壓沖擊減少液壓沖擊的措施延長(zhǎng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。限制管道流速及運(yùn)動(dòng)