河科大液压与气压传动第一章

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第一篇
液压传动
第一章 液压流体力学基础
第一章 液压传动基础知识
•简介 •第一节 液压油液 •第二节 流体静力学 •第三节 流体动力学 •第四节 管道流动 •第五节 孔口和缝隙流动 •第六节 液压冲击 •第七节 空穴现象 •总结
简介
• 本章讲述液压传动的工作介质-油液的种类、
物理性质、研究油液的静力学、运动学和动力 学规律。 • 油液的特性:
由上例知:在外界压力作用下,由自重产生 的那部分静压力ρgh很小,可忽略不计,可 认为静止液体内各处的压力都是相等的。
四、帕斯卡原理(静压传递原理):
帕斯卡原理:在 密闭容器内,施 加于静止液体表 面上的压力将等 值地同时传递到 液体内各点。
p2
=
F2 A2
=
F1 A1
=
p1
• 由此可见:液压系统的压力是由外负载决定的。 这一概念一定要建立起来。
或缩合等工艺制得的产品;G表示具有良好的粘-温特 性,可减少导轨的爬行现象;D表示具有良好的低温起 动性能;K表示对镀银部件具有良好的抗腐蚀性。 – “数字”:表示该介质在40℃时的运动粘度等级。
2、工作介质的选用原则
1)工作压力: 高-选粘度大的,低-选粘度小的;
2)环境温度: 高-选粘度大的,低-选粘度小的;
• 化学性质:
热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、相容性 (对密封材料、涂料等非金属材料的化学作用程 度,如不起作用或很少起作用则相容性好)和毒 性等。
二、对液压传动工作介质的要求:
1)粘度适宜,粘温特性要好; 2)油液纯净,不含杂质(化学及机械杂质);
3)凝固点要低,以防寒冷凝固; 闪点和燃点要高,以防燃烧;
+ h0 g
=c
物理意义是:静止液体内任
何一点都具有压力能和位能
两种能量形式,且其总和保
持不变,即能量守恒。但是
两种能量形式之间可以相互
转换。
5)液压装置静止液体内部的压力是近似相
等的
如果在A点等高的容器壁上接上上端封闭并抽去空气的 玻璃管,可看到在静压力的作用下,液体将上升至高 度hp处:
p ρ
π
π
∫ ∫ Fx =
2

π 2
dFx
=
2

π 2
plr cosθ dθ
=
2 plr
=
pAx
n式中, Ax为缸筒右半壁面在x方向的投影面积.
+
zg
=
0
+
zg
+
hp
g
hp
=
p ρg
说明A点处的液体由于受到静压力的作用而具有了 势能hpg。单位质量液体的压力能p/ρ转化为其势能 hpg。
三、压力的表示方法及单位: 记住
压力的表示方法有二种:
1)绝对压力:以绝对真空为零点而计量的压力。
p绝 = pa+ρgh
pa —大气压
2)相对压力:以大气压为零点而计量的压力。
L-HFAE 需要难燃液的场合
L-HFB
L-HFC
L-HFDR
液压工作介质命名
• 按GB标准, “类组号-代号-尾注号-数字”。 如:L-HL22,表示“防锈抗氧型液压油,在40℃时运动 粘度的中心值为22 mm2/s”。其中:
– “类组号L”:石油产品的总分类号,表示“润滑剂和有关 产品”;
– “代号H”:表示液压系统用的工作介质。 – “尾注号”:表示其特殊性质,如:H表示由石油烃叠合
ν = (7.31。E- 6。.E31)×10-(6 m2 / s)
粘度与压力、温度的关系:
压力增加,粘度增大。但在液压系统使用的 压力范围内,增大数值很小,可忽略不计。
温度升高,粘度下降。 不同的油液有不同的粘 度温度变化关系,这种关系叫做油液的粘温特性。
油液粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄 漏量, 因此希望粘度随温度的变化越小越好。
4)润滑性能好; 5)相容性好,稳定性好; 6)防锈性好; 7)无公害,成本低
三、液压油液的分类和选用
• 分类:
石油 型
难燃型
机械油 汽轮机油 液压油
{ 乳化液 水包油 油包水
{ 合成型 水-乙二醇液 磷酸酯液
分 名称 类 石 精制矿物油 油 普通液压油 型
抗磨液压油
低温液压油
高粘度指数 液压油 液压导轨油
1 Pa·s =1N·s/m2 =10 P =103cP
运动粘度ν:
液体动力粘度与其密度的比值,称为运动粘度。
ν = μ/ρ
运动粘度ν的单位:
CGS制中常用 cst(厘斯)
1cSt=1mm2/s = 10-2 St(斯)=10 -2 cm2 /s
SI单位: m2 /s
1 m2 /s = 104 St = 106 cSt
•液体只在流动时才会出现粘性,静止液体是 不呈现粘性的
相邻两油层间的内摩擦力
Ff
= µ A du dy
式中:μ—比例常数,称粘
度系数或动力粘度。
du/dy —速度梯度,即 液层相对速度对液层
距离的变化率。
切应力:单位面积上的摩擦力
τ = Ff = µ du A dy
µ = τ du dy
称为牛顿的液体内摩擦定律。
衡量粘性大小是粘度。表示粘度有三种方 法:动力粘度,运动粘度和相对粘度。
动力粘度μ :
µ = τ du dy
当:du/dy =1时, μ = τ 由此可知动力粘度μ :是指它在单位速度梯度下
流动时单位面积上产生的内摩擦力。 动力粘度μ的单位: CGS制中常用 cp(厘泊) 1cP =10-2 P (泊) SI单位: Pa·s(帕·秒)
设备的液压系统
HL油,并改善其 用于数控机床液压系统和伺服
粘温特性
系统
HM油,并具有粘 适用于导轨和液压系统共用一
-滑特性
种油品的机床,对导轨有良好
的润滑性和防爬性
加入多种添加剂 用于高品质的专用液压系统
分类 乳化 型
合成 型
名称
水包油 乳化液
水包油 乳化液
水-乙 二醇液
磷酸脂 液
代号
组成和特性 应用
例1:已知ρ=900kg/m3 , F=1000N, A=1 ×10-3 m2 , 求h=0.5m处的静压力p=?
F A 解:由压力计算式求得:
p
=
p0
+
ρgh
=
F A
+
ρgh
h
=
1000 1×10−3
+
900× 9.81× 0.5
p
= (10 6 + 0.0044 × 10 6 )
≈ 10 6 ( N / m 2 ) = 10 6 Pa
p= p绝 - pa 真空度:如果绝对压力低于大气压时,低于大气压
的数值
称为真空度。
p真 = pa-p绝
液压技术中的压 力均为相对压力
压力的单位
常用的单位有: 工程制at:kgf/cm2 1 kgf/cm2 =9.8×104 N/m2 液柱高: 10m水柱=1 kgf/cm2 =9.8×104 N/m2 1m水柱=0.1 kgf/cm2 =9.8×103 N单位太小,故常用MPa 1Pa=1N/m2 1MPa=106 N/m2 目前还采用的压力单位有巴,符号为bar,即 1bar = 105N/m2 = 105Pa
工程中常用它来标志液体的粘度。如液压油的牌
号,就是这种油液在40℃时的运动粘度的平均 值,如L-HL32液压油即表示这种油在40℃时的运
动粘度的平均值为32cSt.
3)相对粘度
• 相对粘度又称条件粘度. 它是采用特定的 粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度.
• 恩氏粘度: 由恩氏粘度计测定. 恩氏粘 度和运动粘度的换算关系式为
其它液压油
代号 L-HH L-HL L-HM
L-HV
L-HR L-HG
组成和特性
应用
无抗氧剂
循环润滑油,低压液压系统
HH油,并改善其 一般液压系统 防锈和抗氧性
HL油,并改善其 低中高液压系统,特别适用于
抗磨性
有防磨要求并带叶片泵的液压
系统
HM油,并改善其 -40~-20℃的环境工作,用
粘温特性
于户外工作的工程机械和船用
– 连续性:油液的运动参数是时间和空间的连续函 数,可利用解析数学来描述其运动规律。
– 易流性:油液不能承受拉力和剪切力,只能承受压 力,不能保持一定的形状。
第一节 液压油液
在液压系统中,最常用的工作介质是液压 油,液压油是传递信号和能量的工作介质。同 时,还起到润滑,冷却和防锈等方面的作用。液 压系统能否可靠和有效地工作,在很大程度上取 决于液压油。
五、液体静压力作用在固体壁面上的力
1、作用在平面上的力: 因为作用于平面时压力方向垂直平面,所以: 作用在平面上的力 = 静压力×承压面积 即: F= pA
2、当承受压力的表面为曲面时:压力总是垂直 于承受压力的表面,所以作用在曲面上各点的 力不平行但相等。 曲面上液压作用力在某一方向上的分力=静 压力p×曲面在该方向的垂直面内投影面积A。
粘度与温度的关系:L-H*(液压用油) L-AN(机械油)
4、其他性质
• 物理性质:
比热容(单位质量的物质作单位温度变化时所 需要的热量)、导热系数、流动点(比凝固点低 2.5℃的温度叫做流动点)与凝固点、闪点(明火 能使油面上油蒸气闪燃,但油本身不燃烧的温度) 与燃点(使油液能自行燃烧的温度)、润滑性 (在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力)等。
△V
液体的可压缩性很小,在一 般情况下当液压系统在稳态 下工作时可以不考虑可压缩 的影响。但在高压下或受压 体积较大以及对液压系统进 行动态分析时,就需要考虑 液体可压缩性的影响。
K = 1 = − V0∆p κ ∆V
K = (1.2 ~ 2)×103 MPa
3、粘性(重点)
粘性:液体在外力作用下 流动时,液体分子间的内 聚力为了阻碍分子的相对 运动而产生的一种内摩擦 力。
2)静止液体内任一点压力沿液深呈直线规 律分布。
3)离液面深度相同处各点的压力都相等, 压力相等的点组成的面叫等压面。在重力 作用下静止液体中的等压面是一个水平面。
4)静压力基本方程的物理意义:
pA = p0 + ρ g(h0 − h)
pA ρg
+
h
=
p0 ρg
+
h0
=
c
pA ρ
+ hg
=
p0 ρ
h A
F= p×A=ρgh ×A
例1-2 液压缸缸筒如图1-7所示,缸筒半径为r, 长度为 L,试求液压油对缸筒右半壁内表面在x方向上的作用 力Fx。
解: 在右半壁面上取一微小
面积
dA = lds = lrdθ
则压力油作用在dA上的力
dF = pdA
水平分力
dFx = cosθ dF = cosθ pdA = cosθ plrdθ
二、液体静压力基本方程
p0
p0ΔA
h
h
FG
A
pΔA
1、静压力基本方程: pΔA = p0ΔA+ FG = p0ΔA+ρghΔA 则:p = p0 + ρgh
p = p0 + ρgh
上式说明:
1)静止液体内某点处的压力由两部分组成: 一部分是液体表面上的外加压力p0,另一 部分是该点以上液体自重所形成的压力, 即ρg与该点离液面深度h的乘积。
3)工作部件的运动速度: 高-选粘度小的,低-选粘度大的。
总之,选择液压油时一是考虑液压油的品种,二 是考虑液压油的粘度
第二节 流体静力学
hydrostatics
一、液体静压力及其性质:
1、液体压力(静压力) p: 液体内某点处单位 面积上所受的法向力,叫液体的压力:
p = lim ∆F ∆A→0 ∆A
一、液压油液的性质
• 密度:单位体积液体的质量称为液体的密度。 • 可压缩性:液体受压力作用而发生体积变化的性
质称为液体的可压缩性。 • 粘性:液体在外力作用流动(或有流动趋势)
时,分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而 产生一种内摩擦力。 • 其他性质
1、密度和重度: 密度ρ:单位 Kg/m3
2、可压缩性
△V
体积压缩系数κ: 受压液体
在单位压力变化下的液体体 积相对变化量.
κ = − 1 ∆V ∆p V0
液体体积弹性模量K:产生单位体积相对变化量所 需要的压力增量。说明液体抵抗压缩的能力大小。
K = 1 = − V0∆p κ ∆V
K和温度、压力以及含在油液中的空气有关:
温度升高,K减小;压力升高,K增大;混有气泡,K将大大减小。
对于均布受力的液体,其静压力为: p=F/A
2、静压力的两个重要性质:
1)液体静压力垂直于其承压面,其方向和该面的 内法线方向一致。
因为液体质点间的凝聚力很小,受到拉力和剪力时会 发生流动。
2)静止液体内任一点处的静压力在各个方向都相 等。
如果某点受到的压力在某个方向上不相等,那么液体 就会流动,这就违背了液体静止的条件。
对匀质液体:单位体积液体的质量。 ρ = m/V
重度γ :单位 N/m3
对匀质液体:单位体积内液体的重量。
γ = G/V 重度与密度的关系:
γ = G/V = mg/V = ρg 则: ρ = γ/g 在液压系统中一般液压油的密度: ρ = 900 Kg/m3 γ = ρg = 900×9.81= 8.8×103 N/m3
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