第2章 液压传动基础知识

临界雷诺数（Rec）：判断液体流动状态的依据
Re<Rec 为层流 Re>Rec 为紊流
4.液体的流动状态 ——雷诺数 2.3.1 基本概念 3.液体的流动状态——雷诺数 非圆形管道雷诺数
Re
R A
4vR


• A—液.2
连续性方程
——质量守恒定律在流体力学中的应用
内力
法向力
作用于液体 表面
2.2.1
液体的静压力及其特性
定义：液体单位面积上所受的法向力， 物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。
液体的静压力
p=F/A
静压力的两个特性
• 液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。

静止液体内任意一点的各个方向的静压力的 值相等。
2.2.2
液体静力学基本方程式
pA p0 A FG
• 理想液体
• 既无黏性又不可压缩的假想液体。由 于液体流动时会呈现出黏性，因此在研究流 动液体时必须考虑的影响。为了分析问题简 便，通常先假设液体是理想液体，推导出一 些理想的简单结论，而黏性的影响则通过实 验对理想的结论加以修正。
2.3.1
基本概念

1.理想液体与恒定流动 恒定流动（稳定流动、定常流动）：
连续性方程
结论：
通过流管任一通流截面的流量相等。 液体的流速与管道通流截面积成反比。
在具有分歧的管路中具有q1=q2+q3的关系.
2.3.3
伯努利方程
能量守恒定律：理想液体 在管道中稳定流动时，根 据能量守恒定律，同一管 道内任一截面上的总能量 应该相等。 （1）理想液体伯努利方程 1-1截面上具有的能量 2-2截面上具有的能量
2.1.2 液压系统对液压油的 基本要求及选用 工作介质——传递运动和动力 润滑剂——润滑运动部件
对液压油的要求 （1）合适的黏度和良好的黏温特性； （2）良好的润滑性； （3）纯净度好，杂质少； （4）对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。
液压油的 主要任务
2.1.2 液压系统对液压油的 基本要求及选用
m
1 2 p1 mgz1 m v1 2
m
1 2 p2 mgz 2 mv2 2
2.3.3
伯努利方程
如果没有能量损失，根据能量守恒定律，液体流经1-1截面 和2-2截面时的总能量是相等的，即
m
1 2 m 1 2 p1 mgz1 m v1 p 2 mgz 2 m v2 2 2
2.1.1
液压油的物理特性
(4) 温度和压力对黏度的影响 (a)黏度和压力的关系 ∵ P↑，F↑，μ ↑ ∴μ 随 p↑ 而 ↑ ， 压 力 较 小 时 忽 略 ， 32Mpa 以 上才考虑 (b)黏度和温度的关系 ∵ 温度↑，内聚力↓，μ ↓ ∴ 黏度随温度变化的关系叫黏温特性，黏度 随温度的变化较小，即黏温特性较好。
2 液体对曲面的作用 Fx = p· Ax
结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压 力与曲面在该方向的垂直投影面积之乘积。
1 2 F p d 4
2.3 液体动力学
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4
基本概念 连续性方程 伯努利方程 动量方程
2.3.1
基本概念
1.理想液体与恒定流动
p p0 gh 10 6 900 9.8 0.5 10 6 4410 1.044 10 Pa 10 Pa 1MPa
6 6
2.2.3
测压两基准
压力的表示方法及单位
绝对压力——以绝对零压（绝对真空）为基准
相对压力——以大气压力为基准
关系：绝对压力 = 大气压力 +
2.1.1
液压油的物理特性
（2）黏度——黏性大小的衡量 (c)相对黏度（条件黏度） 在一定条件下，利用某种规格的黏度计，通 过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的 黏度。 恩氏度0E —— 中国、德国、前苏联等用 赛氏秒SSU —— 美国用 雷氏秒R —— 英国用 巴氏度0B —— 法国用 用恩式黏度计测定液压油的恩氏黏度 恩氏黏度与运动黏度之间的换算关系： ν =（7.310E-6.31/0E）×10-6 （m2/s）
对液压油的要求 （5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长； （6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小； （7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃 点高，流动点和凝固点低。 （凝点—— 油液完全失去其流动性的最高温度） （8）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜 总之：黏度是第一位的
第2章
2.1 2.2 2.2 2.4 2.5 2.6
液压传动基础知识
液压油 液体静力学 液体动力学 液体流动时的压力损失 液体流经小孔及隙缝的流量 液压冲击及气穴现象
2.1 液压油
2.1.1 液压油的物理特性
2.1.2 液压系统对液压油的 基本要求及选用
2.1.1
液压油的物理特性 1.密度
1.密度——单位体积液体的质量
2.1.2 液压系统对液压油的 基本要求及选用 L-HH:无添加剂 石油型 其他液压油:加入多种添加剂 液 压 油 水包油乳化液 乳化型 油包水乳化液 合成型 抗燃性好
2.1.2 液压系统对液压油的 基本要求及选用
工作介质的选用
首先根据工作条件和元件类型选择油液品 种，然后根据黏度选择牌号。 1 选择液压油品种 2 选择液压油黏度 高压、高温、慢速 ：μ 大（以↓泄漏） 低压、低温、快速 ：μ 小（以↓内摩擦阻力）
相对压力
相对压力（表压）= 绝对压力 –
大气压力 真空度 = 大气压力 – 绝对压力 单位：国际 Pa 、N/m2 工程 MPa 、at 、mH2O 、 mmHg 、 bar 换算：1 bar ＝105 Pa
2.2.4 帕斯卡原理
密闭容器中的静止液体， 当外加压力发生变化时，液 体内任一点的压力将发生同 样大小的变化。即施加于静 止液体上的压力可以等值传 递到液体内各点。 ——帕斯卡原理
• 紊流：如果流体流动时质点具有脉动速度，引起流
层间质点相互错杂交换，这种流动状态称为紊流或 湍流。
2.3.1
基本概念
3.液体的流动状态——雷诺实验
动画演示
2.3.1
基本概念
3.液体的流动状态——雷诺数 圆形管道雷诺数
Re
vd

• v—液体的平均流速； d—管路的直径；ν—液 体的运动黏度

m V
液压油一般取ρ=900kg/m 3
2.1.1
液压油的物理特性
2.可压缩性——液体受压力作用而发生体积缩小性 质 (1)液体的体积压缩系数
定义 —— 体积为 v 的液体，当压力增大△ p 时，体积减 小△ V, 则液体在单位压力变化下体积的相对变化量。
1 V k p V
物理意义：单位压力所引起液体体积的变化
F = μA du/dy
黏性示意图
Home
2.1.1
液压油的物理特性
（2）黏度——黏性大小的衡量 (a)动力黏度μ （又称为绝对黏度）
μ=τ· dy/du （N· s/m2）
物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，接触 液层间单位面积上内摩擦力。 单位：国际单位（SI制）中为帕· 秒（Pa· s） 或牛顿· 秒/米2（N· S/m2）； 以前沿用的单位：泊（P）、厘泊（CP） 换算关系： 1Pa· S = 10P =103 CP
流动液体中任一点的p、v和ρ都不随时间而变 化的流动。
(a)恒定出流
(b)非恒定出流
2.通流截面、流量和平均流速

通流截面 流体在管道中流动时，其垂直于流动方向的截面称为通 流截面，也称为过流断面。 流量 (q) 单位时间内流过某一通流截面的液体的体积称为流量。 单位：m3/s或L/min。

2.通流截面、流量和平均流速
以互相转化，但各个通流截面上三种能量之和恒为定值。
2.3.3
伯努利方程
（2）实际液体伯努利方程
p1 gz1
1
2
gv p2 gz 2
2 1
2
2
2 gv 2 pw
2.2 液体静力学
2.2.1 2.2.2 2.2.3 液体的静压力及其特性 液体静力学基本方程式 压力的表示方法及单位 帕斯卡原理
2.2.4
2.2.5
液压静压力对固体壁面的作用力
2.2.1
液体的静压力及其特性
压力及其特性
作 用 于 液 体 上 的 力
重力
质量力 惯性力 外力 表面力 或
作用于液体 的所有质点 切向力
2.1.1
液压油的物理特性
（2）黏度——黏性大小的衡量
(b)运动黏度ν:动力黏度与液体密度之比值
ν= μ/ρ
物理意义：无（只是因为μ /ρ在流体力学中经常 出现 ∴ 用ν 代替（μ /ρ） 单位： SI制： m2/S CGS制： St（斯）、 cSt（厘斯） 换算关系：1m2/S = 104St =106cSt 液压油牌号标注：L—HL22号液压油，指这种油在40℃ 时的平均运动黏度为22cSt。
若等式两边同乘以ρ/m即可得单位体积液体的能量方程
1 2 1 2 p1 gz1 v1 p 2 gz 2 v 2 2 2
1 2 或者 p gz v 常数 2
2.3.3
伯努利方程
物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式 的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量可
2.2.2
液体静力学基本方程式
例题:如图所示，容器内充满油液，活塞上作用力为10kN，活
塞的面积A=10-2m2 ，问活塞下方0.5m处的压力等于多少?(油液 的密度ρ=900kg/m3)
解：根据 p p0 gh