液压教案1

第一章 液压传动基础知识 第一节 液压传动工作介质 一、液压传动工作介质的性质 1.密度（kg/m3） 密度（ 密度 m 表1-1 常用工作介质的密度 ρ= V 2.可压缩性 可压缩性 1 ∆V 体积压缩系数： 体积压缩系数： κ = − ∆p V0
1 体积弹性模量： 体积弹性模量： K = κ
对系统的动态性能影响大。 对系统的动态性能影响大。
二、液压与气压 传动的工作原理 1.力比例关系 力比例关系
F1 W p= = A1 A2 W A2 = F1 A1
◆压力取决于负载
2.运动关系 运动关系
h2 A1 = h1 A2 v 2 A1 = v1 A2
q v= A
◆速度取决于流量
2.功率关系 功率关系
P = pq （类比功率、电压与电流） 类比功率、电压与电流）
磨 床 工 作 台 液 压 系 统
与电力拖到系统比较) 四、液压与气压传动的优缺点(与电力拖到系统比较 液压与气压传动的优缺点 与电力拖到系统比较 1.拖动能力 拖动能力 （1）功率 质量比大 是机电元件的 倍。 ）功率—质量比大 是机电元件的10倍 质量比、 （2）力—质量比、力矩 质量比 大100倍，10~20倍。 ） 质量比 力矩—质量比 倍 倍 2.控制方式性能 控制方式性能 ◆大范围无级调速，操作简便、省力，运动平稳，高 大范围无级调速，操作简便、省力，运动平稳， 速启动、制动和换向，过载保护，元件系列化、 速启动、制动和换向，过载保护，元件系列化、标 准化。 准化。 不能保证严格的传动比，效率低，不适合高温， ◆不能保证严格的传动比，效率低，不适合高温，元 件制造精度高，故障不易诊断。 件制造精度高，故障不易诊断。
液压与气压传动
(考试课) 考试课)
总40学时,讲课32学时,实验6学时,复习2学时 40学时,讲课32学时,实验6学时,复习2 学时 32学时
绪
论
一、液压与气压传动的研究对象 定义： 有压流体（压力油或压缩空气） ◆定义：以有压流体（压力油或压缩空气）为能源介 实现机械传动 自动控制。 机械传动和 质，实现机械传动和自动控制。 研究对象： 传动介质的性质 的性质； ◆研究对象：①传动介质的性质； 液压/气动元件结构 原理、性能； 气动元件结构、 ②液压 气动元件结构、原理、性能； 液压/气动基本回路分析 气动基本回路分析； ③液压 气动基本回路分析； 液压/气动系统设计。 气动系统设计 ④液压 气动系统设计。 液压传动：出力大，平稳，不宜远传； ◆液压传动：出力大，平稳，不宜远传； 气压传动：出力小，欠平稳，可远距离传递。 ◆气压传动：出力小，欠平稳，可远距离传递。
气压传动与液压传动相比的优点： 气压传动与液压传动相比的优点： 1.空气用后排掉，不污染环境。 空气用后排掉， 空气用后排掉 不污染环境。 2.可远距离传送。 可远距离传送。 可远距离传送 3.工作压力低，元件制造精度低。 工作压力低， 工作压力低 元件制造精度低。 4.用于无线电元件、食品、药品生产。 用于无线电元件、 用于无线电元件 食品、药品生产。 5.可在恶劣环境下工作。 可在恶劣环境下工作。 可在恶劣环境下工作
2. 迹线、流线、流束和流通截面 迹线、流线、 迹线：某质点在某一时间间隔内在空间的运动轨迹。 ◆迹线：某质点在某一时间间隔内在空间的运动轨迹。 流线：表示某一瞬时液流中各处质点运动状态 质点运动状态的曲 ◆流线：表示某一瞬时液流中各处质点运动状态的曲 定常流动时， 线(定常流动时，流线与迹线重合；光滑、不相交 。 定常流动时 流线与迹线重合；光滑、不相交)。 流管：过不属于流线的封闭曲线的流线组成的表面。 ◆流管：过不属于流线的封闭曲线的流线组成的表面。 流束：流管内的流线群。 ◆流束：流管内的流线群。 流通截面：流束中与所有流线正交的截面。 ◆流通截面：流束中与所有流线正交的截面。
p v2 单位质量： 单位质量： + zg + = 常数 2 ρ 2 p1 v12 p2 v2 单位重量： + z1 + 单位重量： = + z2 + ρg 2 g ρg 2g
压力能（比压能） 压力能（比压能） 位能（比位能） 位能（比位能） 动能（比动能） 动能（比动能） 理想液体恒定流动 守衡且可 三种能量守衡 三种能量守衡且可 互相转换
◆压力与流量的乘积等于功率
液压和气压传动是以流体的压力能来传递动力的。 液压和气压传动是以流体的压力能来传递动力的。 压力能来传递动力的
注意： 压力”就是物理学中的压强。 注意：“压力”就是物理学中的压强。 压强
三、液压与气压系统的组成 能源装置：液压泵，空气压缩机。 ①能源装置：液压泵，空气压缩机。 执行装置： 压缸， 压马达。 ②执行装置：液（气）压缸，液（气）压马达。 控制调节装置：控制压力 方向和流量。 压力、 ③控制调节装置：控制压力、方向和流量。 辅助装置：油箱、过滤器、 密封件。 ④辅助装置：油箱、过滤器、油（气）管、密封件。 传动介质：液压油或压缩空气。 ⑤传动介质：液压油或压缩空气。
∆F dF p = lim = ∆A → 0 ∆ A dA
①液体静压力垂直于受压面，指向该面的内法线方向。 液体静压力垂直于受压面，指向该面的内法线方向。 ②静止液体内任意点处所受到的静压力在各个方向上都 相等。 相等。
二、液体静压力 基本方程 静压力基本方程： 静压力基本方程：
p = p0 + ρgh
绝对压力=相对压力 大气压力 绝对压力 相对压力+大气压力 相对压力 真空度=大气压力 大气压力-绝对压力 真空度 大气压力 绝对压力 换算： 换算： 1Pa=10-3 KPa=10-6 MPa= 10-9 GPa 1at=1kgf/cm2≈105Pa=0.1MPa
四、帕斯卡原理 在密闭容器内， ◆在密闭容器内，施加与静止液体上的压力将以等值 同时传到其他点。 同时传到其他点。
例1-5
x方向：F1 − Fx' − F2 cos α = ρqv cos α − ρqv 方向：
x方向： F2 sin α + F y' = ρqv sin α − 0 − 方向：
例1-6
第四节 定常管流的压力损失计算 流态、 一、流态、雷诺数 1. 层流和湍流 层流：流速低，粘滞力起主导作用， 层流：流速低，粘滞力起主导作用，质点平行于管道流 动。 湍流：流速高，惯性力起主导作用，质点存在横向运动。 湍流：流速高，惯性力起主导作用，质点存在横向运动。 2. 雷诺数 圆截面： 圆截面： vd Re = ν 临界雷诺数Re 临界雷诺数 c 层流； 湍流。 当Re<Rec，层流；当Re>Rec，湍流。
3.伯努利方程应用举例 伯努利方程应用举例 例1-2
例1-3
例1-4
四、动量方程 矢量形式： 矢量形式： ∑F= ρqβ2 v2- ρqβ1 v1 投影形式： 投影形式： ∑Fx=ρqβ2 v2x - ρqβ1 v1x ∑FY=ρqβ2 v2Y - ρqβ1 v1Y β:动量修正系数 动量修正系数 圆管紊流β ，层流β 圆管紊流 =1，层流 =1.33 计算液体与器壁之间的作用力。 计算液体与器壁之间的作用力。
等压面：静止液体内压力相等的点组成的平面。 等压面：静止液体内压力相等的点组成的平面。 在重力作用下，静止液体的等压面是水平面 水平面。 在重力作用下，静止液体的等压面是水平面。
三、压力的表示方法及单位 绝对压力： 绝对压力： 以绝对真空为基准。 以绝对真空为基准。 相对压力： 相对压力： 基准。 以大气压力为 基准。
五、液压与气压传动的发展 液压技术：高速、高压、大功率、高效、 ◆液压技术：高速、高压、大功率、高效、低噪 经久耐用、高度集成化、 声、经久耐用、高度集成化、与计算机和自动 控制技术相结合。 控制技术相结合。 ◆气压传动技术：节能化、小型化、轻量化、位 气压传动技术：节能化、小型化、轻量化、 置控制的高精度化、 置控制的高精度化、与电子学相结合的综合控 制。
液压油的可压缩性是钢的100 150 液压油的可压缩性是钢的100~150倍 100 150倍
3.粘性 粘性 液体在外力作用下流动或有流动趋势时， ◆液体在外力作用下流动或有流动趋势时，分子间产 生的内摩擦力。 生的内摩擦力。 1）动力粘度（绝对粘度，有物理意义） ）动力粘度（绝对粘度，有物理意义） du τ =µ dy 单位：Pa·s或N·s/m2 单位： 或 2）运动粘度（无物理意义） ）运动粘度（无物理意义）
气压传动与电气、液压传动相比的缺点： 气压传动与电气、液压传动相比的缺点： 1.工作频率和响应速度远不如电子装置，有失真和延 工作频率和响应速度远不如电子装置， 工作频率和响应速度远不如电子装置 滞。 2.响应能力、平稳性不如液压系统。 响应能力、 响应能力 平稳性不如液压系统。 3.出力小，效率低。 出力小， 出力小 效率低。
已知F=1000N，A=1×10-3m2，ρ=900kg/m3，求 例1-1 已知 ， × 深度为h=0.5m处的压力 。 处的压力p。 深度为 处的压力
五、液体对固体壁面的作用力 ①当受压面为平面时， 当受压面为平面时， 总作用力 F=pA A为该平面的面积。 为该平面的面积。 为该平面的面积 ②当受压面为曲面时， 当受压面为曲面时， 作用在某一方向上 的分力 F=pA A为曲面在该方向上的 为曲面在该方向上的 投影面积 A=πd2/4
2.3.2 连续性方程 质量守衡定律在流体力学中的应用 在流体力学中的应用。 质量守衡定律在流体力学中的应用。 条件：密闭管道，恒定（定常）流动，不可压缩。 条件：密闭管道，恒定（定常）流动，不可压缩。 ∫A1 u1dA1= ∫A2 u2dA2 A1v1=A2v2 q=Av=c（常数） （常数）
三、伯努利方程 能量守衡定律在流体力学中的应用 在流体力学中的应用。 能量守衡定律在流体力学中的应用。 1. 理想液体的伯努利方程
第三节 液体动力学 一、基本概念 1.理想流体、定常流动和一维流动 理想流体、 理想流体 理想流体：假想的无粘性、不可压缩的液体。 ◆理想流体：假想的无粘性、不可压缩的液体。 恒定流动：任意点的压力 流速和密度均不随时间 压力、 ◆恒定流动：任意点的压力、流速和密度均不随时间 变化。 变化。 一维流动：整个液体作线形流动。 ◆一维流动：整个液体作线形流动。