第2章 液压传动2[1].1-2.2
东北大学《液压与气压传动》第二章
重点难点:
容积式泵工作原理、必要条件 齿轮泵工作原理、排流量计算 容积式泵的共同弊病、 困油现象的实质 空压机工作原理
第二章 能源装置及辅件
第一节 概 述 一、能源装置的组成
液压能源装置和气源装置
液压能源装置用来向液压系统输送具有一定压力和流量的 清洁的工作介质；
气源装置则向气动系统输送一定压力和流量的洁净的压缩空气。 液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件（过滤器、温控元 件、热交换器、蓄能器、压力表及管件等）组成，这些辅件是相 对独立的，可根据系统的不同要求而取舍，一些液压控制元件 （各种控制阀）有时也以集成的形式安装在液压泵站上。 气源装置则由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器 、油水分离器、储气罐、于燥器及输送管道）、气动三联件（分 水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件，如自 动排水器、消声器、缓冲器等.
V = 2(V1 V2 ) z = 2b[π ( R
2
R r r ) sz ] cosθ
2
式中 R，r—叶片泵定子内表面圆弧 部分长、短半径； θ—叶片倾角。 泵的实际输出流量为
q = Vn η v = 2b[π ( R
2
R r r ) sz ]nη v cos θ
2
对高压叶片泵常采用以下措施来改善叶片受力状况： 1）减小通往吸油区叶片根部的油液压力，即在吸油区叶片根部与压油腔之间串 联一减压阀或阻尼槽，使压油腔的压力油经减压后再与叶片根部相通。这样叶片 经过吸油腔时，叶片压向定子内表面的作用力不会太大。 2）减小叶片底部承受压力油作用的面积。 图 2－16a所示为子母叶片的结构，母叶片3和子叶片4之间的油室 f始终 经槽 e、d、a和压力油相通，而母叶片的底腔 g则经转子1上的孔 b和所在油 腔相通。这样，叶片处在吸油腔时，母叶片只在压油室 f的高压油作用下压 向定子内表面，使作用力不致太高。
液压与气压传动基础
分析：液压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现 运动传递的，改变进入大液压缸的流量Q ，即可改变其 活塞的运动速度υ 2。 ●第二个特征：液压传动的速度大小取决于流量。
第1章
绪论
通过液压传动的工作原理可知：
压力和流量是液压系统中两个最基本的参数。
第1 章
绪论
1.2 液压与气压传动的组成（以图示磨床工作台为例）
2.4 液体流动中的压力损失
2.5 液体流经小孔及缝隙的流量 2.6 液压冲击及气穴现象
第2章 液压流体力学基础
2.1 工作介质：在液压系统中，液压流体的主要作用是传 递力和运动。
1.密度ρ—单位体积流体的质量 ρ = m/V [kg/ m3]
一般矿物油的密度为850～950kg/m3
图2-2静压力的分布规律
第2章 液压流体力学基础
重力作用下静止液体压力分布特点： 任意一点压力由两部分组成：液面压力p0，自重形 成的压力ρgh。 液体内的压力与液体深度h成正比。 离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所 有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为 水平面。 静止液体中任一质点的总能量 p/ρg+h 保持不变，即 能量守恒。
各类液压泵适用的粘度范围
液压泵类型 工作介质粘度 ν40 10-6m2.s-1 环境温度5～40℃ 环境温度40～80℃ 95～165
齿轮泵
叶片泵
30～70
p＜7.0Mpa
p≥7.0Mpa
30～50
50～70
40～75
55～90
径向柱塞泵
轴向柱塞泵
30～80 40～75
65～240 70～150
第2章 液压流体力学基础 2.2 液体静力学
液压课后习题
第一章液压传动概述11. 什么叫液压传动？液压传动有哪两个工作特性？液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？液压传动：以液体为工作介质，主要利用液体压力能来进行能量传输的传动方式。
两个工作特性：液体压力的大小取决于负载，与流量大小无关。
速度或转速的传递按“容积变化相等”原则进行液压系统的组成：1）能源装置（或称动力元件）：把机械能转化成液体压力能的装置。
液压泵。
2）执行装置（或称执行元件）：把液体压力能转化成机械能的装置。
液压缸和液压马达。
3）控制调节装置（或称控制元件）：对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。
各类控制阀。
4）辅助装置（或称辅助元件）：保证系统有效、稳定、持久地工作。
指以上三种组成部分以外的其它装置。
如各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力表等。
2. 液压传动与机械传动（以齿轮传动为例）、电传动比较有哪些优点？为什么有这些优点？比较优点：（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑；（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6）容易实现直线运动；（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。
（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。
3. 试讨论液压传动系统图形符号的特点。
特点：•图形符号仅表示元件的功用，不表示其结构；•图形符号通常按元件地静止位置或零位（初始位置）画出；•图形符号系统图只表示元件间的连接关系，不表示其实际安装位置；•对无规定的元件图形符号可以派生。
•使液压系统图简单明了，便于工程技术的交流。
第二章 液压传动流体力学基础
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2.2 液体动力学
实验
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2.2 液体动力学
一维流动
当液体整个作线形流动时，称为一维流动；当作平面或 空间流动时，称为二维或三维流动。一维流动最简单，但是 严格意义上的一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完 全相同，这种情况在现实中极为少见。通常把封闭容器内液 体的流动按一维流动处理，再用实验数据来修正其结果，液 压传动中对工作介质流动的分析讨论就是这样进行的。
静止液体中的压力分布
例：如图所示，有一直径为d， 解：对活塞进行受力分析， 活塞受到向下的力： 重量为G的活塞侵在液体中， 并在力F的作用下处于静止状 F下 ＝F＋G 态，若液体的密度为ρ，活 活塞受到向上的力： 塞侵入深度为h，试确定液体 d 2 在测量管内的上升高度x。 F上＝g h x 4 F 由于活塞在F作用下受力平衡， d 则：F下＝F上，所以：
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2.2 液体动力学
通流截面、流量和平均流速
流束中与所有流线正交的截面称为通流截面，如图c中的A面 和B面，通流截面上每点处的流动速度都垂直于这个面。 单位时间内流过某通流截面的液体体积称 为流量，常用q表示 ，即：
q V t
式中
q —流量，在液压传动中流量
常用单位L/min； V —液体的体积； t —流过液体体积V 所需的时间。
1mmHg(毫米汞柱)=1.33×102N／m2
1at(工程大气压，即Kgf/cm2)=1.01972×105帕 1atm(标准大气压)=0.986923×105帕。
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2.1 液体静力学
帕斯卡原理
第二章 液压传动基础知识
F p A
式中 F——法向作用力（N）； A——承压面积（m2）。 在这里压力与压强的概念相同，物理学中称为压强，工程实际中称为 压力。
。 静止液体压力具备两个重要特性：
1)压力的方向总是垂直指向承压表面； 2)流体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。
第2章
2.液体静压力 液体处于静止状态下的压力称为液体静压力。
与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h = 1m，设液 体的密度为ρ= 1000㎏/m3，试求容器内的真空度。
解：以液面为等压面，由液体静压力基本方程得
p +ρgh = pa 所以真空度为
pa－p = ρgh =1000×9.8×1 =9800（Pa）
如图所示，密闭容器中充满了密度为ρ的液体，柱塞直径为d， 重量为FG，在力F作用下处于平衡状态，柱塞浸入液体深度为h。
§2.1 液压油
一、 液压油的主要性质
1.密度
单位体积液体的质量称为液体的密度。液体的密度为
m ρ V
式中
m：液体的质量(kg)； V：液体的体积（m3）； 液压油的密度ρ=900 kg/ m3
液压油的密度随压力的升高而增大，随着温度的升高而减小。但 在通常的使用压力和温度范围内对密度的影响都极小，一般情况下可视 液压油的密度为常数，其密度值为900 kg/m3。
• 作用在大活塞上的负载F1形成
液体压力 p= F1/A1
• 为防止大活塞下降，在小活 塞上应施加的力
•
F2= pA2= F1A2/A1
由此可得
• 液压传动可使力放大，可使力
缩小，也可以改变力的方向。
• 液体内的压力是由负载决定 的。
如图：已知活塞1的面积A1=1.13X10-4m2，液压缸活塞2的面积
液压与气压传动第2章习题解答
第2章 液压与气压传动流体力学基础思考题和习题2.1 什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关系？（答案略）2.2 解释下述概念：理想流体、定常流动、过流断面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。
（答案略）2.3 说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？（答案略）2.4 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别？（答案略）2.5 如图2.32所示，已知测压计水银面高度，计算M 点处的压力是多少？ 解：取B －C 等压面，C B p p ＝： Hg a C p p γ⨯+5.0＝ 因为D －B 为等压面，故 C B D p p p ＝＝。
取M 水平面为等压面，O H D M p p 2)5.05.1(γ-+＝O H Hg a p 20.15.0γγ++＝。
2.6 一个压力水箱与两个U 形水银测压计连接如图2.33，a ，b ，c ，d 和e 分别为各液面相对于某基准面的高度值，求压力水箱上部的气体压力p g 是多少？ 解：由等压面概念：)(0d e p p Hg d ∇-∇+γ＝ )(2d c p p O H c d ∇-∇+γ＝ )(b c p p Hg c b ∇-∇+γ＝ )(2b a p p p O H b a gas ∇-∇-γ＝＝整理：20()()gas Hg H O p p c e b d b d c a γγ+∇+∇-∇-∇+∇-∇+∇-∇＝ （a p 为e ∇处大气压力）2.7 如图2.34所示的连通器，内装两种液体，其中已知水的密度ρ1= 1 000 kg/m ，h1= 60 cm ，h1= 75 cm ，试求另一种液体的密度ρ是多少？ 解：取等压面1—1列方程： 11gh p p a ρ+＝左 ２２右＝gh p p a ρ+121ρρh h ＝２ 2.8 水池如图2.35侧壁排水管为0.5⨯0.5 m ⨯m 的正方形断面，已知，h = 2 m ，α = 45︒，不计盖板自重及铰链处摩擦影响，计算打开盖板的力Ｔ是多少？ 解：盖板所受的总压力，54.53385.05.0)245sin 5.02(81.91000＝＝＝⨯⨯︒⨯+⨯⨯A gh F G ρ（N ）压心位置，09.35.0)25.045sin 2(125.025.045sin 224＝）＝（＝⨯+︒++︒+A J G G G C ηηη（m ）对铰链力矩平衡，︒⨯⨯︒-45cos 5..0)45sin (T hF C ＝η 66.394945cos 5.0)45sin 209.3(54.5338＝＝︒⨯︒-⨯T （N ） 2.9 如图2.36所示的渐扩水管，已知d = 15 cm ，D = 30 cm ，p A = 6.86×10 4 Pa ，p B = 5.88×10 4 Pa ，h = 1 m ，υB = 1.5 m/s ，求（1）υA =？（2）水流的方向，（3）压力损失为多少？解：（1）A B d D q υπυπ2244＝＝0.65.1)1015()1030(222222＝＝＝⨯⨯⨯--B A d D υυ（m/s ） （2）A 点总能头83.881.920.681.910001086.62242＝＝⨯+⨯⨯+g g p A A υρ（mH 2O ） B 点总能头11.7181.925.181.910001088.52242＝＝+⨯+⨯⨯++h g g p B B υρ（mH 2O ） 故水流方向为由A 到B（3）能头损失为 72.111.783.8＝-（mH 2O ）压力损失为：41069.181.9100072.1⨯⨯⨯＝（Pa ） 2.10 如图2.37中，液压缸直径D = 150 mm ，活塞直径d = 100 mm ，负载F = 5×10N 。
第2章 液压传动基础知识
2．强调：上式常用分析小孔的流量压力特性之用
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
2.缝隙流量
1）平板缝隙：
式中，第一项为压差流动，第二项为剪切流动； 当平板移动方向和压差方向相同时取“+”，相反时取 “- ”
b 3 u0 q p b 12l 2
d du0 q p 12l 2 (1)同心圆环缝隙： d 3p du0 2 (2)偏心圆环缝隙： q 12l (1 1.5 ) 2
－般液压油的密度为900㎏/m3。
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
3.液体的可压缩性
可压缩性： 液体在压力作用下体积减小的性质 常温下，液压油不可压缩
混入气体或挥发性物质，抗压能力会下降
对液压系统工作性能产生不利影响
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
4.液体的粘性
（1）粘性的本质
液体在外力作用下流动（或有流动趋势） 时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而 产生的一种内摩擦力，它使液体各层间的运 动速度不等，这种现象叫做液体的粘性 静止液体不呈现粘性。
液压与气动技术－－第二章 液压传动基础
3）减小液压冲击的措施 ①延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采 用换向时间可调的换向阀； ②限制管路流速及运动部件的速度，一般在液压系 统中将管路流速控制在44.5m/s以内； ③适当增大管径，不仅降低流速，而且减少压力冲 击波传播速度； ④尽量缩短管道长度，可减少压力波的传播时间； ⑤用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲 击的能量；也可以在容易出现液压冲击的地方，安 装限制压力升高的安全阀
1.液压油的功用
1）传递动力；
2）润滑运动零件；
3）密封表面粗糙零件间的间隙；
液压传动课后答案.
第1章思考题和习题解1.1 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。
按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器内液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体流动的动能来传递动力的。
1.2 什么叫液压传动？液压传动所用的工作介质是什么？答：利用液体的压力能来传递动力的传动方式被称之为液压传动。
液压传动所用的工作介质是液体。
1.3 液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力源。
（2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构的工作要求。
（3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。
（4）辅助装置：在液压系统中，除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。
它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。
（5）工作介质：工作介质指用来传递能量的液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。
1.4 液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。
（2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。
（3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。
（4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。
（5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。
液压传动基础知识—液压传动的主要参数
2.2液压传动的主要参数 2 静压传递
压力取决于负载
P F1 W A1 A2
2.2液压传动的主要参数
2 静压传递
从上述分析可知，静压力传动有以下特点： 01 传动必须在密封容器内进行；
02
系统内压力大小取决于外负载的大小。也就是说，液体的压力是 由于受到各种形式的阻力而形成的，当外负载W=0,则p=0。
内泄漏
其中，液压元件内部高、低 压腔间的泄漏称为内泄漏；
液压系统内部的油液漏到系统 外部的泄漏称为外泄漏。
外泄漏
泄漏必然引起流量损失。
以下图所示的液压传动系统中压力的形成进行分析。
2.2液压传动的主要参数
2.2液压传动的主要参数
01 当某处有几个负载并联时， 压力的大小取决于克服负载 的各个压力值中的最小值。
02 注意：压力形成的过程是 从无到有、从小到大迅速 进行的。
2.2液压传动的主要参数 4 压力的表示方法
压力的表示方法有绝对压力和相对压力两种。 01 以绝对真空（p=0）为基准，所测得的压力为绝对压力；
02 以大气压 为基准，测得的压力为相对压力（表压力）。
03 若绝对压力小于大气压，则相对压力为负值，比大气压 小的那部分称为真空度。
2.2液压传动的主要参数
下图给出了绝对压力、相对压力和真空度之间的关系。
2.2液压传动的主要参数 二、流量
流量的 概念
1 流量：单位时间内流过某一通道截面的液体体积，
2.2 液压传动的主要参数
2.2液压传动的主要参数
教学 内容
1 压力 2 流量 3 压力和流量的损失
2.2液压传动的主要参数
第2章液压传动的基本概念和常用参数
液压油选择
首先根据工作条件 （v、p 、T）和元件类型 选择油液品种，然后根据粘度选择牌号
慢速、高压、高温：μ大（以↓△q） 通常 < 快速、低压、低温：μ小（以↓△P）
2.1.3液体的可压缩性
液体受压力作用而发生体积缩小性质。可用 体积压缩系数κ来表示。 定义： 体积为Vo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。 β = - △V / △p Vo β= （5-7）x10-10 m2/N
用Q表示。
即Q =v/t
Q— 液体流量， m3/s V—流过的液体体积 ，m3 T — 时间，s
2.3液压传动中的流量
理想状态，液体在同一时间内流过同一通道两个不同通流 截面的体积相等。 即Q(q)=v1A1=v2A2=常量 运动速度取决于流量
v Q / A （m / s)
油压机管路总的压力损失增大，势必会降低系统的效率，增加能量消 耗。而这些损耗的能量大部分转换为热能，使油液的温度上升，泄漏 量加大，影响液压系统的性能，甚至可能使油液氧化而产生杂质，造 成管道或阀口堵塞而使系统发生故障。 要减少油压机液压系统的压力损失，可采取减小液体的流速，减少管 道的弯头和过流断面的变化，缩短管道的长度以及降低管道内壁的表 面粗糙度等措施。当然，液体的流动速度也不能太小，否则在流量不 变的情况下势必造成系统中各元件尺寸加大，成本上升。 压力损失也具有两面性，利用它可以对液压系统的工作进行有效的控 制，确切地说，阻力效应是许多液压元件工作原理的基础。溢流阀、 减压阀、节流阀都是利用小孔及缝隙的液压阻力来进行工作的，而液 压缸的缓冲也是依赖缝瞰的阻尼作用实现的
第二章
液压传动的基本概念 和常用参数
液压传动基础知识—液压传动的工作介质
2.1 液压传动的工作介质
三、液压油的污染与控制
➢ 液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯卡死，并 使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油污染的原因有 以下三个方面：
01 污染 1）外部浸入的污物 2）外部生成的不纯物
02 恶化
液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等 有关，其中以温度影响最大，故液压设备运转时，须特别注意油温 之变化。
01 温度
温度上升，粘度降低，造成泄漏、磨损增加、效率降低
1
等问题；温度下降，粘度增加，造成流动困难及泵转动不易
等问题。
02 压力
当液体所受的压力增加时，其分子间的距离将减小，于是
1
内摩擦力将增加，即粘度也将随之增大。在中、低压液压系统 中由于压力变化很小，因而通常压力对粘度的影响忽略不计。
2.1 液压传动的工作介质
2.1 液压传动的工作介质
第2章 液压传动基础知识 1 液压传动的工作介质
教学 内容
2 液压传动的主要参数 3 液体流动时的能量 4 液体流经小孔和间隙时的流量 5 液压冲击和空穴现象
2.1 液压传动的工作介质
➢ 液压系统中完全靠液压油把能量从液压泵经管路、控制阀传递 到执行元件，根据统计，许多液压设备的故障，皆起因于液压 油的使用不当，故应对液压油要有充分的了解。
01
液压油的用途：
传递运动与动力；润滑；密封；冷却
液压油的种类：
02
石油基液压油、难燃型液压液、高
水基液和水介质等
2.1 液压传动的工作介质
一、液压油的主要性质
01 1、粘性
02 2、可压缩性
1、粘性
粘性 液体分子之间存在内聚力，液体在外力作用下流动时，液体分子 间的相对运动导致内摩擦力的产生，液体流动时具有内摩擦力的性质 被称为粘性。
液压与气压传动知识要点第2章
液压与气压传动
第2章 流体力学基础
2.2
一、基本概念
液体动力学
1.理想液体、 1.理想液体、恒定流动 理想液体
液压与气压传动
第2章 流体力学基础
2.一维流动 2.一维流动 流场中流体的运动参数一般都随空间位置的 改变而不同。因此，严格地说，是三维的。 改变而不同。因此，严格地说，是三维的。但 在数学上相当复杂，有时甚至得不到方程的解。 在数学上相当复杂，有时甚至得不到方程的解。 在工程上，我们在满足工作性能要求的情况下， 在工程上，我们在满足工作性能要求的情况下， 抓住主要因素， 抓住主要因素，把三维问题化成二维甚至一维 问题来解决。 问题来解决。 图
液压与气压传动
第2章 流体力学基础
1.理想液体的伯努利方程 1.理想液体的伯努利方程 在流动过程中，外力对此段液体做了功，并引 在流动过程中，外力对此段液体做了功， 起其动能发生相应改变。根据功能原理， 起其动能发生相应改变。根据功能原理，外力所 做的功应该等于其动能的改变量。 做的功应该等于其动能的改变量。 （1）作用在液体段上的外力所做的功 外力有：重力和压力 外力有：重力和 ①液体段上重力所做的功 液体段上重力所做的功等于液体段位置势能的 变化量。 变化量。
液压与气压传动
第2章 流体力学基础
重力作用下静止液体的压力分布： 重力作用下静止液体的压力分布： (1)静止液体内任一点处的压力都由两部分组成: (1)静止液体内任一点处的压力都由两部分组成: 静止液体内任一点处的压力都由两部分组成 液面上的压力； 液面上的压力；该点以上液体自重所形成的压 的乘积。 力，即,ρg与该点离液面深度h的乘积。 (2)静止液体内的压力随液体深度呈直线规律分布 静止液体内的压力随液体深度呈直线规律分布。 (2)静止液体内的压力随液体深度呈直线规律分布。 (3)距液面深度相同的各点组成等压面 距液面深度相同的各点组成等压面， (3)距液面深度相同的各点组成等压面，等压面为 水平面。 水平面。
第二章 液压传动的基本知识
W = p 1V - p 2V
（一）理想液体的伯努利方程
分析
（1-1’段与2-2’ 段比较）
4)液体机械能的变化
2
2’
1
势能差 动能差
1’
EP gqdt(h2 h1 ) 2 2 Ek qdt(v2 v1 ) / 2
5）能量守恒
W EP EK
1 2 1 2 p1V p2V mv2 mgh2 mv1 mgh1 2 2
2.2.2 液体静压力的基本方程
液体静压力基本方程：反映了在重力作用下，静止液体中 的压力分布规律。
p0
A h
a
p
p0
A
h
该液体的体积？
则液柱的重力=
=Ah
作用于液柱侧面上的力，因为 对称分布而相互抵消 液柱底部所受的作用力：
p
P是静止液体中深度为h处的任意点上的压力，p0为液面 上的压力，若液面为与大气接触的表面，则p0等于大气 压pa
7.31 E
10 E
粘温特性
温度升高，粘度将显著降低 液压油的粘度对温度的变化很敏感 液压粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量 粘度随温度的变化越小越好
不同的油液由不同的粘度温度变化关系，这种关系
叫做油液的粘温特性
2.1.2 对液压油的要求和选用 要求
液压油既是液压传动与控制的工作介质，又是各种液压 元件的润滑剂，因此液压油的性能会直接影响液压系统 的性能，如工作可靠性、灵敏性、稳定性、系统效率和 零件寿命等。
液压传动的基本知识
第一节
本节知识点
液压油
一、液压油的性质 二、对液压油的要求和选用 本节重点、难点 液压油的性质
第2章 液压传动基础知识
的相对变化量。
1 V p V0
常用液压油的压缩系数仅为（5~7)×10-10，一般可忽 略不计。
17
四、液体的其它性质 1.粘度和压力的关系 ∵ P↑，F↑，μ↑
∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑。 2.粘度和温度的关系 ∵ 温度↑，内聚力↓，μ↓ ∴粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的 变化较小，即粘温特性较好。
成流束。
3.通流截面：流束中所有与流线正交的截面（垂直
于液体流动方向的截面）。
46
三、流量和平均流速 1.流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积q， 单位m3/s。工程上也用L/min。对于微小流束通过该 通流截面的流量为：
dq udA
dA：微小流束的通流截面面积。
u：液体流过该通流截面的速度。对于微小流束可
动粘度为20 cst。
新牌号——L—HL32号液压油，指这种油在40℃时的 平均运动粘度为32cst。
13
3.相对粘度°E 恩氏度0E —— 中国、德国、前苏联等用 赛氏秒SSU —— 美国用 雷氏秒R —— 巴氏度0B —— 英国用 法国用
14
被测定的液体在某一温度下从恩氏粘度计小孔 (φ2.8mm)流出200ml所需的时间t1(s)与蒸馏水在20℃ 流出相同体积所需时间t2(s)的比值，称为恩氏粘度。
26
液体静压力的定义 液体在单位面积上所受的内法线方向的法向力称为压 力。（物理学中称压强）单位为牛顿/平方米(N/m2)， 也称帕(Pa)。
F p＝lim A0 A
在液压技术中，还采用工程大气压、千克力每平方米 (kgf/m2 )等为单位。
1at 工程大气压 1kg / cm2 9.8 104 N/m2 105 Pa 0.1MPa
第二章 流体力学基础(1-6)
2.2 液体静力学
2.2.1 液体的压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动中 简称压力,在物理学中则称为压强。
◆ 液体静压力特性
1. 静止液体的压力沿着内法线方向作用于承压表面。
∵ 液体在静止状态下不呈现粘性
∴ 内部不存在切向剪应力而只有法向应力
2. 静止液体内任意一点处的压力在各个方向相等。
由此可见，缸筒内的液体压力是由外界负载决定的。
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2.2 液体静力学
液压千斤顶是帕斯 卡原理在工程中的应 用实例。
按帕斯卡原理应有p1=p2，或F2A1=F1A2。
38
2.2 液体静力学
39
2.2 液体静力学
2.1.5 液体静压力作用在固体壁面上的力
液体与容器的固体表面相接触时产生相互作用力。 （1）当固体表面是平面时，若不计液体重力的作用，则作用在该 平面上的力F等于静压力p与承压面积A的乘积，作用力的方向垂直指向 该平面，即
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2.3 液体动力学
研究内容: 研究液体运动和引起运动的原因，即研究液体流动 时流速和压力之间的关系（或液压传动两个基本参数的变化 规律）。
涉及到三个基本方程： 流量连续性方程、伯努利方程和动量方程。
前两个方程反映压力、流速与流量之间的关系， 后一个方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。
液压油的粘度等级就是以其40ºC时运动粘度的某一平均 值来表示，
如L-HM32液压油（32号液压油）的粘度等级为32，则 40ºC时其运动粘度的平均值为32mm2/s 。
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2.1 液压油
相对粘度 雷氏粘度〞R——英国、欧洲 赛氏粘度SSU——美国 恩氏粘度oE——俄国、德国、中国
液压传动第二章液压传动的流体力学基础
• 液压油的选用
液压油在选用时最主要的依据就是粘度。 选择液压油时，首先考虑其粘度是否满足要求， 同时兼顾其它方面。选择时应考虑如下因素： （1） 液压泵的类型 （2） 液压系统的工作压力 （3） 运动速度 （4） 环境温度 （5） 防污染的要求 （6） 综合经济性
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。
P=p0+ρgh=p0+γh 其中ρ为液体的密度， γ为液体的 重度。
上式即为静压力基本方程式，它说明了：
（1）静止液体中任意点的静压力是液体表面上的压力和液柱重 力所产生的压力之和。当液面接触大气时，p0为大气压力pa， 故有
p=pa+γh （2）同一容器同一液体中的静压力随深度的增加线性地增加。
例如，牌号为L—HL22的普通液压油在40℃时运动粘度的中心值 为22 mm2/s（L表示润滑剂类，H表示液压油，L表示防锈抗氧 型）。
（c） 相对粘度
相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制定的。 根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度°E、赛氏粘度SSU、 雷氏粘度Re等。我国和德国等国家采用恩氏粘度。
液体静压力有两个重要特性：
（1）液体
静压力的方向总是沿着作用面的法线方向。
这一特性可直接用液体的性质来说明。液体只能保 持一定的体积，不能保持固定的方向，不能承受拉力 和剪切力。所以只能承受法向压力。
（2)静止液体中任何一点所受到各个方向压力都相等。
如果液体中某一点所受到的各个方向的压力不相等， 那么在不平衡力作用下，液体就要流动，这样就破坏 了液体静止的条件，因此在静止液体中作用于任一点 的各个方向压力必然相等。
1Pa·s = 10P（泊）= 1000 cP（厘泊）
第二章 流体力学基础(1-6)知识讲解
34
2.2 液体静力学
2.2.3 压力表示方法和单位
压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。
以绝对真空为基准度量的压力叫做绝对 压力； 以大气压为基准度量的压力叫做相对压 力或表压。
这是因为大多数测量仪表都受大气 压作用，这些仪表指示的压力是相对压 力。
在液压与气压传动系统中，如不特别 说明，提到的压力均指相对压力。
液压油的粘度等级就是以其40ºC时运动粘度的某一平均 值来表示，
如L-HM32液压油（32号液压油）的粘度等级为32，则 40ºC时其运动粘度的平均值为32mm2/s 。
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2.1 液压油
相对粘度 雷氏粘度〞R——英国、欧洲 赛氏粘度SSU——美国 恩氏粘度oE——俄国、德国、中国
oE=
t1
t2
单位：无量纲
（2）润滑性能好 （3）质地纯净，杂质少。 （4）具有良好的相容性。
（5）具有良好的稳定性。（氧化） （6）抗乳化性、抗泡沫性、防锈性、腐蚀性小。
（7）膨胀系数低、比热容高。 （8）流动点和凝固点低，闪点和燃点高。 （9）对人体无害，成本低。
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2.1 液压油
2.1.4 液压油的选择
正确合理地选择液压油液，对保证液压传动系统正常工作、延 长液压传动系统和液压元件的使用寿命以及提高液压传动系统的工 作可靠性等都有重要影响。
液压传动基本概念和常用参数
第二章液压传动的基本概念和常用参数2.1 液压油的性质1、密度ρ= m/V [kg/ m3]一般矿物油的密度为850～950kg/m32、可压缩性和膨胀性可压缩性-液体受压力的作用而使体积发生变化的性质称为液体的可压缩性。
膨胀性-液体受温度的影响而使体积发生变化的性质称为液体的膨胀性。
3、粘性及其表示方法3、粘性及其表示方法实验表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A和液层间的速度梯度du/dy成正比，即：μ称为粘性系数或动力粘度。
液体粘性的大小用粘度来表示。
常用的液体粘度表示方法有三种:动力粘度运动粘度相对粘度牌号举例：。
粘温特性:温度升高，粘度显著下降，液压油液的这种性质称为液压油液的粘温特性。
粘温特性通常用粘度指数表示。
液压油的粘度指数（VI）表明试油的粘度随温度变化的程度与标准油的粘度变化程度比值的相对值。
粘度指数高，即表示粘-温曲线平缓，粘温特性好。
一般液压油的粘度指数要求在90以上，优异的在100以上。
流量：在单位时间内流过某一通流截面的液体体积，以q 来表示，单位为或L/minq=V/t ，其中V 是液体的体积，t 是时间。
s m /32．2液压传动中的流量通流截面A 的平均流速：v = q / A当通流截面上的通流面积一定时，平均流速由流量确定。
2．3液压传动中的压力在单位面积上所受的内法向力简称为压力。
压力的表示方法（绝对压力、相对压力）绝对压力：以绝对真空为基准相对压力：以大气压为基准真空度：比大气压小的那部分数值Ø绝对压力＝大气压力+表压力Ø表压力＝绝对压力-大气压力Ø真空度＝大气压力-绝对压力PDF 文件使用 "pdfFactory" 试用版本创建。
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第2章 液压传动基础2.1 初识液压传动“液压传动”最简单的功能：千斤顶(力能放大器)——千斤顶导出液压传动概念——液压传动是一种以液体为工作介质，并借助对液体施加的压力能量，以及液体压力能量随密闭工作容积改变所发生的压力流量变化来驱动且控制工作机械运动和负载力能的动力传递方式，通常需要多种液压元件组成工作系统。
2.1.1 液压传动的物理基础：帕斯卡定律(液体静压传递原理)——在密闭的连通容器内施加于静止液体任一点的压力等值传递到液体中各点。
设互相连通的两缸活塞Ⅰ和活塞Ⅱ的面积分别为A 1、A 2，作用力为F 1=p 1 A 1和F 2=p 2 A 2，根据静压传递原理p 1=p 2=F 1/A 1=F 2 /A 2 F 2 = F 1×(A 2 /A 1)于是产生 力能放大若A 1确定，只要A 2／A l 足够大，就可用较小的动力F 1产生很大的负载力F 2。
——千斤顶、液压机的工作原理； ——液压传动比例传力。
另：若A 2／A l 为一定值，则载荷W (F 2)越大，所需的力F 1也越大，密封缸Ⅰ中的压力p 1也越大；若载荷W (F 2)很小，则压力也很小，当载荷W (F 2)=0时，p 1=0。
由此推出 液压系统的工作压力取决于负载大小。
重点理解 帕斯卡定律物理方程的技术意义2.1.2 液压传动介质与压力分级——液压传动介质——油液—油压传动：中低机械载荷传动，如机床动力传动、工程机械传动，机械夹具动力，车辆液压传动，中小型液压机等等。
水质乳化剂—水压传动：大型重载机械动力传递，主要用于水压机。
——液压系统压力分级——超高压：＞32 MPa 高压：＞16 ～32MPa 中高压：＞8.0 ～16MPa中压：＞ 2.5～8.0MPa 低压：≯2.5MPa——液压油选用——注射机和挤出机等橡塑成型机械中的液压传动通常均为油压传动，橡塑成型所用的液压机通常均属于中小型液压机，主要采用油剂工作介质，故属油压机性质。
选择液压油的主要指标是“粘度”。
粘度过大液压系统液阻大，系统元件动作不灵敏，且油温容易升高，系统容易发热，而粘度过小则油液容易泄漏，降低系统工作效率及其压力和流量的可靠性。
下面以叶片泵为例，根据运动粘度与工作压力及工作温度匹配推荐液压油选用方案，选用其他油泵用液压油，可查阅相关文献和手册。
叶片泵液压油选用教材提供液压用油与季节和压力关系：冬季 10号液压油；夏季 30号液压油；中低压 20～40号液压油高压 60号机油。
问题:(1)不同季节或不同压力所用液压油的粘度有何差异？(2)为什么不同季节或不同压力需要使用不同粘度的油剂？(3)季节或压力变化对油剂粘度有何影响？(4)是否在任何地域或工作场地对液压传动系统都需要考虑季节对液压油剂的影响？2.1.3 液压传动系统的职能符号——液压系统图形符号(GB/T786.1）平面磨床工作台液压工作系统2.1.4 液压传动系统组成完整的液压传动系统是依靠液动介质对液压动作执行元件密封工作腔容积变化所产生的压力响应来驱动机械机构(机械装备)运动或进行动力传递的能量转换装置(首先将电机传输出的机械能转换为由工作介质输送的液压能，然后再将液压能传输给工作机械做功)，通常需要由多种液压元件、液压管道和一些必要的辅助装置组成液动介质循环流动的闭合回路, 各种液压元件及辅助装置分类如下。
(1) 液压泵站——原动机 指与液压泵配用的各种电机，负责把电能转换成旋转机械能传输给液压泵。
——动力元件 指各种类型的液压泵，负责把原动机(电动机)的旋转机械能转变成的液压动力，是液压系统的动力源。
(2) 执行元件 指各种类型的液压缸、液压马达，负责将液压动力转变成工作机械动力，以驱动工作机械运动和负载。
(3) 控制(调节)元件 指各种类型的液压控制阀，如压力阀，流量阀，方向阀等，负责控制或调节液压系统中工作介质的压力、流量和流动方向，以保证执行元件能够驱动工作机械按规定的方向、规定的速度和规定的动力负荷运动。
(4) 结构与辅助装置 指油箱、过滤器、油管、管接头、压力表等液压元器件。
(5) 控制系统 指负责控制全部液压元器件工作的各种电子电气装置以及计算机系统(6) 工作介质 指各种类型的液压油、乳化剂等。
2.1.5 液压冲击、气穴和气蚀(1) 液压冲击因液流换向、截止、流量突然变化以及工作机械突然制动所产生的惯性力或冲击力而导致液压传动系统突然产生很大压力峰值的现象称为“液压冲击”。
液压冲击会给液压系统造成很大的振动和噪音，严重时还会使系统遭到破坏，通常需要针对不同的原因，采用不同的预防或解决措施。
以下所列方法仅供参考，其他预防或解决措施可参考相关文献和技术手册。
——防止和减小气穴和气蚀的措施——① 适当加大管径，控制液流速度不超过45 m/s，系统最大压力差不超过5MPa。
② 合理设计阀口或工作机械制动装置，尽量延缓阀口关闭时间或机械制动时间，并且力求制动速度变化均匀，必要时可采用能够调节换向时间的控制阀。
③ 尽量缩短系统管长，以减小压力冲击波的传播时间，变直接冲击为间接冲击。
④ 在容易发生液压冲击的部位采用橡胶软管或设置蓄能器，以吸收冲击压力,也可以在这些部位设置安全阀，以限制压力升高。
(2) 气穴和气蚀在大气压力或液压系统压力作用下，空气能够过饱和地溶入液体，一旦系统液流通过元件孔口或狭隙后突然降压、且液流压力低于大气压力之下的“空气分离压”时，过饱和的气体将会以气泡形式从液体中析出，由此析出的气泡、以及因为系统发热而使液流气化产生的饱和蒸汽气泡统称为“气穴”，气穴会导致液流间断和不连续。
液压系统产生的气穴很容易附着在金属管壁或金属元件表面，当气穴随液流进入系统高压区时，气穴还会被高压凝缩，系统高压亦必强迫液体质点向凝缩的气穴快速渗入，故而导致液体质点运动发生瞬时停滞，亦即液流出现间断，系统发生振动和噪音，同时还将液体质点原有的运动动能转变为压力能和热能。
因液体质点高压渗入粘附在金属管壁和金属元件表面的气穴而产生热量，由这种热量加剧液压元件和金属管道表面氧化腐蚀的现象称为“气蚀”。
无论气穴还是气蚀，都是导致液压系统产生振动、噪音以及元件失效的重要因素，在液压传动系统中都要尽力预防、减小或消除。
以下所列方法仅供参考，其他预防或解决措施可参考相关文献和技术手册。
——防止和减小气穴和气蚀的措施——① 正确设计和使用液压泵站。
② 尽量减小阀孔前后的压差，两者比值尽量小于3.5。
③ 液压系统所有元件联接处的密封必须可靠，严防空气侵入。
④ 液压元件材料采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减小零件表面粗糙度。
2.1.6 泄漏与流量损失因液压系统元件内装配间隙两端压力差或元件之间联接(装配)处间隙两端压力差导致少量液体从间隙流出的现象称为“泄漏”，泄漏分为内泄漏和外泄漏，泄漏必然导致流量损失，流量损失降低系统传动效率及其可靠性，设计和使用液压系统时必须考虑流量损失，必要时对其进行补偿。
内泄漏：液压元件内部高压腔向低压腔的泄漏。
外泄漏：液体向系统外部的泄露。
2.1.7 液压传动的优势与缺点优势：减震、平稳、反应快调速比大(可达2000：1)、易控制、可频繁启动和换向、可自动实现过载保护、便于实现系统模块化和机电液运动控制一体化。
、冲击小、噪音小、惯性小、体积小、重量轻、结构紧凑、无级调速、——液压传动正在许多机械工程领域替代传统机械传动，也是塑料成型设备中常用的动力传递方式。
短项：对元器件加工制造精度要求高，否则会因间隙产生泄漏；远距离传动效率低；不能获得精确传动比；不易查找系统故障。
2.1.8 液压传动技术发展相对于古老的机械传动，液压传动是新一门技术。
如果从世界上第一台水压机问世算起，至今才有200余年历史，并且真正推广应用也只是从20世纪30年代开始。
然而在短短的数十年间，液压传动技术业已发展成为当前广泛应用在许多工业部门的成熟技术。
此外，组成液压传动系统的各种液压元件技术发展也非常迅速，不仅从低压到高压形成许多系列，而且还开发出许多新型产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液数字控制阀等。
与此同时，液压技术行业还在大力研制开发各种智能化新产品，大力加强产品质量可靠性和新技术应用，积极实现标准化、通用化、系列化、模块化、机电液光一体化，因此现代液压传动技术不仅在动力传递领域而且在自动化控制技术等领域都正在获得更加广泛的应用。
2.2 液压传动基本理论2.2.1 液压传动基本参数——液压传动过程的技术物理描述2.2.1.1 压力液压传动相当液流在密闭的“输入-输出”循环回路系统中流动，系统既要保证从油箱向回路输入的液流体积与回路向油箱回流(输出)的液流体积相同(液流连续流动不发生间断)，同时还要依靠液体在密闭容器中的帕斯卡定律对液流传递的压力能进行静力传动和数值比例变换。
因此液压传动属于力学范围的静压传动，静压力是描述液压传动过程力能变化的基本参数。
“静压力”在物理上称为“压强”，工程上简称“压力”，法定计量单位记作Pa 或MPa，工程单位记作at 或bar，具体指密闭容器中静止液体单位表面积上作用的法向外力和重力，通常在工程上忽略重力部分。
压力的法定计量单位1 Pa= 1 N/m2 1 MPa=1×106N/m2=1N/mm2压力的工程(非法定)计量单位1 bar= 0.1MPa = 105Pa =1kgf/cm2标准大气压1at = 1.0332kgf/cm2 =760mmHg柱 =10.33m水柱工程大气压1at = 1kgf/cm2 =735.56mmHg柱 =10m水柱我国规定使用法定计量单位压力分级——静压力的两大特点——静压力方向恒指受压表面静液中任意点所受各方向的压力相等(静液各向等压)附：静压力基本方程 p=p0+ρgh(等价帕斯卡定律)静液中任意点的压力等于液面压力加上该点单位重力与该点距液面高度的乘积，且各点压力随其距液面高度线性增加；如若改变液面压力，其改变量将等值传递到液内各点(帕斯卡定律)，工程上通常忽略静压力中线性变化的重力部分。
——压力的测量与计算——绝对压力 以没有气体的理想绝对真空为零基准测量的压力。
相对压力以大气压力为零基准测量的压力(以一个工程大气压为零基准计算的压力)，也叫计算压力或表压力(正表压)。
真空度低于大气压力的相对压力，亦称为负表压。
绝对压力= 大气压力+表压力表压力＝绝对压力－大气压力真空度＝大气压力－绝对压力2.2.1.2 流量与流速(1) 流量与额定(公称)流量流量：单位时间内流过管道或液压元件某一截面的油液体积，通常用Q 表示。
若时间t 内流过管道或液压元件的油液体积为V，则流量Q =V/t。
额定(公称)流量：能够满足液压系统工作可靠性的设计流量，其数值应符合标准流量系列规定。