液压与气动的仿真

第一单元液压传动基础

1 薄壁小孔流.exe 液体流经薄壁小孔的情况如动画所示。液流在小孔上游大约d/2处开始加速并从四周流向小孔。由于流

线不能突然转折到与管轴线平行，在液体惯性的作用下，外层流线逐渐向管轴方向收缩，逐渐过渡到与

管轴线方向平行，从而形成收缩截面A

。对于圆孔，约在小孔下游d/2处完成收缩。通常把最小收缩面积

c

Ac与孔口截面积之比值称为收缩系数Cc，即Cc＝Ac/A。其中A为小孔的通流截面积。

液流收缩的程度取决于Re、孔口及边缘形状、孔口离管道内壁的距离等因素。对于圆形小孔，当管道直

径D与小孔直径d之比D/d≥7时，流速的收缩作用不受管壁的影响，称为完全收缩。反之，管壁对收缩程

度有影响时，则称为不完全收缩。

2 非恒定流动.exe 当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，例如压力p、流速v及密度g表示为空

间坐标和时间的函数，例如：

压力p=p（x，y，z，t)

速度v=v（x，y，z，t)

密度=（x，y，z，t）

在流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，液体的运动就是非定常流动或非恒定流动。

3 恒定流动.exe 当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，例如压力p、流速v及密度g表示为空

间坐标和时间的函数，例如：

压力p=p（x，y，z，t)

速度v=v（x，y，z，t)

密度=（x，y，z，t）

如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不

随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。

4 蕾诺实验.exe 1883年奥斯本•雷诺(Osborne Reynolds)所作的有名的实验。对流体的流动模式有了更完整的说明。雷

诺实验装置，主要为一水平玻璃管，安置于一大水槽中，玻璃管一端成喇叭状，另一端设一排水阀(A)，

打开阀(A)可控制水在玻璃管中的流速。水槽上方有一瓶染色墨汁，将阀(B)打开，墨汁可流至玻璃管入

口处，以利观察玻璃管中流体的流动情形。当流速小时，染料自始至终均成一直线，而不向周围扩散，

称为层流(laminar flow)。而当流速甚大时，管内染料则将整支管子染色，此乃因其向周围扩散之故，

称为扰流(turbulent flow)。

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理想流体.exe 不可压缩、没有粘滞性的液体叫做理想流体。一般情况下，密度不发生明显变化的气体、粘滞性小的流体均可看成理想流体。

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流量连续性.exe 流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表现形式。如图所示的液体在任意形状的管道中作定常流动，任取1、2两个不同的通流截面。根据质量守恒定律，单位时间内流过这两个截面的液体质量

是相等的，即

若忽略液体的可压缩性，即ρ1=ρ2，则

这就是不可压缩液体作定常流动时的流量连续性方程，它说明流过各截面的体积流量是相等的。

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液压传动演示图1.exe 根据液压千斤顶的工作原理即可了解液压传动的工作原理。从动画中可以看出，当向上提手柄使小缸活塞上移时，小液压缸因容积增大而产生真空，油液从油箱通过阀被吸入至小液压缸中，当按压手柄使小

缸活塞下移时，则油液通过阀输入到大液压缸的下油腔，当油液压力升高到能够克服重物Ｗ时，即可举

起重物。

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液压传动演示图2.exe 液压传动是以流体为工作介质，进行能量的转换、传递和控制的传动。动画中，通过电磁换向阀来控制液压缸的运动方向，通过液压泵来提供液压缸出力大小。

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液压传动演示图3.exe 以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。动画中，通过双活塞杆液压缸来带动工作台完成运动。

10 液压卡紧示意图（上压力

高）.exe

液压卡紧现象，卡紧原因：脏物进入缝隙；温度升高，阀芯膨胀；但主要原因是滑阀副几何形状和同心度变化引起的径向不平衡力的作用，其主要包括： a 阀芯和阀体间无几何形状误差，轴心线平行但不重合

b 阀芯因加工误差而带有倒锥，轴心线平行但不重合

c 阀芯表面有局部突起

减小径向不平衡力措施：

1） 提高制造和装配精度

2） 阀芯上开环形均压槽

11 液压卡紧示意图（下压力

高）.exe

液压卡紧现象，卡紧原因：脏物进入缝隙；温度升高，阀芯膨胀；但主要原因是滑阀副几何形状和同心度变化引起的径向不平衡力的作用，其主要包括： a 阀芯和阀体间无几何形状误差，轴心线平行但不重合

b 阀芯因加工误差而带有倒锥，轴心线平行但不重合

c 阀芯表面有局部突起

减小径向不平衡力措施：

1） 提高制造和装配精度

2） 阀芯上开环形均压槽

第二单元液压动力与执行元件

1 3径向柱塞泵.exe

柱塞径向排列装在缸体中，缸体由原动机带动连同柱塞一起旋转，所以缸体一般称为转子，柱塞在离心力

的（或在低压油）作用下抵紧定子的内壁，当转子按图示方向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e，柱

塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，因此便经过衬套（衬套是压紧在转子

内，并和转子一起回转）上的油孔从配油孔和吸油口吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，

柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口压油，当转子回转一周时，每个柱塞底部的密封容积完成一次

吸压油，转子连续运转，即完成压吸油工作。配油轴固定不动，油液从配油轴上半部的两个孔流入，从下半

部两个油孔压出，为了进行配油，配油轴在和衬套接触的一段加工出上下两个缺口，形成吸油口和压油口，

留下的部分形成封油区。封油区的宽度应能封住衬套上的吸压油孔，以防吸油口和压油口相连通，但尺寸也

不能大得太多，以免产生困油现象。

1

4

困油现象.exe 困油现象

1 5 配流轴式径向柱塞

泵.exe

径向柱塞泵的柱塞径向布置在缸体上，在转子2上径向均匀分布着数个柱塞孔，孔中装有柱塞；转子的中心

与定子的中心之间有一个偏心量e。在固定不动的配流轴上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配

流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。当转子旋转时，柱塞在离心

力及机械回程力作用下，它的头部与定子的内表面紧紧接触，由于转子与定子存在偏心，所以柱塞在随转子

转动时，又在柱塞孔内作径向往复滑动，当转子按图示方向旋转时，下半周的柱塞皆往外滑动，柱塞孔的密

封容积增大，通过轴向孔吸油；上半周的柱塞皆往里滑动，柱塞孔内的密封工作容积缩小，通过配流盘向外

排油。

当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；当移动定子使偏心量从正值变为负值时，泵的

吸、排油口就互相调换，因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵，为了流量脉动率尽可能小，通常采用

奇数柱塞数。

12 齿轮泵的工作原理.exe 外啮合齿轮泵由一对齿轮互相啮合,同时,齿轮的齿顶和壳体内孔表面之间的间隙很小,齿轮端面和轴套

（盖板）的间隙也很小,从而把吸油腔和压油腔隔离开。当齿轮按图示方向旋转时,啮合点一侧啮合着的

齿轮逐渐退出啮合,使空间不断增大,形成局部真空,油箱中的油液在大气压的作用下被压入吸油腔；啮

合点另一侧的齿逐渐进入啮合,使空间不断缩小,油液被强迫从压油室挤出。当齿轮不断地转动时,吸油

腔就不停地吸油,然后通过齿槽空间将油送到压油腔,压油腔就不停地压油，使液压油源源不断地进入系

统，这就是外啮合齿轮泵的工作原理。