液压流体力学基础知识

【内容小结】
1、 压力的概念及传递的规律？ 2、 液压系统内的压力取决于什么？ 3、 液流连续性原理指的是什么？ 4、 如何调节液压系统内的压力和流量？ 5、 如何减少液压冲击和气蚀现象？
作业布置 课后反思
课后习题
p 为静止液体中任意点的压力；p0 为液面压力；h 为液体中任意点到液面的距 离，称为淹没深度；ρ为液体密度 结 论： 1) 静止液体中任一点处的压力由液体自重所形成的压力ρgh 和液面压力 p0 两部分 组成； 2) 静止液体内压力沿液深呈线性规律分布 3) 离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的面叫等压面。 3、压力的传递（帕斯卡原理）
2
QＶ——流量， m /s；
提示：在液 压传动中，压 力和流量是两 3、液流连续性原理 根据物质不灭定律，油液流动时既不能增多也不会减 少，由于油液又被认为是几乎不可压缩的，所以油液流经 无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的， 这就是液流连续性原理。 即 QＶ１=QＶ２=QＶ３ 个重要的参 数。系统的压 力取决于作用 于液压缸或液 压马达上的负 载大小，负载 大，压力的就 大；执行元件 的运动速度取 决于进入液压 缸的流量或输 入液压马达的 流量， 流量大， 速度就大。
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教学内容及设计 【复习提问】 液压传动的工作原理及液压油的特性 【导入】 液压传动中如何进行力的传递？ 【新课内容】 一、压力 1、液体静压力及其特性 液体在静止状态下，作用在液体上的力，包括重力和表面张力。 ① 重力 G=mg ② 表面张力分为法向力和切向力，静止液体只有法向力。 若法向力 F 均匀的作用在面积 A 上，则压力可表示为
５ １ ２
三、功率 功率是指单位时间所做的功，用 P 表示，单位为 W（瓦）或ｋＷ（千瓦）。 ① 液压缸的输出功率是液压缸的活塞运动速度与外负载 F 的乘积， 即
P缸 F v
因为 F
p A,
v
qv A
所以上式可以改写成
P缸 p缸 qv缸
即液压缸的输出功率为流入液压缸的流量与静压力的乘积。 ② 液压泵的输出功率等于液压泵输出的额定流量和额定工作压力的百度文库积，即
（二）能力训练点
能掌握液压传动中的两大主要参数：压力和流量
（三）德育渗透点
通过探究式学习,培养学生观察能力、归纳总结的学习能力。对身边的科技发 展有兴趣，喜欢尝试新发现。
教法 学 引 导 重点 难点 教具 学具 准备 师生 互动 活动 设计 教学 内容 与步 骤
项目教学法、任务驱动法、演示法、讨论法、比较法
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这种因气穴现象而产生的零件剥蚀称为气蚀现象 气穴和气蚀的危害性 (1)由气穴现象产生出的大量气泡，有的会聚集在管道的最高处或通流的狭窄处形 成气塞，使油流不畅，甚至堵塞，从而使系统不能正常工作； (2)系统容积效率降低，使系统性能特别是动态性能变坏； (3)气蚀会使材料破坏，降低液压元件的使用寿命。 预防气穴与气蚀的措施 (1)减小流经节流口及缝隙处的压力降，一般希望节流口或缝隙前后压力小于 3.5； (2)正确设计管路，限制泵的吸油口离油面高度； (3)提高管道的密封性能，防止空气渗入； (4)提高零件的机械强度和降低零件的表面粗糙度，采用抗腐蚀能力强的属材料， 以提高元件抗气蚀能力
1m /s=6×10 L/min ｔ—时间 s 或 min
3
4
通流截面： 垂直于液体流 动方向的截 面。
3
Ｖ—流过的液体体积 m 或 L，1 m =1000L 2、平均流速
液体在单位时间内平均移动的距离称为平均流速，即 ν＝QＶ/Ａ 式中，ν——平均流速，m/s； Ａ——活塞有效面积 m 。 在液压缸中，液体的流速即为平均流速，它与活塞的运动速度相同。当液压缸 的有效面积一定时，活塞运动速度取决于输入液压缸的流量。
p1 p 2
F1 F2 A 或 F2 2 F1 A1 A2 A1
不计活塞重量，则Ｇ＝Ｆ２＝pＡ２。如Ｇ＝０，则 p 一定为零；如Ｇ无穷大， 则 p 无穷大。由此可知，液压系统中的工作压力取决于外负载。 4、静止液体对固体壁面的作用力 1）液体对平面的作用力 静止液体对平面的作用力等于静压力与平面面积的乘积， 其作用点在平面形心 处，方向垂直于平面。
bh 3 p 12 l
p --间隙两端压力差； l、b、h --间隙的长、宽、高
例题：如图所示的液压千斤顶，已知活塞１的面积Ａ１＝1.13×0.0001 2 的面积Ａ２＝9.62×0.01 ，油管 5 的截面积Ａ３＝0.13×0.0001 ，活塞 。求：
（1）假定施加在小活塞上的力Ｆ１＝5.78×1000 Ｎ，试问能顶起多重的重物? （ 2） 假定活塞 1 的下压速度为 0.2 ｍ/ｓ,试求活塞 2 上升速度和油管 5 内液体 的平均流速。
2）液体对曲面的作用 静止液体作用在曲面上某一方向的分力， 等于液体静压力与曲面在该方向的垂 直平面上的投影面积的乘积。
二、流量 QV
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1、定义和单位：流量指单位时间内流过某一通流截面处的液体体积. 即 QＶ =Ｖ/ｔ
3
QＶ—体积流量，m /s 或 L/min
3 3
师生活动
p
在物
理学中称为压 强，在液压传 动中通常称压 力。
p
F A
（Pa）
1Pa=1N/m
2
液体静压力的两个性质: 1）液体的静压力总是指向承压面的 内法线方向； 2）静止液体内任一点处的压力在各 个方向上都相等。 2、液体静力学基本方程 外力所产生 的压力比液体 自重形成的压 力大得多，故
p p0 gh
压力、流量、功率的概念、相关原理及其计算
多媒体制作、动画制作、教学评价表设计、学生预习（举生活中的例子）
以问题为载体、行动为导向，采用自主、合作和探究式学习方法来学习。多让 学生自己思考总结，教师和学生互动举例讨论说明。
教师举例引入新课，学生带着问题自学，教师与学生互动结合立体图或课件讲 授新课师生共同归纳总结。
解（１）小液压缸内的压力ｐ１
根据静压传递原理可知，ｐ２＝ｐ１，则大活塞向上的推力Ｆ２为
能顶起重物的重量为
（2）活塞 1 所排出的流量ｑＶ
１
根据液流连续性原理，推动活塞 2 上升的流量ｑＶ ＝ｑＶ 得活塞 2 的上升速
２ １
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度
同理，油管 5 内的流量ｑＶ ＝ｑＶ ＝ｑＶ ，所以
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Δ pn
额定流量下的压力； q 实际流量； qn 额定流量
（3）管路系统中的总压力损失： 总压力损失：等于所有沿程压力损失、所有局部压力损失以及流经各种阀的压 力损失之和。即
压力损失会造成功率损耗、油液发热、泄漏增加，影响系统的工作性能。应尽 量减少压力损失。常采取减小流速，缩短管道长度，减少管道截面突变和弯曲，合 理选用阀类元件等措施，将压力损失控制在较小范围内。 五、液压冲击 液压系统中，由于某一元件工作状态突变而引起油压瞬时急剧上升，产生很高 的压力峰值，出现冲击波的传递过程，这种现象称为液压冲击。 液压冲击的危害： 液压系统在冲击压力作用下，将产生剧烈振动、噪音，引起设备如管道、液压元件 及密封装置等损坏，导致严重泄漏，降低使用寿命，还会使某些元件动作失灵造成 事故，影响正常工作。特别在高压、大流量系统中，其破坏性更加严重。应采取适 当措施来减少液压冲击。 减小液压冲击的措施： (1)缓慢开闭阀门以增长关闭油路的时间，或减慢阀芯的换向速度； (2)加大油管直径以降低液流速度； (3)在系统中设置蓄能器和安全阀； (4)在液压元件中设置缓冲装置； (5)采用橡胶软管吸收液压冲击时的能量。 六、气蚀现象 在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使液体产生气泡（气穴现 象），当气泡随着流动的液体被带到高压区时，气泡体积急剧缩小或溃灭，并又重 新混入或溶于油液中凝结成液体。在气泡凝结处瞬间局部压力和温度急剧上升，产 生液压冲击，还伴随有噪音和振动，油氧化变质。如果在反复的液压冲击和高温作 用下，在从油液中游离出来的氧气侵蚀下，管壁或液压元件表面将产生剥落破坏，
因为Ｑ=Αν，故 A１ν１=Ａ2ν2=A３ν3 液体在无分支管道中流动时，通过不同截面的流速与其截面积大小成反比，而 流量不变；即管道截面小的地方流速大，反之流速小。 4、液体流经小孔及间隙的流量 利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，以达到调速和调压目的。 （1）液体流经小孔的流量：根据理论和实验，各种孔口的流量计算公式为
q KAP m
K—孔口形状系数；A—节流口通道截面积； p --小孔前后压力差；m—由孔的长
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径比决定的指数，细长孔 m=1；薄壁孔 m=0.5; （2）液体流经间隙的流量 液压元件中只要有相对运动的部位，都有适当的配合间隙，间隙大小对系统 的性能影响极大，间隙太小会使元件卡死，间隙过大，会造成液体泄漏，间隙是造 成泄漏的主要原因。 液体流经固定平行平板间隙的流量，在这种间隙中液体流动属于压差流动， 其流量计算公式为 q
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课题
项目一：液压传动基础 任务三：液压流体力学基础知识 （一）知识教学点
课时
2
1、熟悉液压传动系统中压力的概念及压力传递的原理及其压力损失。 2、熟悉液压传动系统中流量的概念及液流连续性原理 3、熟悉功率的概念及其计算公式 4、了解液压传动中的冲击及气蚀现象。
素质 教育 目标
Δ pλ 32 μ lvρ / d 2
（2）局部压力损失 液体流经管路的弯头、接头、突变截面以及阀口时，致使流速的方向和大小发 生剧烈变化，形成旋涡，使液体质点相互撞击，造成能量损失。 局部压力损失计算公式为 p
v 2
2
（ 为局部阻力系数）
液体流过各种阀类的局部压力损失经验计算公式:
P泵 p泵 qv泵
四、液体流动时的能量损失 液体具有粘性 ， 流动中必有阻力， 为克服阻力损耗一部分能量， 造成能量损失(即 压力损失）。 (1)沿程压力损失 液体在等径直管中流动时，因内外摩擦而产生的压力损失。它主要取决于液体 的密度ρ、流速 v、动力粘度μ、管路的长度 l 以及内径 d，其计算公式为：
gh
可 忽
略。静止液体 内各点压力相 等。
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在密闭的容器内的静止液体中， 若某点的压力发生了变化，则该变化 值将等值同时地传到液体内所有各 点。 液压千斤顶的原理图
通过作用在小活塞 1 上的力Ｆ1，顶起大活塞 2 上的重物Ｇ。由帕斯卡定律可 知：在大活塞上将受一个力Ｆ2：