陕西科技大学——液压传动第一章

如何判断层流、紊流？
流体传动与控制
雷诺数 Re= vd/ 平均速度*管路内径 / 运动粘度
临界雷诺数： Re-_cr
雷诺数较小时(小于Re-_cr )，粘滞力对流场的影响大于惯性 力，流体流动稳定，为层流； 反之，若雷诺数较大时(大于等于Re­_cr)，惯性力对流场的 影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易 发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。
液压传动中压力的建立
流体传动与控制
（1）液压传动中某处油液的压力是由于受到其后各种形式负 载的挤压而产生的。
例如：油管就好比自来水管,如果打开水龙头水从一头进一头
出,管子里是没有压力的。当你把出水的那头堵住的时候,这个堵 住的力就相当于外负载压力，此时就有了压力
（2）压力的大小取决于负载，并随负载的变化而变化。
流体传动与控制
一、液体静力学 1. 液体的静压力 静止液体表面在单位面积上所受的法相作用力为：
p = F/A 若在面积A上的作用力F不是均匀分布时，则
p = lim A0 (F/A)
静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等
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绝对压力与相对压力的关系为： 绝对压力=相对压力+大气压力 绝对压力小于大气压时, 负相对压力数值部分叫做真空度。 即 真空度=大气压-绝对压力=-(绝对压力-大气压) 由此可知，当以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压 力，基准以下的负值就是真空度。绝对压力、相对压力和真空度的相互 关系如图所示。
孔口及缝百度文库流动
流体传动与控制
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流体传动与控制
对于薄壁小孔，其流量为 ：
q CA
2p

1
K1 Ap 2
对于细长孔，其流量为：
q

d 4 128 l
p

K2
Ap
K1 C
2 -- 称薄壁小孔的节流系数,其中c为流量系数, 为液体密度
液压油的要求
5、凝固点和流动温度较低，以保证油液能在较
低温度下使用。
6、自燃点和闪点要高。
7、有较快地排除油中游离空气和较好地与油中
水份分离的能力。
8、没有腐蚀性，防锈性能好，有良好的相容性。
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要考虑
液压油的选用
流体传动与控制
短孔的流量表达同薄壁小孔的流量公式一样，雷诺系数较 大时，流量系数Cd基本稳定在0.8左右。由于短孔加工比薄壁孔 容易的多，因此短管常用做固定节流器。
流经细长孔的流量和孔前后压差∆p成正比，而和液体粘度μ 成反比，因此流量受液体温度影响较大，这是和薄壁小孔不同 的。
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并联时，取最小 串联时，取最大
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在液压传动中，我们常用帕 斯卡原理计算油液作用在固 体壁面上的力，如图（a） 所示，当固体壁面是一个平 面时，由帕斯卡原理p= F/A 可知：F=pA=pπD2/4
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两块平行板，下板静止，上板以u0 的速度运动。经测量发现，紧贴在上 板的一层液体以相同的速度u0运动， 而靠近下板的一层液体速度为0，中 间各层逐渐减小。
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粘度
流体传动与控制
通常用粘度来表示液体粘性大小的程度， 有3种表示方法： 1）动力粘度 2）运动粘度 3）相对粘度
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压力损失
流体传动与控制
压力损失分为两类：沿程压力损失 和 局部压力损失
沿程压力损失：液体在管道内流动时的压力损失
局部压力损失：液体流经阀口、弯头及通流截面变化等局
部阻力处所引起的压力损失。
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但是，如果液压油中混入空气时， 其压缩性将显著增加，并将严重 影响液压系统的工作性能。
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粘性
流体传动与控制
定义：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子间的 相对运动，因而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。
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4. 帕斯卡原理
在密闭容器内，施加于静止液体上的压 力能等值地传递到液体中的各点，这就
是帕斯卡原理，也称为静压传递原理
作用在大活塞上的负载F1形成液体 压力。为防止大活塞下降，在小活塞 上应施加的力
F2= p/A2= F1*A2/A1。
p= F1/A1
p= F2/A2
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第三节 管路系统的压力损失
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液体的流动状态
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层流：液体沿管路做直线运动，互不干扰，没有横向 运动，即液体做分层流动
紊流：液体除了沿管路运动外，还有横向运动， 呈紊乱状态
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液体动力学
流体传动与控制
流量Q：单位时间内流过通流截面的液体体积，单位 L/min q= V/t
平均流速v：通流截面上的流速是各点相等的，该速度值与通流截 面的乘积正好就是通过该通流截面的流量
v * A= q
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K2

d2 32l
--称细长孔的节流系数。其中d为孔径 ，l 为孔长，
为液体绝对粘度。
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薄壁小孔因其沿程阻力损失非常小，通过小孔的流量对油 温的变化不敏感，因此薄壁小孔多被用作调节流量的节流器使 用。
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流体传动与控制
（2）实际流体的伯努利方程
实际上，液体存在粘性，会产生内摩擦力，消耗能量；此外， 液体在管道中流动也存在一定的能量损失。
设因粘性而消耗的能量为 hw ，则实际液体微小流束的伯努利
方程为
p1


z1g

v12 2

p2


z2 g

v22 2
ghw
hw

p
g
p -压力损失
动力学两大方程
流体传动与控制
连续性方程：液体在管道中恒定流动时，质量不会自行产
生和消失。
m1 m2 V1 V2 (v1A1)t (v2A2)t
v1A1 v2 A2 常数
或 v1 A2 v2 A1
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对液压油的要求：
1、良好的化学稳定性。
2、良好的润滑性能，以减小元件之间的磨损。
3、质地纯净，不含或含有极少量的杂质、水 份和水溶性酸碱等。
4、适当的粘度和良好的粘温特性。
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对液压油的要求：
1、密度ρ 和重度γ
ρ =M/V (M-液体的质量,V-液体的体积） γ =G/V (G-液体的重量)
液压油的密度和重度因油的牌号而异，并且随着温度的上升而减小，随着压 力的提高而稍有增加。
2、可压缩性
定义：液体受压力作用而发生体积缩小的性质
一定体积V的液体，当压力增加Δ p时，体积减小了Δ V，则： 体积压缩系数 k= -(1/Δ p)*(Δ V/V)
为什么上式右边要加负号？ 由于压力P，体积V，Δ V是负值，加上负号以保证k为正数。
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另外，工程上常用液体体积弹性模量K来表示其可压缩性，取 K=1/k。 纯油的可压缩性随压缩过程、温度及压力的变化很小，可认为 油液是不可压缩的。
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例题
流体传动与控制
例 试运用连续性方程和伯努利方程分析变截面
水平管道各处的压力情况. 条件:A1>A2>A3 比
较:流速和压力的大小
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静止液体的压力能和位能可以相互转换，但总能 量保持不变
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3. 压力的表示方法
压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称 为绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压 力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称 表压力。
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3. 压力的表示方法
压力单位 帕斯卡Pa 1 MPA= 106Pa
绝对=相对+大气压 真空度=绝对压力-大气压=负的相对压力
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• 工作压力的高低； • 环境温度的高低； • 工作部件运动速度的高低。
当系统工作压力高、运动速度快、环境温度高时， 为减少泄漏，应该选用粘度大的油。
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第二节 液压系统中压力的建立与传递
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能量方程（流体的伯努利方程）
（1）理想流体的伯努利方程
在管道中做稳定流动的理想液体具有位置势能、压力 能和动能三种能量，在任一截面上的这三种能量都可 以相互转换，但其总和保持不变。
p gz v2 常数

2
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流体传动与控制
连续性方程的物理意义：
v1 A2 v2 A1
对于恒定流动，液体通过管道不同截面的流量相等。
此时，液体的流速与流通截面面积成反比。 因此，流量一定时，管路细的地 方流速大，管路粗的地方流速小
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伯努利方程
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2. 静压力基本方程
pA p0A ghA
图 重力作用下的静止液体
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流体传动与控制
一、液体静力学 化简后得：
p=p0+gh =p0+ρg(z0-z) ==》 p/g + z = p0/g + z0 =常数
第一章 液压传动基础知识
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流体传动与控制
第一节 液压传动采用的油液 及其主要性能
一、液压油的物理性质 二、液压油的选用原则
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流体传动与控制
我国目前常用运动粘度ν=μ/ρ
μ ：液体的动力粘度 ρ ：液体的密度
计量单位为 平方毫米每秒mm2/s
粘度与压力、温度的关系：
压力增加时，粘度有所增加； 液体的粘度对温度很敏感，温度略升高，粘度显著降低。
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液压油的要求
气穴现象
流体传动与控制
在流动的液体中，如果某一点处的绝对压力低于液体的空气 分离压，液体中溶解的空气就会分离出来，产生大量气泡，这
就是气穴。
另外，当绝对压力低于油液的饱和蒸气压时，油液将迅速汽
化，产生大量的蒸气泡，这也是气穴。
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气穴现象
流体传动与控制
在液压系统中哪些地方容易产生低压，引起气穴现象呢？
伯努利方程：压力能，势能和动能的总和是不变的。那么 当压力能减小的时候， 动能或势能就会增大。
势能由h高度决定， 动能的改变由v决定。