液压与气压传动第二章课件

2.2.2
在重力作用下静止液体的压力分布
a、静压力基本方程 如图所示容器中盛有液体，作 用在液面上的压力为P0，现在求离 液面h深处A点压力，在液体内取 一个底面包含A点的小液柱，设其 底部面积为A，高为h。这个小液 柱在重力及周围液体的压力作用 下，处于平衡状态。则在垂直方 向上的力平衡方程为
3）泄漏：液压设备因配管不良，油封破损是造成泄 漏的原因，泄漏发生时空气、水、尘埃便可轻易 的侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排 除。 液压油的更换 液压油经长期使用，油质必会恶化，一般皆用目 视法判定油质是否恶化，当油颜色混蚀并有异味 时，须立即更换；更换方法有二种：一为定期更 换（约为5000-20000小时），其次是采用理化分 析方法（测量液压油的粘度、酸值、水 分及杂质）确定液压油是否需要更换。
A
x
根据实际测定的数据所知，流 体层间的内摩擦力T与流体层的 接触面积A及流体层的相对流速 du成正比，而与此二流体层间 的距离dz成反比
牛顿内摩擦定律
切应力:
du dz
式中：μ —粘度系数 du /dz—速度梯度
当速度梯度变化时，μ为不变常数的流体称为牛顿流体， μ为变数的流体称为非牛顿流体。
思考题
1.液压的（ ）具有明确的物理意义，它表示了液体在以 单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力。 A. 动力粘度 B.运动粘度 C. 恩氏粘度 D.赛氏粘度 2.当系统的工作压力、环境温度较高，工作部件运动速度较 低时，为减少泄漏，宜采用粘度较（ ） 的液压油；当系 统工作压力、环境温度较低，工作部件运动速度较高时， 为了 减少功率损失，宜采用粘度较（ ）的液压油。 A.高 低 B.高 高 C.低 高 D.低 低 3. 我国生产的机械油和液压油采用40OC时其（ ）的 标号。 A.动力粘度，Pas B.恩氏粘度OE C.运动粘度mm² /s D.赛 氏粘 秒
hp
如果在与A点等高的容器上，接一根上端封闭并抽 去空气的玻璃管，可以看到在静压力作用下，液体 将沿玻璃管上升hp,根据上式对A点有：
p/γ +z=z+hp，故 p/γ =hp
这说明了A处液体质点由于受到静压力作用而具 有mghp的势能，单位重量液体具有的势能为hp。因 为hp=p/γ ，故p/γ 为A点单位重量液体的压力能。 静压力基本方程式说明：静止液体中单位重量液 体的压力能和位能可以相互转换，但各点的总能量 保持不变，即能量守恒。
• （价格、使用寿命、更换）
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液压油的污染与保养
液压油的污染与保养 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，更为严重的会导致油泵损坏。 造成液压油污染的原因有三方面： 1）污染：（1）侵入物污染；（2）残留物污染；（3）生成 物污染。 2）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。
液体静压力作用在固体壁上的力
2.3
液体动力学基础
2.3 液体动力学
主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。
• • • 流量连续性方程 伯努利方程 动量方程
前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，
动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。
2.3 液体动力学基础
1、基本概述 • 理想液体--无粘性、不可压缩的液体 • 恒定流动—液体中任意点的压力、流速、密度不随时 间变化 • 流线—表示某一瞬间液流各质点运动状态的曲线 • 流束—流线的集合 • 通流面积—与流线正交的通流截面 • 流量—单位时间通过通流面积的液体的体积 • 平均流速—流量/有效面积 • 通流截面—垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。
b、静压力基本方程式的物理意义 如图所示为盛有液体的密闭 容器，液面压力为p0。选择一基准 水平面(0x)，根据静压力基本方程 式可确定距液面深度为h处A点的 压力p即
p=p0+γ h=p0+γ (z0-z)
整理后得 P/γ +z=p0/γ +z0=常数 式中z实质上表示了A点单位重量 液体的位能。单位重量液体的位 能为mgz/mg=z,z又称为位置水头。
2.2.3
压力的表示方法和单位
静压力的表示方法及单位： 表示方法：1、绝对压力（以真空为基准） 2、相对压力（以大气压力为基准） 绝对压力=大气压力+相对压力 真空度=大气压力-绝对压力 单位：Pa或N/m2 ，kPa，MPa 工程单位制：kgf/cm2、bar(巴）、at(工程大气压） atm（标准大气压）、液柱高度 思考：Pa是压力的单位还是压强的单位？？工程上常用的公 斤力指的是什么？
p=p0+ρ gh
应用静压力基本方程
3、应用液体静压力基本方程：
例 1-1 如图 1-3 所示，容器内 盛油液。已知油的密度 =900kg/m3 ， 活 塞 上 的 作 用 力 F=1000N ， 活 塞 的 面 积 A=1×10-3m2 ， 假 设 活 塞 的 重 量忽略不计。问活塞下方深 度为 h=0.5m 处的压力等于多 少？
（ 2 ） 耐火性液压油（难燃性）： 专用于防止有引起火灾危 险的乳化型液压油。有水中油滴型（o/w）和油中水滴形 （w/o）两种，水中油滴型（o/w）的润滑性差，会侵蚀 油封和金属；油中水滴形（w/o）化学稳定性很差。
（ 3 ）专用液压油：航空、舰船、炮用及车辆制动用液压油。
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• 一、液压油液的选择 • 1.优先考虑粘性 • 工作条件 油
解: 活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有
F 1000 N 6 2 p 10 N / m 0 A 3 2 1 10 m
根据静压力的基本方程式（1-3），深度为h处的液体压力 =10 pp gh a
6
+900×9.8×0.5
= 106 + 4410106(Pa)
从本例可以看出，液体在受外界压力作用的情况下，液体自重 所形成的那部分压力gh相对甚小，在液压系统中常可忽略 不计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后 我们在分析液压系统的压力时，一般都采用这种结论。
液压油液的选择
ν =11.5 ～41.3 cSt 即 20、30、40号机械
p 高，选μ 大； p 低，选μ 小 • 3.按环境温度 T 高，选μ 大； T 低，选μ 小 • 4.按运动速度 v 高，选μ 小； v 低，选μ 大
• 2.按工作压力 • 5.其他 工作环境 油液质量 经济性 • （污染、抗燃、毒性） • （相容性、稳定性、防锈抗腐）
vD H

其中：γ为液体运动粘度， v为液体运动的平均速度 DH为水力直径 当雷诺数小于临界雷诺数时，为层流； 当雷诺数大于临界雷诺数时，为紊流。 临界雷诺数见表2-3
2.3.2
液体在管内作恒定流
动，任取1、2两个通流截 面，根据质量守恒定律， 在单位时间内流过两个截 面的液体质量相等，即：
注意：由常用液压测试仪所测得的压力均为相对压力，即表压力。
2.2.4
静止液体内压力的传递
帕斯卡原理（静压传递原理）： 在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体 内部所有各点。 在液压传动系统中，通常有外力产生的压力要比液 体自重形成的压力大很多，因此常常将重力省略不计， 而认为“静止液体的压力处处相等。” 应用实例：液压千斤顶
粘度
• 三种表示方法
1) 动力粘度
du dz
du
单位：Pa.S（帕秒）
dz
2) 运动粘度

单位：m2/s
3)相对粘度(恩氏 粘度 ) t

200ml
E
1
t2
φ=2. 8mm
式中：t1 – 油流出的时间 t2－20OC蒸馏水流出时间 恩氏粘度与运动粘度的换算关系
2.2.5 液体对固体壁面的作用力
液压作用力大小、方向、作用点都与受压面的形 状及受压面上液体压力的分布有关。 方向相互平行，液压作用力F等 于压力P与承压面积A的乘积。 F=P× A
压力作用 在平面上
压力作用 在曲面上
不同点上的压力方向不一致，液压作用 力在某一方向上的分力等于静压力与该 曲面在该方向投影面积的乘积。
g
Hale Waihona Puke Baidu
二、流体的压缩性及液压弹簧刚性系数
可压缩性：液体受压力作用其体积会减小的性质
2.1 液体的物理性质
• 二、可压缩性 • 液压油的体积将随压力的增高而减小。 • 体积压缩系数
1 V p V
压力变化
体积变化 初始体积
即单位压力变化下的体积相对变化量
体积弹性模量K
K
• • • •
• 理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 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ρ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ρ =ρ （x，y，z，t）
雷诺数：
Re
对液压油的要求
1.合适的粘度，粘温性好 2.润滑性能好 3.杂质少 4.相容性好 5.稳定性好 6.抗泡性好、防锈性好 7.凝点低,闪点、燃点高 8.无公害、成本低
液压油的种类
液压油的种类：
（1）矿物油系液压油（可燃性）：主要由石腊基（paraffin
base ）的原油精制而成，再加抗氧化剂和防锈剂，为用 途最多的一种；其缺点为耐火性差。
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檫力，这种现 象叫做液体的粘性 • 附着力 • 液体与固体表面 • 内聚力 • 液体分子与分子之间
粘性示意图
z B
• • • • • • •
下板固定 上板以u0运动 附着力 A点：u = 0 B点：u = u0 内摩擦力 两板之间液流速度逐渐小。
6 . 31 6 ( 7 . 31 E ) 10 E t
恩氏粘度计
粘度与压力的关系
粘度与温度的关系
• T ↑ μ↓
• 影响： μ大，阻力大，能耗↑ • μ小，油变稀，泄漏↑ • 限制油温：T↑↑，加冷却器 • T↓↓，加热器
粘温图
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2.1.4
• • • • • • • •
液压与气压传动
制作人 吴天
青岛科技大学机电工程学院
第二章 液压油与液压流体力学
• 2.1.1 液压油的物理特性 • 2.1.4 对液压油的要求 • 2.1.5 液压油的选择
2.1 液体的物理性质
• 一、 液体的密度和重度
①密度：单位体积液体内所含有的质 量 单位：kg/m3，N.s2/m4 ②重度：单位体积液体的重量
封闭在容器中的液体在外力作用 下的情况类似弹簧，外力增大体积减 小，外力减小体积增大。 压力变化 p 体积变化
k
F A
V A l
V dV
1 p dp lim （ V ） V V 0
2 F A K 按弹簧定义 kh l V
三 粘性
连续性方程
• 流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。
1


pV V
V一定，在同样Δ p下， K 越大, Δ V 越小
说明K 越大，液体的抗压能力越强 矿物油
K = (1.4～2.0)×10
钢
9
N/m
2
2
K = 2.06 ×10
11
N/m
•
k钢 = 100～150 k油
• 在静态下工作时，不考虑液体的可压缩性。
2.1 液体的物理性质
• 液压弹簧及其刚度计算
2.2 液压静力学基础
2.2.1 液体的压力
1、液体静压力：
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。
2.液体静压力有两个重要特性:
（1）液体静压力垂直于承压面 ,其方向和该面的内法线方向
一致。 （ 2 ）静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。 为什么？ 如果某点受到的压力在某个方向上不相等 , 那么液体就 会流动,这就 违背了液体静止的条件。
P=p0+ρ gh=p0+γ h
其中ρ 为液体的密度，γ 为液 体的重度。
液体静压力基本方程说明什么问题
2 液体静压力基本方程说明什么问题： （1） 静止液体中任何一点的静压力为作用在液面 的压力Po和液体重力所产生的压力ρ gh之和。 （2） 液体中的静压力随着深度h 而线性增加。 （ 3）在连通器里，静止液体中只要深度 h 相同其 压力都相等。