液压难点重点分析汇总

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图2-4 静止液体内的各截面处的能量
三、压力的表示方法及单位
1. 压力的表示方法
绝对压力:以绝对真空作为基准 相对压力:以大气压力作为基准。又称表压力
绝对压力=相对压力+大气压力 真空度=大气压力-绝对压力
2. 压力单位及换算:
法定单位:帕斯卡 (帕Pa)
工程大气压,
第二节 液体静力学
一、液体静力学及其特性
作用于液体上的力分为:质量力、表面力,表面力 又分为:法向力和切向力。
1. 液体静压力:
静止液体内某点处单位面积上所受到的法向力。
p=F/A 单位为: (qv)或Pa、KPa、MPa
2. 静压力特性:
单位面积上的法向力
液体静压力的方向总是作用面的内法线方向。
➢ 恩氏黏度和运动黏度的换算关系为:
当1.35≤E≤3.2时, υ =(8E-8.64/E)×10-6
当E>3.2时,
υ =(7.6E-4/E)× 10-6
(3) 可压缩性 : 液体受压力作用而使其体积发生变化的性质,称为压
体的可压缩性,用体积压缩系数 k 表示。
➢ 体积压缩系数 k :单位压力变化下的体积相对变化量,
液体的黏度与压力的关系可表示为:
υp= υ(1+0.003P) υp—压力为P时的运动黏度, υ—压力为101.33kPa时的运动黏度, 压力增大 ,分子间的距离减小,粘度增大;压力减小,粘度减
小,高压时影响显著。
3.粘性与温度的关系:
温度升高,黏度下降;温度降低,黏度增大。此变化 率的大小直接影响工作介质的使用,其重要性不亚于黏度 本身。常用液压油的黏度与温度的关系可从图2-2所示的黏 温特性曲线上查出。
液柱高 换算关系见相关换算表。图2-5 绝对压力、相对压力及真空度
四、帕斯卡原理
内容(等值传递)
实质: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。
应用:体现在液压元件 的工作原理上。
力的放大
图2-6 帕斯卡原理图
五、液体静压力对固体壁面的作用力
v — 液流的平均流速
可参看相关液压泵用油黏度范围及推荐用油列表。
5. 液压系统的污染控制
污染的根源: 被污染的新油;残留污染;侵入污染;生成污染
污染引起的危害: 影响系统性能和寿命;元件失效
污染的测定:称重法;颗粒计数法
污染度的等级: 我国GB/T14039-93;美国NAS1638
工作介质的污染控制: 清洗;密封;过滤;控制温度;定期检查、更换
石 油 型 液 压 油 的 使 用 范 围
4. 黏度选择的总原则:
高压、高温、低速情况下,应选用粘度较大的液压 油,主要考虑泄漏的影响;
低压、低温、高速情况下,应选用较低粘度的液压 油,主要考虑内摩擦阻力的影响。
根据液压泵的要求来确定工作介质的黏度。因为在 液压系统的所有元件中,泵的转速最高,压力较大 温度较高。

p 2

gh2

v2 2 2
常数
上式称为理想液体的伯努利方程,其物理含义是:在密
闭管道内作作稳定流流动的理想液体具有三种能量(压力能、
位能和动能),在沿管道流动过程中,三种能量之间可以互
相转化,但在任一截面,三种能量之和是个常数。
2. 实际液体的伯努利方程:
实际液体在管道中流动时,由于液体的黏性,会产
➢定义: 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,这种现象叫做液体的粘性。
➢ 液体的粘性示意图:如图2-1所示。
➢ 牛顿液体内摩擦定律:
由牛顿内摩擦定律可知,
相邻液层间的内摩擦力:
F=μAdu/dy
则液层间在单位面积上
的内摩擦力:
τ=F/A =μdu/dy
➢ λ 取值,圆管层流,理论取值为λ=64/Re,但实际取值较大。 紊流时与Re大小有关。
图2-13液流在通流截 面上的速度分布规律
2. 局部压力损失
定义:液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等处所 引起的压力损失。(旋涡,撞击,能量损耗)
局部压力损失计算:
p

v2
2
— 局部阻力系数, 由实验确定, 查有关手册。
m 2/s 、St(cm 2/s沲) 及cSt St(mm 2/s厘沲)
1 m 2/s=104 St=106 cSt=106m m2/s 液压油的牌号:以这种液压油在40ºC时运动粘度的平均 值(单位:cSt,厘沲)表示。 如:N32。我国液压油旧牌号 则是用50ºC时运动粘度的平均值表示的。
(C)相对粘度( Еt ): 又称条件黏度,由于测量仪器和 条件不同,各国相对粘度的含义也不同。我国、德国
黏温特性: 黏度随温度变化的性质称为黏温特性。
国产常用油的黏温特性可从图2-2黏温特性曲线图查看。
图2-2 典型液压油的黏度—温度特性曲线图
黏度指数VI:表示被试油和标准油黏度随温度变化 程度比较的相对值。
油液黏度的变化直接影响液压系统的性能与泄 油量,VI数值大表示黏温特性平缓,即油的黏度受 温度影响小,性能较好。一般液压油要求VI在90以 上。
Fx
(q v2x

q
v) 1x
例:
图2-11 实例图
图2-12 实例图
第四节 管道中液流的能量损失
一、 两种流态、雷诺数
1. 两种流态
层流:液体质点互不干扰,分层流动(粘性力)
紊流:液体质点的运动杂乱无章(惯性力)
2. 雷诺数Re:
雷诺数计算: Re=vd/υ
Re为无量纲数
即:
K=-(1/△p)*△V/V
式中,V—增压前的液体体积, △p —压力增量
➢ 体积弹性模量β:β=1/ K
注意:当一般液压系统压力不高时,可压缩性很小,可认 为液体是不可压缩的,而当压力变化很大的高压系统下,需要 考虑液体可压缩性的影响。当液体中混入空气时,其可压缩性 也明显增加。
2.黏度与压力的关系:
图2-1 液体黏性原理图
②黏度:液体粘性大小用黏度来表示,常用的黏度有三种:动
力粘度、运动粘度和相对粘度。 (A)动力粘度(绝对粘度)( μ ): μ=F/A*du/dy
单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力,单位为:
N·s/m2或Pa.s (B)运动粘度( υ ): υ= μ /ρ
无明显的物理意义 ,为方便而引入,单位为:
间而变化。 迹线、流线、流束和通流截面(过流截面)
图2-8 迹线、流线、流束示意图
2.流量和平均流速
流量(qv):单位时间内通过某通流截面的液体的体积。 qv=V/t 或
单位为: m3/s , L/min 平均流速(v):液流质点在单位时间内流过的距离。
v=qv/A 单位为: m/s , m/min
合成型:
乳化型:
液压油的主要品种及性质可参看相关列表。
3. 选用的原则:
对各种液压系统,选择液压油需要考虑的因素较多, 如黏度、密度、工作温度、压力范围、抗燃性、润滑性、 可压缩性、毒性等。但首先要根据液压泵来确定工作介 质的粘度,另外还需考虑列表中的其它因素 。
液压油的主要品种及性质
通过流管任一截面的流量相等。当流量一定时,流 速和通流截面面积成反比。
三、伯努利方程(能量守恒定律)
1. 理想液体的伯努利方程
对于静止液体,由静力学基本方程可知:
p
1


gh1
p 2


gh2
常数
对于流动液体,还应加上单位质量液体的动能,则得:
p 1


gh1
v12 2
计算:
p

l d
v2
2
l — 管路的长度 ,d — 管道的内径
— 沿程阻力系数 , 取值与流态 、 管材等有关 。
层流/紊流时的压力损失
➢ 液流在通流截面上的速度分布规律
液体作层流时,通流截面上的速度分布规律呈旋转抛物体状,液 体在圆管中作层流流动时,其中心处的最大流速正好等于其平均流速 的两倍。
二、液压油液的类型、选择与使用
1. 对液压传动工作介质的要求:
合适的粘度,较好的粘温特性 良好的润滑性能;质地纯净,杂质少 无腐蚀性 对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性 抗乳化性好
2. 液压油的分类
主要分类:石油基液压油、乳化液、合成型。
石油基液压油:以机械油为原料,精炼后按需要 加入适当 添加剂而成,这类液压油润滑性能好, 但抗燃性能差。
v1

q v2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

q v1
F力也可根据需要进行分解,分为Fx和Fy, 则:
Fx q v2x q v1x
2. 动量定理的应用:
在液压传动系统中,用动量定理来计算液流对固 体壁面上的作用力的大小,即动量方程的反作用力F’, 通常称稳态液动力。在X方向的稳态液动力为:
F'x
生内摩擦力;如果还存在管道形状和尺寸的变化时,局
部会使液体产生扰动,造成能量的损失;另外,用平均
流速代替实际流速计算动量时,必然产生偏差,必须引
入动能修正系数α1、α2。因此,实际液体的伯努利方程 为:
p 1


gh1

1v12
2

p 2


gh2
2v22
2

ghw
α1、α2—动能修正系数,一般在紊流时取1,层流取2 hw—为因粘性而消耗的能量
静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上大小 都相等。
二、 液体静压力基本方程
1.静压力基本方程 p=po +ρgh 它表示在静止液体中,任何一点处的静压力是
作用在液体表面上的压力po和重力所产生的压力 ρgh之和。
图2-3 静止液体内的压力分布
2.基本方程的物理意义:
能量守恒定律:对于静止液体,在同一管道内各 个截面处的总能量(压力能和位能之和)都相等。
ρ=m/V (kg/m3)
标准密度ρ20:我国采用20°C时的密度
重度(γ) :地球对单位体积液体质量的引力
γ=G/V= ρg (N/m3)
式中:m—液体的质量(kg);G—液体受到的重力(N) V—液体的体积(m3);g —重力加速度(m/s2)
(2) 黏性和黏度
①粘性:注意:液体在静止时不呈现粘性。
1. 壁面为平面 : F=pA=pπD2/4 2. 壁面为曲面:一般将总力分解成水平和垂直
方向的两个分力来研究。
图2-7 液体静压力对固体表面的作用力
第三节 液体动力学
一、 基本概念
1.理想液体和稳定流动
理想液体:无粘性且不可压缩的液体。 稳定流动:液体中任一点的压力、速度和密度不随时
在实际工程中,液压缸工作时,活塞运动的速度就等于缸内液 体的平均流速。
质量流量(qm):流过其截面的液体质量
3.流动液体的压力
压力在各个方向上的数值可以看作是相等的。
二、 连续性方程(质量守恒定律)
图2-9 液流连续性原理
1. 根据质量守恒定律可知:ρ1v1A1= ρ2v2A2 2. 假定液体不可压缩,则:q 1=q2 v 1A 1=v 2A 2
伯努利方程应用举例:
图2-10 实例图
四、 动量方程:
1. 动量定理:
刚体力学动量定理指出:
作用在物体上的力的大小等于物体在力的方向上的
动量的变化率,即:
F

mv 2
t

mv1
t
流动液体的动 量方程:
将m=ρV和q=V/△t代入上式中,得:
F

V t
v2

V t
和前苏联采用恩氏黏度。
恩氏黏度用恩氏黏度计测定,其值为:
Еt=t1/t2 无量纲
(t1、t2分别为20ºC时被测液体及蒸馏水流过同一小孔所用时间)
③黏度的有关计算公式
➢如果液压系统采用的是调合油时,其黏度计算经验 公式:
E=[α1E1+α2E2-c(E1-E2)]/100
式中,α1、α2为两种调合油各占的百分比,c为实验系数。
第二章 液压传动流体力学基础
本章内容
第一节 液压系统工作液体 第二节 液压流体静力学 第三节 液压流体动力学 第四节 管道中液流能量的损失 第五节 液体流经孔口的压力流量特征
第一节 液压系统工作液体
一、液压油的特性
1.液压油液的物理特性
(1) 密度和重度
密度 (ρ) :单位体积液体的质量
临界雷诺数Rec:常见管道的Rec可参见相关列表。
液流流态叛断:
流态影响到:1.动能
Re≥Rec 液流为紊流 Re<Rec 液流为层流
修正系数α1、α2;2.沿 程压力损失!
二、液体在流动中的压力损失
1. 沿程压力损失:
定义:液体在等径直管中流动时因内、外摩擦而引起
的压力损失。
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