液压与气压传动-2014

绪论

教学目的和要求：

了解液压系统的组成、工作原理、基本特征，优缺点及液压系统的应用与发展。

教学重点与难点：

液压传动的工作原理与基本特征。

教学内容：

液压传动的概况、工作原理、组成部分、图形符号及其优缺点。

一、液压传动区别于其它传动方式的基本特征

1.在液压传动中工作压力取决于负载，与流入的液体(流量)多少无关。

2.活塞移动速度正比于流入液压缸中油液流量q，与负载无关。

3.液压传动中的功率等于压力p和流量q的乘积。

二、在液压与气动系统中，要发生两次能量转变

1.把机械能转变为流体压力能的元件或装置称为泵或能源装置。

2.把流体压力能转变为机械能的元件称为执行元件。

三、液压传动的工作原理

液压传动是基于流体力学的帕斯卡定律，主要利用液体在密闭容积内发生变化时产生的压力来进行能量传递和控制。

它利用各种元件组成具有所需功能的基本回路，再由若干回路有机组合成传动和控制系统，从而实现能量的转换、传递和控制。

四、液压系统组成

一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：

（1）能源装置

把机械能转换成油液的压力能的装置，其作用是供给液压系统压力油，为系统提供动力，又称为系统的动力元件。

（2）执行元件

把油液的压力能转化成机械能，推动负载做功；其作用是在压力油的作用下输出力和速度。（3）控制调节元件

控制或调节系统中油液的压力、流量或流动方向。

（4）辅助元件

上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等，主要保证系统的正常运行。（5）工作介质

主要是传递动力与能量。

第一章流体力学基础

教学目的和要求：

了解液压油的特性、熟练掌握液压油的物理性质、会根据要求选用合适的油液。熟练掌握流体静力学基本方程，流体动力学三个方程，管路压力损失及小孔、缝隙液流公式和基本概念，理解液压冲击与空穴现象成因，了解克服液压冲击与空穴的方法。

教学重点与难点：

1.压力传递原理及液压系统压力是由外界负载决定的概念。

2.定常流动时流体动力学方程及应用

3.压力损失公式与应用、小孔流量公式及应用。

教学内容：

1.液压油的物理性质和影响因素。

2.液体静力学基本方程及压力传递原理。

3.基本概念、动力学三个方程的推导及应用。

4.管路内压力损失分析与计算、层流、紊流、雷诺数等概念。

5.小孔流量公式与缝隙液流公式的推导和应用。

一、液压传动介质的物理性质

1 密度

单位体积液体所具有的质量称为液体的密度。体积为V、质量为m的液体的密度ρ为

ρ＝m/V （kg/m3）

2 可压缩性

（1）可压缩性

液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为液体的可压缩性。液体的压缩性可用体积压缩系数k表示。

（2）体积压缩系数k

若压力为p0时液体的体积为V0。当压力增加△p，液体的体积减小△V,则液体在单位压力变化下的体积相对变化量。

（3）液体体积模量

液体压缩率k的倒数，称为液体体积模量，以K表示

K＝1/k (Pa)

3 流体的粘性

粘性的概念

液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力的存在而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。

常用的粘度表示方法有：

（1）动力粘度μ

动力粘度又称绝对粘度，它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dy=1时，单位面积上的内摩擦力的大小，即：

（2）运动粘度ν

运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值：

ν=μ/ρm2/s

（3）相对粘度

相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性。我国采用恩氏粘度。温度对粘度的影响：

液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。

压力对粘度的影响：

液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其粘度也随之增大。

二、流体静力学

1 压力的表示方法

根据度量基准的不同，压力有两种表示方法：

（1）绝对压力:以绝对零压力作为基准所表示的压力，称为绝对压力；

（2）相对压力:以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力。

绝对压力与相对压力的关系: 绝对压力=大气压力+相对压力

真空度：如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为真空度。

真空度与绝对压力的关系：真空度=大气压力-绝对压力

三、流体运动学与动力学

1 理想液体：既无粘性又不可压缩的液体称为理想液体。

2 连续方程

质量守恒定律：液体在密闭管路中做稳定流动时，单位时间流过任一过流断面的液体质量相等，这就是液流连续性原理。

液流连续方程是质量守恒定律在流体力学中的具体应用。

3 能量方程

能量方程又称为伯努利方程，实际上是流动液体的能量守恒定律。

理想流体的能量方程（伯努利方程）：

伯努利方程中各项都代表一种形式的能量，而且都具有能量的意义，其单位为长度单位。能量方程各项的名称与意义：

—压力水头，代表单位重力流体相对大气压力的压力能。

z —位置水头，代表单位重力流体相对基准面的位能。

—速度水头，代表单位重力液体所具有动能。

其物理意义是：在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形式的能量，即压力能、势能和动能。三种能量之间是可以相互转换，但三种能量的总和是一个恒定的常量。即能量守恒定律。

4 动量方程

动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用。用动量方程来计算液流作用在固体壁面上的力，比较方便。

动量定理：作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即

四、管道流动和压力损失

1液体在圆管中流动有两种状态：

（1）层流：在液体运动时，如果质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，而是层次分明，能够维持恒定的流束状态。

（2）湍流：如果液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换。 2 雷诺数：液体流动时究竟是层流还是湍流，须用雷诺数来判别。

实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v 有关，还和管径d 、液体的运动粘度υ有关。但是，真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re 的无量纲数：

3 压力损失

实际液体有粘性，所以流动时粘性力要损耗一定能量，在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失。压力损失分为两类：

（1）沿程压力损失

液体在等径直管内流动时因摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。

（2）局部压力损失

g u 2/2g p ρ/νRe vd