[理学]液压与气压传动.ppt

液压与气压传动,1.4 流动液体的流量 压力特性,（1）液压功率计算,（2）两种功率损失形式,由压力损失引起的能量损失，称为压力损失,由流量损失引起的能量损失，称为流量（容积）损失,（3）产生能量损失的原因,粘性 内摩擦力 流动阻力 沿程压力损失；,流速、方向突然改变，能量转换中的损失 局部压力损失。,（4）要讨论什么？,能量损失的规律？q-p关系？计算问题？如何减少损失？,能量损失的利用，即q-p特性的应用。,压力损失,流量损失,缝隙泄漏、溢流、可压缩性等。,一 流体和雷诺数,层流 粘性力起主导作用,紊流 惯性力起主导作用,雷诺实验装置,层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。,一 流体和雷诺数,雷诺数Re相同，表明流动状态相同，与其它参数无关。,一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr。,当ReRecr时，为紊流。,临界雷诺数 Recr =23002000,对于圆管来说,二、压力损失 沿程压力损失,（1）、流动时的运动微分方程,取研究对象：半径r、长度l的微元圆柱体,受力分析,带入内摩擦定律,得运动微分方程,圆管层流运动分析,（2）、速度分布规律,对此式进行积分,二、压力损失 沿程压力损失,并利用边界条件，当r=R时，u=0，得,管壁r=R时，u=0 管轴上r=0，有最大速度,速度分布规律,二次抛物面方程,（3）、流量-压力特性（流量公式）,已知通流截面上流速的分布规律，因此可以通过积分方法求得流量。,在半径r处，有微小环形通流面积：,给出了流量与压力损失之间的线性关系,二、压力损失 沿程压力损失,二、压力损失 沿程压力损失,将 代入上式并整理后得,由圆管层流的流量公式可求得 ，即为沿程压力损失。,理论值,金属管,橡胶管,（4）、压力损失计算,（用流量来计算）,（用沿程阻力系数来计算）,二、压力损失 沿程压力损失,一般用经验公式来计算,2. 紊流下的沿程压力损失,这时的将与Re以及管壁的相对表面粗糙度/d（为管壁的绝对表面粗糙度，d为管子内径）有关。,圆管的沿程阻力系数的计算公式,三、压力损失 局部压力损失,局部压力损失p与液流的动能直接有关，一般可按下式计算,注意：对于各种阀和过滤器等液压元件的局部压力损失，一般不采用上式进行计算，因为液流情况计较复杂，难以计算。它们的压力损失可从产品样本中直接查到。,液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失。,式中 局部阻力系数。由于液体流经局部阻力区域的流动情况非常复杂，所以 的值仅在个别场合可用理论求得，一般都必须通过实验来确定。 的具体数值可从有关手册查到。,系统管路的 总压力损失,以压力损失形式表示的能量损失， 转换为热能，影响油液的粘性。,pa,p,v,gh,p,p,pa,d,lv,p,d,v,R,e,95332,573,10,2,.,0,326,.,1,2,900,2,1,7,.,0,8,.,9,900,101300,2,1,537,02,.,0,326,.,1,3,.,0,10,20,900,32,32,2,2320,1326,10,20,02,.,0,325,.,1,5,2,2,2,2,1,1,2,2,6,2,2,6,2,2,=,-,-,-,+,=,D,-,-,+,=,=,=,=,D,=,=,=,=,-,-,ra,r,m,a,n,l,得油泵入口出的绝对压力为,，沿程损失为,由此可知,层流,有雷诺公式得：,为确定动能修正系数和沿程损失，需要先确定雷诺数,三 节流孔口的流量压力特性,在液流通道上，通流截面有突然收缩处的流动，称为节流，它产生很大的局部压力损失。显然，能引起节流的装置称为节流装置。,一般常有意设置节流口来控制流量或压力。,形成液阻。,在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。,细长孔、短孔、薄壁小孔、阀门,1. 细长小孔（L/d4),用作阻尼孔,孔中是层流流动。,它给出了流量与通流面积、压力损失之间的线性关系。,应用：（1）压差原理,（2）阻尼特性 吸收能量 例如：缓冲,2. 薄壁小孔（L/d0.5),由于流线不能转折，液体在上游1/2d处开始突然收缩，冲向小孔d，并在下游1/2d处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。,紊流流动,压力能在突然收缩处转换为动能，产生局部损失。突然扩大后，动能不可能完全转换为压力能。,取1-1、2-2两个截面，根据伯努利方程，有,流量公式,流速系数,薄壁小孔,2. 薄壁小孔（L/d0.5),经整理得到流经薄壁小孔流量 小孔截面积； 流量系数， 称为速度系数 ； 称为截面收缩系数。流量系数 的大小一般由实验确定，在液流完全收缩的情况下，当Re10 5时，可以认为是不变的常数，计算时按 =0.600.61 选取。,薄壁小孔因沿程阻力损失小，q 对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器。,滑阀阀口 滑阀阀口可视为薄壁小孔，流经阀口的流量为 式中 流量系数，根据雷诺数查图120 滑阀阀芯台肩直径 阀口开度， 24mm,2. 薄壁小孔（L/d0.5),2. 薄壁小孔（L/d0.5),锥阀阀口 滑阀阀口与薄壁小孔类似，流经阀口的流量为 式中 流量系数，根据雷诺数查图122 阀座孔直径 阀芯抬起高度 阀芯半锥角,流量 压力特性公式的讨论,应用例：对于滑阀阀口,控制压力,压差原理（控制压力）,控制流量,一、填空题 1液压系统中的压力取决于（ ），执行元件的运动速度取决于（ ） 。 2液压传动装置由（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四部分组成，其中（ ）和（ ）为能量转换装置。 3 液体在管道中存在两种流动状态，（ ）时粘性力起主导作用，（ ）时惯性力起主导作用，液体的流动状态可用（ ）来判断 4在研究流动液体时，把假设既（ ）又（ ）的液体称为理想流体。 5由于流体具有（ ），液流在管道中流动需要损耗一部分能量，它由（ ） 损失和（ ） 损失两部分组成。 6液流流经薄壁小孔的流量与（ ） 的一次方成正比，与（ ） 的1/2次方成正比。通过小孔的流量对（ ）不敏感，因此薄壁小孔常用作可调节流阀。,二、选择题 1流量连续性方程是（ ）在流体力学中的表达形式，而伯努力方程是（ ）在流体力学中的表达形式。 （A）能量守恒定律 （B）动量定理 （C）质量守恒定律 （D）其他 2液体流经薄壁小孔的流量与孔口面积的（ ）和小孔前后压力差的（ ）成正比。 （A）一次方 （B）1/2次方 （C）二次方 （D）三次方 3流经固定平行平板缝隙的流量与缝隙值的（ ）和缝隙前后压力差的（ ）成正比。 （A）一次方 （B）1/2次方 （C）二次方 （D）三次方,三、判断题 1. 液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。 2液体流动时，其流量连续性方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。 3理想流体伯努力方程的物理意义是：在管内作稳定流动的理想流体，在任一截面上的压力能、势能和动能可以互相转换，但其总和不变。 4雷诺数是判断层流和紊流的判据。 5薄壁小孔因其通流量与油液的粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此，常用作调节流量的节流器。,四、名词解释 1. 帕斯卡原理（静压传递原理） 2. 运动粘度 3. 液动力 4. 层流 5. 紊流 6. 沿程压力损失 7. 局部压力损失,四 流量损失 缝隙泄漏量,压差运动、剪切运动,泄漏系数,平行平板缝隙间隙流动 各种缝隙泄漏量公式推导的基础。,四 流量损失 缝隙泄漏量,（2）在液流中取一个微元体dxdy（宽度方向取单位长），列出微元体的受力平衡方程为：,对上式积分两次 得流速的分布规律,根据边界条件,并将 代入后有,不考虑剪切流动，引入泄漏系数,经过整理,（1）间隙流动为层流，压力 沿 轴为线性分布,四 流量损失 缝隙泄漏量,当缝隙h 较小时，可将环形缝隙沿圆周方向展开，把它近似地看作是平行平板缝隙间的流动。将b=d代入式可得同心环形缝隙的流量公式：,在不考虑剪切泄露,四 流量损失 缝隙泄漏量,式中 h0内外圆同心时半径方向的缝隙值； 相对偏心率，=e/h0。,偏心环形 缝隙间的液流,当偏心量e=h0，即 =1，即有最大偏心量时，其流量为同心环形缝隙流量的2.5倍。因此在液压与气动元件中，为了减小缝隙泄漏量，应采取措施，尽量使其配合处于同心状态。,解：根据柱塞运动状态,其中,例：柱塞受F=100N的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄漏。设缝隙厚度 ，缝隙长度L=70mm，柱塞直径d=20mm，油的动力粘度 。试计算当柱塞和缸孔同心时，下落0.1m所需时间是多少？,柱塞下降0.1m排出的体积,柱塞下降的速度,柱塞下落0.1m所需的时间是,2.5 液压冲击,可压缩性液体中的振动，由于存在能量交换，动能 压力能 弹性能，因而产生振动。液压冲击是液体中能量瞬时转换而产生的。,（1）引起振动，产生噪声； （2）引起系统误动作 （3）损坏密封装置、管道和液压元件,1）缓慢关闭阀门； 2）在冲击源前设置蓄能器，减小冲击液传递距离； 3）在冲击源附近设置安全阀； 4）限制管中流速。,液压冲击,2.6 空穴和气蚀现象,（1）液体的含气量：液体中所含空气体积的百分数。 （2）空气分离压：在一定温度下，当液体压力低于某值时，溶解在液体中的空气将会突然地迅速从液体中分离出来，产生大量气泡，这个压力称为液体在该温度下的空气分离压。 （3）饱和蒸汽压：当液体在某一温度下其压力继续下降而低于一定数值时，液体本身便迅速汽化，产生大量蒸气，这时的压力称为液体在该温度下的饱和蒸气压。,空穴现象：在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体中产生大量气泡。,当气泡从低压区进入高