液体流经孔口和缝隙流量-压力特性 液压冲击和气穴现象.ppt

2、5 液体流经孔口和缝隙流量压力特性 2、6 液压冲击和气穴现象,目的任务 了解流量公式、特点、两种现象 产生原因 掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象危害及消除,2、5 液体流经孔口和缝隙流量压力特性 2、6 液压冲击和气穴现象,重点难点 1 薄壁小孔流量公式及特点 2 流量通用方程及各项含义 3 平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论 4 两种现象危害及消除方法,2、5 液体流经孔口和缝隙流量压力特性 2、6 液压冲击和气穴现象,提问作业 1 动力学三大方程各是什么？分别是刚体力学中哪 些定 律在流体 力学中的具体应用? 2 液压传动中液体的流态和压力损失有哪几种？其判别方法和产 生原 因各是什么？ 3 液压传动油管中为何种流态？产生什么损失?,2、5 液体流经孔口及缝隙流量 压力特性 2、6 液压冲击和空穴现象,2、5、1 小孔流量压力特性 2、5、2 液体流经缝隙流量压力特性,液体流经孔口及缝隙的流量 压力特性,概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要 的地位，它涉及液压元件的密封性，系统 的容积效率，更为重要的是它是设计计算 的基础，因此： 小孔虽小（直径一般在1mm以内）， 缝隙虽窄（宽度一般在0、1mm 以下）， 但其作 用却不可等闲视之。,2、5、1 小孔流量压力特性,薄壁小孔流量压力特性 短孔和细长孔的流量压力特性 流量通用方程,小孔流量压力特性,薄壁小孔 l/d 05 孔口分类 4 短孔 0、5 l/d 4,薄壁小孔流量压力特性,如图2、5、1：取孔前通道断面为11断面，收缩 断面为断面，管道中心为 动画演示 基准面， z1 = z2 ，列伯努利方程如下： p1+1v12 /2= p2 +2v22/2 +pw,薄壁小孔流量压力特性, v1 105 cc = 0.61 0.63 cv = 0.97 0.98 cq = 0.6 0.62 液流不完全收缩时（d/d 7），查表2、5、1,薄壁小孔流量压力特性,结论： q p ，与无关。 流过薄壁小孔的流量不受油温变化 的影响。,短孔和细长孔的流量压力特性,短孔：q = cqat 2p / cq 可查图2、5、2 细长孔：q = d4p / 128l =d2p/32l=cap 结论： q p 反比于 流量受油温变化影响较大（t q）,流量通用方程, 薄壁孔：q = cqat 2p /= cq2/ at p 短孔： q = cqat 2p / = cq2/ at p 细长孔： q =d4p / 128l =1/32l d4/4 p 流量通用方程： q = c atp,液体流经缝隙的流量压力特性,平面缝隙 常见缝隙 环状缝隙 压差流动 缝隙流动状况 剪切流动,压差流动固定平行平板缝隙流量压力特性,如图2、5、3：设缝隙度高为，宽度b,度为l, 两 端压力 为p1、p2其压差为p，从缝隙中取一微小 六面体，左右两 端所受压力为p和p+dp， 上下两侧面所受摩擦切应力为+d和， 则在水平方 向受力平衡方程为： pbdy + (+d)bdx = (p+dp)bdy +bdx 整理后得： d/dy = dp/dx,动画演示,压差流动固定平行平板缝隙的流量压力特性, = du/dy d2u/dy2 = 1/dp/dx 上式对y两次积分得：u = dp/dx y 2/2+ c1y + c2 由边界条件： 当y = 0, u = 0 y = , u = u0 则有：c1 = -dp/dx /2, c2 = 0 此外，在缝隙液流中，压力沿x方向变化率dp/dx是一常数，有: dp/dx = p2-p1/l = -(p1-p2)/l = -p/l u = (-y)yp/2l 故 q =0hubdy = b0hp(-y)ydy /2l = b3p /12l,压差流动固定平行平板缝隙流量压力特性,结论：在压差作用下，通过固定平行平板缝隙 的流量与缝隙高度的三次方成正比，这 说明，液压元件内缝隙的大小对其泄漏 量的影响是很大的。,相对运动平行平板缝隙流量压力特性,相对运动平行平板缝隙（见图2、5、4） 剪切流动时： q = vb/2 压差与剪切流动时： q = b3p /12l vb/2 剪切与压差流动方向一致时，取正号 剪切与压差流动方向相反时，取负号,液体流经环形缝隙的流量压力特性,液压缸缸筒与活 环形缝隙 阀芯与阀孔 同心 分类 偏心,同心环形缝隙流量,如图2、5、5：设圆柱体直径为d，缝隙厚度为，缝隙 长度为l,若沿圆周展开，相当于平行平板 缝隙， b=d q = d3p /12ldv/2 当相对速度v = 0时，其流量公式为： q = d3p /12l,偏心环形缝隙流量,设偏心距为e,则： q = d3p(l+1.52)/12ldv/2 相对偏心率 = e/ 当内外圆表面没有相对运动时： q = d3p(l+1.52)/12l 结论：1） = 1时 q偏 = 2.5q同 2） = 0时 即同心圆环缝隙 3） q与2成正比， q 应尽量做成同心，以减小泄漏量。,2、6 液压冲击和空穴现象,液压冲击（水锤、水击） 气穴（空穴）现象,液压冲击（水锤、水击）,液压冲击：液压系统中，由于某种原因（如速度 急剧变化）， 引起压力突然急剧上升， 形成很高压力峰值的现象。 如：急速关闭自来水管可能使水管发生振 动，同时发出噪声。,液压冲击产生的原因,1） 迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受 阻，动能转换为压力能，使压力升高。 2）运动部件突然制动或换向，使压力 升高。,液压冲击引起的结果, 液压冲击峰值压力工作压力 引起振动、噪声、导致某些元件如密封装置、 管路等 损坏；使某些元件（如压力继电器、 顺序阀等）产生误动作，影响系 统 正常工作。,减小液压冲击的措施,1） 延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。 2） 限制管道流速及运动部件速度 v管 5m/s ， v缸 10m/min 。 3） 加大管道直径，尽量缩短管路长度。 4） 采用软管，以增加系统的弹性。,气穴（空穴）现象,气穴现象：液压系统中，由于某种原（如速 度突变），使 压力降低而使气泡 产生的现象。,气穴现象产生原因,压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速 度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油 高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过 高，吸油不充分，压力降低（如高空观缆）。,气体来源,混入 气泡 轻微气穴 空气 溶入 气体分子 严重气穴 蒸汽 汽泡 强烈气穴,气穴现象引起的结果,1 液流不连续，流量、压力脉动 2 系统发生强烈的振动和噪声 3 发生气蚀,减小气空穴的措施,1 减小小孔和缝隙前后压力降，希望 p1/p2 3.5 。 2 增大直径、降低高度、限制流速。 3 管路要有良好密封性防止空气进入。 4 提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金 属材料，减小表面粗糙度。 5 整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。,3、4 柱塞泵 3、5 液压泵常见故障及其排除方法 3、6 液压马达 3、7 液压泵的选用,目的任务 重点难点 提问作业,目的任务,了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较 掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用,重点难点,轴向柱塞泵 液压马达工作原理、参数计算 液压泵性能比较,提问作业,1 yb型泵是否有困油现象？为什么？ 2 齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么 压力？为什么？,3、4 柱塞泵,原 理 特 点 分 类,3、4 柱塞泵,3、4、1 轴向柱塞泵的工作原理 3、4、2 轴向柱塞泵的流量计算 3、4、3 斜盘式轴向柱塞泵的结构,柱塞泵工作原理,靠柱塞在缸体内的往复运动， 使密封容积变化实现吸压油。,柱塞泵特点, 圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好 有如下特点 （1）工作压力高 ，效率高。 （2）易于变量 （3）流量范围大,柱塞泵分类,*斜盘式 轴向柱塞泵 按柱塞排列方式 斜轴式 径向柱塞泵,3、4、1 轴向柱塞泵的工作原理,特 征 组 成 工作原理,轴向柱塞泵特征,柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线,轴向柱塞泵的组成,配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等,结构图动画,轴向柱塞泵工作原理,v密形成柱塞和缸体配合而成 右半周，v密增大，吸油 v密变化，缸体逆转 左半周，v密减小，压油 吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体 底部的通油孔,轴向柱塞泵变量原理,= 0 q = 0 大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化 斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵,3、4、2 轴向柱塞泵的流量计算,排 量 流 量,轴向柱塞泵的排量,若柱塞数为z，柱塞直径为d， 柱塞孔的分布圆直径为d， 斜盘倾角为， 则柱塞的行程为：h=dtan 故缸体转一转，泵的排量为： v = zhd2/4 = d2 zd(tan)/4,轴向柱塞泵流量,理论流量：qt=vn=d (tan)zd2 /4 实际流量：q = qtpv =d (tan)zpvd2/4,结 论,1) qt = f (几何参数、 n、) 2） n=c，= 0 ， q = 0 大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化 轴向柱塞泵可作双向变量泵,3、4、3 斜盘式轴向柱塞泵的结构,1 cy141轴向柱塞泵主体 2 cy141轴向柱塞泵变量机构,cy141轴向柱塞泵主体,中心弹簧机构 a 滑靴和斜盘 b 柱塞和缸体,动画演示,中心弹簧机构,使泵具有自吸性能 中心弹簧 提高容积效率 中心弹簧 缸体端面间隙的自动补偿 缸体底部通油孔p,缸体端面间隙的自动补偿,除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞 孔底部的液压力也使缸体紧贴配流盘， 补偿端面间隙，提高了容积效率。,a 滑靴和斜盘 b 柱塞和缸体,球形头部和斜盘接触为点 接触，接触应 柱塞头部结构 大，易磨损。 滑靴结构和斜盘接触为面 接触，大大降低 了磨损。,cy141轴向柱塞泵变量机构,*手动转动手轮控制斜盘， 改变倾角即可。 变量机构 自动,动画演示,3、5 液压泵常见故障及其排除方法,见表3、5、1,3、6 液压马达,3、6、1 液压马达的工作原理 3、6、2 液压马达主要参数 3、6、3 液压马达常见故障及其排除方法,3、6、1 液压马达的工作原理,作用 和液压泵的区别 分类,液压马达作用,将液体的压力能转换为旋转形式的 机械能而对负载作功。,液压马达和液压泵的区别,作用上相反 和液压泵的区别 结构上相似（略有差别） 原理上互逆,液压马达分类,按照转速分 按照排量能否调节 按照输油方向能否改变 按照输出转矩是否连续,按照转速分,高速额定转速大于500r/min 低速额定转速小于500r/min,按照排量能否调节,定 量 变 量,按照输油方向能否改变,单 向 双 向,按照输出转矩是否连续,旋转式 摆动式,液压马达工作原理,当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘, 斜盘则对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个 轴向分力 fx =d2p/4 分力 径向分力 fy=/4d2ptan fx与液压力平衡，fy对缸体中心产生转矩， 使缸体带动马达轴旋转。,3、6、2 液压马达主要参数,转矩和机械效率 转速和容积效率,3、6、2 液压马达主要参数,泵输出 p.v.q等与泵相似，其原则差别 马达输入,液压马达转矩和机械效率,tt = p v / 2 t = ttm= p vm/2,液压马达转速和容积效率,nt = q/v n = qv/v tv n1/v v 、t、n 高速小转矩 故 马达又可分为 低速大转矩,3、6、3 液压马达常见障及其排除方法,见表3、6、1,3、7 液压泵的选用,各类液压泵的共同和不同处 性能比较和应用 液压泵选用原则,各类液压泵的共同点和不同处,必要条件 流量的形成及调节 困油现象 流量脉动,必要条件,三