第一章液压传动基础知识a解读ppt课件

第一章液压传动基础知识,第一节液压传动工作介质,一、液压传动工作介质的性质1、密度液体单位体积的质量。单位:比容密度的倒数。重度单位体积液体的重量。,2、可压缩性,流体受压力作用其体积会减小的性质称为压缩性。用体积压缩系数来表示。压缩系数的倒数称为体积弹性模量，用符号来表示。,流体的压缩性及液压弹簧刚性系数,液压弹簧刚性系数,.,温度增加，K值减小。压力增大，K值增大。,3、流体的粘性,液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力会阻碍其分子间的相对运动，因而产生一种内摩擦力，这一特性称作液体的粘性。单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。,液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生内摩擦力的性质，就是液体的粘性。,1、表示流体粘性大小程度的参数称为粘度。1）动力粘度（绝对粘度）单位：2）运动粘度3）相对粘度（恩氏粘度（条件粘度）以被测液体粘度相对于同温度下水的粘度之比值来表示粘度的大小。,.,机械油的牌号是表示温度为50度时，该种油运动粘度以厘沲为单位的平均值。单位：沲恩氏粘度表示被测的液体在某一温度下，从小孔流出200毫升所需时间，与蒸馏水在20度流出相同体积所需时间的比值，所以也称相对粘度。液压传动常以50度作为标准温度。,、温度和压力对粘度的影响油的粘度随温度的升高而降低，随压力的增加而增加,4、其它性质,稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性）、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性（对所接触的金属、密封材料、涂料等作用程度）。,在机床液压传动中，液压油有三方面的作用：,1.传递动力的介质2.运动件间的润滑剂3.散热,二、对液压传动工作介质的要求,应具有合适的粘度，且粘温性要好，即粘度随温度的变化要小。润滑性能要好。质量纯净，杂质少。对金属和密封件有良好的相容性。具有较好的化学稳定性，不易氧化和变质。,.,抗泡沫好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。体积膨胀系数小，比热容大。流动点和凝固点要低，闪点和燃点要高。对人体无害，成本低。,选用液压油时首先考虑的是它的粘度。因为粘度既与系统泄漏有关，又对功率损失有影响。考虑因素：工作压力的高低；环境温度的高低；工作部件运动速度的高低。,当系统在高压下工作若环境温度较高，或工作部件运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜采用粘度较高的液压油。反之，当工作压力较低，环境温度也较低，或工作部件运动速度较快时，为了减少功率损失，宜采用粘度较低的液压油。机床液压系统中，冬季选用10#机械油，夏季采用20#机械油。,四、液压系统的污染控制,1、污染的根源（1）已被污染的新油；（2）残留污染；（3）侵入污染；（4）生成污染。,2、污染引起的危害,液压系统75%以上的故障是由工作介质污染引起的。加速元件磨损，是内泄漏增加，降低泵、阀等元件的效率和精度；甚至失效；产生噪声；加速氧化变质，使液压元件加速腐蚀，液压系统出现振动和爬行等现象。,3、污染的测定,（1）称重法（2）颗粒记数法4、污染度的等级,减少工作介质污染采取的措施,(1)对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中残留的污染物。(2)防止污染物从外界侵入，油箱呼吸孔上应装设高效的空气滤清器或采用密封油箱，工作介质应通过过滤器注入系统。活塞杆端应装防尘密封。(3)在液压系统合适部位设置合适的过滤器，并定期检查、清洗或更换。,.,(4)控制工作介质的温度，工作介质温度过高会加速其氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。(5)定期检查和更换工作介质，定期对液压系统的工作介质进行抽样检查，分析其污染度，如已不合要求，必须立即更换。,第二节液体静力学,一、静压力（或压力）及其性质静止液体：液体内部质点与质点无相对运动单位面积上所受的力液体静压力有两个重要性质：液体静压力垂直于作用面，其方向永远沿着作用面的法线方向。在静止液体中任意一点的静压力在各个方向上均相等。,二、在重力作用下静止液体中的压力分布,、静压力由两部分组成：液面上的压力和液柱重量；静止液体内的压力沿深度呈直线分布；离液面深度相同处各点的压力都相等，压力相等的所有点组成等压面。,三、压力的表示方法及单位,绝对压力=相对压力+大气压力真空度=大气压力-绝对压力单位：,例1-1,已知油液的密度求压力为1bar时的油柱高度。解：,例如图a)所示，型管测压计内装有水银，其左端与装有水的容器相连，右端开口与大气相通。已知：h=20cm,h1=30cm,水银密度。计算点的相对压力和绝对压力,四、帕斯卡原理-静压传递原理,液压系统中的工作压力决定于外负载。,五、液体对固体壁面上的作用力,曲面上液压作用力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。,液压力作用在曲面上的力,例1-3某压力阀应在油压时动作。已知钢球的最大直径，阀座孔直径，压力油顶开钢球溢油时有背压，求溢油时弹簧的压紧力为多少？,第三节流体动力学,一、基本概念1、理想液体、定常流动和一维流动理想液体：是指一种假想的没有粘性，不可压缩的液体。定常流动：是指液体运动参数仅是空间坐标的函数，不随时间变化，即在任何时间内，通过空间某一固定点的各液体质点的速度、压力和密度保持某一固定数值。一维流动：流动参量是一个坐标的函数的流动。严格来说，一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完全相同，但当管道截面积变化很缓慢，管道轴心线的曲率不大，管道每个截面取液流速度平均值时，可近似地按一维流动处理。,恒定流动非恒定流动,2.迹线、流线、流束和通流截面,迹线：流动液体的某质点在某时间间隔内在空间的运动轨迹。流线：某一瞬间在流动液体的流场内所作的一条空间几何曲线流束：通过某截面A上所有各点画出流线，这些流线的集合。通流截面：流束中与所有流线正交的截面。,、,3、流量及平均流速,流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积.（L/min）平均流速：是假想的液体运动速度，认为通流截面上所有各点的流速均等于该速度，以此流速通过通流截面的流量恰好等于以实际不均匀的流速所通过的流量。,二、流体的流动状态、雷诺数,（a）层流，指液体流动时，液体质点没有横向运动，互不混杂，呈线状或层状的流动,粘性力起主导作用.（c）湍流，指液体流动时，液体质点有横向流动（或产生小漩涡），作混杂紊乱的流动状态,惯性力起主导作用.（紊流）,由层流过度到湍流液体的速度叫上临界速度；由湍流过度到层流液体的速度叫下临界速度；中间阶段为过度状态，或称变流。按湍流处理。液体在圆管中流动是层流还是湍流与管内平均流速、管径及液体粘度有关。,层流和湍流是两种不同性质的流动状态。,层流时粘性力起主导作用，惯性力与粘性力相比不大，液体质点受粘性的约束，不能随意运动。湍流时惯性力起主导作用，液体质点在高速流动时，粘性不再能约束它。,雷诺数,对于非圆截面的管道：,例：正方形,三、连续性方程流动液体质量守恒定律,流量连续方程在不可压缩的定常流动的液流中，通过各截面的流量相等，或通流截面面积与平均流速成反比。,.,例1-5,如图示,液压泵以Q=25L/min的流量向液压缸供油，D=50mm,d=30mm,d1=d2=10mm,试求活塞的运动速度及油液在进、回油管中的流速。能否直接用连续性方程计算两油管中的流速？,1、理想流体的伯努利方程理想液体一维恒定的欧拉方程：伯努利方程：物理意义：理想的不可压缩液体在重力场中作定常流动时，沿流线各点的位能、压力能和动能之和是常数。,四、伯努利方程流动液体能量守恒定律,伯努利方程的物理意义为：,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成的能量，即压力能、势能和动能。三种能量的总和是一个恒定的常量，而且三种能量之间是可以相互转换的，即在不同的通流断面上，同一种能量的值会是不同的，但各断面上的总能量值都是相同的。,3、实际液体的伯努利方程,缓变流动：是指流束内的流线之间的夹角极小，几乎平行，通流截面总是垂直于流线。否则，称为急变流动。,缓变流动：如果在缓变流动的同一截面的不同位置上装几根测压管，则各测压管中的液面将上升到同一高度（近似值）即：,实际液体微小流束的伯努利方程,实际液体总流的伯努利方程,伯努利方程的适用条件为：,稳定流动的不可压缩液体，即密度为常数。液体所受质量力只有重力，忽略惯性力的影响。所选择的两个通流截面必须在同一个连续流动的流场中是渐变流（即流线近于平行线，有效截面近于平面）。而不考虑两截面间的流动状况。,4、伯努利方程应用举例,1-6计算从容器侧壁小孔喷射出来的射流速度。,1-8计算液压泵的吸油腔的真空度或液压泵允许的最大吸油高度,应用伯努利方程解决实际问题的条件,液体所受质量力只有重力；液体是连续的，不可压缩。常数；所选择的两个通流截面必须符合渐变流条件，且液体是稳定流动：层流、湍流；考虑两截面间的流动状态。,四、动量方程（定常流动）,动量方程是刚体力学中动量定理在流体力学中的应用。动量方程是用来分析流动液体与限制其流动的固体壁面间相互作用力的大小及其方向的。为以平均流速代替真实流速u的动量修正系数，紊流时取1，层流时取1.33。,例1-9计算下图所示液体对弯管的作用力。,1-4流动液体的流量压力特性,一、压力损失有两种：沿程损失、局部损失。沿程损失：指液体在管道中流动时因液体具有的粘性而产生的压力损失；局部损失：指由于管道突然变化、液流速度大小和方向突然改变等而引起的压力损失。,1、沿程损失,1）流速的分布规律,液体在直管作层流运动时，速度对称于圆管对称线并按抛物线规律分布。,2）通过管道的流量,管径对流量及压力损失影响很大,3）管道内平均流速,通流截面的平均流速为管子中心最大流速之半,4）沿程压力损失,流体在管道中的能量损失表现为流体压力损失，即下游的压力要小于上游的压力，其压力差值用来克服流动中的摩擦阻力.,2、局部压力损失,局部压力损失是当液流流过弯头，突然扩大或突然缩小的管路断面，以及阀门等各种局部障碍时，液流会发生撞击、脱流、旋涡等现象，因此产生的能量损失。局部损失一般通过实验来确定。局部损失系数仅与通流面积有关，与速度、粘性（或雷诺数）无关。,3、管路系统总能量损失,为了减少系统中的压力损失，管道中液体的流速不应过高，还应尽量减少截面变化和管道弯曲，管道内壁力求光滑，油液粘度适当。,二、流量公式,1、孔口流量公式（1）薄壁小孔的流量公式（）,油液流经薄壁小孔的流量q与小孔前后压差的平方根成正比，摩擦阻力作用极小，流量受粘度影响也很小，因而油温变化对流量影响也很小，并不易堵塞。适用与流量控制阀。（2）细长小孔流量公式（l/d大于4）加工方便，适合于固定节流孔用。,2、缝隙的流量公式,1-5液压冲击及空穴现象,一、液压冲击在液压系统中，管路内流动的液体常常会因很快地换向和阀门的突然关闭，在管路内形成一个很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击会引起振动和噪声，导致密封装置、管路和元件的损坏。有时还会使某些元件产生误动作，影响系统正常工作。1、管路内阀门迅速关闭时的液压冲击,2、运动部件制动时产生的液压冲击在液压系统中，当液压缸的排油管路被关闭以使高速运动的部件制动时，由于运动部件的惯性作用，也会引起液压冲击。采取措施：缓慢关闭阀门；缩短管子长度；限制管中液体的流速；在靠近液压冲击源处安装安全阀、蓄能器等装置。,二、空穴现象,在液压系统中，如果某一处的压力低于相应温度的饱和蒸汽压力时，液体就会加速气化，产生大量气泡。与此同时，原先溶解于液体中的空气也都游离出来，形成气泡。这种现象，称为空穴（气穴）现象。发生空穴后，将时管道或元件中的油液变为混有大量气泡的不连续状态。油液中逸出的气体的氧化作用，会使管壁和零件表面剥落，或出现海绵状的小洞穴（气穴）。,采取措施：,1、减小液流在间隙处的压力降，一般希望间隙前后压力比2、正确确定液压泵管径，对流速加以限制，降低吸油高度，对高压泵采取辅助泵供油。3、整个管路应尽可能做到平直，避免急弯和局部窄缝，配置要合理。,例1-10如图所示，液压泵从油箱吸油，吸油管直径d=6cm,流量q=150L/min,泵入口处的真空度为，油液的运动粘度，弯头部阻力系数，管道入口处的局部阻力系数，沿程损