《气液压控制》教案2(03.04).ppt

液压传动的基本知识,目录,1.液压油的特性,液压油的特性,1.密度均质液体中单位体积所具有的质量:其中：m-液体的质量；V-液体的体积液体的密度随温度和压力的变化而变化，但影响很小，可以忽略。液压油计算时取=900kg/m3,2可压缩性,在温度不变条件下，液压油的体积将随压力的增高而减小的性质。（1）体积压缩系数:,即单位压力变化下的体积相对变化量,油的可压缩性很小，可以忽略，认为液体是不可压缩的。,3抗压性,V0一定，在同样p下，K越大,V越小说明K越大，液体的抗压能力越强矿物油K=(1.42.0)109N/m2钢K=2.061011N/m2油=100150,4粘性,(1)粘性的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檫力，它使液体各层间的运动速度不等，这种现象叫做液体的粘性。静止液体不呈现粘性,（2）牛顿内摩擦定理,下板固定上板以u0运动A点：u=0B点：u=u0两板之间液流速度逐渐减小,粘性示意图,动画示意图,牛顿内摩擦定理,式中：Ff液体流动时，相邻液体层间的内摩擦力粘性系数，与液体的种类和温度有关A液层接触面积du/dy速度梯度,静止液体du0不呈现粘性,牛顿内摩擦定律,切应力:,（3）粘性,三种表示方法：,2)运动粘度,单位：Pa.S（帕秒）,单位：m2/s,1)动力粘度,3)条件粘度,1）动力粘度,单位：帕斯卡.秒（Pa.s）泊（P）1P=1dyn.s.cm-21Pa.s=10P=103cP,动力粘度物理意义：液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力,2）运动粘度,机械油的牌号：表示这种油在40时以mm2/s为单位的运动粘度的平均值。例如YAN32中YA是普通液压油，N32表示40时油的平均运动粘度为32mm2/s。,运动粘度单位：1m2/s=104St=106cSt(=106mm2/s)拖(cm2/s)厘拖(mm2/s),3）相对粘度（恩氏粘度）,式中：t1油流出的时间t220OC蒸馏水流出时间,恩氏粘度与运动粘度的换算关系,通常以20、50、100OC作为标准测定温度，记为：,4）粘度对压力的关系,压力对粘度的影响不大，一般情况下，特别是压力较低时，可不考虑。,(5)粘度与温度的关系,影响：大，阻力大，能耗小，油变稀，泄漏限制油温：T，加冷却器T，加热器,T,p,粘温图,油液的主要物理性质,对液压油的要求,1.合适的粘度，粘温性好2.润滑性能好3.杂质少4.相容性好5.稳定性好6.抗泡性好、防锈性好7.凝点低,闪点、燃点高8.无公害、成本低,液压油液的选择（1）优先考虑粘性=11.541.3cSt即20、30、40号机械油（2）按工作压力p高，选大；p低，选小（3）按环境温度T高，选大；T低，选小（4）按运动速度v高，选小；v低，选大（5）其他环境（污染、抗燃）经济（价格、使用寿命）特殊要求（精密机床、野外工作的工程机械）,静力学基础,静止液体：液体内质点间无相对运动、不呈现黏性的液体,流体静力学是研究平衡流体（包括：流体对地球无相对运动和流体对运动容器无相对运动）的力学规律及其应用。,由于平衡流体之间无相对运动，流体的粘性不起作用。所以，流体静力学中所得出的结论，对于理想流体和粘性流体都适用。理论不需要实验修正。,静压力及其定义,按作用方式，平衡流体上的作用力有：,质量力：与流体质量大小有关并且集中在液体质点上的力称为质量力。表面力：与表面面积有关而且分布作用在流体表面上的力称为表面力。,1.静压力的定义,表面力是由与分离体相接触的其它物体的作用产生的针对流体的作用。,表面力按其作用方向可分为两种：沿表面内法线方向的压力、沿表面切向的摩擦力。对于处于平衡状态的流体，切向摩擦力为零，只有沿受压面内法线方向的流体静压力。,静压力（简称压力）：指液体处于相对静止时，单位面积上所受的法向作用力。,如果法向力均匀地作用在面积上，压力表示为：,静压力的特性,表面力按其作用方向可分为两种：沿表面内法线方向的压力、沿表面切向的摩擦力。对于处于平衡状态的流体，切向摩擦力为零，只有沿受压面内法线方向的流体静压力。,静压力（简称压力）：指液体处于相对静止时，单位面积上所受的法向作用力。,如果法向力均匀地作用在面积上，压力表示为：,重力场中连续、均质、不可压缩流体的静压强基本方程式：,流体静压强基本方程式表明：,（1）静止液体内任一点处的压力为液面压力和液柱重力所产生的压力之和。,（3）深度相同处各点的压力都相等。,等压面：压力相同点组成的面叫作等压面,在重力作用下静止液体中的等压面是水平面。,帕斯卡原理,在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以相等的数值传递到液体各点，这就是静压传递原理，即帕斯卡原理。,作用在平面上压力的方向互相平行，总作用力F等于静压力p与承压面积A的乘积。,即：FpA,液体动力学基础,一、基本概念1.理想液体和实际液体理想液体：既无粘性，又无压缩性的假想液体。实际液体：既有粘性，又有压缩性的真实液体。2.定常流动和非定常流动定常流动：液体的运动参数只随位置变化，与时间无关。也称恒定流动。非定常流动：液体的运动参数不仅随位置变化，而且与时间有关。也称非恒定流动。,定常非定常动画,3.流线、流束、过流截面流线：某一瞬时液流中标志其各处质点运动状态的曲线，在流线上各点的瞬时速度方向与该点的切线方向重合。流线的性质：稳定流动时，流线形状不随时间变化。流线不能相交，也不能转折。流线是连续光滑的曲线。,通流截面：流束中与所有流线正交的截面。流线彼此平行的流动称为平行流动；流线间的夹角很小，或流线的曲率半径很大的流动称为缓变流动（相反情况便是急变流动）。前两者的通流截面均认为是平面，急变流动的过流截面是曲面。,流束：面积A上所有各点的流线的集合。流束内外流线均不能穿越流束表面。面积A无限小时的流束，称为微小流束。,4.流量和平均流速流量：单位时间内通过流束过流截面的液体体积。平均流速：流量与通流截面之比。,液体流动的连续性方程,理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。质量守恒定律在流体力学中的应用,液体流动的连续性方程,单位时间内流入控制体积的质量：单位时间内流出控制体积的质量：,设：不可压缩流体在非断面管中作定常流动。,过流断面1和2的面积分别为A1和A2，平均流速分别为V1和V2，,在定常流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相等的，而且液体的平均流速与管道的过流截面积成反比。,说明：,对于稳定流动，不可压缩液体，为常数：,液体流动的伯努利方程,理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。能量守恒定律在流体力学中的应用,伯努利方程,在一维流动的情况下，根据牛顿第二定律，有：,1.理想液体一元定常流动的运动微分方程,伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表示,定常流动,整理得理想液体一元定常流动的运动微分方程，也叫欧拉方程。,2理想液体的伯努利方程,将欧拉方程两边同乘以ds，并从截面1积分到截面2两边同除以g，移项整理得,对于稳定流动，故上式变为理想液体微小流束的伯努利方程。,Z:单位重量液体所具有的位能，称为比位能(位置水头)。P/g:单位重量液体所具有的压力能，称为比压能（压力水头）。u2/2g:单位重量液体所具有的动能，称为比动能（速度水头）。Z+P/g+u2/2g:单位重量液体所具有的总能量，称为总比能（总水头）。,方程的物理（能量）意义：,能量意义：管内作定常流动的理想液体，在任意截面上，液体的总比能保持不变，但比位能、比压能、比动能可以相互转换。,实际液体的伯努利方程,:动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能，与按截面上平均流速计算的动能之比（层流时=2，紊流时=1）:单位重量液体所消耗的能量,应用使得注意事项,（1）断面1、2需顺流向选取（否则hw为负值），且应选在缓变的过流断面上。（2）断面中心在基准面以上时，z取正值；反之取负值。通常选取特殊位置的水平面作为基准面。,动量方程,动量定律指出：作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上的动量变化率，即动量定理在流体力学中的应用,由于液体做定常流动，控制体积内在dt时间内控制体积中液体质量的动量变化，为两微小单元II-II1和I-I1液体的动量之差，而在I1-II1之间所围液体的动量没有变化。,沿程压力损失,定义:液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用，而产生的压力损失。,内摩擦因粘性，液体分子间摩擦摩擦4)的流动,薄壁小孔的流量计算,称为小孔流量系数通过薄壁小孔的流量与液体粘度无关，因而流量受液体温度影响较小.但流量与孔口前后压差的关系是非线性的,细长小孔的流量计算,是细长小孔的通流截面积液体流经细长小孔的流量将随液体温度的变化而变化。但细长小孔的流量与孔前后的压差关系是线性的,液压冲击和空穴现象,概念在液压系统中，由于某种原因使液体压力突然产生很高的峰值，这种现象称为液压冲击。原因液压冲击的产生多发生在阀门突然关闭或运动部件快速制动的场合。这时液体的流动突然受阻，液体的动能瞬间转换为压力能，使压力突然升高，从而产生了压力冲击波。这种冲击波迅速往复传播，最后由于液体受到摩擦力作用而衰减。如图所示为液压缸制动时由于惯性而产生的冲击。,液压冲击,危害发生液压冲击时，由于瞬间的压力峰值比正常的工作压力大好几倍，因此对密封元件、管道和液压元件都有损坏作用，还会引起设备振动，产生很大的噪声。液压冲击经常使压力继电器、顺序阀等元件产生误动作。减小压力冲击的措施：1.尽量延长阀门关闭运动部件制动换向的时间2.在冲击源附近设置安全阀或蓄能器；3.采用橡胶软管；4.如果换向精度要求不高，可使液压缸两腔油路，在换向阀回到中位时瞬时互通。,空穴现象,概念与原因流动的液体，如果压力低于其空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，从而导致液体中充满大量的气泡，这种现象称为空穴现象。如果液体的压力进一步降低，低到饱和蒸气压时，液体本身将汽化，产生更多的蒸气泡，使空穴