液体静力学液体动力学.ppt

1、液体静力学液体动力学,液压流体力学,液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科。 液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律及其应用 液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律 管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动时的压力损失 孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据 液压冲击和气穴现象,液体静力学,静压力及其特性 静压力基本方程式 帕斯卡原理 静压力对固体壁面的作用力,静压力及其特性,液体的静压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。p=limF/A （A0） 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为 p =

2、F / A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。 液体静压力的特性 液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等,静压力基本方程式,静压力基本方程式 p=p0+gh 重力作用下静止液体压力分布特征： 压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力gh。 液体内的压力与液体深度成正比。 离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面。 静止液体中任一质点的总能量 p/g+h 保持不变，即能量守恒。 压力的表示法及单位,绝对压力 以绝对真空为基准进行度量 相对压力或表压力 以大气压为

3、基准进行度量 真空度 绝对压力不足于大气压力的那部分压力值 单位 帕 Pa ( N / m2,帕斯卡原理,图示是应用帕斯卡原理的实例 作用在大活塞上的负载F1形成液体压力 p= F1/A1 为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力 F2= pA2= F1A2/A1 由此可得 液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。 液体内的压力是由负载决定的,在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理。也称为静压传递原理,静压力对固体壁面的作用力,液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用 当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力 F = p A ，

4、方向垂直于该平面。 当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上的总作用力 F = p Ax ， Ax 为曲面在该方向的投影面积,液体动力学,主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。 基本概念 流量连续性方程 伯努利方程 动量方程,液体动力学基本概念,理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 恒定流动 液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流动或非时变流动,通流

5、截面 垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。 流量 单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单位为 m3 / s 或 L/min。 平均流速 实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为v=q/A,流量连续性方程,流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式,液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，即： 1v1 A1 = 2v2 A2 不考虑液体的压缩性则得 q = v A = 常量,流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面

6、积成反比,伯努利方程,理想流体的伯努利方程 p1 /g + Z1 + v12 / 2g = p2 /g + Z2 + v22 / 2g 在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。 实际流体的伯努利方程 p1/g + Z1+1v12/ 2g = p2 /g+ Z2+2 v22/ 2g + hw 实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw 为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。 用平均流速替代实际流速， 为动能修正系数,伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。 液体在管内作恒定流动，任取两个截面1、2，有,伯努利方程应用

7、举例,如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知 A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水,解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程 p1/g + v12/2g = p2/g + v22/2g 补充辅助方程 p1 = pagh p2=pa v1A1=v2A2 代入得 h+v12/2g = (v1/4)2/2g v1 = (32gh/15)1/2 q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1,动量方程,动量方程是动量定理在流体力学中的具体应用，用来计算流动液体作用在限制其流动的固体壁面上的总作用力。 F = （m u）/t = q（u2 - u1）

8、 作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体的动量之差。 应用动量方程注意：F、u是矢量；流动液体作用在固体壁面上的力与作用在液体上的力大小相等、方向相反。 例：求液流通过滑阀时，对阀芯的轴向作用力的大小,F = q（v2 cos2 - v1cos1） 液流有一个力图使阀口关闭的力，这个力称为液动力。 F =-F =qv1cos,气动基本回路与常用回路,气动系统一般由最简单的基本回路组成。虽然基本回路相同，但由于组合方式不同，所得到的系统的性能却各有差异。因此，要想设计出高性能的气动系统，必须熟悉各种基本回路和经过长期生产实践总结出的常用回路,气动基本回路 压

9、力和力控制回路 换向回路 速度控制回路 位置控制回路 基本逻辑回路,气动常用回路 安全保护回路 同步动作回路 往复动作回路 记数回路 振荡回路,压力控制回路,一次压力控制回路 电接触式压力表根据贮气罐压力控制空压机的起、停，一旦贮气罐压力超过一定值时，溢流阀起安全保护作用。 简单压力控制回路 采用溢流式减压阀对气源实行定压控制,高低压控制回路由多个减压阀控制，实行多个压力同时输出,高低压切换回路 利用换向阀和减压阀实现高低压切换输出,过载保护回路 正常工作时，阀1 得电，使阀2 换向，气缸活塞杆外伸。如果活塞杆受压的方向发生过载，则顺序阀动作，阀3 切换，阀2 的控制气体排出，在弹簧力作用下换

10、至图示位置，使活塞杆缩回,力控制回路,串联气缸回路 通过控制电磁阀的通电个数，实现对分段式活塞缸的活塞杆输出推力的控制,气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执行元件的受力面积来增加输出力,采用气液增压器的增力回路 利用气液增压器1 把较低的气压变为较高的液压力，提高了气液缸2 的输出力,冲击气缸回路 阀1 得电，冲击气缸下腔由快速排气阀2 通大气，阀3 在气压作用下切换，气罐4 内的压缩空气直接进入冲击气缸，使活塞以极高的速度运动，该活塞所具有的动能转换成很大的冲击力输出，减压阀5 调节冲击力的大小,换向回路,单作用气缸换向回路 用三位五通换向阀可控制单作用气缸伸、缩、任意位置停止,双作用

11、气缸换向回路 用三位五通换向阀除控制双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止,速度控制回路,气动系统功率不大，主要用节流调速的调速方法,气阀调速回路 单作用气缸调速回路 用两个单向节流阀分别控制活塞杆的升降速度,排气节流阀调速回路 通过两个排气节流阀控制气缸伸缩的速度,缓冲回路 活塞快速向右运动接近末端，压下机动换向阀，气体经节流阀排气，活塞低速运动到终点,单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔通过快速排气阀排气,气液联动速度控制回路 由于气体的可压缩性，运动速度不稳定，定位精度不高。在气动调速、定位不能满足要求的场合，可采用气液联动,气液缸并联且有中间位置停止的变速回路 气缸活塞杆端滑

12、块空套在液压阻尼缸活塞杆上，当气缸运动到调节螺母 6 处时，气缸由快进转为慢进。液压阻尼缸流量由单向节流阀2 控制，蓄能器能调节阻尼缸中油量的变化,气液缸串联变速回路 当活塞杆右行到撞块A 碰到机动换向阀后开始作慢速运动。改变撞块的安装位置，即可改变开始变速的位置,气液缸串联调速回路 通过两个单向节流阀，利用液压油不可压缩的特点，实现两个方向的无级调速，油杯为补充漏油而设,位置控制回路,采用串联气缸定位 气缸由多个不同行程的气缸串联而成。换向阀1、2、3依次得电和同时失电，可得到四个定位位置,任意位置停止回路 当气缸负载较小时，可选择图a 所示回路，当气缸负载较大时，应选择图b 所示回路。当停

13、止位置要求精确时，可选择前面所讲的气液阻尼缸任意位置停止回路,基本逻辑回路,安全保护回路,双手操作回路 只有同时按下两个启动用手动换向阀，气缸才动作，对操作人员的手起到安全保护作用。应用在冲床、锻压机床上,互锁回路 该回路利用梭阀1、2、3 和换向阀4、5、6 实现互锁，防止各缸活塞同时动作，保证只有一个活塞动作,同步动作回路,简单的同步回路 采用刚性零件把两尺寸相同的气缸的活塞杆连接起来,采用气液组合缸的同步回路 利用两液压缸油路串联，来保证在负载F1、F2 不相等时也能使工作台上下运动同步。蓄能器用于换向阀处于中位时为液压缸补充泄漏,单往复动作回路 按下手动阀，二位五通换向阀处于左位，气缸

14、外伸；当活塞杆挡块压下机动阀后，二位五通换至右位，气缸缩回，完成一次往复运动,连续往复动作回路 手动阀1 换向，高压气体经阀3 使阀2换向，气缸活塞杆外伸，阀3 复位，活塞杆挡块压下行程阀4 时，阀2 换至左位，活塞杆缩回，阀4 复位，当活塞杆缩回压下行程阀3 时，阀2 再次换向，如此循环往复,往复动作回路,记数回路,由气动逻辑元件组成的一位二进制记数回路 设原始状态双稳SW1的“0”端有输出s0，”1”端无输出。其输出反馈使禁门J1有输出，J2无输出。因此，双稳SW2的“1”端有输出，“0”端无输出。当有脉冲信号输入给与门时，y1有输出并切换SW1至“1”端，使s1有输出。当下一个脉冲信号输入时，又使SW1呈现s0输出状态，就这样使SW1交替输出，起到分频计数的作用,由气阀组成的二进制记数回路,假定初始状态为图示状态，第一次按下手动阀1，高压气体经阀2、阀3 到达阀4 右侧，使阀4 切换至右位，s1 输出，第20 位输出为1。与此同时，阀3 也被切换至右位，但此时阀3、4 的右侧都处于加压状态，因此阀4 仍维持s1 输出状态。当松开阀1，或经过一段时间后，单向节流阀7 后的压力升到一定值使阀2 换向，单向阀5、6 将随之开启，使阀3、4 的左右两侧的空气经阀