第二章液压流体力学基础

1、第二章第二章 液压流体力学基础液压流体力学基础 2、1 液压油液压油 2、2 液体静力学液体静力学 目的任务目的任务 了解油液性质、静压特性、方程、传递规律了解油液性质、静压特性、方程、传递规律 掌握静力学基本方程、压力表达掌握静力学基本方程、压力表达 式和结论式和结论 重点难点重点难点 液压油的粘性和粘度液压油的粘性和粘度 粘温特性粘温特性 静压特性静压特性 压力形成压力形成 静力学基本方程静力学基本方程 提问作业提问作业 1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？ 2、液压传动系统的组成和作用各是什么？、液压传动系统的组成和作用各是什么？ 液压油液压

2、油 2、1、2 对液压油的要求及对液压油的要求及选用选用 2、1、1 液压油的物理性质液压油的物理性质 2、1、1 液压油的物理性质液压油的物理性质 一一 液体的密度液体的密度 二二 液体的粘性液体的粘性 三 液体的可压缩液体的可压缩 四四 其他性质其他性质 液体的密度液体的密度 密度密度单位体积液体的质量单位体积液体的质量 =m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化密度随着温度或压力的变化 而变化，但变化不大，通常忽略，而变化，但变化不大，通常忽略， 一般取一般取=900kg/m 3的大小。的大小。 粘性的物理本质 液体在外力作用下流动时液体在外力作用下流动时,由于液体分由于液体分 子间

3、的内聚力和液体分子与壁面间的附着子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着 力力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩导致液体分子间相对运动而产生的内摩 擦力擦力,这种特性称为粘性这种特性称为粘性. 或或: 流动液体流层之间产生内部摩擦阻流动液体流层之间产生内部摩擦阻 力的性质力的性质. 粘性的物理本质粘性的物理本质 内摩擦力表达式内摩擦力表达式 f = a du/dy 液体静止时液体静止时,du/dy = 0 静止液体不呈现粘性静止液体不呈现粘性 动画演示动画演示 牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律 液层间的内摩擦力与液层接触液层间的内摩擦力与液层接触 面积及液层之间的速度成正比。面积及液层之间的

4、速度成正比。 粘 度 衡量粘性大小的物理量衡量粘性大小的物理量 粘度 动力粘度动力粘度 运动运动粘度粘度 相对粘度相对粘度0e 动力粘度 公式公式: =f/a=du/dy（n/m2） =dy/du （ns/m2） 动力粘度物理意义 液体在单位速度梯度下流动时，液体在单位速度梯度下流动时， 接触液层间单位面积上内摩擦力接触液层间单位面积上内摩擦力。 动力粘度单位 国际单位（国际单位（si制）中：制）中： 帕帕秒（秒（pas）或牛顿）或牛顿秒秒/米米2（ns/m2）；）； 以前沿用单位（以前沿用单位（cgs制）中：制）中： 泊（泊（p）或厘泊（）或厘泊（cp） 达因达因秒秒/厘米厘米2dyns/c

5、m2） 换算关系：换算关系： 1pas = 10p =103 cp 运动粘度 动力粘度与液体密度之比值动力粘度与液体密度之比值 运动粘度公式 = / （m2/s） 运动粘度物理意义 无无 （只是因为只是因为/在流体力学中经常出现在流体力学中经常出现 用用代替（代替（/） 运动粘度单位 si制：制： m2/s cgs制：制： st（斯）、（斯）、 cst（厘斯）（厘斯） （cm2/s） （mm2/s） 换算关系：换算关系：1m2/s = 104st =106 cst 运动粘度单位说明 单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。 称运动粘度，常用于液压油牌号标注称

6、运动粘度，常用于液压油牌号标注 液压油牌号标注 老牌号老牌号20号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在50c 时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为20 cst。 新牌号新牌号lhl32号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在 40c时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32cst。 相对粘度相对粘度0e 、不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算 常用相对粘度常用相对粘度 相对粘度（条件粘度） 恩氏度0e 中国、德国、前苏联等用 赛氏秒ssu 美国用 雷氏秒r 英国用 巴氏度0b 法国用 换算关系 恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系 =（7、310

7、e-6、31/0e）10-6 液体的可压缩性定义液体的可压缩性定义 液体受压力作用而发生体积缩小性质。液体受压力作用而发生体积缩小性质。 液体的体积压缩系数定义液体的体积压缩系数定义 定义：定义： 体积为体积为v的液体，当压力增大的液体，当压力增大 p时，体积减小时，体积减小v,则液体则液体 在单位压力变化下体积的相在单位压力变化下体积的相 对变化量对变化量。 液体的体积压缩系数公式液体的体积压缩系数公式 = - v / p v = （5-7）x10-10 m2/n 液体的体积压缩系数物理意义液体的体积压缩系数物理意义 单位压力所引起液体体积的变化单位压力所引起液体体积的变化 p v 为保证为

8、保证为正值，式中须加负号为正值，式中须加负号 液体的体积弹性模数定义液体的体积弹性模数定义 液体压缩系数的倒数液体压缩系数的倒数 液体的体积弹性模数公式 k = 1/= - p v /v 液体的体积弹性模数物理意义 表示单位体积相对变化量所需要的压力增 量，也即液体抵抗压缩能力的大小。 一般认为油液不可压缩（因压缩性很小）， 计算时取： k = （1、4-1、9）*109 n/m2 若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。 液体的其它性质液体的其它性质 1、粘度和压力的关系粘度和压力的关系 p，f， 随随p而而，压力较小时，压力较小时 忽略，忽略，32mpa以上才考虑以上才考虑 液体

9、的其它性质液体的其它性质 2、粘度和温度的关系 温度，内聚力， 粘度随温度变化的关系叫粘 温特性，粘度随温度的变化 较小，即粘温特性较好。 2、1、2 对液压油的要求及选用对液压油的要求及选用 对液压油的要求对液压油的要求 液压油的选择液压油的选择 液压油的任务液压油的任务 工作介质工作介质传递运动和动力传递运动和动力 润滑剂润滑剂 润滑运动部件润滑运动部件 对液压油的要求对液压油的要求 （1）合适的粘度和良好的粘温特性；）合适的粘度和良好的粘温特性； （2）良好的润滑性；）良好的润滑性； （3）纯净度好，杂质少；）纯净度好，杂质少； （4）对系统所用金属及密封件材）对系统所用金属及密封件材

10、料有料有 良好的相容性。良好的相容性。 对液压油的要求对液压油的要求 （5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长； （6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小； （7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和 燃点高，流动点和凝固点低。燃点高，流动点和凝固点低。 （凝点（凝点 油液完全失去其流动性的最高温度）油液完全失去其流动性的最高温度） （8）对人体无害，对环境污染小，成本低，）对人体无害，对环境污染小，成本低， 价格便宜价格便宜 总之：粘度是第一位的总之：

11、粘度是第一位的 液压油的选择液压油的选择 1 选择液压油品种选择液压油品种 2 选择液压油粘度选择液压油粘度 液压油的类型液压油的类型 机械油机械油 精密机床液压油精密机床液压油 气轮机油气轮机油 变压器油等变压器油等 液压油选择液压油选择 首先根据工作条件首先根据工作条件 （v、p 、t）和元件类型）和元件类型 选择油液品种，然后根据粘度选择牌号选择油液品种，然后根据粘度选择牌号 慢速、高压、高温：慢速、高压、高温：大（以大（以q） 通常通常 快速、低压、低温：快速、低压、低温：小（以小（以p） 2、2 液体静力学液体静力学 研究内容研究内容：研究液体处于静止状态的力：研究液体处于静止状态的

12、力 学规律和这些规律的实际应用。学规律和这些规律的实际应用。 静止液体 指液体内部质点之间没有相对 运动，至于液体整体完全可以 象刚体一样做各种运动。 2、2 液体静力学液体静力学 2、2、1 液体的静压力及特性液体的静压力及特性 2、2、2 液体静力学基本方程式液体静力学基本方程式 2、2、3 压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位 2、2、4 静压传递原理静压传递原理 2、2、5 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力 液体的静压力及特性液体的静压力及特性 质量力（重力、惯性力）质量力（重力、惯性力） 作用于液体作用于液体 的所有质点的所有质点 作用于液体上的力作用于液体上的力 表

13、面力（法向力、切向力、其它物体或表面力（法向力、切向力、其它物体或 容器对液体、一部分液体作用容器对液体、一部分液体作用 于令一部分液体等）于令一部分液体等）作用于作用于 液体的表面液体的表面 液体的静压力定义 液体单位面积上所受的法向力，物理液体单位面积上所受的法向力，物理 学中称压强，液压传动中习惯称压力。学中称压强，液压传动中习惯称压力。 液体静压力特性液体静压力特性 （1）垂直并指向于承压表面）垂直并指向于承压表面 液体在静止状态下不呈现粘性液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有内部不存在切向剪应力而只有 法向应力法向应力 （2）各向压力相等）各向压力相等 有一向压力不

14、等，液体就会流动有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等各向压力必须相等 液体静力学基本方程液体静力学基本方程 例：计算静止液体内任意点例：计算静止液体内任意点a处的压力处的压力p pda = p0da+g = p0da+ghda p = p0+gh h g p p0 a da 重力作用下静止液体压力分布特征重力作用下静止液体压力分布特征 （1）静止液体中任一点处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分 液面压力液面压力p0 组成组成 pa p = pa p pa p = 0 2、2、4 静压传递原理静压传递原理 帕斯卡原理（静压传递原理帕斯卡原理（静压传递原理） 液压系统压力形

15、成液压系统压力形成 帕斯卡原理（静压传递原理） 在密闭容器内，液体表面的压力 可等值传递到液体内部所有各点。 根据帕斯卡原理： p = f/a 液压系统压力形成液压系统压力形成 p = f/a f = 0 p = 0 f p f p 结论：液压系统的工作压力取决于负载，结论：液压系统的工作压力取决于负载， 并且并且 随着负载的变化而变化。随着负载的变化而变化。 f a 2、2、5 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面

16、上的总作用力 p = pa 如：液压缸，若设活塞直径为如：液压缸，若设活塞直径为d,则则 p = pa = pd2/4 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 fx = pax 结论：曲面在某一方向上所受的作用力，结论：曲面在某一方向上所受的作用力， 等于液体压力与曲面在该方向的等于液体压力与曲面在该方向的 垂直投影面积之乘积。垂直投影面积之乘积。 3、4 柱塞泵柱塞泵 3、5 液压泵常见故障及其排除方法液压泵常见故障及其排除方法 3、6 液压马达液压马达 3、7 液压泵的选用液压泵的选用 目的任务目的任务 重点难点重点难点 提问作业提问作业

17、 目的任务目的任务 了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较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，泵选用掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用 重点难点重点难点 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 液压马达工作原理、参数计算液压马达工作原理、参数计算 液压泵性能比较液压泵性能比较 提问作业提问作业 1 yb型泵是否有困油现象？为什么？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齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么 压力？为什么？压力？为什么？ 3、4 柱塞泵柱塞泵 原原 理理 特特 点点 分分 类类 3、4 柱塞泵柱塞泵 3、4、1 轴向柱塞泵的工作

18、原理轴向柱塞泵的工作原理 3、4、2 轴向柱塞泵的流量计算轴向柱塞泵的流量计算 3、4、3 斜盘式轴向柱塞泵的结构斜盘式轴向柱塞泵的结构 柱塞泵工作柱塞泵工作原理原理 靠柱塞在缸体内的往复运动，靠柱塞在缸体内的往复运动， 使密封容积变化实现吸压油。使密封容积变化实现吸压油。 柱塞泵特点特点 圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好 有如下特点有如下特点 （1）工作压力高）工作压力高 ，效率高。，效率高。 （2）易于变量）易于变量 （3）流量范围大）流量范围大 柱塞泵柱塞泵分类分类 *斜盘式斜盘式 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 按柱塞排列方式按柱塞排列方式 斜轴式

19、斜轴式 径向柱塞泵径向柱塞泵 3、4、1 轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理 特特 征征 组组 成成 工作原理工作原理 轴向柱塞泵特征轴向柱塞泵特征 柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线 轴向柱塞泵的组成轴向柱塞泵的组成 配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等 结构图动画结构图动画 轴向柱塞泵工作原理轴向柱塞泵工作原理 v密 密形成 形成柱塞和缸体配合而成柱塞和缸体配合而成 右半周，右半周，v密 密增大，吸油 增大，吸油 v密 密变化，缸体逆转 变化，缸体逆转 左半周，左半周，v密 密减小，压油 减小，压油 吸压油口隔开吸压油口隔开配油盘上的封油

20、区及缸体配油盘上的封油区及缸体 底部的通油孔底部的通油孔 轴向柱塞泵轴向柱塞泵变量原理 = 0 q = 0 大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化方向变化，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轴向柱塞泵的流量计算 排排 量量 流流 量量 轴向柱塞泵的排量轴向柱塞泵的排量 若柱塞数为若柱塞数为z，柱塞直径为，柱塞直径为d， 柱塞孔的分布圆直径为柱塞孔的分布圆直径为d， 斜盘倾角为斜盘倾角为， 则柱塞的行程为：则柱塞的行程为：h=dtan 故缸体转一转，泵的排量为：故缸体转一转，泵的排量为： v

21、= zhd2/4 = d2 zd(tan)/4 轴向柱塞泵流量轴向柱塞泵流量 理论流量：理论流量：qt=vn=d (tan)zd2 /4 实际流量：实际流量：q = qtpv =d (tan)zpvd2/4 结结 论论 1) qt = f (几何参数、几何参数、 n、) 2） n=c，= 0 ， q = 0 大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化方向变化，输油方向变化 轴向柱塞泵可作双向变量泵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斜盘式轴向柱塞泵的结构 1 cy141轴向柱塞泵主体轴向柱塞泵主体 2 cy141轴向柱塞泵变量机构轴向柱塞泵变量

22、机构 cy141轴向柱塞泵主体轴向柱塞泵主体 中心弹簧机构中心弹簧机构 a 滑靴和斜盘滑靴和斜盘 b 柱塞和缸体柱塞和缸体 动画演示动画演示 中心弹簧机构中心弹簧机构 使泵具有自吸性能使泵具有自吸性能 中心弹簧中心弹簧 提高容积效率提高容积效率 中心弹簧中心弹簧 缸体端面间隙的自动补偿缸体端面间隙的自动补偿 缸体底部通油孔缸体底部通油孔p 缸体端面间隙的自动补偿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，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。补偿端面间隙，提高了容积效率。 a 滑靴和

23、斜盘滑靴和斜盘 b 柱塞和缸体柱塞和缸体 球形头部球形头部和斜盘接触为点和斜盘接触为点 接触，接触应接触，接触应 柱塞头部结构柱塞头部结构 大，易磨损。大，易磨损。 滑靴结构滑靴结构和斜盘接触为面和斜盘接触为面 接触，大大降低接触，大大降低 了磨损。了磨损。 cy141轴向柱塞泵变量机构轴向柱塞泵变量机构 *手动手动转动手轮控制斜盘，转动手轮控制斜盘， 改变倾角即可。改变倾角即可。 变量机构变量机构 自动自动 动画演示动画演示 3、5 液压泵常见故障及其排除方法液压泵常见故障及其排除方法 见表3、5、1 3、6 液压马达液压马达 3、6、1 液压马达的工作原理液压马达的工作原理 3、6、2 液

24、压马达主要参数液压马达主要参数 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液压马达的工作原理 作用作用 和液压泵的区别和液压泵的区别 分类分类 液压马达作用液压马达作用 将液体的压力能转换为旋转形式的将液体的压力能转换为旋转形式的 机械能而对负载作功。机械能而对负载作功。 液压马达和液压泵的区别液压马达和液压泵的区别 作用上作用上相反相反 和液压泵的区别和液压泵的区别 结构上结构上相似相似（略有差别）（略有差别） 原理上原理上互逆互逆 液压马达液压马达分类 按照转速分按照转速分 按照排量能否调节按照排量能否调节 按照输油方向能否改变按照

25、输油方向能否改变 按照输出转矩是否连续按照输出转矩是否连续 按照转速分按照转速分 高速高速额定转速大于额定转速大于500r/min 低速低速额定转速小于额定转速小于500r/min 按照排量能否调节按照排量能否调节 定定 量量 变变 量量 按照输油方向能否改变按照输油方向能否改变 单单 向向 双双 向向 按照输出转矩是否连续按照输出转矩是否连续 旋转式旋转式 摆动式摆动式 液压马达工作原理液压马达工作原理 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, 斜盘则对斜盘则对 柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个 轴向分力轴向分力 fx =d2p/4 分力分力 径向分力径向分力 fy=/4d2ptan fx与液压力平衡，与液压力平衡，fy对缸体中心产生转矩，对缸体中心产生转矩， 使缸体带动马使缸体带动马 达轴旋转。达轴旋转。 3、6、2 液压马达主要参数液压马达主要参数 转矩和机械效率转矩和机械效率 转速和容积效率转速和容积效率 3、6、2 液压马达主要参数液压马达主要参数 泵泵输出输