缝隙流动、液压冲击和气穴现象y

1、缝隙流动缝隙流动缝隙流动缝隙流动-泄漏泄漏l 液压元件内各零件间有相对运动，必须要有适当间隙。液压元件内各零件间有相对运动，必须要有适当间隙。l 间隙过大，会造成泄漏；间隙过小，会使零件卡死。间隙过大，会造成泄漏；间隙过小，会使零件卡死。内泄漏内泄漏:的损失转换为热能，使油温升高，的损失转换为热能，使油温升高，外泄漏外泄漏:污染环境，两者均影响系统的性能与效率，污染环境，两者均影响系统的性能与效率，缝隙流动缝隙流动-泄漏泄漏l 泄漏是由泄漏是由压差和间隙压差和间隙造成的。造成的。l 压差造成的流动称压差造成的流动称压差流动压差流动，l 相对运动造成的流动称相对运动造成的流动称剪切流动剪切流动，

2、l 在压差与剪切同时作用下的流动。在压差与剪切同时作用下的流动。l 间隙中的流动一般为层流，间隙中的流动一般为层流，l 研究液体流经间隙的泄漏量、压差与间隙量之间的关系，对提高元件研究液体流经间隙的泄漏量、压差与间隙量之间的关系，对提高元件性能及保证系统正常工作是必要的。性能及保证系统正常工作是必要的。缝隙流动缝隙流动l 1、平行平板的间隙流动、平行平板的间隙流动:如下情况如下情况 l 固定平行平板间隙流动（压差流动）固定平行平板间隙流动（压差流动） 两平行平板有相对运动，但无压差（纯剪切流动）两平行平板有相对运动，但无压差（纯剪切流动）两平行平板既有相对运动，两端又存在压差时的流动两平行平板

3、既有相对运动，两端又存在压差时的流动 l 2、圆柱环形间隙流动：、圆柱环形间隙流动：如下三种情况如下三种情况 同心环形间隙在压差作用下的流动同心环形间隙在压差作用下的流动 偏心环形间隙在压差作用下的流动偏心环形间隙在压差作用下的流动 内外圆柱表面有相对运动又存在压差的流动内外圆柱表面有相对运动又存在压差的流动 l 3、流经平行圆盘间隙径向流动的流量、流经平行圆盘间隙径向流动的流量 l 4、圆锥状环形间隙流动、圆锥状环形间隙流动 1 1、平行平板的间隙流动、平行平板的间隙流动 微小单元体微小单元体dxdy的受力平衡方程为的受力平衡方程为 1压差流动：上下两平板固定不动，液体在间隙两端压差作用下而

4、在间隙压差流动：上下两平板固定不动，液体在间隙两端压差作用下而在间隙中流动。中流动。 由边界条件：由边界条件：y = 0时，时，u = 0； y = h 时，时，u = 0。dp/dx = p/l， 可得可得 ()()pdyddxpdp dydxdxdpdyud.122u22ydxdp12Cy C+ dxdpyyhhu)(2q lbh123p 1 1、平行平板的间隙流动、平行平板的间隙流动2纯剪切流动纯剪切流动:两平板有相对运动速两平板有相对运动速度度v，但无压差。，但无压差。由边界条件：由边界条件：y = 0时，时，u = 0； y = h 时，时，u = v。及。及dp/dx = p/l，

5、 可得可得 3 两平板即有相对运动，两端又有压差的流动。以上两种的线形叠加：两平板即有相对运动，两端又有压差的流动。以上两种的线形叠加： 以上两式中的正负号确定：长平板相对短平以上两式中的正负号确定：长平板相对短平板运动方向与压差流动方向一致时，取板运动方向与压差流动方向一致时，取“+”；反之，取反之，取“-”。 间隙间隙h越小，泄漏功率损失越小，泄漏功率损失也越小。但是也越小。但是h的减小会使的减小会使液压元件中的摩擦功率损液压元件中的摩擦功率损失增大，因而间隙失增大，因而间隙h有一个有一个使这两种功率损失之和达使这两种功率损失之和达到最小的最佳值，并不是到最小的最佳值，并不是越小越好。越小

6、越好。 u yhuoqAudAh0yhuody2bh0u2、圆柱环形间隙流动、圆柱环形间隙流动 同心环形间隙在压差作用下的流动。同心环形间隙在压差作用下的流动。当当h/r1时，可以将环形间隙间的流动近时，可以将环形间隙间的流动近似地看作是平行平板间隙间的流动，只要似地看作是平行平板间隙间的流动，只要将将bd代入式代入式(2-69)，就可得到这种情况，就可得到这种情况下的流动，即：下的流动，即：03212udhpldhq3、圆柱偏心环形间隙流动、圆柱偏心环形间隙流动偏心环形间隙在压差作用下的流动。液压元件偏心环形间隙在压差作用下的流动。液压元件中经常出现偏心环状的情况，例如活塞与油缸中经常出现偏

7、心环状的情况，例如活塞与油缸不同心时就形成了偏向环状间隙。图表示了偏不同心时就形成了偏向环状间隙。图表示了偏心环状间隙的简图。心环状间隙的简图。孔半径为孔半径为R，其圆心为，其圆心为O，轴半径为，轴半径为r，其圆心，其圆心为为O1，偏心距，偏心距e，设半径在任一角度，设半径在任一角度时，两圆时，两圆柱表面间隙为柱表面间隙为h， ( coscos )hRrea因为因为很小，很小，cos1，(cos )hRrealpbhq123因为因为b相当于相当于Rd，于是得，于是得 2330(cos )1212RPRPdqh dRredll203203)cos(1212derRlPRdhlPRq令令R-rh0

8、(同心时半径间隙量同心时半径间隙量)，e/h0(相对偏心率相对偏心率)，则有：，则有： 3、圆柱偏心环形间隙流动、圆柱偏心环形间隙流动00coscos(1cos )Rreaheaha s 令令d2R，于是，于是 23200033(1- e cos ) d(1 1.5) 1212hR pdhpqll当当0即为同心环状间隙。当即为同心环状间隙。当1，即最大偏心，即最大偏心eh0时，其流量为同时，其流量为同心时流量的心时流量的2.5倍，这说明偏心对泄漏量的影响。所以对液压元件的同心倍，这说明偏心对泄漏量的影响。所以对液压元件的同心度应有适当要求。度应有适当要求。内外圆柱表面有相对运动且又存在压差的流

9、动可得到内外圆柱表面有相对运动且又存在压差的流动可得到： 002302)5 . 11 (12udhlpdhq 柱塞受柱塞受F F=100N=100N的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄出。的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄出。设缝隙厚度设缝隙厚度 =0.05=0.05，缝隙长度，缝隙长度L L=70=70，柱塞直径，柱塞直径d d=20=20，油，油的动力粘度的动力粘度 =50=501010-3 -3 PasPas。试计算当柱塞和缸孔同心时，下。试计算当柱塞和缸孔同心时，下落落0.1m0.1m所需时间是多少所需时间是多少? ?例例解解:根据柱塞运动状态有根据柱塞运动状态有21203dhupl

10、dhtVq其中其中柱塞下降柱塞下降0.1m排排出的体积出的体积柱塞下降的柱塞下降的运动速度运动速度HdV244/2dFptHu 0mmh05. 0有有:lphddhHHdt12214322)2(4332hdFhHld33600005. 010041 . 002. 01070503s55274、流经平行圆盘间隙径向流动的流量、流经平行圆盘间隙径向流动的流量 l 如图所示，两平行圆盘如图所示，两平行圆盘A和和B之间的间隙之间的间隙为为h，液流由圆盘中心孔流入，在压差的，液流由圆盘中心孔流入，在压差的作用下向四周径向流出。作用下向四周径向流出。l 由于间隙很小，液流呈层流，因为流动是由于间隙很小，液

11、流呈层流，因为流动是径向的，所以对称于中心轴线。柱塞泵的径向的，所以对称于中心轴线。柱塞泵的滑履与斜盘之间以及某些端面推力静压轴滑履与斜盘之间以及某些端面推力静压轴承均属这种情况。承均属这种情况。在半径在半径r处取宽度为处取宽度为dr的液层，将液层展开，的液层，将液层展开，可近似看作平行平板间的间隙流动，在可近似看作平行平板间的间隙流动，在r处处的流速为的流速为ur，因此有，因此有dydpyyhlur)(21流经平行圆盘间隙径向流动的流量流经平行圆盘间隙径向流动的流量 dydpyyhlur)(213000122()2()226hhhrdpr dprhdyqurdyhy yrdyhy dyldr

12、drdr 36rhpdrdp236lnqprch 2236lnqCrph 2236lnrqpphr212316lnrqppphr 123ln6rrphq5、圆锥环形缝隙、圆锥环形缝隙若将这一间隙展开成平面，则是一个若将这一间隙展开成平面，则是一个扇形，相当于平行圆盘间隙的一部分，扇形，相当于平行圆盘间隙的一部分，所以可根据平行圆盘间隙流动的流量所以可根据平行圆盘间隙流动的流量公式，导出这种流动的流量公式为：公式，导出这种流动的流量公式为： 123ln6sinrrhq5、圆锥环形缝隙、圆锥环形缝隙21203dhupldhqlpdxdptandhdx tan1xhh303tan6tan12hdhu

13、hdhdqdp0212121221)()()(6uhhhdhphhhhldq6、液压卡紧力、液压卡紧力phhhhpp221211)(1)(1303tan6tan12hdhuhdhdqdp)11(6)11(6102211hhtguhhdtgqpp)()(6)(1)(121220221211hhhhhuphhhhppphhhhpp1)(1)(221211液压卡紧力液压卡紧力h1h2eFh1h2eFl第七节第七节 液压冲击与气穴现象液压冲击与气穴现象一、液压冲击一、液压冲击 在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变液流速度急速

14、地改变(变向或停止变向或停止)，由于流动液体的惯性，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击低，这种现象称为液压冲击 一、液压冲击一、液压冲击l 当阀门当阀门K瞬间关闭时瞬间关闭时，管道中便产生液压冲击液压冲击的，管道中便产生液压冲击液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变。力能的瞬时转变。 l 液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时，由工作，由工作部件的动能将引起

15、液压执行元件的回油腔和管路内的油液部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油液产生液压激振，导致液压冲击。产生液压激振，导致液压冲击。 l 液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击，如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速击，如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调。也即液压冲击。打开时，便产生压力超调。也即液压冲击。 l 1、阀门突然关闭、阀门突然关闭lC-压力冲击波传播速度压力冲击波传播速度0pA tA lv 00cvvtlp0()PC vc vv 1、阀门突然关闭、阀门突然关闭l 如果通道关

16、闭的时间如果通道关闭的时间tT，这种情况称为瞬时关闭，这时液流由于速，这种情况称为瞬时关闭，这时液流由于速度改变所引起的能量化全部转变为液压能，这种液压冲击称为完全冲度改变所引起的能量化全部转变为液压能，这种液压冲击称为完全冲击击(即直接液压冲击即直接液压冲击)。l 如果通道关闭的时间如果通道关闭的时间tT，这种情况称为逐渐关闭。实际上，一般阀，这种情况称为逐渐关闭。实际上，一般阀门关闭时间还是较大的，此时冲击波折回到阀门时，阀门尚未完全关门关闭时间还是较大的，此时冲击波折回到阀门时，阀门尚未完全关闭。所以液流由于速度改变所引起的能量变化仅有一部分闭。所以液流由于速度改变所引起的能量变化仅有一

17、部分(相当于相当于T/t的部分的部分)转变为液压能，这种液压冲击称为非完全冲击转变为液压能，这种液压冲击称为非完全冲击(即间接液压冲即间接液压冲击击)。这时液压冲击的冲击压力可按下述公式计算：。这时液压冲击的冲击压力可按下述公式计算： 21Tc 0Tpcvt 在液压系统工作过程中，由于在液压系统工作过程中，由于运动部件急速换向或关闭油路，运动部件急速换向或关闭油路，因液流和运动部件的惯性作用，因液流和运动部件的惯性作用，使系统内产生很高的瞬时压力使系统内产生很高的瞬时压力峰值。峰值。振动振动冲击冲击的实质：系统中能量反复相互转换的结果。的实质：系统中能量反复相互转换的结果。可压缩性液体中的振动

18、。由于存在能量交换，动能可压缩性液体中的振动。由于存在能量交换，动能压力能压力能弹性能，弹性能，因而产生振动。液压冲击是液体中能量瞬时转换而产生的。因而产生振动。液压冲击是液体中能量瞬时转换而产生的。 液压冲击的危害液压冲击的危害 引起振动、产生噪声；引起振动、产生噪声； 引起系统误动作；引起系统误动作； 损坏密封装置、管道和液压元件。损坏密封装置、管道和液压元件。减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 缓慢关闭阀门；缓慢关闭阀门； 在冲击源前设置蓄能器，在冲击源前设置蓄能器，减小冲击波传递距离；减小冲击波传递距离； 在冲击源附近设置安全阀；在冲击源附近设置安全阀； 限制管中流速。限制管中流速。

19、0Tpcvt 1.几个术语几个术语空气在液体中以两种方空气在液体中以两种方式存在：式存在：混入、溶入。混入、溶入。 含气量：液体中所含空气的体积百分比；含气量：液体中所含空气的体积百分比； 空气分离压：当压力降低到某一压力时，过饱和的空气空气分离压：当压力降低到某一压力时，过饱和的空气从液体中析出而形成气泡，此压力称为空气分离压。从液体中析出而形成气泡，此压力称为空气分离压。 饱和蒸气压：在一定温度下，压力降低到某一值时，液体饱和蒸气压：在一定温度下，压力降低到某一值时，液体发生汽化，这个压力称为饱和蒸气压。发生汽化，这个压力称为饱和蒸气压。2.气穴气穴流动液体中，由于流速变化引起压力降低而产生气泡的现象。流动液体中，由于流速变化引起压力降低而产生气泡的现象。轻微气穴轻微气穴析出混入型空气；析出混入型空气； 严重气穴严重气穴析出溶入型空气；析出溶入型空气；强烈气穴强烈气穴油液汽化。油液汽化。3. 3. 气穴程度的度量气穴程度的度量气穴系数气穴系数 4. 4. 气蚀现象气蚀现象 5. 5. 解决措施解决措施 减小阀口上的压力降，前后压力比减小阀口上的压力降，前后压力比3.53.5；限制管中流速，减小压力损失；限制管中流速，减小压力损失；提高液压元件和管道的密封性能；提高液压元件和管道的密封性能；提高元件抗气蚀的能力。提高元件抗气蚀的能力。 气泡从低压区进入高压区，瞬间溃灭