g第一章液压油与液体传动的基础知识

1、第一部分第一部分 液压传动液压传动第一章第一章 液压油与液体传动的基础知识液压油与液体传动的基础知识第一节第一节 液压液压油油一、液压一、液压油油的的性质性质（一）液体的密度 单位体积液体的质量为液体的密度，用表示，即 （1-1） 密度是液体的一个重要的物理参数，它随温度的升高而下降，随压力的增加而增大。对于液压传动中常用的液压油来说，在常用的温度和压力范围内，密度变化很小，可视为常数。一般液压油的密度值（二）液体的可压缩性液体在压力作用下体积减小的性质称为液体的可压缩性。可压缩性的大小用体积压缩系数来表示，其定义为：液体在单位压力变化下的体积相对变化量，即（1-2） 液体的体积压缩系数 的倒

2、数称为液体的体积弹性模量，用 表示，即 （1-3） 在实际中常用K值说明液体抵抗压缩能力的大小，它表示产生单位体积相对变化量所需的压力增量。 液压油的体积弹性模量为 K =（1.42） N / m2，它的可压缩性约比钢大100170倍。但是对一般液压系统压力不高时，液体的可压缩性很小。故可认为液体是不可压缩的故可认为液体是不可压缩的。只有在研究液压系统的动态特性和高压情况下，才考虑油液的可压缩性。在实际液压系统的液压油中难免会混有空气，通常对矿物油型液压油的通常对矿物油型液压油的体积弹性模量取体积弹性模量取K =（0.71.4） N / m2。（三三）液体的）液体的黏性黏性 1黏性的意义 液体

3、在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这一特性被称为液体的黏性。它是液体的重要物理性质，也是选择液压用油的主要依据。 2牛顿液体内摩擦定律 如图1-1所示，设两平行平板间充满液体，两平行平板间的距离为h ，下平板固定不动。当上平板以速度u0相对于静止的下平板向右平动时，由于液体的粘性作用，紧靠上平板的液体层随上平板一起以u0的速度向右运动；而紧靠下平板的液体层则速度为零，而中间各层液体速度则从上到下按递减的速度向右运动，这是因为相邻两薄层液体间存在内摩擦力，该力对上层液体起阻滞作用，而对下层液体起拖拽作用。当两平板间的距离较小时，各液层的速度按线性规律

4、分布。图1-1 液体粘性示意图 实验测定表明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A和液层间相对运动的速度梯度du成正比，而与液层间的距离dy成反比。即 （1-4）式中: F 相邻液层间的内摩擦力； 比例常数。又称为粘性系数或动力粘度。 S 液层的接触面积； 速度梯度，即相对运动速度对液层距离的变化率。若以 表示内摩擦切应力，则式（1-4）也可表达为： （1-5）这就是牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律。 由上式可知，在静止液体中，因速度梯度 = 0，故内摩擦力为零。因此，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，只有在流动时才会呈现粘性只有在流动时才会呈现粘性。 3

5、液体的黏度 黏度是用来表示液体粘性大小的，常用的黏度有三种：即动力黏度、运动黏度和相对黏度。 （1）动力黏度 动力黏度是表征流体粘性的内摩擦系数或绝对黏度，用 表示。即 （1-6） 的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间的内摩擦切应力（单位面积上的内摩擦力）。 动力粘度 的法定计量单位是Ns /m2 或用Pa s表示。 （2）运动黏度 动力黏度与其密度的比值，称为运动黏度，用表示。即 （1-7） 运动黏度无明确的物理意义，因为在其单位中只有长度与时间的量纲，类似于运动学的量，所以称为运动粘度。它是工程实际中经常用到的一个物理量，国际标准化组织ISO规定统一采用运动黏度来表示液压油

6、的黏度等级。 运动粘度 的法定计量单位是m2/ s，由于该单位偏大，实际上常用的单位是cm2/ s 或 mm2/ s 。它们之间的换算关系为：1m2/ s = 104 cm2/ s = 106 mm2/ s 液压油的牌号，就是用这种油液在40温度下运动粘度 (mm2/s) 的平均值来标号的。 例如LHM32液压油的粘度等级为32，是指这种油在40时的运动粘度平均值为32 mm2/ s。 又如 LHL46液压油的粘度等级为46，是指这种油在40时的运动粘度平均值为46 mm2/ s。 （3）相对黏度 相对粘度又称条件粘度。它是采用特定的粘度计在规定的条件下测出来的液体粘度。测量条件不同，采用的相

7、对粘度单位也不同。我国采用恩氏粘度（E）。 恩氏粘度用恩氏粘度计测定。温度为 t（）的200 cm3被测液体由恩氏粘度计容器底部 的小孔中流尽所用的时间t1，与温度为20的200 cm3蒸馏水由恩氏粘度计的同一容器中流尽所用的时间t2（通常t2 =51s）之比，称为该被测液体在 t（）下的恩氏粘度，记为Et，即 （1-8） 一般以20、50和100作为测量液体的标准温度，由此得到的恩氏粘度为E20、E50 和 E100。 恩氏粘度与运动粘度mm2/s的换算关系为： 当1.3 E 3.2时 = 8 Et-8.64 / Et （1-9） 当E 3.2时 = 7.6 Et-4 / Et （1-10）

8、 （4）调和油的粘度 选择粘度合适的液压油，对液压系统的工作性能有着重要的作用。但有时现有的液压油粘度不符合要求，这时可把两种不同粘度的液压油混合起来使用，这种混合油称为调和油。调和油的粘度可用下面的经验公式计算（1-11）式中 E1 、E2 混合前两液压油的粘度，E1E2 ； E混合后调和油的粘度； a、b 参与调和的两种液压油各占的百分数（ a+ b =100）； c实验系数 4压力对黏度的影响关系 当液体所受的压力增加时，其分子间的距离将减小，于是内聚力增加，其黏度也略随之增大。液体的动力黏度与压力的关系公式为 （1-12）式中 0 大气压下液压油的动力黏度； k 随液压油而异的指数，对

9、矿物型液压油 k = 0.0150.03。 另外，液体的运动黏度与压力的关系公式为（1-13）式中 p 压力为 时液体的运动粘度； 大气压下液体的运动粘度； p 液体所受的压力。 对于中低压液压系统，压力变化对粘度的影响一般可忽略不计。 5温度对黏度的影响关系 液压油黏度对温度的变化十分敏感，温度升高，黏度显著下降。油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此，希望黏度随温度的变化越小越好。不同的油液有不同的黏度温度变化关系，这种油液黏度随温度变化的关系称为黏温特性。图1-2所示为国产常用液压油的黏温曲线。图1-2 国产常用液压油的黏温曲线 液压油的黏温特性常用黏度指数VI来衡量，黏度指

10、数VI表示被试油和标准油黏度随温度变化程度之比。VI数值大，表示黏温特性平缓，即油的黏度受温度影响小，因而性能好；反之则差。一般的液压油要求VI数在90 以上， (四) 其它性能 液压油还有其它许多性能。 物理性质物理性质有抗燃性、抗凝性、抗泡沫性、抗氧化性、抗乳化抗燃性、抗凝性、抗泡沫性、抗氧化性、抗乳化性、防锈性、滑润性性、防锈性、滑润性等； 化学性质化学性质有热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性和相容性相容性等。 这些性质对液压系统的性能影响较大。对于不同品种的液压油，这些性质的指标是不同的，具体应用时可查油类产品手册。 二、液压油的种类与牌号二、液压油的种类

11、与牌号 液压油的分类方法过去主要有以下几种： 按用途分类：航空液压油、舰船液压油、数控机床液压油，特种液压油等。 按使用温度范围分类按使用温度范围分类：普通、高温、低温液压油、宽温范围液压油。 按组成分类按组成分类：无添加剂型、防锈抗氧型、抗磨型、高粘度指数液压油型等。 按使用特性分类按使用特性分类：易燃、难燃、环保型等。 按使用压力分类按使用压力分类：普通、高压液压油等。 按添加剂类型分类按添加剂类型分类：无灰、有灰，锌型、无锌、低锌、高锌液压油等。 1982年国际标准化组织ISO发布了液压系统分类标准ISO 6743.4-82。 1987年我国等效采用ISO标准制定了润滑剂和有关产品（L类

12、）的分类第2部分 H组（液压系统）的分类标准GB 7631.2-87。 1999年ISO出台了新的液压油分类标准ISO 6743.4-1999，我国目前已经等效ISO标准对原标准GB7631.2-87进行修订。 新增加了环境可接受的液压液HETG、HEPG、HEES、HEPR四种，取消了对身体有害的难燃液压液HFDS和HFDT两种。 液压系统用油可分为石油基液压油石油基液压油和难燃液压液难燃液压液两大类。三、液压油的正确选用三、液压油的正确选用1油液品种的选择油液品种的选择 液压油品种的选用，要依据液压系统的工作环境、工况条件工作环境、工况条件及液压泵类型液压泵类型来进行。 目前，90%以上的

13、液压系统采用石油基液压油为工作介质。 选用时，应优先考虑普通液压油优先考虑普通液压油。有特殊要求时，则选用抗磨、低温或高粘度指数的液压油。合成型抗燃工作液价格贵，只有在某些特殊设备中，例如在对抗燃性要求高并且使用压力高、温度变化范围大等情况下采用。 在一般情况下，齿轮泵用LHL普通液压油 或LHM抗磨液压油；叶片泵和柱塞泵用LHM抗磨液压油。2油液油液黏黏度等级的选择度等级的选择 液压油黏度对液压传动系统的工作稳定性、可靠性、效率和磨损都有显著影响。 一般根据黏度选择液压油的原则选择液压油的原则是： 工作压力高或环境温度高时，宜选用黏度较高的液压油以减少泄漏； 运动速度高或配合间隙小时，宜选用

14、黏度较低的液压油以减少摩擦损失。 液压系统的所有元件中，液压泵的转速最高，压力最大，温度也较高。一般应根据液泵的要求来确定液压油的黏度。四四、液压油的、液压油的污染与控制污染与控制1油液污染的危害油液污染的危害 液压油被污染是指液压油中含有水分、空气、微小固体物、橡胶粘状物等杂质。液压油被污染后，对液压系统产生的不良后果，主要有： （1) 固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器使泵吸油困难，产生噪声；堵塞阀件的小孔和缝隙使阀的性能下降和动作失灵；擦伤密封件会产生泄漏。 （2) 水分和空气的混入会降低液压油的润滑性能，并使其氧化变质；产生气蚀，加速元件腐蚀；还使液压系统出现振动，爬行等现象。四四、液压油

15、的、液压油的污染与控制污染与控制2油液污染的油液污染的原因原因 液压油液遭受污染原因是多方面的，杂质主要来源于外来和自生的两类： （1) 液压装置组装时残留下来的污染物主要有铁屑、毛刺、砂粒、磨料、焊渣、铁锈等。 虽经清洗，但仍有残留杂质。 （2) 从周围环境混入的污染物主要是空气、尘埃、水滴。它们从可浸入的渠道进入系统，造成油液污染。 （3) 在工作过程中产生的自生污染物主要是金属微粒、锈斑、液压油变质后的胶状生成物及涂料和密封件的剥离片等。四四、液压油的、液压油的污染与控制污染与控制3油液污染的油液污染的控制控制 为了延长液压元件使用寿命，保证液压系统可靠工作，防止液压油污染，将液压油污染

16、控制在某一限度内，可实行以下办法。 （1) 力求减少外来污染。力求减少外来污染。 （2) 滤除系统产生的杂质。滤除系统产生的杂质。 （3) 控制液压油的温度。控制液压油的温度。 （4) 定期检查和更换液压油。定期检查和更换液压油。五五、液压油的、液压油的使用及管理使用及管理1在清洁处存放。2保持干燥。3油桶存放要求。4当油液存放在大容器时的要求。5定期检查油液。6要对所有储油器进行常规检查和漏损检验。（一）液压油保管（一）液压油保管 1换油前要对液压系统进行清洗。 2液压油不能随意混用。 3注意液压系统密封的良好。 4根据换油指标及时更换液压油。（二二）液压油）液压油使用使用（三三）废废油油再

17、生再生 1过滤过滤 让油液流过滤材以去除杂质的方法。 2吸附吸附 是用活性白土、活性铝矾土、活性炭等吸附液压油的劣化产生、分解的产物等而将它们清除的方法。 3静电分离静电分离 是让油液流过加有直流高电压的电极之间，使油中的杂质极化，用集尘纸捕捉而除去它们的方法。第第二二节节 静止静止液液体的性质体的性质 一、静止液体的压力一、静止液体的压力 液体相对静止时，其单位面积上所受的内法线方向上的法向力，称为静压力。静压力在液压传动中简称压力，在物理学中则称为压强。 静止液体中某点处微小面积 A上作用有法向力 F，则该点的压力定义为： 若法向作用力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为： （1-14）

18、 SI单位：N / m2 （牛/米2 ）或 Pa （帕斯卡）、 kPa、 MPa它们之间的换算关系： 1Pa = 10-3 kPa =10-6 MPa 1MPa = 103 kPa =106 Pa 液体静压力具有两个重要的特性： 1液体静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向，即静液体静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向，即静止液体只承受法向应力而不承受剪切应力和拉力。止液体只承受法向应力而不承受剪切应力和拉力。 2静止液体内任一点处所受到的静压力在各个方向上的压静止液体内任一点处所受到的静压力在各个方向上的压力都相等（否则液体将运动）。力都相等（否则液体将运动）。 二、静止液体的基本方程二、

19、静止液体的基本方程 （a）压力分布 (b）假想液柱 图1-6 静止液体内压力分布规律 如图1-6所示，密度为 的液体在容器内处于静止状态，作用在液面上的压力为 p0，若计算离液面深度为 h处某点的压力 p，可以假想从液面往下切取高度为 h ，底面积为 A的一个小液柱为研究体。这个液柱在重力及周围液体的压力作用下处于平衡状态，在液柱垂直方向上的力有： p0 S 、G =gh S 和 p S ，所以有平衡方程：此式即为静止液体的基本方程。（1-15） 由上式可知： 静止液体中任一点处的静压力是作用在液面上的压力 p0 和液体重力所产生的压力 gh 之和。当液面与大气接触时， p0 = = pa （

20、大气压力），故 p = = pa+ + gh 。 液体静压力随液深 h 呈线性规律分布。 离液面深度相同的各点组成了等压面，等压面为一水平面。 液体静力学基本方程的另一种形式： 如图1-7所示密封容器内的压力为 ，取一基准平面MM为相对高度的起始点，则距MM基准平面 处A点处的压力 为：式中： gh 单位质量液体的位能，称为 位置水头； 单位质量液体的压力能，称 为压力水头 上式的物理意义：静止液体中任意一点处的位能和压力能静止液体中任意一点处的位能和压力能之和为一常数。二者可以互相转换（能量守恒）之和为一常数。二者可以互相转换（能量守恒）。（1-16） 三、液体静压力传递定理三、液体静压力传

21、递定理 四、压力的表示方法四、压力的表示方法 压力的两种表示方法有两种：绝对压力绝对压力和相对压力相对压力。 以绝对真空为基准来度量的压力，叫做绝对压力绝对压力；以大气压力为基准来度量的压力，叫做相对压力（表压力）相对压力（表压力）。在地球的表面上用压力表所测得的压力数值就是相对压力，液压技术中的压力一般也都是相对压力。若液体中某点的绝对压力小于大气压力，那么比大气压力小的那部分数值叫做真空度真空度。 绝对压力、相对压力和真空度之间的关系如图1-9所示。 图图1-9 绝对压力、相对压力、真空度绝对压力、相对压力、真空度二者的关系：当当 p pa 时：绝对压力时：绝对压力 = 大气压力大气压力

22、+ 相对压力相对压力 当当 p pa 时：时： 真空度真空度 = 大气压力大气压力 绝对压力绝对压力 五、液体静压力作用在固体壁面上的力五、液体静压力作用在固体壁面上的力 具有一定压力的液体与固体相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受油压作用力的总和，即为液体在该方向上作用于固体壁面上的力。当不计油液的自重对压力的影响时，可以认为作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。 当固体壁面为一个平面时，如图1-9 (a)所示，则液压力作用在活塞上的力 F为： 当固体壁面为一个曲面时，作用在曲面上各点的液体压力是不平行的，但其大小是相等的，因而作用在曲面上的总作用力在不同方向也就不同。因此，必须先明确要计

23、算的是曲面上哪一个方向的力。第第三三节节 流动流动液液体的性质体的性质 一、一、流动流动液体的液体的基本概念基本概念 （一）理想液体与稳定流动（一）理想液体与稳定流动 1理想液体理想液体和和实际液体实际液体 理想液体理想液体是为简化问题难度而假设的既无粘性，又不可压缩的液体。实际上理想液体是不存在的。 实际液体实际液体是指实际上存在的既有粘性，又可压缩（尽管可压缩性很小）的液体。 2稳定流动稳定流动和和非稳定流动非稳定流动 稳定流动稳定流动是指液体流动时，液体中任一空间点处的压力、流速和密度等都不随时间而变化的流动。（或称定常流动、恒定流动）。 非稳定流动非稳定流动是指液体流动时，液体内任一点

24、处的压力、流速和密度中有一个参数随时间而变化的流动。 （1-14） （二二）流量和平均流速）流量和平均流速 流量和平均流速是描述液体流动的主要参数，液体在管道中流动时，通常将垂直于液体流动方向的截面称为通流截面或称过流断面。 1流量流量 在单位时间内，流过某通流截面（过流断面）的液体体积称为流量，用 表示。即 （1-19） 流量在SI制中的单位：m3/s 或cm3/s ； 工程中常用：L/min （升/分） 它们之间的换算关系：1 m3/s = 106 cm3/s = 6104 L/min 2平均流速平均流速 由于液体都具有粘性，液体在管中流动时，在同一截面上各点的流速是不相同的，分布规律为抛

25、物线体。由于计算很不方便，所以引入一个平均流速的概念，即假设通流截面上各点的流速均匀分布，如图1-10所示。 因此，将液流质点在单位时间 内流过的距离称为流速，通常用 vc表示，单位为（ ms或mmin） 即（1-20） 若把上式分子和分母各乘以通流 截面面积S，则得 于是流量和流速的关系为： （1-21）= （ ms或mmin） （1-20） 若把上式分子和分母各乘以通流截面面积A，则得 （三三）层流层流和和紊流紊流 层流是指液体流动时，液体质点没有横向运动，互相不混杂，呈线状或层状的流动。 紊流是指液体流动时，液体质点有横向运动（或产生小旋涡），作紊乱状态的流动。 液体流动呈现出的流态是层

26、流还是紊流，可通过雷诺实验和计算雷诺数Re来进行判别。 雷诺数Re的计算公式为：式中：vc管内液体的平均流速； 液体的运动粘度； dH水力当量直径： dH = 4S/x，其中：S为通流截面面积， x为湿周长度。 对于圆管： dH = d 将计算出的雷诺数Re 与临界雷诺数Rec 进行比较，判别流态是层流还是紊流。 当 Re Rec时，液流为层流层流；当 Re Rec 时，液流为紊流紊流。 对于金属光滑圆管： Rec =2300；即 Re 2300时为层流层流； Re 2300时为紊流紊流。 二二、液体流量连续性原理、液体流量连续性原理 液体的可压缩性很小，在一般条件下，可以认为是不可压缩的，如

27、图1-12所示，当流体在管路内作稳定流动时，根据质量守恒定质量守恒定律律，管路内液体的质量不会增多，也不会减少，所以在单位时间内流过每一通流截面的液体质量必然相等，即式(1-23) 称为液体流量连续性方程。 二二、液体流量连续性原理、液体流量连续性原理 液体流量连续性方程说明： 在同一管路中： 无论通流截面积怎样变化，只要没有泄漏，液体通过任一截面的流量是相等的； 通流截面积大的地方，液体流速小，反之，液体流速大； 当通流截面积一定时，通过的液体流量越大，其流速也越大。 三三、流动流动液体液体的伯努利方程的伯努利方程 （一）理想液体的伯努利方程（一）理想液体的伯努利方程 为了理论研究方便，图1

28、-13所示为一液流管道，假定其为理想液体，并为稳定流动。根据能量守恒定律在同一管道内各个截面处酌总能量都相等。对于静止液体，由静力学基本方程式可知： 对于流动液体，除上述单位质量液体的压力能 p / 和单位质量液体的位能 gh之和外，还有单位质量液体的动能，即 vc2 / 2。 当液体在图1-13所示的管道中流动时，取两通流截面 S1、S2 ，其离基准线的距离分别为 h1、h2 ，流速分别为 vc1、vc2，压力分别为 p1、p2 ，根据能量守恒定律则有： 上式称为理想上式称为理想液体的伯努利方程液体的伯努利方程。 其物理意义是：其物理意义是：在密闭管路内作稳定流动的理想液体，具有压力能、位在

29、密闭管路内作稳定流动的理想液体，具有压力能、位能、动能三种形式的能量，在任一截面上这三种能量可以互相转化，其总和能、动能三种形式的能量，在任一截面上这三种能量可以互相转化，其总和却保持不变。（而静压力基本方程是理想液体伯努利方程却保持不变。（而静压力基本方程是理想液体伯努利方程 的特例）的特例） （二）实际液体的伯努利方程（二）实际液体的伯努利方程 实际液体在管路中流动时，由于有粘性，会产生内摩擦力，而且管道形状尺寸有所变化，局部使液体产生扰动，造成能量损失。用平均速度 代替实际流速计算动能时，必然产生偏差，因此可用动能修正系数 来对偏差进行补偿，于是实际液体的伯努利方程为：式式中 1、 2动

30、能修正系数（紊流时： =1；层流时： =2） ghw单位质量液体的压力损失。 四四、流动流动液体液体的动量方程的动量方程 流动液体的动量方程是刚体力学中的动量定理在液体力学中具体应用。它用来计算液流作用在固体壁面上作用力的大小。刚体力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动量变化量。即将mV 和 V /tqV 代人上式 工程上往往求液流对通道固体壁面的作用力，即动量方程中 F的反作用力 F，通常称稳态液动力，在 x向的稳态液动力为 五五、液体、液体流动时的压力损失流动时的压力损失 液体在流动时的压力损失可分为以下两种： （一）沿程压力损失 液体在等径直管中流动时，因其内外摩擦

31、而产生的压力损失，称为沿程压力损失。它主要决定于液体的流速、粘性、管路的长度以及油管的内径等。计算公式为： 式中：vc液流的平均流速； 液体的密度； l 管路的长度; d油管的内径; 沿程阻力系数。 五五、液体、液体流动时的压力损失流动时的压力损失 （二）局部压力损失 液体流经管道突然变化的弯头、管接头、以及控制阀阀口等局部障碍处时的压力损失，称为局部压力损失。其计算公式为： 式中： 局部阻力系数，由实验求得，一般可查有关手册。 液体流过各种阀类的局部压力损失常用下列经验公式： 式中 qn阀的额定流量； qV通过阀的实际流量。 pn阀在额定流量下的压力损失（从阀的样本手册查）。 五五、液体、液

32、体流动时的压力损失流动时的压力损失 （三）管路系统的总压力损失 管路系统中总的压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即 液压传动中压力损失，绝大部分转变为热能造成油温升高，泄漏增多，使液压传动效率降低，甚至影响系统的工作性能。所以应注意尽量减少压力损失。布置管路时尽量缩短管道长度，减少管路弯曲和截面的突然变化，管内壁力求光滑，选用合理管径，采用较低流速，以提高系统效率。第第四四节节 液体流经小孔和缝隙时的流量计算液体流经小孔和缝隙时的流量计算 一、液体流经小孔时的流量计算一、液体流经小孔时的流量计算 小孔可分为三种： 薄壁小孔孔的长度l与直径d 的比值 l / d 0.5； 细长

33、孔 l / d 4； 短孔（厚壁孔） 0.5 l / d 4。（一）薄壁小孔（一）薄壁小孔流量的计算流量的计算 图1-17所示为当液体从薄壁小孔流出时，左边大直径处的液体均向小孔汇集，在惯性力的作用下，在小孔出口处的液流由于流线不能突然改变方向，通过孔口后会发生收缩现象，而后再开始扩散。这一收缩和扩散过程就产生了很大的压力损失。 收缩断面积 SC与孔口断面积S之比称为断面收缩系数CC 。即CC = SC / S 。 当管道直径 D与小孔直径d 的比值 D / d 7时，收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时收缩称为完全收缩。 反之，当 D / d 7时，孔前管道对液流进入小孔起导向作用，这时的收

34、缩称为不完全收缩不完全收缩。 现对小孔前后断面11和收缩断面CC列伯努利方程 式中, C 为液体流经小孔时流束突然缩小的局部阻力系数。 由于 D d ，可认为 v1 0，又由于小孔过流的收缩断面上流速基本均布，故有 =1，则得式中 Cv小孔速度系数， ； p小孔前后压力差， p = p1 p2。 考虑 SC= SCC ，由式(121)可得通过薄壁小孔的流量公式为 考虑 SC= SCC ，由式(121)可得通过薄壁小孔的流量公式为:式中 Cq小孔流量系数， Cq = CvCC ；流量系数值由实验确定。 当完全收缩时， Cq = 0.610.62； 当不完全收缩时，Cq = 0.70.8。 流经薄

35、壁小孔时，孔短，其摩擦阻力的作用很小，并与压力差 的平方根成正比，所以，流量受温度和粘度变化的影响小，流量稳定。因此，液压系统中常采用薄壁小孔作为节流元件。 （二）短孔的流量计算（二）短孔的流量计算 短孔的流量公式仍为式(1-37)，但流量系数不同，一般取 Cq = 0.82。短孔容易加工，故常用于固定节流器。 （三）细长小孔的流量计算（三）细长小孔的流量计算 流经细长小孔的液流，由于粘性而流动不畅，一般都是层流状态，故其流量公式可用层流时直管的流量公式，即 由式(1-38)可知，液体流经细长小孔的流量与液体的粘度成反比，即流量受温度影响，并且流量与小孔前后的压力差成线性关系。 通过上述三种小

36、孔的流量可以归纳为一个通用公式： (1-39)式中 K 由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数： 对细长孔： 对薄壁孔和短孔： S小孔通流截面面积； p小孔两端压力差； m 由小孔长径比决定的指数： 细长孔：m =1；薄壁孔：m = 0.5；短孔：m = 0.51。第第四四节节 液体流经小孔和缝隙时的流量计算液体流经小孔和缝隙时的流量计算 二二、液体流经、液体流经缝隙缝隙时的流量计算时的流量计算 液压元件内有相对运动的配合间隙，会造成液压油的泄漏，可分为内泄漏和外泄漏。 泄漏产生的原因： 间隙两端的压力差引起压差流动； 间隙配合面有相对运动引起的剪切流动。 二二、液体流经、液体流经缝隙缝隙时的流

37、量计算时的流量计算 （一）流经平行平板间隙的流量 1流经固定平行平板间隙的流量 图1-18所示为液体在两固定平行平板间隙内的流动状态，间隙两端有压力差 p p1 一p2 ，故属于压差流动。若其间隙高度为h ，宽度为b ，长度为l ，经理论推导可得： 从上式可知，在压力差作用下，流过间隙的流量与间隙高度 的三次方成正比，所以液压元件间隙的大小对泄漏的影响很大，因此，在要求密封的地方应尽可能缩小间隙，以便减少泄漏。 2流经相对运动平行平板间隙的流量 由图1-19可知，当一平板固定，另一平板以速度 v0作相对运动时。由于液体粘性存在，紧贴于作相对运动的平板上的油液同样以v0速度运动。紧贴于固定的平板

38、上的油液则保持静止，中间液体的速度则呈线性分布，液体作剪切流动，其平均流速 v v0 /2。于是，由平板运动而使液体流过平板间隙的流量为： 如果液体在平行平板间隙中既有压差流动又有剪切流动，则间隙中流速的分布规律和流量是上述两种情况的叠加，其间隙流量为： 式中 v0 平行平板间的相对运动速度。 “”号的确定方法如下：当长平板相对于短平板移动的方向和压差方向相同方向相同时取“+”号，方向相反方向相反时取“一”号。（二）流经环状间隙的流量 1流经同心环状间隙的流量流经同心环状间隙的流量 如图1-20所示为液流通过同心环状间隙的流动情况，其柱塞直径为 d，间隙为h ，柱塞长度为l 。如果将圆环间隙沿

39、圆周方向展开，就相当于一个平行平板间隙，因此，只要用 d替代式中b ，就可得到通过同心环状间隙的流量公式：（二）流经环状间隙的流量 2流经流经偏偏心环状间隙的流量心环状间隙的流量 如图1-21所示，若圆环的内外圆不同心，偏心距为 e，则形成了偏心环状的间隙。其流量公式为：式中 h内外圆同心时的间隙； 相对偏心率， eh 。 从上式可以看出，当 0时，即为同心环间隙的流量。随着 的增大，通过的 qV也随之增加。当 =1，即 e = h时，为最大偏心，其压差流量为同心环状间隙压差流量的2.5倍。由此可见保持阀件配合同轴度的重要性，为此常在阀芯上开有环形压力平衡槽，通过压力作用使能自动对中，减少偏心

40、，减少泄漏。第第五五节节 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象 一一、液压冲击液压冲击 在液压系统中，由于某种原因而引起油液的压力在瞬间急剧上升，这种现象称为液压冲击。 1产生液压冲击的原因产生液压冲击的原因 （1） 阀门突然关闭引起液压冲击。 （2） 运动部件突然制动引起液压冲击。 （3） 液压系统中某些元件反应不灵敏造成液压冲击。 2液压冲击的危害液压冲击的危害 液压冲击将会引起振动和噪声，损坏液压元件和装置，产生误动作。 一一、液压冲击液压冲击 3减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 （1）缓慢开关阀门； （2）限制管路中液流的速度； （3）在系统中设置蓄能器和安全阀； （4）在液压元件

41、中设置缓冲装置(如节流孔)。 二二、气穴现象气穴现象 1产生气穴的原因产生气穴的原因 在液压系统中，由于流速突然变大，供油不足等因素，压力会迅速下降至低于空气分离压时，溶于油液中的空气游离出来形成气泡，这些气泡夹杂在油液中形成气穴，这种现象称为气穴现象。 2气穴的危害气穴的危害 当液压系统中出现气穴现象时，大量的气泡破坏了油流的连续性，造成流量和压力脉动，当气泡随油流进入高压区时又急剧破灭，引起局部液压冲击，使系统产生强烈的噪声和振动。 当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压作用，以及油液中逸出的气体的氧化作用，会使金属表面剥蚀或出现海绵状的小洞穴。这种因空穴造成的腐蚀作用称

42、为气蚀，导致元件寿命的缩短。 二二、气穴现象气穴现象 3减小气穴的措施减小气穴的措施 气穴多发生在阀口和液压泵的进口处，由于阀口的通道狭窄，流速增大，压力大幅度下降，以致产生气穴。当泵的安装高度过大或油面不足，吸油管直径太小，吸油阻力大，滤油器阻塞，造成进口处真空度过大，亦会产生空穴。为减少空穴和气蚀的危害，一般采取下列措施： （1）减小液流在小孔和间隙处的压力降，一般希望小孔和间隙前后的压力比为 / 3.5。 （2) 降低吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管的流速，及时清洗滤油器。对高压泵可采用辅助泵供油。 （3）管路要尽可能直，避免急弯和局部窄缝；要有良好的密封，防止空气进入。 （4）提高元件的抗气蚀能力。 巩固与练习巩固与练习一、填空题一、填空题 1液体受压力作用而发生体积变化的性质，称为液体的 。在 或 时，应考虑液体的可压缩性。 2液体流动时， 的性质，称为液体的黏性。 3常用的黏度有 、 和 。 4液体的动力黏度 与其密度的