湖北水利水电职业技术学院

1、湖北水利水电职业技术学院教师授课教案课程名称：液压与气动班级：20 08年至20 09年第 一学期第 月次课日编制日期：2008 年教学单兀（章节）：第二章液压传动基础目的要求：（1）了解液压油的物理性能，液压系统对工作介质的要求，工作介质 的选用原则。（2） 理解液体静压力及其特性，液压冲击，空穴现象。（3）掌握液体静力学基本方程，液流连续性方程，伯努利方程，沿程压力 损失、局部压力损失、阀的压力损失、管路系统的总压力损失的计算，液体流 经小孔、间隙的流量。知识要点：一液压油的主要物理性质，液压系统对工作介质的要求，工作介质的选用原则， 液体静压力及其特性，液体流经其它缝隙的流量计算公式，液

2、压冲击和空穴现象。液压冲 击，空穴现象。技能要点：液体静力学基本方程，液流连续性方程，伯努利方程，沿程压力损失、局部压 力损失、阀的压力损失、管路系统的总压力损失的计算方法以及液体流经薄壁小孔和细长 小孔的流量计算公式。教学步骤：回顾旧知识，巩固新知识。教具及教学手段：PPT及板书作业布置情况:课后分析与小结:授课教师：陈传艳授课日期：20年月日第二节液体静力学基础研究内容：研究液体处于静止状态的力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。1. 压力的定义 液体的压力：液体单位面积上所受的法向力，即物理学中的压强。 液体

3、静压力：静止液体在单位面积上所受的法向力。公式：P=F/A单位：在 SI 制中:Pa 或 N/m2 1Pa= 1N/m26工程中：KPa和 MPa（常用）1MPa=10 Pa 外国：bar（巴）1bar=10 Pa工厂里：kgf/cm 2（老式）2 21 kgf/cm =9.8 N/10-4m =1.02 bar 1 bar 液体静压力有两个基本特性：（1） 液体静压力垂直于承压面，其方向和该面的内法线方向一致。（2）静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。原因：如果某点受到的压力在某个方向上不相等，那么液体就会流动，这就违背了液体静止的条件。2. 压力的表示方法及单位 压力有两种表示

4、方法：绝对压力一以绝对零压为基准所测相对压力一以大气压力为基准所测人（大代压力）笔对压力绝对压力和相对压力的关系：相对压力（表压力）=绝对压力 -大气压力（注：液压传动系统中所测压力均为相对压力，即表压力）真空度=大气压力-绝对压力静压力基本方程1. 静压力基本方程推导II"昇面"一一一.Ji *一 erf 仇=-=i液体静压力基本方程pAA=Po A + p ghAA化简后得：p=p0+ p gh液体静压力基本方程说明什么问题：(1) 静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的压力 力所产生的压力p gh之和。(2) 液体中的静压力随着深度h而线性增加。(3) 同一液体中，

5、离液面深度相等的各点压力相等。p=p0+ p gh例2.1试确定图2.7所示的两个容器中的压力差，已知 计中 h=650mm。Po和液体重U形水银测压解:Pi 讪 gh两容器中压力差为P2 -口 = ( 1 - Jgh= (13.6 103 -1 103) 9.8 0.653=80.262 10应用液体静压力基本方程：例1-1 :如图1-3所示，容器内盛油液。已知油的密度900kg/m3 ,活塞上的作用力 F=1000N，活塞的面积 A=1 X 10-3m2，假设活塞的重 量忽略不计。问活塞下方深度为 h=0.5m处的压力等于多少？解：活塞与液体接触面上的压力均匀分布，有F 二 1000N-3

6、 2A 1 10 m62=10 N /m根据静压力的基本方程式(1-3),深度为h处的液体压力p = Po + Pgh = 106+900 X 9.8X 0.5 =1.0044 X 106(N/m2)曰06(Pa)从本例可以看出，液体在受外界压力作用的情况下，液体自重所團1-3静止破棒内的压力形成的那部分压力；-gh相对甚小，在液压系统中常可忽略不计，因而可近似认为整个液体内部的压力是相等的。以后我们在分析液压系统 的压力时，一般都采用这种结论。帕斯卡原理（静压传递原理）在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将等值地同时传递 到液体内部所有各点。在液压传动系统中，液体内部各点的压力处处相等。静压

7、力传递原理帕斯卡原理应用：D=100mm,例1-2图1.2所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径小缸内径d=20mm,大活塞上放上质量为5000kg的物体。问:1.在小活塞上所加的力F2有多大才能使大活塞顶起重物？2若小活塞下压速度为0.2m/s，求大活塞上升速度？解: 1.物体的重力为 F仁mg=5000kg X 9.8m/s2=49000kg m/s2=49OO0N根据帕斯卡原理，由外力产生的压力在两缸中相故为了顶起重物应在小活塞上加力为F-i兀d2P仁P2，即F2二 D2d 220224F2 = - F, =0 mm X 49000N=1960N22122D 100 mm本例说明了液压

8、千斤顶等液压起重机械的工作原理, 装置的力放大作用。解: 2.T V 二 A1S1 二 A2S2q = Avi = A2V2V f st t_ A2 A20220.2 =1002体现了液压_负载，ULIp = F/AF fF J统的工作结论：液压并且随着负载的变化而变化。液体作用于容器壁面上的力1、作用在平面上的总作用力2、作用在曲面上的总作用力p = 0 P f p J取决于4三丨1 r1作用在平面上的总作用力：F = p A如：液压缸，若设活塞直径为D,贝U F = p A = p n D2/4 2、作用在曲面上的总作用力：2 Fx = p Ax = p n d /4结论：曲面在某一方向上

9、所受的作用力，等于液体压力与曲面在该方 向的垂直投影面积的乘积。例2.2图2.10为某安全阀受力简图，阀芯为圆锥形，阀座孔径d=10mm , 阀芯最大直径 D=15mm。当油液压力 pl = 8MPa时，压力油克服弹簧 力顶开阀芯而溢油，出油腔有背压(回油压力)p2= 0.4MPa。试求阀内弹簧的预紧力。解：阀芯受到的向上的作用力为2 '2 2F-d Pi ：(D -d)P244压力p2向下作用在阀芯平面上的向下作用力为':二 2F2D p24弹簧压紧力Fs应等于阀芯两侧作用力之差。阀芯受力平衡方程式为1 2 ' 2 '2 2FsD P2 二 d pi (D-d

10、 b444整理后得Fs = 灯2(口-卩2)=泊 0.012 (8-0.4) 106=597(N)442.3流动液体力学基础目的任务：了解流动液体特性、传递规律、掌握动力学两大方程、流量和结论重点难点：流量与流速关系及结论、 两大方程及结论、物理意义主要内容一、基本概念二、液流连续性方程三、伯努利方程四、动量方程基本概念理想液体、恒定流动和一维流动 理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。 恒定流动（稳定流动、定常流动） 不随时间而变化流动。动画演示： 一维流动：液体整个作线形流动流线、流束、:流动液体中任一点的（恒定流动）o流管和通流截面流线：是液流中一条条标志其各处质点运动状态的曲线。（可能相

11、交，也不可能突然转折，它只能是一条条光滑的曲线。 流束：流线的集合。流管：流束表面。通流截面：液体在液压管道中流动时，垂直于流动方向的截面流量和平均流速流量一单位时间内流过某通流截面液体体积q= V/t （ m3/s 或 L/min ）1 m3/s =6 x 104 L/min流速一是指液流质点在单位时间内流过的距离U二s/t平均流速一通流截面上各点均匀分布假想流速v二q / Ap、u（流线之间不）（非恒定流动）v = q/Aq fq J结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的 变化而变化。（ 记住）流量连续性方程（质量守恒定律在流体力学中的应用）连续性原理一理想液体在管道

12、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。动画演示（理想液体）连续性方程m!=m2p lA ivit = p 2 A2V2t若忽略液体可压缩性p 1= p 2 = p贝 U viAi = v 2A2=q或q = vA =常数（ 记住）结论：液体在管道中流动时，流过各个通流截面的流量是相等的， 因而流速和通流截面成反比。如液压系统中。（见动画演示）T,T,应用伯努利方程时必须注意的问题（1） 断面1、2需顺流向选取（否则 p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，h取正值；反之取负值。

13、通常选取特 殊位置的水平面作为基准面。例2.4 液压泵吸油装置如图2.19所示，设油箱液面压力为pl，液压泵吸油口处的绝对压力为p2，泵吸油口距油箱液面的高度为h，吸油管路上的总能量损失为hw，不考虑液体流动状态的影响，取动能修正系数a =1。试确定液压泵吸油口处的真空度。解:列方程：1 2 1 2-卜縞w：?gh| p12v2gh2 p2p2 2得:Pa - P2 = Pgh+ Ap2结论：1）当泵的安装高度 H>0时，等式右边均>0,即P2<Pa形成真空 产生吸力油箱中的油在其液面上大气压力的作用下被泵吸入液压系统中2） 因P2不能太低，故右边三项不能太大。 泵的吸油高度

14、 H越小, 泵越容易吸油，所以在一般情况下，泵的安装高度H不应大于0.5m ； 而为了减小液体的流动速度 v2和油管的压力损失 p,液压泵一般应 采用直径较粗的吸油管。动量方程（动量守恒定律在流体力学中的应用）动量方程主要是研究液体运动时动量的变化与所有作用在液体上 的外力之间的关系。即：被研究的液体质点系上所受外力的合力等于其动量的增量。实际液体：F -2' 2q2V21QlV1 (2.37)不可压缩液体： ' f 二 y（2V2 一 M）（2.39）例2.6液压滑阀上的液动力液流通过阀口时，会对阀芯产生液动力，将影响这些液压阀的 工作性能。稳态液动力Fs是阀芯移动完毕开口固定以后， 液流流过阀口时, 因动量变化而作用在阀芯上的力。取阀体与阀芯两凸肩间形成的容积作为控制体，其中的液体质点 系作为研究对象。作用在阀芯上的力为F。则L图a)b)F = :?q( vcos八 _0v0cos90) = ;?q COSJ图 b) f = :?q 0v0 c