液压与气压传动课件-002

液压与气压传动液压与气压传动11.4流动液体的流量

压力特性（1）液压功率计算（2）两种功率损失形式由压力损失引起的能量损失，称为压力损失由流量损失引起的能量损失，称为流量（容积）损失（3）产生能量损失的原因粘性内摩擦力流动阻力沿程压力损失；流速、方向突然改变，能量转换中的损失局部压力损失。（4）要讨论什么？能量损失的规律？q-p关系？计算问题？如何减少损失？能量损失的利用，即q-p特性的应用。压力损失流量损失缝隙泄漏、溢流、可压缩性等。1.4流动液体的流量

压力特性（1）液压功率计算2一流体和雷诺数层流粘性力起主导作用紊流惯性力起主导作用雷诺实验装置层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。一流体和雷诺数层流粘性力起主导作用紊流惯性力3一流体和雷诺数雷诺数Re相同，表明流动状态相同，与其它参数无关。如何判断流态？一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr。当Re<Recr时，为层流；当Re>Recr时，为紊流。临界雷诺数

Recr

=2300~2000对于圆管来说一流体和雷诺数雷诺数Re相同，表明流动状态相同，与其它参4二、压力损失

沿程压力损失1.层流下的沿程压力损失

（1）、流动时的运动微分方程

取研究对象：半径r、长度l的微元圆柱体受力分析

带入内摩擦定律得运动微分方程

圆管层流运动分析二、压力损失

沿程压力损失1.层流下的沿程压5（2）、速度分布规律对此式进行积分二、压力损失

沿程压力损失并利用边界条件，当r=R时，u=0，得管壁r=R时，u=0管轴上r=0，有最大速度速度分布规律2max4RlpumD=二次抛物面方程（2）、速度分布规律对此式进行积分二、压力损失

6（3）、流量-压力特性（流量公式）

已知通流截面上流速的分布规律，因此可以通过积分方法求得流量。在半径r处，有微小环形通流面积：给出了流量与压力损失之间的线性关系二、压力损失

沿程压力损失（3）、流量-压力特性（流量公式）已知通流截面上流速的7二、压力损失

沿程压力损失将代入上式并整理后得由圆管层流的流量公式可求得，即为沿程压力损失。理论值金属管橡胶管（4）、压力损失计算

（用流量来计算）（用沿程阻力系数来计算）二、压力损失

沿程压力损失将8二、压力损失

沿程压力损失一般用经验公式来计算2.紊流下的沿程压力损失

这时的λ将与Re以及管壁的相对表面粗糙度Δ/d（Δ为管壁的绝对表面粗糙度，d为管子内径）有关。二、压力损失

沿程压力损失一般用经验公式来计9圆管的沿程阻力系数λ的计算公式流动区域雷诺数范围λ计算公式层流Re＜2320紊流水力光滑管3000＜Re＜105λ=0.3164Re-0.25105≤Re≤108λ=0.308(0.842-lgRe)-2水力粗糙管阻力平方区λ=；λ=圆管的沿程阻力系数λ的计算公式流动区域雷诺数范围λ计算公式层10三、压力损失

局部压力损失局部压力损失Δpζ与液流的动能直接有关，一般可按下式计算注意：对于各种阀和过滤器等液压元件的局部压力损失，一般不采用上式进行计算，因为液流情况计较复杂，难以计算。它们的压力损失可从产品样本中直接查到。液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失。式中——局部阻力系数。由于液体流经局部阻力区域的流动情况非常复杂，所以的值仅在个别场合可用理论求得，一般都必须通过实验来确定。的具体数值可从有关手册查到。

三、压力损失

局部压力损失局部压力损失Δpζ与液流的11系统管路的总压力损失

以压力损失形式表示的能量损失，转换为热能，影响油液的粘性。系统管路的以压力损失形式表示的能量损失，12液压与气压传动课件_00213papvghpppadlvpdvRe95332573102.0326.12900217.08.99001013002153702.0326.13.010209003232223201326102002.0325.1522221122622622=---+=D--+====D=<===--rarmanl得油泵入口出的绝对压力为，沿程损失为由此可知层流有雷诺公式得：为确定动能修正系数和沿程损失，需要先确定雷诺数papvghpppadlvpdvRe95332573102.14三节流孔口的流量压力特性

事物总是一分为二的。一方面我们希望减少压力损失，提高功率使用率，但是，另一方面，根据流动液体的流量压力特性关系，可以用压力差来控制流量，或者用流量来控制压力，即可以实现流量或压力控制。有一点应该指出，用于控制的是很小的能量信号，损失是可以接受的。在液流通道上，通流截面有突然收缩处的流动，称为节流，它产生很大的局部压力损失。显然，能引起节流的装置称为节流装置。一般常有意设置节流口来控制流量或压力。形成液阻。在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。细长孔、短孔、薄壁小孔、阀门三节流孔口的流量压力特性事物总是一分为二的。一方面我们希151.细长小孔（L/d>4)用作阻尼孔,孔中是层流流动。

它给出了流量与通流面积、压力损失之间的线性关系。应用：（1）压差原理（2）阻尼特性吸收能量例如：缓冲1.细长小孔（L/d>4)用作阻尼孔,孔中是层流流动。它162.薄壁小孔（L/d<0.5)由于流线不能转折，液体在上游1/2d处开始突然收缩，冲向小孔d，并在下游1/2d处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。紊流流动

压力能在突然收缩处转换为动能，产生局部损失。突然扩大后，动能不可能完全转换为压力能。取1-1、2-2两个截面，根据伯努利方程，有流量公式流速系数薄壁小孔2.薄壁小孔（L/d<0.5)由于流线不能转折，液体172.薄壁小孔（L/d<0.5)

经整理得到流经薄壁小孔流量

—小孔截面积；—流量系数，称为速度系数；称为截面收缩系数。流量系数的大小一般由实验确定，在液流完全收缩的情况下，当Re>105时，可以认为是不变的常数，计算时按=0.60~0.61选取。薄壁小孔因沿程阻力损失小，q对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器。2.薄壁小孔（L/d<0.5)经整理得到流经薄壁小孔流量18滑阀阀口滑阀阀口可视为薄壁小孔，流经阀口的流量为

式中－流量系数，根据雷诺数查图1－20－滑阀阀芯台肩直径－阀口开度，＝2～4mm

2.薄壁小孔（L/d<0.5)滑阀阀口2.薄壁小孔（L/d<0.5)192.薄壁小孔（L/d<0.5)锥阀阀口滑阀阀口与薄壁小孔类似，流经阀口的流量为

式中－流量系数，根据雷诺数查图1－22－阀座孔直径－阀芯抬起高度－阀芯半锥角2.薄壁小孔（L/d<0.5)锥阀阀口20流量压力特性公式的讨论应用例：对于滑阀阀口控制压力压差原理（控制压力）控制流量流量压力特性公式的讨论应用例：对于滑阀阀口控制压21一、填空题1．液压系统中的压力取决于（），执行元件的运动速度取决于（）。2．液压传动装置由（）、（）、（）和（）四部分组成，其中（）和（）为能量转换装置。3．液体在管道中存在两种流动状态，（）时粘性力起主导作用，（）时惯性力起主导作用，液体的流动状态可用（）来判断4．在研究流动液体时，把假设既（）又（）的液体称为理想流体。5．由于流体具有（），液流在管道中流动需要损耗一部分能量，它由（）损失和（）损失两部分组成。6．液流流经薄壁小孔的流量与（）的一次方成正比，与（）的1/2次方成正比。通过小孔的流量对（）不敏感，因此薄壁小孔常用作可调节流阀。一、填空题22二、选择题1．流量连续性方程是（）在流体力学中的表达形式，而伯努力方程是（）在流体力学中的表达形式。（A）能量守恒定律（B）动量定理（C）质量守恒定律（D）其他2．液体流经薄壁小孔的流量与孔口面积的（）和小孔前后压力差的（）成正比。（A）一次方（B）1/2次方（C）二次方（D）三次方3．流经固定平行平板缝隙的流量与缝隙值的（）和缝隙前后压力差的（）成正比。（A）一次方（B）1/2次方（C）二次方（D）三次方二、选择题23三、判断题1.液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。2．液体流动时，其流量连续性方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。3．理想流体伯努力方程的物理意义是：在管内作稳定流动的理想流体，在任一截面上的压力能、势能和动能可以互相转换，但其总和不变。4．雷诺数是判断层流和紊流的判据。5．薄壁小孔因其通流量与油液的粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此，常用作调节流量的节流器。

三、判断题24四、名词解释1.帕斯卡原理（静压传递原理）2.运动粘度3.液动力4.层流5.紊流6.沿程压力损失7.局部压力损失四、名词解释25四流量损失缝隙泄漏量压差运动、剪切运动泄漏系数四流量损失缝隙泄漏量压差运动、剪切运26平行平板缝隙间隙流动各种缝隙泄漏量公式推导的基础。四流量损失缝隙泄漏量（2）在液流中取一个微元体dxdy（宽度方向取单位长），列出微元体的受力平衡方程为：对上式积分两次得流速的分布规律根据边界条件并将代入后有不考虑剪切流动，引入泄漏系数经过整理（1）间隙流动为层流，压力沿轴为线性分布平行平板缝隙间隙流动各种缝隙泄漏量公式推导的基础。四27四流量损失缝隙泄漏量当缝隙h较小时，可将环形缝隙沿圆周方向展开，把它近似地看作是平行平板缝隙间的流动。将b=πd代入式可得同心环形缝隙的流量公式：0302π12πudhpldhq+D=m在不考虑剪切泄露3012πpldhqD=m四流量损失缝隙泄漏量当缝隙h较小时，可将环28四流量损失缝隙泄漏量

0032212511udhpldhqππ).(0+D+=mee式中h0——内外圆同心时半径方向的缝隙值；ε相对偏心率，ε=e/h0。偏心环形缝隙间的液流当偏心量e=h0，即ε=1，即有最大偏心量时，其流量为同心环形缝隙流量的2.5倍。因此在液压与气动元件中，为了减小缝隙泄漏量，应采取措施，尽量使其配合处于同心状态。四流量损失缝隙泄漏量0032212511udhp29解：根据柱塞运动状态其中例：柱塞受F=100N的固定力作用而下落，缸中油液经缝隙泄漏。设缝隙厚度，缝隙长度L=70mm，柱塞直径d=20mm，油的动力粘度。试计算当柱塞和缸孔同心时，下落0.1m所需时间是多少？柱塞下降0.1m排出的体积柱塞下降的速度柱塞下落0.1m所需的时间是解：根据柱塞运动状态其中例：柱塞受F=100N的固定力作用而302.5液压冲击可压缩性液体中的振动，由于存在能量交换，动能压力能弹性能，因而产生振动。液压冲击是液体中能量瞬时转换而产生的。（1）引起振动，产生噪声；（2）引起系统误动作（3）损坏密封装置、管道和液压元件1）缓慢关闭阀门；2）在冲击源前设置蓄能器，减小冲击液传递距离；3）在冲击源附近设置安全阀；4）限制管中流速。液压冲击2.5液压冲击可压缩性液体中的振动，由于存在能量312.6空穴和气蚀现象（1）液体的含气量：液体中所含空气体积的百分数。（2）空气分离压：在一定温度下，当液体压力低于某值时，溶解在液体中的空气将会突然地迅速从液体中分离出来，产生大量气泡，这个压力称为液体在该温度下的空气分离压。（3）饱和蒸汽压：当液体在某一温度下其压力继续下降而低于一定数值时，液体本身便迅速汽化，产生大量蒸气，这时的压力称为液体在该温度下的饱和蒸气压。

空穴现象：在液压系统中，当流动液体某处的压力低于空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体中产生大量气泡。

2.6空穴和气蚀现象（1）液体的含气量：液体中所含空气体积32当气泡从低压区进入高压区时，气泡受到周围高压的压缩，迅速破灭，使局部产生非常高的温度和冲击压力。这样的局部高温和冲击压力，一方面使金属表面疲劳，另一方面又使工作介质变质，对金属产生化学腐蚀作用，从而使液压元件表面受到侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴。这种现象称为气蚀。1）减小阀孔口前后的压差，一般希望其压力比p1/p2＜3.5；2）正确设计和使用液压泵站；3）提高液压元件和管道的密封性能；4）提高液压元件的抗气蚀能力。2.6空穴和气蚀现象当气泡从低压区进入高压区时，气泡受到周围高压的压缩，33液压与气压传动液压与气压传动341.4流动液体的流量

压力特性（1）液压功率计算（2）两种功率损失形式由压力损失引起的能量损失，称为压力损失由流量损失引起的能量损失，称为流量（容积）损失（3）产生能量损失的原因粘性内摩擦力流动阻力沿程压力损失；流速、方向突然改变，能量转换中的损失局部压力损失。（4）要讨论什么？能量损失的规律？q-p关系？计算问题？如何减少损失？能量损失的利用，即q-p特性的应用。压力损失流量损失缝隙泄漏、溢流、可压缩性等。1.4流动液体的流量

压力特性（1）液压功率计算35一流体和雷诺数层流粘性力起主导作用紊流惯性力起主导作用雷诺实验装置层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。一流体和雷诺数层流粘性力起主导作用紊流惯性力36一流体和雷诺数雷诺数Re相同，表明流动状态相同，与其它参数无关。如何判断流态？一般以液体由紊流转变为层流的雷诺数作为判断液体流态的依据，称为临界雷诺数，记为Recr。当Re<Recr时，为层流；当Re>Recr时，为紊流。临界雷诺数

Recr

=2300~2000对于圆管来说一流体和雷诺数雷诺数Re相同，表明流动状态相同，与其它参37二、压力损失

沿程压力损失1.层流下的沿程压力损失

（1）、流动时的运动微分方程

取研究对象：半径r、长度l的微元圆柱体受力分析

带入内摩擦定律得运动微分方程

圆管层流运动分析二、压力损失

沿程压力损失1.层流下的沿程压38（2）、速度分布规律对此式进行积分二、压力损失

沿程压力损失并利用边界条件，当r=R时，u=0，得管壁r=R时，u=0管轴上r=0，有最大速度速度分布规律2max4RlpumD=二次抛物面方程（2）、速度分布规律对此式进行积分二、压力损失

39（3）、流量-压力特性（流量公式）

已知通流截面上流速的分布规律，因此可以通过积分方法求得流量。在半径r处，有微小环形通流面积：给出了流量与压力损失之间的线性关系二、压力损失

沿程压力损失（3）、流量-压力特性（流量公式）已知通流截面上流速的40二、压力损失

沿程压力损失将代入上式并整理后得由圆管层流的流量公式可求得，即为沿程压力损失。理论值金属管橡胶管（4）、压力损失计算

（用流量来计算）（用沿程阻力系数来计算）二、压力损失

沿程压力损失将41二、压力损失

沿程压力损失一般用经验公式来计算2.紊流下的沿程压力损失

这时的λ将与Re以及管壁的相对表面粗糙度Δ/d（Δ为管壁的绝对表面粗糙度，d为管子内径）有关。二、压力损失

沿程压力损失一般用经验公式来计42圆管的沿程阻力系数λ的计算公式流动区域雷诺数范围λ计算公式层流Re＜2320紊流水力光滑管3000＜Re＜105λ=0.3164Re-0.25105≤Re≤108λ=0.308(0.842-lgRe)-2水力粗糙管阻力平方区λ=；λ=圆管的沿程阻力系数λ的计算公式流动区域雷诺数范围λ计算公式层43三、压力损失

局部压力损失局部压力损失Δpζ与液流的动能直接有关，一般可按下式计算注意：对于各种阀和过滤器等液压元件的局部压力损失，一般不采用上式进行计算，因为液流情况计较复杂，难以计算。它们的压力损失可从产品样本中直接查到。液体流经管道的弯头、接头、阀口等处时，液体流速的大小和方向发生变化，会产生漩涡并发生紊动现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失。式中——局部阻力系数。由于液体流经局部阻力区域的流动情况非常复杂，所以的值仅在个别场合可用理论求得，一般都必须通过实验来确定。的具体数值可从有关手册查到。

三、压力损失

局部压力损失局部压力损失Δpζ与液流的44系统管路的总压力损失

以压力损失形式表示的能量损失，转换为热能，影响油液的粘性。系统管路的以压力损失形式表示的能量损失，45液压与气压传动课件_00246papvghpppadlvpdvRe95332573102.0326.12900217.08.99001013002153702.0326.13.010209003232223201326102002.0325.1522221122622622=---+=D--+====D=<===--rarmanl得油泵入口出的绝对压力为，沿程损失为由此可知层流有雷诺公式得：为确定动能修正系数和沿程损失，需要先确定雷诺数papvghpppadlvpdvRe95332573102.47三节流孔口的流量压力特性

事物总是一分为二的。一方面我们希望减少压力损失，提高功率使用率，但是，另一方面，根据流动液体的流量压力特性关系，可以用压力差来控制流量，或者用流量来控制压力，即可以实现流量或压力控制。有一点应该指出，用于控制的是很小的能量信号，损失是可以接受的。在液流通道上，通流截面有突然收缩处的流动，称为节流，它产生很大的局部压力损失。显然，能引起节流的装置称为节流装置。一般常有意设置节流口来控制流量或压力。形成液阻。在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过特定的孔口来实现的，它们对液流形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电阻，称其为液阻。细长孔、短孔、薄壁小孔、阀门三节流孔口的流量压力特性事物总是一分为二的。一方面我们希481.细长小孔（L/d>4)用作阻尼孔,孔中是层流流动。

它给出了流量与通流面积、压力损失之间的线性关系。应用：（1）压差原理（2）阻尼特性吸收能量例如：缓冲1.细长小孔（L/d>4)用作阻尼孔,孔中是层流流动。它492.薄壁小孔（L/d<0.5)由于流线不能转折，液体在上游1/2d处开始突然收缩，冲向小孔d，并在下游1/2d处形成收缩瓶颈，然后突然扩大。紊流流动

压力能在突然收缩处转换为动能，产生局部损失。突然扩大后，动能不可能完全转换为压力能。取1-1、2-2两个截面，根据伯努利方程，有流量公式流速系数薄壁小孔2.薄壁小孔（L/d<0.5)由于流线不能转折，液体502.薄壁小孔（L/d<0.5)

经整理得到流经薄壁小孔流量

—小孔截面积；—流量系数，称为速度系数；称为截面收缩系数。流量系数的大小一般由实验确定，在液流完全收缩的情况下，当Re>105时，可以认为是不变的常数，计算时按=0.60~0.61选取。薄壁小孔因沿程阻力损失小，q对油温变化不敏感，因此多被用作调节流量的节流器。2.薄壁小孔（L/d<0.5)经整理得到流经薄壁小孔流量51滑阀阀口滑阀阀口可视为薄壁小孔，流经阀口的流量为

式中－流量系数，根据雷诺数查图1－20－滑阀阀芯台肩直径－阀口开度，＝2～4mm

2.薄壁小孔（L/d<0.5)滑阀阀口2.薄壁小孔（L/d<0.5)522.薄壁小孔（L/d<0.5)锥阀阀口滑阀阀口与薄壁小孔类似，流经阀口的流量为

式中－流量系数，根据雷诺数查图1－22－阀座孔直径－阀芯抬起高度－阀芯半锥角2.薄壁小孔（L/d<0.5)锥阀阀口53流量压力特性公式的讨论应用例：对于滑阀阀口控制压力压差原理（控制压力）控制流量流量压力特性公式的讨论应用例：对于滑阀阀口控制压54一、填空题1．液压系统中的压力取决于（），执行元件的运动速度取决于（）。2．液压传动装置由（）、（）、（）和（）四部分组成，其中（）和（）为能量转换装置。3．液体在管道中存在两种流动状态，（）时粘性力起主导作用，（）时惯性力起主导作用，液体的流动状态可用（）来判断4．在研究流动液体时，把假设既（）又（）的液体称为理想流体。5．由于流体具有（），液流在管道中流动需要损耗一部分能量，它由（）损失和（）损失两部分组成。6．液流流经薄壁小孔的流量与（）的一次方成正比，与（）的1/2次方成正比。通过小孔的流量对（）不敏感，因此薄壁小孔常用作可调节流阀。一、填空题55二、选择题1．流量连续性方程是（）在流体力学中的表达形式，而伯努力方程是（）在流体力学中的表达形式。（A）能量守恒定律（B）动量定理（C）质量守恒定律（D）其他2．液体流经薄壁小孔的流量与孔口面积的（）和小孔前后压力差的（）成正比。（A）一次方（B）1/2次方（C）二次方（D）三次方3．流经固定平行平板缝隙的流量与缝隙值的（）和缝隙前后压力差的（）成正比。（A）一次方（B）1/2次方（C）二次方（D）三次方二、选择题56三、判断题1.液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。2．液体流动时，其流量连续性方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。3．理想流体伯努力方程的物理意义是：在管内作稳定流动的理想流体，在任一截面上的压力能、势能和动能可以互相转换，但其总和不变。4．雷诺数是判断层流和紊流的判据。5．薄壁小孔因其通流量与油液的粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此，常用作调节流量的节流器。

三、判断题57四、名词解释1.帕斯卡原理（静压传递原理）2.运动粘度3.液动力4.层流5.紊流6.沿程压力损失7.局部压力损失四、名词解释58四流量损失缝隙泄漏量压差运动、剪切运动泄漏系数四流量损失缝隙泄漏量压差运动、剪切运59平行平板缝隙间隙流动各种缝隙泄漏量公式推导的基础。四流量损失缝隙泄漏量（2）在液流中取一个微元体dxdy（宽度方向取单位长），列出微元体的受力平衡方程为：对上式积分两次得流速的分布规律根据边界条件并将代入后有不考虑剪切流动，引入泄漏系数经过整理（1）间隙流动为层流，压力沿轴为线性分布平行平板缝隙间隙流动各种缝隙泄漏量公式推导的基础。四60四流量损失缝隙泄漏量当缝隙h较小时，可将环形缝隙沿圆周方向展开，把它近似地看作是平行平板缝隙间的流动。将b=πd代入式可得同心环形缝隙的流量公式：03