第二章液压传动基本知识

液压传动

1、什么是液压传动？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？3、液压传动系统有哪几次能量转换?复习项目二液压传动基础液压油的作用：传递运动和动力；润滑、冷却、防锈等功能。第2章液压传动的基本知识液压油的作用：工作介质—传递运动和动力；润滑剂—润滑运动部件本章主要讲解液压油性质、参数、能量传递及传动中的常见问题。2.1液压传动的工作介质2.1.1液压油的主要性质：

液压油的密度

液压油的粘性

液压油的可压缩性

其他性质快来看哦！密度定义：单位体积液体的质量ρ=m/vkg/m3液压油的密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略。一般取ρ=900kg/m3。可压缩性

定义：液体受压力后其容积发生变化的性质。注：一般液压系统，其液体的可压缩性很小，可认为油液不可压缩，而在压力变化很大的高压系统则必须考虑。当液压油中混入空气，其压缩性将显著增加严重影响系统的工作性能。粘性

定义：液体分子之间存在内聚力,液体在外力作用下流动时,液体分子间的相对运动导致内摩擦力的产生,液体流动时具有内摩擦力的性质被称为粘性.

注：静止液体不呈现粘性粘性

粘度：衡量粘性大小的物理量动力粘度μ

运动粘度ν

相对粘度0E

动力粘度定义：动力粘度又称绝对粘度，它表征液体粘性的内摩擦系数。用μ来表示。单位：在国际单位（SI制）中为帕·秒（Pa·s）运动粘度定义：动力粘度与液体密度之比值。

ν=μ/ρ

单位:SI制:m2/S工程单位制：st（斯）、cst（厘斯）（cm2/s）（mm2/s）换算关系：1m2/s=104st=106cst运动粘度应用:运动粘度，常用于液压油牌号标注.

液压油的牌号，就是这种油液在40摄氏度时的运动粘度的平均值（mm2/s)。例如：牌号—32号液压油，指这种油在40°C时的平均运动粘度为32cst。老牌号—20号液压油，指这种油在50°C时的平均运动粘度为20cst。相对粘度定义：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。

∵μ不易直接测量，∴工程中常用测定方法较容易的相对粘度来表示。相对粘度恩氏粘度：由恩氏粘度计测定，即将200cm3的被测液体装入底部有直径为2.8mm小孔的恩氏粘度计的容器中，在某一特定温度时，测定全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间与同体积的蒸馏水在20摄氏度时流过同一小孔所需的时间之比值，便是该液体在此温度的恩氏粘度，用°E表示。恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系：ν=（7.31°E-6.31/°E）×10-6粘度的影响因素

1、粘度和压力的关系

∵p↑，内摩擦力↑,粘度↑∴粘度随p↑而↑，液压系统中，若系统压力不高，压力对粘度的影响可以忽略不计，50MPa以上才考虑。粘度的影响因素2、粘度和温度的关系温度↑，内摩擦力↓，粘度↓;反之,粘度↑注: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。

其它性质液压油还有一些其它的物理化学性质，如：抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、抗凝性等2.1.2液压传动介质的选用一、要求：（1）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；（3）化学稳定性好;（4）质地纯净,抗泡沫性好.（5）闪点要高（130~150°C），凝固点低（-10~-15°C）。（6）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜注解闪点:油品在特定的标准条件下加热至某一温度，令由其表面逸出的蒸气刚够与周围的空气形成一可燃性混合物，当以一标准测试火源与该混合物接触时即会引致瞬时的闪火，此时油品的温度即定义为其闪点。油品闪点的高低表明油品的易燃程度，易挥发性化合物的含量，气化程度以及它的安全性。

对液压油的要求及选用(二）种类和选用：按成分不同分为：同上。按用途不同分为：机械油、精密机床液压油、汽轮机油、变压器油等。打起精神了！液压油选择：首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号慢速、高压、高温：粘度大通常<快速、低压、低温：粘度小对液压油的要求及选用2.1.3工作介质的污染和控制油液的污染：是指油液中含有固体颗粒、水、微生物等杂物。影响：固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器或阀类元件的小孔或缝隙。微小固体颗粒加速有相对运动零件表面的摩损、划伤密封件。水分和空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其氧化变质，产生气蚀。2.1.3工作介质的污染和控制措施：减少外来的污染；滤除系统产生的杂质；控制液压油液的工作温度；定期检查更换液压油液。2.2液压传动的主要参数压力和流量1.压力的概念：液体在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）。定义式：p=F/A2.2.1压力压力的单位1Pa=1N/m21MPa=106Pa1at（工程大气压）=9.8×104Pa1kgf/cm2=1at（工程大气压）1bar=105Pa≈1.02kgf/cm22.静压传递作用于液体上的力

作用于液体表面的力p=ρgh+F/A+p0在液压系统中，由液体自重和大气压所产生的压力常忽略不计，一般认为静止液体压力都是由外力作用产生的，称为静压力。重力大气压2.静压传递帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭容器内的静止液体，由外力作用在液面的压力能等值地传递到液体内部所有各点。p=F

/A1，当F时，p,当pA2=W

时，大活塞开始运动。结论：F

/A1=W/A2；F/W=A1/A22.静压传递静压力传动有以下特点：1）传动必须在密封容器内进行。2）系统内压力大小取决于外负载的大小。3）液压传动可以将力放大，力的放大倍数等于活塞面积之比。静压传递3.液压系统中压力的建立液压传动系统，流动油液在某处的压力也是因为受到各种形式负载的挤压而产生的。除了静压力外，流动油液中还有动压力，可忽略不计。3.液压系统中压力的建立F=0,p=0F≠0,p=F/AF∞,p∞3．液压传动系统中压力的建立1）当F=0时，p=02）当F≠0时，p=F/A3）当活塞碰到死挡铁时，F相当于无限大，p会急剧升高，如没有保护措施，系统薄弱环节将会损坏。3.液压系统压力的建立当泵出口有两个负载并联时：pc＜p时，活塞不动，溢流阀打开溢流。pc＞p时，溢流阀关闭，活塞运动。当活塞运动到终点时，油压达到pc时，溢流阀打开溢流。pc=p时，活塞运动，溢流阀打开溢流。3.液压系统压力的建立结论：液压系统的工作压力取决于负载，并且随着负载的变化而变化，当某处有几个负载并联时，压力的大小取决于克服负载的各个压力值中的最小值。应特别注意的是，液体压力是从无到有，从小到大迅速建立起来的4.压力的表示方法绝对压力—以绝对零压力为基准所测相对压力—以大气压力为基准所测注：液压传动系统中大多数测压仪表所测得的压力均为相对压力，即表压力相对压力=绝对压力-大气压力真空度—当绝对压力低于大气压时，绝对压力不足于大气压力的那部分压力值。真空度=大气压力–绝对压力5.液体作用在固体壁面的力作用在平面上的作用力：F=p·A在液压系统中，油液在密闭的管路中流动，油液有压力，所以，油液对管壁和元件内壁有作用力，有时候，我们需要计算这种作用力的大小，以用于选择材料，校核强度。作用在曲面上的作用力：

5.液体作用在固体壁面的力在工程上通常只需计算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力

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垂直投影面积之乘积。Fx=p·Ax；Fy=p·Ay；Fz=p·Az5.液体作用在固体壁面的力通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面.2.2.2流量2.2.2流量1.流量的概念理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体.流量：单位时间内流过某通流截面的液体体积。q

=Ｖ／t单位:SI制m3/s;工程L/min1m3/s=6×104L/min平均流速：通流截面上各点流速的平均值.v=q/A

液压缸的运动速度

结论：活塞或液压缸的运动速度等于液压缸内油液的平均速度，其大小取决于输入液压缸的流量。

v1=q1/A1v2=q2/A2v=v1=v2q1-进入液压缸的流量q2-排出液压缸的流量A1-进油腔活塞的有效作用面积A2-排油腔活塞的有效作用面积2.液流的连续性

液流连续性原理：理想状态,液体在同一时间内流过同一通道两个通流截面的体积相等.

q1=q2

注：质量守恒定律在流体力学中的应用2.液流的连续性连续性方程：q1=q2

q1=v1A1q2=v2A2v1A1=v2A2v1/v2=A2/A1因而流速与通流面积成反比。2.3液体流动时的能量2.3.1理想液体流动时的能量理想液体在管道中流动时,具有三种能量:液压能+动能+位能.注:根据能量守恒定律，理想液体在管道中稳定流动时，同一管道内任一截面上的总能量应该相等.伯努利方程理想液体的伯努利方程:p1+ρ

v12/2+ρgh1=p2+ρv22/2+ρgh2伯努利方程实际液体伯努利方程:p1+ρ

v12/2+ρgh1=p2+ρv22/2+ρgh2+△p注：在液压系统中，压力能比动能和位能的和大得多。所以，动能和位能一般忽略不计，液体主要是依靠它的压力能来作功。液压系统中的应用形式：p1=p2+△p2.3.3液体系统的能量损失1.压力损失液阻:由于流动油液各质点之间以及油液与管壁之间的摩擦与碰撞会产生阻力,这种阻力称为液阻.压力损失：系统存在液阻,油液流动时会引起能量损失,主要表现为压力损失.分类：沿程压力损失、局部压力损失1)沿程压力损失定义：液体在直径不变的直管中流动时，因内外摩擦力而产生的压力损失。影响因素：直管中压力损失主要取决于管长、流速、液体粘性以及油管的内径及粗糙度，管道越长，沿程损失越大。定义

:当液体流经弯头、接头、突变截面以及阀口时，由于流速或流向的剧烈变化，形成旋涡、脱流，因而使液体质点相互撞击而产生的压力损失，称为局部损失。注：液压系统中主要的压力损失为局部压力损失．2）局部压力损失压力损失的危害

△p→热能→粘度↓→泄漏↑→污染

↓散逸

↓

液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至卡死。压力损失的近似估算p泵=K压p缸p泵——液压泵的最高工作压力p缸——液压缸的最高工作压力K压——系统的压力损失系数，一般取值为1.3-1.5;系统复杂或管路较长取较大的值2、流量损失泄漏定义：在液压系统正常工作情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象。泄漏包括：外泄漏、内泄漏流量损失的近似估算q泵=K漏q缸q泵——液压泵的最大输出流量q缸——液压缸的最大流量K漏——系统的泄漏系数，一般取值为1.1-1.3;系统复杂或管路较长取较大的值。3.液压传动的功率计算1）液压缸的输出功率P缸:P缸=p缸q缸2）液压泵的输出功率P泵:P泵=p泵q泵3.液压传动的功率计算3）液压泵的效率和驱动液压泵的电动机功率的计算液压泵的总效率：驱动液压泵的电动机功率：2.4液体流经小孔和间隙时的流量概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础因此：小孔虽小（直径一般在1mm以内），缝隙虽窄（宽度一般在0.1mm以下），但其作用却不可等闲视之。一、液体流经小孔的流量计算

薄壁小孔l/d≤0·5孔口分类<细长小孔l/d>4短孔0.5<l/d≤4

一、液体流经小孔的流量计算流量通用方程：q=KA△pm

K-由孔口形状、尺寸和液体性质决定的系数A-孔的通流截面积△p-小孔前、后的压力差m-由孔的长径比决定的指数，细长孔m=1,薄壁孔m=0.5,短孔0.5＜m＜1注：油液流经薄壁小孔时，流量受温度变化影响小，所以常用作液压系统的节流元件，细长孔则常作为阻尼孔。相对运动表面的间隙大小对液压元件的性能影响极大。间隙太小会使零件卡死；间隙过大，会造成泄漏，使系统效率和传动精度降低，同时污染环境。流经固定平行平板间隙的流量与间隙量h的三次方成正比；流经环状间隙的流量不仅与径向间隙量有关，而且还随着圆环内外圆的偏心距的增大而增大。二、液体流经间隙的流量第六节

液压冲击和空穴现象液压冲击：液压系统中，由于某种原因引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。如：急速关闭自来水管可能使水管发生振动，同时发出噪声。

液压冲击产生的原因1）液压冲击的产生多发生在阀门突然关闭或运动部件快速制动的场合，这时，油液迅速换向或油路突然关闭，使液体受阻，动能转换为压力能，使压力升高，从而产生了压力冲击波。2)当液压系统某些元件