液压与气压传动技术项目一平面磨床工作台液压系统的认识任务3

《液压与气压传动技术》主讲教师：陈敏捷项目一：平面磨床工作台液压系统的认识任务3：流体力学基础液压系统的压力目录Contents01液压系统的流量02液压冲击和空穴现象03液压系统的压力1．液体静压力及其特性（1）液体静压力当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力称为压力，相当于物理学中的压强，即式中:p—液体静压力，单位为N/m2或Pa（帕斯卡）。

工程中也常采用KPa（千帕）或MPa（兆帕）。换算关系为：1MPa=103kPa=106Pa。（2）液体静压力的特性液体静压力的方向总是沿作用面的内法线方向。静止液体内任一点处的静压力在各个方向上都相等。2．液体静力学基本方程如图所示，密度为ρ的液体在容器内处于静止状态，作用在液面上的压力为p0，距液面深度为h处某点的压力p，则静止液体内任一点处的压力由两部分组成：

液面上的压力p0，液柱重力所产生的压力ρgh。

当液面上只受大气压力pa时，则静压力随液体深度呈线性规律递增。离液面深度相同处各点的压力均相等，由压力相等的点组成的面称为等压面。液压系统的压力请同学们算一算：已知某水坝的高度为100米，水深80米，求水坝底部受到的压力。解：水坝底部受到的压力为：P=P0+ρgh=1.0×103×10×80kg/m3N/kgm=8×105N/m2=8×105Pa=0.8MPa液压系统的压力2．液体静力学基本方程拓展：计算马里亚纳海沟深处的压力。解：海沟底部受到的压力为：P=P0+ρgh=1.0×103×10×11000

kg/m3N/kgm=1.1×108N/m2=1.1×108

Pa=110MPa=1.1×105t/104cm2=11t/cm2液压系统的压力2．液体静力学基本方程最深处：-11034米（1）绝对压力：是以绝对真空作为基准所表示的压力。（2）相对压力：是以大气压力作为基准所表示的压力。绝对压力=大气压力＋相对压力

当绝对压力小于大气压力时，比大气压力小的那部分数值称为真空度，即真空度=大气压力—绝对压力绝对压力、相对压力和真空度的相对关系见图。绝对压力和相对压力关系如下：液压系统的压力3．压力的测量与表示方法在密闭容器中的静止液体，当一处受到外力作用而产生压力时，这个压力将通过液体等值传递到液体内部各点。——即静压传递原理如图所示密闭连通器中，各容器上压力表指示的数值都相同液压系统的压力4．帕斯卡原理例：图示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100mm，小缸内径d=30mm，大活塞上放一重物G=20kN。问在小活塞上应加多大的力F1，才能使大活塞顶起重物？解：根据帕斯卡原理，由外力产生

压力在两缸中相等，即：PF1=PF2故顶起重物时在小活塞上应加的力为：液压系统的压力分析：如果G=0，不论怎样推动小活塞，也不能在液体中形成压力，即p=0；反之，G越大，液压缸中压力也越大，推力也就越大。这说明：液压系统的工作压力取决于外负载。视频演示液压系统的压力液压系统的流量（1）通流截面：即垂直于液体流动方向的截面。（2）流量q：单位时间内流过某一通流截面的液体体积，即q的单位为m3/s或L/min，换算关系为1m3/s=6×104L/min。

（3）平均流速v：假设通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此平均流速流过通流截面的流量与以实际流速u流过的流量相等，这时流速v称为平均流速，即q=vA或1．流量和平均流速在液压缸中，液体的流速即为平均流速，它与活塞的运动速度相同。当液压缸有效面积一定时，活塞运动速度决定于输入液压缸的流量。双杆活塞缸的运动速度：v=qv/A想一想液压缸有效面积一定时，其活塞运动的速度由什么来决定？液压系统的流量（1）层流：液体的各质点间互不干扰，平行于管道轴线呈线性或层状流动。（2）紊流：液体各质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动。动画演示液压系统的流量2．液体的流动状态雷诺数：液体流动时雷诺数若相同，则流动状态相同。当液流在实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流；反之液流为紊流。常见液流管道的临界雷诺数流动状态和流速、管径、黏度、截面形状等有关。液压系统的流量液压系统的流量3.液体连续性方程液体流经无分支管道时，每一通流截面上通过的流量一定是相等的。如图示管道中，流过截面1和截面2的流量分别为q1和q2，则=常量上式表明：液体流动时，通过管道不同截面的平均流速与其截面积大小成反比，即管径粗的地方流速慢，管径细的地方流速快。例：如图所示液压千斤顶在压油过程中，已知活塞1的直径d=30mm，活塞2的直径D=100mm，管道5的直径d1=15mm。假定活塞1的下压速度为200mm/s，试求活塞2上升速度和管道5内液体的平均流速。解：活塞2上升速度为：液压系统的流量液压系统的流量4.伯努利方程（1）理想液体的伯努利方程根据能量守恒定律，在同一管道中任意截面上液体的总能量应该相等。理想液体作定常流动时具有压力能、位能和动能三种形式的能量，在任一截面上三种形式的能量可以互相转换，但总和保持不变，即能量守恒。（2）实际液体的伯努利方程应用实际液体的伯努利方程时必须注意：截面A1、A2必须延着流向选取，否则为负值。截面中心在基准面以上时，h取正值；否则取负值。通常取较低的通流截面的中心为基准面。两通流截面上的压力表示方法应相同，即pl、p2可同时选择相对压力或绝对压力。液压系统的流量液压系统的流量5.液体流动时的压力损失沿程压力损失：液体在等径直管中流动时因内外摩擦而产生的压力损失。它主要取决于液体的流速，粘性和管路的长度以及油管的内径等。局部压力损失：液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口时，使流速的方向和大小发生剧烈变化，形成旋涡、脱流，因而使液体质点相互撞击，产生的压力损失。总压力损失

：压力损失的影响：造成功率损耗、油液发热、泄漏增加，使液压元件因受热膨胀而“卡死”。应尽量减少压力损失，尽量缩短管道长度，减少管道截面变化及弯曲。液压系统的流量6.液体流动时的流量损失泄漏：从液压元件密封间隙漏过少量油液。泄漏分为内泄漏和外泄漏。泄漏造成实际流量有所减少，必然引起流量损失。内泄漏外泄漏液压冲击和空穴现象1.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升高，这种现象称为液压冲击。常伴有噪声与振动。(1）缓慢开关阀门。

(2）限制管路中液流的速度。

(3）系统中设置蓄能器吸收冲击能量，或安全阀限制压力峰值。

(4）在液压元件中设置缓冲装置（如节流孔）。避免产生液压冲击的基本措施动画演示液压冲击和空穴现象2.空穴现象在液压系统中，由于流速突然变大，供油不足等原因，压力会迅速下降至低于空气分离压时，使原先溶解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，这种现象称为空穴现象。减少空穴现象可采取下列措施

（1）减小液流在阀孔前后的压力降，阀孔前后压力比一般为

＜3.5。（2）适当加大吸油管内径，限制吸油管的流速，及时清洗过滤器以防堵

塞，对自吸能力差的泵采用辅助泵供油。（3）管路要有良好的密封，防止空气的进入。（4）提高零件抗气蚀能力。液压冲击和空穴现象3.气蚀当气泡随着液流进入高压力区，在高压作用下，迅速破裂或急剧缩小，又凝结成液体，原来所占的空间形成局部真空，周围液体质点以