液压传动基础知识.ppt

1、第一章 液压传动基础知识,第一节 液压油,第二节 流体静力学,第三节 流体动力学,第四节 管路中液体压力和流量的损失,第五节 液压冲击及空穴现象,本章小结,思考题与习题,单位体积液体的质量称为该液体的密度，即,一、液压油的性质,1.密度,密度是液体的一个重要的物理参数。随着液体温度或压力的变化，其密度也会发生变化，但这种变化量通常不大，可以忽略不计。密度越大,泵的吸入性越差，一般液压油的密度为900kg/m3,第一章 液压传动基础知识,第一节 液压油,油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。,2.闪火点,3.粘

2、度,液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动，因而产生一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。,（1）粘性的物理意义,第一节 液压油,实验得出相邻两液层间的内磨擦力（F）与液层间的接触面积A和液层间相对运动速度du成正比，与液层间的距离dy成反比,单位面积上的磨擦力（切应力）,比例系数，称为动力粘度,速度梯度，即相对运动速度对液层距离的变化率,第一节 液压油,注：在静止液体中，du/dy=0，内摩擦力为零，所以液体在静止状态下是不呈粘性的,（2）粘度,液体粘性的大小用粘度来表示,动力粘度,物理意义液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上的内摩擦力单位为 （帕秒，Ns/

3、m2）,第一节 液压油, 运动粘度,动力粘度和该液体密度的比值称运动粘度，单位是mm2/s,无物理意义，但它却是工程实际分析中经常用到的物理量。 工程上用运动粘度来表示油的粘度等级。 我国生产液压油采用40时的运动粘度值（mm2/s）为其粘度等级标号，即油的牌号。 例如牌号为L-HL32的液压油，就是指这种油在40时的运动粘度平均值为32mm2/s。,第一节 液压油,（3）温度对粘度的影响,油液对温度的变化极为敏感，温度升高，油的粘度即降低。 粘温特性较好的液压油，粘度随温度的变化较小，因而油温变化对液压系统性能的影响较小。,（4）压力对粘度的影响,液体所受的压力增大时，其分子间的距离减小，内

4、聚力增大，粘度亦随之增大。 但对于一般的液压系统，当压力在32MPa以下时，压力对粘度的影响不大，可以忽略不计。,第一节 液压油,二、液压油的种类及选用,（1）种类,可燃型液压油(矿物油型、合成烃型)、 耐火型液压油(包括乳化型、水、水乙二醇型及合成型) 专用液压油(航空用、舰船用、炮用及车辆制动用液压油等),第一节 液压油,（2）选用,工作压力,工作压力较高的系统宜选用粘度较大的液压油，以减少泄漏和容积损失。,运动速度,当液压系统的工作部件运动速度较高时，宜选用粘度较小的液压油，以减轻液流的摩擦损失。,环境温度 环境温度较高时宜选用粘度较大的液压油，以减少容积损失。,第一节 液压油,选用的液

5、压油粘度过高，将使系统因摩擦力而引起的功率损失过大 (机械效率下降)；选择液压油的粘度过低，将使系统因泄漏而引起的功率损失增大(容积效率下降)。,第一章 液压传动基础知识,第一节 液压油,三、液压油的污染与保养 液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯卡死，并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油污染的原因有如下三个方面。 (1)污染 液压油的污染的一般可分为外部侵入的污物和外部生成的不纯物。 外部侵入的污物：液压设备在加工和组装时残留的切屑、焊渣、铁锈等杂物混入所造成的污物，只有在组装后立即清洗方可解决。 外部生成的不纯物：泵、阀、执行元件、“O形环长期使用后，因磨损而生成的金属粉

6、末和橡胶碎片在高温、高压下和液压油发生化学反应所生成的胶状污物。,(2)恶化 液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影响为最大，故液压设备运转时，须特别注意油温之变化。 (3)泄漏 液压设备配管不良、油封破损是造成泄漏的主要原因，泄漏发生时，空气、水、尘埃便可轻易地侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排除。 液压油经长期使用，油质必会恶化，一般采用目视法判定油质是否恶化，当油的颜色混蚀并有异味时，须立即更换。液压油的保养方法有两种：一种是定期更换；另一种是使用过滤器定期过滤。,第一章 液压传动基础知识,第二节 流体静力学,一、 液体静压力及其特性,静压力: 是

7、指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力。 若包含液体某点的微小面积A上所作用的法向力为F，则该点的静压力p定义为： 若法向力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为:,静压力的特性: 液体的静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向。 静止液体中任何一点所受到各个方向的压力都相等。,第一章 液压传动基础知识,第二节 流体静力学,二、液体静力学方程,液体静压力基本方程:反映了在重力作用下静止液体中的压力分布规律。 p=po+gh p是静止液体中深度为h处的任意点上的 压力,p0 为液面上的压力，若液面为与大气 接触的表面，则p0等于大气压p。 同一容器同一液体中的静压力随着深度 h的增加线

8、性地增加,同一液体中深度h相同的 各点压力都相等。 在重力作用下静止液体中的等压面是深 度（与液面的距离）相同的水平面。,p=p0+g(z0 - z) + z= + z0=C Z:单位重量液体的位能 :单位重量液体的压力能 物理意义:静止液体具有两种能量形式，即压力能与位能。这两种能量形式可以相互转换，但其总和对液体中的每一点都保持不变为恒值，因此静压力基本方程从本质上反映了静止液体中的能量守恒关系.,三、 静压力基本方程物理意义,第一章 液压传动基础知识,第二节 流体静力学,四、 压力的表示方法及单位,液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对压力(表压力)、真空度三种表示方法

9、。 在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的，即大多数测压仪表在大气压下并不动作，这时它所表示的压力值为零，因此，它们测出的压力是高于大气压力的那部分压力。也就是说，它是相对于大气压(即以大气压为基准零值时)所测量到的一种压力，因此称它为相对压力或表压力。另一种是以绝对真空为基准零值时所测得的压力，我们称它为绝对压力。当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此，某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。,由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用它的倍数单位兆帕，符号Mpa，其关系为1Mpa=106 Pa。,压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa1N/

10、m2。,第一章 液压传动基础知识,第二节 流体静力学,五、 压力的传递,在密闭容器内的液体，当外加压力F发生变化时，只要液体仍保持原来的静止状态不变，则液体内任一点的压力将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体压力可以等值地传递到液体各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。,1.帕斯卡原理,已知油的密度为900kg/m3，活塞上的作用力F=1000N，活塞的面积A=110-3m2，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？,=106N/m2+9009.80.5 N/m2 =1.0044106N/m2106N/m2=106Pa,深度为h处的液体压

11、力：,2.例题,【解】活塞与液体接触面上的压力,活塞上的作用力为外加负载F，A为横截面的面积（d2/4），根据帕斯卡原理，容器内液体的压力p与负载F之间总是保持着正比关系,3.分析,可见，液体内的压力是由外界负载作用所形成的，即压力决定于负载，这是液压传动一个重要的基本概念。,右图为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100mm, 小缸内径d=20mm,大活塞上放上质量为5000kg的物体。问在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物？,G=mg=5000kg9.8m/s2=49000kgm/s2=49000N 根据帕斯卡原理，即：,4.例题,【解 】物体的重力为,第一章 液压传动基础知

12、识,第三节 流体动力学,一、基本概念 1、理想液体和恒定流动 理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。 液体在流动时，液体中任何一点的速度、压力和密度不随时间改变的流动。对液体的这种运动称为恒定流动。 2、流量和平均流速 流量：单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。 对微小流束，由于通流截面积很小，可以认为通流截面上各点的流速v是相等的，所以通过该截面积dA的流量为dq=udA，对此式进行积分，可得到整个通流截面积A上的流量为：q=vA。,第一章 液压传动基础知识,第三节 流体动力学,二、连续性方程 质量守恒是自然界的客观规律，不可压缩液体的

13、流动过程也遵守能量守恒定律。在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。 对恒定流动而言，液体通过流管内任一截面的液体质量必然相等。下图所示管内两个流通截面面积为A1和A2，流速分别为V1和V2，则通过任一截面的流量Q为 q=Av= A1v1= A2v2=常数 流量的单位通常用L/min表示，与m3/s换算式子如下： 1L= 110-3 m3 1m3/s=6104L/min,从连续性方程可以看出，表明运动速度取决于流量，与流体的压力无关。,第一章 液压传动基础知识,第三节 流体动力学,二、连续性方程 如图所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100 mm，小缸内径d=20 m

14、m，大活塞上放一质量为5000 kg的物体G。问： (1)在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞顶起重物? (2)若小活塞下压速度为0.2 ms，大活塞上升速度是多少?,第一章 液压传动基础知识,第三节 流体动力学,三、伯努利方程 理想液体的伯努利方程,第一章 液压传动基础知识,第三节 流体动力学,三、伯努利方程 2、实际液体的伯努利方程,动能修正系数,动能修正系数,单位体积液体在两断面间流动的能量损失,在用平均流速代替实际流速计算动能时，必然会产生误差。为了修正这个误差，需引入动能修正系数,在应用伯努利方程时必须注意： 1通流截面1、2需顺流向选取，且应选在缓流变动的截面上。 2通流截面中心

15、在基准面上时，z为正值，反之为负值，通常选其中较低的通流截面的中心作为基准水平面。,右图中油箱和大气相通。试分析油泵的吸油高度H对泵工作性能的影响。,【例】,【解】设以油箱液面为基准面，对此截面1-1和泵的进口处管道截面2-2之间列出伯努利方程。,泵应安装在油箱液面以上，依靠进口处形成的真空度来吸油。泵内吸油真空度值越大，泵越易吸油。 真空度不能太大，当的绝对压力值小于油液的空气分离压时，油中的气体就要析出；当小于油液的饱和蒸气压时，油还会气化。 油液发生气化，油流动的连续性就受到破坏，并产生噪声和振动，影响泵和系统的正常工作。 为使真空度不致过大，需要限制泵的安装高度，一般泵的值不大于0.5

16、mm。,第一章 液压传动基础知识,第四节 管路中液体的压力和能量的损失,一、压力损失,压力损失有沿程损失和局部损失两种。 沿程损失是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。 局部损失是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。 总的压力损失等于沿程损失与局部损失之和。,由于压力损失的必然存在，所以泵的额定压力要略大于系统工作时所需的最大压力,一般可将系统工作所需的最大压力乘以一个1.31.5的系数来估算。,第一章 液压传动基础知识,第四节 管路中液体的压力和能量的损失,二、流量损失,在液压系统中，各液压元件都有相对运动的表面，如液压缸内

17、表面和活塞外表面。因为要有相对运动，所以它们之间都有一定的间隙，如果间隙的一边为高压油，另一边为低压油，那么高压油就会经间隙流向低压区，从而造成泄漏。同时，由于液压元件密封不完善，因此，一部分油液也会向外部泄漏。这种泄漏会造成实际流量有所减少，这就是我们所说的流量损失。 流量损失影响运动速度，而泄漏又难以绝对避免，所以在液压系统中泵的额定流量要略大于系统工作时所需的最大流量。通常也可以用系统工作所需的最大流量乘以一个1113的系数来估算。,第一章 液压传动基础知识,第五节 液压冲击及空穴现象,一、液压冲击现象,在液压系统中，由于油路突然关闭或换向会致使系统或系统中某局部压力瞬时急剧上升，形成压

18、力峰值的现象称做液压冲击。 液压冲击时产生的压力峰值往往比正常工作压力高出几倍。特别是在压力高、流量大的情况下,极易引起系统的振动、噪音甚至导管或某些液压元件的损坏,既影响系统的工作质量又会缩短其使用寿命。,流体具有惯性。 当液流通道迅速关闭或液流迅速换向时(或突然制动时)，液流速度的大小或方向发生突然的变化，流体的惯性将导致液压冲击。 运动部件(负载)本身具有惯性。 运动部件由液压驱动，当其突然制动或换向时，高速运动部件的惯性力，将导致系统发生液压冲击。,1.液压冲击产生的原因,巨大的压力峰值使液压元件，尤其是液压密封件遭受破坏。,2.液压冲击的主要危害,系统产生强烈振动及噪声并使油温升高。

19、,使压力控制元件(如压力继电器、顺序阀等)产生误动作，造成设备故障及事故。, 延缓阀门关闭或运动部件制动、换向的时间,3.减少液压冲击应采取的措施,在系统中的冲击源附近设置蓄能器或安全阀,限制管中液流速度,在液压元件中设置缓冲装置、阻尼孔、卸荷槽等,采用橡胶软管吸收一定的液压冲击能量,第一章 液压传动基础知识,二、气穴现象,在液流中当某点压力低于液体的饱和蒸气压时,液体就汽化形成气泡,同时原来溶于液体中的气体也会分离出来产生气泡,从而使液流呈不连续状态,这就叫气穴现象。,1.产生气穴现象的原因,液压油中总含有一定量的空气，对于矿物油型液压油(常温时，在标准大气压下)有612(体积比)的溶解空气

20、(不包括以气泡形式混含在油液中的空气)。当液体流动中某处压力下降到低于空气分离压pg时，溶解到油液中的空气将突然从油液中分离出来而产生大量气泡。所以，产生气穴现象的原因是压力的过度下降。,当所形成的气泡随着液流进入高压区时，气穴的体积将急速缩小或溃灭。这一过程瞬时发生，从而产生局部液压冲击，其动能迅速转变为压力能及热能，使局部压力及温度急剧上升，并引起强烈的振动及噪声。过高的温度将加速工作液的氧化变质。如果这个局部液压冲击作用在金属表面上，金属壁面在反复液压冲击、高温及游离出来的空气中氧的侵蚀下将产生腐蚀。气 蚀,2.气穴对系统产生的危害,3.预防气穴及气蚀所采取的措施,限制泵吸油口至油箱油面

21、的安装高度，尽量减少吸油管道中的压力损失p,提高各元件接合处管道的密封性，尽量防止空气渗入到液压系统中,对于易产生气蚀的零件采用抗腐蚀性强的材料，增加零件的机械强度，并降低其表面粗糙度,减小孔口或缝隙前后压力差,第一章 液压传动基础知识,本 章 小 结,知识要点 液压油液的特性、选择方法及保养 液体静力学知识 液体动力学的两个方程：连续方程、伯努利方程 管道中液流的特性 液压冲击及空穴现象,1.液压油 常用液压油的有机械油、精密机床液压油、汽轮机油和变压器油等，可根据不同的使用场合选用合适的品种，在品种确定的情况下，最主要考虑的是油液的粘度，其选择主要考虑液压系统的工作压力、运动速度和液压泵的

22、类型等因素。 2有关压力的概念 (1)压力：单位为Nm2，称为帕(Pa)。液压技术中常采用兆帕(MPa)，1MPa=106Pa。 (2) 液体静力学方程： (3)绝对压力、相对(表)压力、真空度的概念。,第一章 液压传动基础知识,本 章 小 结,3. 帕斯卡原理 在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。 4. 流动液体的几个基本方程 (1)根据质量守恒定律导出的连续性方程 q=Av= A1v1= A2v2 (2)根据能量守恒定律导出的伯努利方程,要深入理解方程中每一项的物理意义、单位，以及理想液体和实际液体伯努利方程的差别等。在应用伯努利方程进行计算时，应正确地选择两个计算

23、截面，并根据具体情况忽略影响较小的因素，以简化计算。,5压力损失和流量损失 压力损失有沿程损失和局部损失两种。沿程损失是当液体在直径不变的直管中流过一段距离时，因摩擦而产生的压力损失。局部损失是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其他形式的液流阻力而引起的压力损失。总的压力损失等于沿程损失与局部损失之和。 这种泄漏会造成实际流量有所减少，这就是我们所说的流量损失。流量损失影响运动速度，而泄漏又难以绝对避免，所以在液压系统中泵的额定流量要略大于系统工作时所需的最大流量。 6. 液压冲击及空穴现象 在液压传动中，液压冲击及空穴现象都会给液压系统的正常工作带来不利影响，因此需要了解这些现象产生的

24、原因，并采取相应的措施以减少其危害。,思考题与习题,一、填空题 1、流体流动时，沿其边界面会产生一种阻止其运动的流体摩擦作用，这种产生内摩擦力的性质称为_ _。2、单位体积液体的质量称为液体的_ _，液体的密度越大，泵吸入性越_。 3、油温升高时，部分油会蒸发而与空气混合成油气，该油气所能点火的最低温度称为_，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为 。 4、工作压力较高的系统宜选用粘度_的液压油，以减少泄漏；反之便选用粘度_ _的油。执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，宜选用粘度_ 的液压油。 5、我国油液牌号是以_ _时油液 _粘度来表示的。 6、油液粘度因温度升高而_ _ ，因压

25、力增大而 _ 。 7、液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起着_、_和防锈作用。,思考题与习题,二、判断题 （ ）1、以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力。 （ ）2、液体在不等横截面的管中流动，液流速度和液体压力与横截面积的大小成反比。 （ ）3、液压千斤顶能用很小的力举起很重的物体，因而能省功。 （ ）4、空气侵入液压系统，不仅会造成运动部件的“爬行”，而且会引起冲击现象。 （ ）5、当液体通过的横截面积一定时，液体的流动速度越高，需要的流量越小。 （ ）6、液体在管道中流动的压力损失表现为沿程压力损失和局部压力损失两种形式。 （ ）7、2.液体能承受压力，不能

26、承受拉应力 （ ）8、油液在流动时有粘性，处于静止状态也可以显示粘性。 （ ）9、用来测量液压系统中液体压力的压力计所指示的压力为相对压力。 （ ）10、以大气压力为基准测得的高出大气压的那一部分压力称绝对压力。,思考题与习题,三、选择题 1.液体具有如下性质（ ） A无固定形状而只有一定体积 B.无一定形状而只有固定体积 C.有固定形状和一定体积 D.无固定形状又无一定体积 2.在密闭容器中，施加于静止液体内任一点的压力能等值地传递到液体中的所有地方，这称为（ ） A.能量守恒原理B.动量守恒定律C.质量守恒原理D.帕斯卡原理 3.在液压传动中，压力一般是指压强，在国际单位制中，它的单位是（ ） A.帕B.牛顿C.瓦D.牛米 4.在液压传动中人们利用（ ）来传递力和运动。 A，固体B.液体C.气体D.绝缘体 5.（ ）是液压传动中最重要的参数。 A.压力和流量B.压力和负载C.压力和速度D.流量和速度 6.（ ）又称表压力。 A、绝对压力； B、相对压力； C、大气压； D、真空度。,