王积伟液压传动第二版课件第3章

第 一 节 液 体 静 力 学第 二 节 液 体 动 力 学第 三 节 管 道 中 液 流 的 特 性第 三 章 液 压 流 体 力 学 基 础第 四 节 孔 口 和 缝 隙 液 流第 五 节 气 穴 现 象第 六 节 液 压 冲 击 习 惯 上 把 液 体 在 单 位 面 积 上 所 受 的 内 法 线 方 向 的 法向 应 力 称 为 压 力 ， 例 如 当 A面 积 上 作 用 有 法 向 力 F时 ， 液 体 内 某 点 处 的 压 力 即 定 义 为第 一 节 液 体 静 力 学一 、 压 力 及 其 性 质0limA Fp A 液 体 的 压 力 有 如 下 重 要 性 质 ： 静 止 液 体 内 任 意 点 处的 压 力 在 各 个 方 向 上 都 相 等 。 二 、 重 力 作 用 下 静 止 液 体 中 的 压 力 分 布（ 一 ） 静 压 力 基 本 方 程0p p gh 液 体 静 压 力 分 布 有 如 下 特征 ： 静 止 液 体 内 任 一 点 的 压力 由 两 部 分 组 成 。静 止 液 体 内 的 压 力 随 液体 深 度 呈 线 性 规 律 递 增 。同 一 液 体 中 ， 离 液 面 深度 相 等 的 各 点 压 力 相 等 。 （ 二 ） 静 压 力 基 本 方 程 的 物 理 意 义 静 压 力 基 本 方 程 的 物 理 意义 是 ： 静 止 液 体 内 任 何 一点 具 有 压 力 能 和 位 能 两 种能 量 形 式 ， 且 其 总 和 保 持不 变 ， 即 能 量 守 恒 。 但 是两 种 能 量 形 式 之 间 可 以 相互 转 换 。 根 据 度 量 基 准 的 不 同 ， 压 力 有 两 种 表 示 方 法 ： 以绝 对 零 压 力 作 为 基 准 所 表 示 的 压 力 ， 称 为 绝 对 压力 ； 以 当 地 大 气 压 力 为 基 准 所 表 示 的 压 力 ， 称 为 相 对 压 力 。 绝 对 压 力 与 相 对 压 力 之 间 的 关 系 如 图 3-3所 示 。三 、 压 力 的 表 示 方 法 及 单 位 在 密 闭 容 器 内 ， 施 加 于 静 止 液 体 上 的 压 力 将 以 等值 传 递 到 液 体 中 所 有 各 点 。 这 就 是 帕 斯 卡 原 理 ，或 称 静 压 传 递 原 理 。 帕 斯 卡 原 理 是 液 压 传 动 的 一个 基 本 原 理 。 四 、 帕 斯 卡 原 理 第 二 节 液 体 动 力 学一 、 基 本 概 念（ 一 ） 理 想 液 体 、 恒 定 流 动 和 一 维 流 动（ 二 ） 流 线 、 流 管 和 流 束（ 三 ） 通 流 截 面 、 流 量 和平 均 流 速（ 四 ） 流 动 液 体 的 压 力 设 在 流 动 的 液 体 中 取 一 控 制 体 V（ 见 图 3-10） ， 它内 部 液 体 的 质 量 为 m， 单 位 时 间 内 流 入 、 流 出 的 质量 流 量 为 qm1、 qm2， 根 据 质 量 守 恒 定 律 ， qm1- qm2 应 等 于 该 时 间 内 控 制 体 V中 液 体 质 量 的 变 化 率 dm/dt。由 于 qm1=1q1、 qm2 =2q2、 m=V， 因 此二 、 连 续 方 程F这 就 是 流 体 流 过 具 有 固 定边 界 控 制 体 时 通 用 的 连 续 方程 。 三 、 能 量 方 程（ 一 ） 理 想 液 体 的 运 动 微 分 方 程（ 二 ） 理 想 液 体 的 能 量 方 程（ 三 ） 实 际 液 体 的 能 量 方 程 动 量 方 程 是 动 量 定 理 在 流 体 力 学 中 的 具 体 应 用 。动 量 定 理 指 出 ： 作 用 在 物 体 上 的 合 外 力 的 大 小 等于 物 体 在 力 作 用 方 向 上 的 动 量 变 化 率 ， 即四 、 动 量 方 程( )dI d mvF dt dt 将 动 量 定 理 应 用 于 液 体 时 ，须 在 任 意 时 刻 t时 从 流 管中 取 出 一 个 由 通 流 截 面 A1和 A 2围 起 来 的 液 体 控 制 体 ，如 图 3-16所 示 。 实 验 证 明 ， 液 体 在 圆 管 中 的 流 动 状 态 不 仅 与 管 内 的平 均 流 速 v有 关 ， 还 和 管 径 d、 液 体 的 运 动 粘 度 有关 。 而 用 来 判 别 液 流 状 态 的 是 由 这 三 个 参 数 所 组 成的 一 个 称 为 雷 诺 数 Re的 无 量 纲 数第 三 节 管 道 中 液 流 的 特 性一 、 流 态 与 雷 诺 数（ 一 ） 层 流 和 湍 流（ 二 ） 雷 诺 数 vdRe 液 体 在 圆 管 中 的 层 流 流 动 是 液 压 传 动 中 的 最 常 见现 象 ， 在 设 计 和 使 用 液 压 系 统 时 ， 就 希 望 管 道 中的 液 流 保 持 这 种 状 态 。 图 3-18所 示 为 液 体 在 等 径 水 平 圆 管 中 作 恒 定 层 流时 的 情 况 。 二 、 圆 管 层 流 F湍 流 时 流 速 变 化 情 况 如 图 3-19所 示 。三 、 圆 管 湍 流F对 于 充 分 的 湍 流 流 动 ， 其 流 通 截 面 上 的 流 速 分 布图 形 如 图 3-20所 示 。 （ 一 ） 沿 程 压 力 损 失四 、 压 力 损 失(二 )局 部 压 力 损 失（ 三 ） 波 纹 管 中 的压 力 损 失（ 四 ） 液 压 系 统 管路 的 总 压 力 损 失 薄 壁 小 孔 是 指 小 孔 的 长 度 和 直 径 之 比 l/d 0.5的 孔 ，一 般 孔 口 边 缘 做 成 刃 口 形 式 ， 如 图 3-25所 示 。第 四 节 孔 口 和 缝 隙 液 流一 、 薄 壁 小 孔 F当 孔 的 长 度 和 直 径 之 比 0.5 l/d 4时 ， 称 为短 孔 ， 短 孔 加 工 比 薄 壁 小 孔 容 易 ， 因 此 特 别适 合 于 作 固 定 节 流 器 使 用 。二 、 短 孔 和 细 长 孔F当 孔 的 长 度 和 直 径 之 比 l/d 4时 ， 称 为 细 长孔 。 三 、 缝 隙 液 流（ 一 ） 平 行 平 板 缝 隙 图 3-31所 示 为 在 两 块 平 行 平 板 所 形 成 的 缝 隙 间 充满 了 液 体 ， 缝 隙 高 度 为 h， 缝 隙 宽 度 和 长 度 为 b和 l，且 一 般 恒 有 b h和 l h。 （ 二 ） 环 形 缝 隙1.流 经 同 心 环 形 缝 隙 的 流 量 2.流 经 偏 心 环 形 缝 隙 的 流 量 （ 三 ） 圆 环 平 面 缝 隙图 3-34所 示 为 液 体 在 圆 环 平 面 缝 隙 间 的 流 动 。 液 体 不 可 避 免 地 会 含 有 一 定 量 的 空 气 。 液 体 中 所含 空 气 体 积 的 分 数 称 为 它 的 含 气 量 。 空 气 可 溶 解在 液 体 中 ， 也 可 以 气 泡 的 形 式 混 合 在 液 体 之 中 。第 五 节 气 穴 现 象 一 、 空 气 分 离 压 和 饱 和 蒸 气 压 石 油 基 液 压 油 在 静 止 状 态 下 空 气 的 溶 解 度 与 时 间的 关 系 如 图 3-37所 示 ， 它 反 映 了 溶 解 速 度 。 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 。 一 般 说 来 ， 液 体 的 饱 和 蒸 气 压 比 空 气 分 离 压 要 小得 多 。 几 种 液 压 液 的 饱 和 蒸 气 压 与 温 度 的 关 系 如图 3-38所 示 。 当 液 流 流 到 图 3-39所 示 的 节 流 口 的 喉 部 位 置 时 ，根 据 能 量 方 程 ， 该 处 的 压 力 要 降 低 。二 、 节 流 口 处 的 气 穴 现 象如 该 处 压 力 低 于 液 压 液工 作 温 度 下 的 空 气 分 离压 ， 溶 解 在 液 压 液 中 的空 气 将 迅 速 地 大 量 分 离出 来 ， 变 成 气 泡 ， 产 生气 穴 。 具 体 措 施 有 ：F减 小 阀 孔 口 前 后 的 压 差 ， 一 般 希 望 其 压 力 比p1/p2 3.5。F正 确 设 计 和 使 用 液 压 泵 站 。F液 压 系 统 各 元 部 件 的 连 接 处 要 密 封 可 靠 ， 严 防空 气 侵 入 。F采 用 抗 腐 蚀 能 力 强 的 金 属 材 料 ， 提 高 零 件 的 机械 强 度 ， 减 小 零 件 表 面 粗 糙 度 值 。三 、 减 小 气 穴 现 象 的 措 施 第 六 节 液 压 冲 击一 、 管 内 液 流 速 度 突 变 引 起 的 液 压 冲 击F有 一 液 位 恒 定 并 能 保 持液 面 压 力 不 变 的 容 器 如图 3-40所 示 。 F 设 运 动 部 件 在 制 动 时 的 减 速 时 间 为 t， 速 度 的减 小 值 为 v， 则 根 据 动 量 定 律 可 近 似 地 求 得 左腔 内 的 冲 击 压 力 p， 由 于pA t m v二 、 运 动 部 件 制 动 所 产 生 的 液 压 冲 击m vp A tF故 有 三 、 减 小 液 压 冲 击 的 措 施适 当 加 大 管 径 ， 限 制 管 道 流 速 v。正 确 设 计 阀 口 或 设 置 制 动 装 置 。延 长 阀 门 关 闭 和 运 动 部 件 制 动 换 向 的 时 间 ， 可 采用 换 向 时 间 可 调 的 换 向 阀 。 尽 可 能 缩 短 管 长 ， 以 减 小 压 力 冲 击 波 的 传 播 时 间 ，变 直 接 冲 击 为 间 接 冲 击 。 在 容 易 发 生 液 压 冲 击 的 部 位 采 用 橡 胶 软 管 或 设 置蓄 能 器 ， 以 吸 收 冲 击 压 力 ； 也 可 以 在 这 些 部 位 安装 安 全 阀 ， 以 限 制 压 力 升 高 。 第 三 章 结 束 !