液压与气动一课件

第一章 液压传动基础知识第一节第一节 液压油液压油 第二节第二节 流体静力学流体静力学 第三节第三节 流体动力学流体动力学 第四节第四节 管路中液体压力和流量的损失管路中液体压力和流量的损失 第六节第六节 液压冲击及空穴现象液压冲击及空穴现象 第五节第五节 孔口及缝隙液流特性孔口及缝隙液流特性 本章小结本章小结思考题与习题思考题与习题第一章 液压传动基础知识第一节第一节 液压油液压油 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、零件起这润滑、冷却和防锈作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液压系统的工作性能。故此，合理的选用液压油是很重要的。一、液压油的种类一、液压油的种类1矿物油系液压油 矿物油系液压油主要由石腊基的原油精制而成，再加抗氧化剂和防锈剂，为用途最广的一种。其缺点为耐火性差。2耐火性液压油 耐火性液压油是专用于防止有引起火灾危险的乳化型液压油，有水中油滴型和油中水滴型两种。水中油滴型的润滑性差，会侵蚀油封和金属；油中水滴型化学稳定性很差。第一章 液压传动基础知识第一节第一节 液压油液压油 二、二、液压油的性质液压油的性质1 1、密度、密度单位体积液体的质量称为液体的密度。液压油的密度随压力的提高而稍有增加，随温度的升高而减小，一般情况下，由压力和温度引起的这种变化都较小，可将其近似地认为是常数。液体的密度越大，泵吸入性越差。2 2、闪火点、闪火点 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。3 3、粘性、粘性动力粘度表示如图11所示，其数学表达式如下：式中，r表示剪应力(gcm2)；表示动力粘度。运动粘度表示为 =式中，表示运动粘度粘度是液压油的性能指标。习惯上使用运动粘度标志液体的粘度，例如机械油的牌号就是用其在40时的平均运动粘度(m2s)。4、压缩性 液压油在低、中压时可视为非压缩性液体，但在高压时压缩性就不可忽视了，纯油的可压缩性是钢的100150倍。压缩性会降低运动的精度，增大压力损失而使油温上升，压力信号传递时，会有时间延迟，响应不良的现象。第一章 液压传动基础知识第一节第一节 液压油液压油 三、液压油的选用三、液压油的选用 液压油有很多品种，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，其选择主要考虑如下因素。1)液压系统的工作压力 工作压力较高的系统宜选用粘度较高的液压油，以减少泄露；反之便选用粘度较低的油。例如，当压力p=7.020.0 MPa时，宜选用N46N100的液压油；当压力p=7.0 MPa时，宜选用N32N68的液压油。2)运动速度 执行机构运动速度较高时，为了减小液流的功率损失，宜选用粘度较低的液压油。3)液压泵的类型 在液压系统中，对液压泵的润滑要求苛刻，不同类型的泵对油的粘度有不同的要求，具体可参见有关资料。第一章 液压传动基础知识第一节第一节 液压油液压油 四、液压油的污染与保养四、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。造成液压油污蕖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。(1)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。(2)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第二节 流体静力学流体静力学 一、一、液体静压力及其特性液体静压力及其特性作用在液体上的力有两种类型：一种是质量力，另一种是表面力。质量力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成正比，属于这种力的有重力、惯性力等。单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于重力加速度。表面力作用于所研究液体的表面上，如法向力、切向力。表面力可以是其他物体(例如活塞、大气层)作用在液体上的力；也可以是一部分液体间作用在另一部分液体上的力。对于液体整体来说，其他物体作用在液体上的力属于外力，而液体间作用力属于内力。因为静止液体不存在质点间的相对运动，也就不存在拉力或切向力，所以静止液体只能承受压力。所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示。液体内某质点处的法向力F对其微小面积A的极限称为压力p，即：plim (13)A0静压力具有下述两个重要特征：(1)液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。(2)静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。第一章 液压传动基础知识第二节第二节 流体静力学流体静力学 二、二、液体静力学方程液体静力学方程静止液体内部受力情况可用图1-2来说明。设容器中装满液体，在任意一点A处取一微小面积dA，该点距液面深度为h，距坐标原点高度为Z，容器液平面距坐标原点为Z0。根据静压力的特性，作用于这个液柱上的力在各方向都呈平衡，现求各作用力在方向的平衡方程。平衡方程为：式(14)为液体静力学基本方程。由此可知，静止液体中任一点的压力均由两部分组成，即液面上的表面压力p0和液体自重而引起的对该点的压力h。静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布，且在同一深度上各点的压力相等，压力相等的所有点组成的面为等压面，很显然，在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。(14)第一章 液压传动基础知识第二节第二节 流体静力学流体静力学 三、三、压力的表示方法及单位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。因为在地球表面上，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。压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa1N/m2。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。在工程上目前还采用的压力单位有巴，符号为bar,即1bar=105N/m2=10N/m2=9.8x10N/m2。第一章 液压传动基础知识第二节第二节 流体静力学流体静力学 四、四、帕斯卡原理帕斯卡原理密封容器内的静止液体，当边界上的压力p0发生变化时，例如增加p，则容器内任意一点的压力将增加同一数值p0也就是说，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。这就是帕斯卡原理或静压传递原理。如图1-4所示，在密封容器内，施加于静止液体上的各点压力将以等值同时传递到液体内各点，容器内压力方向垂直于内表面。容器内的液体各点压力为此式建立了一个很重要的概念，即在液压传动中工作的压力取决于外界负载。第一章 液压传动基础知识第三节第三节 流体动力学流体动力学 一、一、基本概念基本概念1、理想液体和恒定流动液体具有粘性，并在流动时表现出来，因此研究流动液体时就要考虑其粘性，而液体的粘性阻力是一个很复杂的问题，这就使我们对流动液体的研究变得复杂。因此，我们引入理想液体的概念，理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。我们把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。如果空间上的运动参数p、v及在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。但只要有一个运动参数随时间而变化，则就是非定常流动或非恒定流动。在流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，液体的运动就是非定常流动或非恒定流动。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第三节 流体动力学流体动力学 二、连续性方程二、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。如图15所示管内两个流通截面面积为A1和A2，流速分别为v11和v2，则通过任一截面的流量Q为q=Av=A1v1=A2v2=常数 （16）流量的单位通常用L/min表示，与m3/s换算式子如下：1L=110-3 m21m3/s=6104L/min式（16）即为连续性方程，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第三节 流体动力学流体动力学 二、连续性方程二、连续性方程例1-1 图16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 mm，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第三节 流体动力学流体动力学 三、伯努利方程三、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第三节 流体动力学流体动力学 三、伯努利方程三、伯努利方程2、实际液体的伯努利方程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。第一章 液压传动基础知识第四节第四节 管路中液体的压力和能量的损失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。由于零件结构不同(尺寸的偏差与表面粗糙度的不同)，因此，要准确地计算出总的压力损失的数值是比较困难的，但压力损失又是液压传动中一个必须考虑的因素，它关系到确定系统所需的供油压力和系统工作时的温升，所以，生产实践中也希望压力损失尽可能小些。THANK YOUSUCCESS2024/7/716可编辑第一章 液压传动基础知识第四节第四节 管路中液体的压力和能量的损失管路中液体的压力和能量的损失二、流量损失二、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第五节 孔口及缝隙液流特性孔口及缝隙液流特性 一、孔口液流特性一、孔口液流特性第一章 液压传动基础知识第五节第五节 孔口及缝隙液流特性孔口及缝隙液流特性 二、缝隙液流特性二、缝隙液流特性液压系统是由一些元件、管接头和管道组成的，每一部分都是由一些零件组成的，在这些零件之间，通常需要有一定的配合间隙，由此带来了泄漏现象，同时液压油也总是从压力较高处流向系统中压力较低处或大气中，前者称为内泄漏，后者称为外泄漏。泄漏主要是由压力差与间隙造成的。泄漏量过大会影响液压元件和系统的正常工作，另一方面泄漏也将使系统的效率降低，功率损耗加大，因此研究液体流经间隙的泄漏规律，对提高液压元件的性能和保证液压系统正常工作是十分重要的。第一章 液压传动基础知识第六节第六节 液压冲击及空穴现象液压冲击及空穴现象 一、液压冲击现象一、液压冲击现象 （一）液压冲击产生的原因（一）液压冲击产生的原因有一较大的容腔和在另一端装有阀门的管道相连(如图1-11所示)，容腔的体积较大，认为其中的压力值是恒定的，阀门开启时，管道内的液体以流速口流过，当不考虑管中的压力损失时，即均等于P。当阀门K瞬间关闭时，管道中便产生液压冲击，液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变。另外液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时，工作部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油液产生液压激振，导致液压冲击。液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击，如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调，也称压力冲击。（二）、减小液压冲击的措施1、缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度；2、在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离；3、应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管，也可以减小液压冲击；4、在系统中装置安全阀，可起卸载作用。第一章 液压传动基础知识第六节第六节 液压冲击及空穴现象液压冲击及空穴现象 二、空穴现象在液流中当某点压力低于液体所在温度下的空气分离压力时，原来溶于液体中的气体会分离出来而产生气泡，这就叫空穴现象。（一）空穴现象产生的原因泵吸入管路连接、密封不严使空气进入管道，回油管高出油面使空气冲入油中而被泵吸油管吸入油路以及泵吸油管道阻力过大，流速过高均是造成空穴的原因。此外，当油液流经节流部位，流速增高，压力降低，在节流部位前后压差p1p23.5时，将发生节流空穴。（二）、减小空穴现象的措施在液压系统中的任何地方，只要压力低于空气分离压，就会发生空穴现象。为了防止空穴现象的产生，就是要防止液压系统中的压力过度降低，具体措施有：1、减小流经节流小孔前后的压力差，一般希望小孔前后的压力比P1/P23.5。2、正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径，使吸油管中液流速度不致太高，尽量避免急剧转弯或存在局部狭窄处，接头应有良好密封，过滤器要及时清洗或更换滤芯以防堵塞，对高压泵宜设置辅助泵向液压泵的吸油口供应足够的低压油。3、提高零件的抗气蚀能力增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的表面力加工质量等。第一章 液压传动基础知识本章小结知识要点知识要点液压油液的特性、选择方法及保养液压油液的特性、选择方法及保养液体静力学知识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管道中液流的特性孔口和缝隙液流孔口和缝隙液流液压冲击及空穴现象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3.3.帕斯卡原理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。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。4.4.流动液体的几个基本方程流动液体的几个基本方程 (1)(1)根据质量守恒定律导出的连续性方程根据质量守恒定律导出的连续性方程 q=Av=A1v1=A2v2q=Av=A1v1=A2v2 (2)(2)根据能量守恒定律导出的伯努利方程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截面，并根据具体情况忽略等。在应用伯努利方程进行计算时，应正确地选择两个计算截面，并根据具体情况忽略影响较小的因素，以简化计算。影响较小的因素，以简化计算。5 5压力损失和流量损失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。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，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。大流量。6.6.液压冲击及空穴现象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原因，并采取相应的措施以减少其危害。解这些现象产生的原因，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。思考题与习题四、简答题四、简答题1 液压油的性能指标是什么？并说明各性能指标的含义。2 选用液压油主要应考虑哪些因素？3 什么是液压冲击？它发生的原因是什么？4 什么是空穴现象？它有哪些危害？应怎样避免？5 如题图1所示液压系统,已知使活塞1、2向左运动所需的压力分别为P1、P2，阀门T的开启压力为P3，且P1P2P3。问：（1）哪个活塞先动？此时系统中的压力为多少？（2）另一个活塞何时才能动？这个活塞动时系统中压力是多少？（3）阀门T何时才会开启？此时系统压力又是多少？（4）若P3P2 P1，此时两个活塞能否运动?为什么?思考题与习题五、计算题五、计算题1 在题图2简化液压千斤顶中，T=294N，大小活塞的面积分别为A2=510-3m2，A1=110-3m2，忽略损失，试解答下列各题。（1）通过杠杆机构作用在小活塞上的力F1及此时系统压力p；(2)大活塞能顶起重物的重量G;（3）大小活塞运动速度哪个快？快多少倍？（4）设需顶起的重物G=19600N时，系统压力p又为多少？作用在小活塞上的力F1应为多少？思考题与习题五、计算题五、计算题2 如题图3所示，已知活塞面积A=1010-3m2,包括活塞自重在内的总负重G=10KN,问从压力表上读出的压力P1、P2、P3、P4、P5各是多少?3 如题图4所示连通器，中间有一活动隔板T，已知活塞面积A1=1103m2，A2=5103m2，F1=200N，G=2500N，活塞自重不计，问：（1）当中间用隔板T隔断时，连通器两腔压力P1、P2各是多少？（2）当把中间隔板抽去,使连通器连通时，两腔压力P1、P2各是多少?力F1能否举起重物G？（3）当抽去中间隔板T后若要使两活塞保持平衡,F1应是多少?（4）若G=0，其它已知条件都同前F1 是多少?思考题与习题五、计算题五、计算题4 如图示，液压泵的流量q=32Lmin，吸油管直径d=20 mm，液压泵吸油口距离液面高度h=500 mm，油液密度为=0.9gcm3，忽略压力损失且动能修正系数均为的条件下，求液压泵吸油口的真空度。结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日