液压与气压传动复习资料

液压与气压传动复习材料1/26第一章流体力学基础第一节：工作介质一、液体的粘性（一）粘性的物理本质液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性，或流动液体流层之间产生内部摩擦阻力的性质。内摩擦力表达式:Ff=μAdu/dy牛顿液体内摩擦定律:液层间的内摩擦力与液层接触面积及液层之间的速度成正比。du/dy变化时,μ值不变的液体液压油均可看作牛顿液体。静止液体不呈现粘性1、动力粘度μ：μ=τ·dy/du（N·s/m2）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内摩擦力2、运动粘度ν：动力粘度与液体密度之比值公式：ν=μ/ρ（m2/s）单位：m2/s。单位中只有长度和时间的量纲，类似运动学的量。三、液体的可压缩性1、液体的体积压缩系数（液体的压缩率）定义：体积为V的液体，当压力增大△p时，体积减小△V,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量公式:κ=-1/△p×△V/V0物理意义：单位压力所引起液体体积的变化2、液体的体积弹性模数定义:液体压缩系数的倒数公式：K=1/κ=-△pV/△V物理意义：表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：K=（0.7～1.4）×103MPa。若分析动态特性或p变化很大的高压系统，则必须考虑1、粘度和压力的关系：∵p↑，Ff↑，μ↑∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，50MPa以上影响趋于显著2、粘度和温度的关系：∵温度↑，Ff↓，μ↓液压与气压传动复习材料2/26∴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，常用粘度指数VI来度量，VI高，说明粘—温特性好。2、选择液压油粘度慢速、高压、高温：μ大（以↓△q）快速、低压、低温：μ小（以↓△p）第二节液体静力学静止液体：指液体内部质点之间没有相对运动，以至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。液体的压力：液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称为压力静止液体特性：（1）垂直并指向于承压表面（2）各向压力相等1、液体静力学基本方程式)(000zzgpghpp物理意义：静止液体内任何一点具有压力能和位能两种形式，且其总和保持不变，即能量守恒，但两种能量形式之间可以相互转换绝对压力：以绝对零压为基准所测测压两基准；相对压力：以大气压力为基准所测关系：绝对压力=大气压力+相对压力或相对压力（表压）=绝对压力-大气压力注液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力；真空度=大气压力-绝对压力1、帕斯卡原理（静压传递原理）在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点p=F/A。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。第三节流体动力学（一）基本概念：1、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体定常流动（稳定流动、恒定流动）：流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时间而变化的流动一维流动：液体整个作线形流动2、流线--流场中的曲线；流管--由任一封闭曲线上的流线所组成的表面；流束--流管内的流线群3、通流截面：流束中与流线正交的截面，垂直于液体流动方向的截面A液压与气压传动复习材料3/26流量：单位时间内流过某通流截面的液体的体积q平均流速：通流截面上各点流速均匀分布（假想）υ∵q=V/t=Al/t=Au液压缸的运动速度取决于进入液液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。（二）连续性方程--质量守恒定律在流体力学中的应用1、连续性原理：理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此在单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。2、连续性方程：ρ1υ1A1=ρ2υ2A2=q=常数结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。（三）伯努利方程--能量守恒定律在流体力学中的应用1，能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。2、理想液体伯努利方程物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。3、实际液体伯努利方程∵实际液体具有粘性∴液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量，故应考虑能量损失hw，并考虑动能修正系数α，则：应用伯努利方程时必须注意的问题：（1）断面1、2需顺流向选取（否则hw为负值），且应选在缓变的过流断面上。（2）断面中心在基准面以上时，z取正值；反之取负值。通常选取特殊位置水平面作为基准面4，动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内的动量变化量guzgpguzgp2222222111whgazgpgazgp222222221111液压与气压传动复习材料4/26即∑F=dI/dt=d（mv）/dt考虑动量修正问题，则有：∴∑F=ρq(β2v2-β1v1)X向动量方程∑Fx=ρqv(β22x-β1v1x)X向稳态液动力F'x=-∑Fx=ρqv(β1v1x-β2v2x)结论：作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭第四节液体流动时的压力损失∵实际液体具有粘性∴流动中必有阻力，为克服阻力，须消耗能量，造成能量损失（即压力损失）分类：沿程压力损失、局部局部损失（一）液体的流动状态层流：液体的流动是分层的，层与层之间互不干扰；湍流：液体的流动不分层，做混杂紊乱流动判断层流和图湍流：采用雷诺数圆形管道雷诺数：Re=vd/错误!未找到引用源。过流断面水力直径：dH=4A/xx--湿周；水力直径大，液流阻力小，通流能力大。ReRecr为层流；ReRecr为湍流雷诺数物理意义：液流的惯性力对粘性力的无因次之比（二）沿程压力损失（粘性损失）定义：液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用而产生的压力损失。产生原因：外摩擦--液体与管壁间；内摩擦--因粘性，液体分子间摩擦1、层流时的沿程压力损失（p41，p42）1）通流截面上的流速分布规律(p41)结论：液体在圆管中作层流运动时，速度对称于圆管中心线并按抛物线规律分布。2)通过管道的流量3）管道内的平均流速4）沿程压力损失:△pλ=△p=32μlυ/d2pldplRplRRAq328812242pldplRrdrrRlpdqqRR1288)(42440220液压与气压传动复习材料5/26结论：液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正比，而与管径的平方成反比。理论值错误!未找到引用源。64/Re；实际值错误!未找到引用源。75/Re2、湍流时的沿程压力损失错误!未找到引用源。对于光滑管，当3000Re105时，λ=0.3164Re-0.25∵湍流运动时，△pλ比层流大∴液压系统中液体在管道内应尽量作层流运动（三）局部压力损失定义：液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀滤网等局部装置时,液流会产生旋涡，并发生强烈紊动现象，由此而产生的损失称为局部损失。产生原因：碰撞、旋涡（突变管、弯管）产生附加摩擦。附加摩擦--只有紊流时才有，是由于分子作横向运动时产生的摩擦，即速度分布规律改变，造成液体的附加摩擦。公式：△pξ=ξρ错误!未找到引用源。/2（四）管路系统的总压力损失△p=∑△错误!未找到引用源。+∑△错误!未找到引用源。第五节孔口和缝隙流量概述：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，缝隙虽窄，但其作用却不可等闲视之，宽度一般在0.1mm以下，直径一般在1mm以内（五）孔口流量孔口分类:薄壁小孔：错误!未找到引用源。；细长小孔：l/d4；短孔：0.5错误!未找到引用源。≤4短孔、细长孔口流量计算短孔：,Cd=0.82;细长孔口：结论：∵q∝△p反比于μ∴流量受油温影响较大（T↑μ↓q↑）（六）空穴现象和液压冲击1空穴现象：液压系统中，由于某种原因（如速度突变），使压力降低而使气泡产生的现象2液压冲击（水锤、水击）pACqd20pldq1284液压与气压传动复习材料6/26液压冲击：液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。应搞清的概念：ρ、压缩性、测压两基准（绝对相对）、压力表指示压力（实为表压力或相对压力）、理想液体、稳定流动、流量概念、动量方程之结论、层流、紊流概念、△p沿，△p局产生原因，小孔类型、缝隙类型。应记住的公式、概念和结论：粘度、粘温特性、静力学基本方程及静压两个特性、压力表达式（p=F/A）及结论、液压力公式（F=pA）曲面A受力的计算、速度公式（v=q/A）及结论、连续性方程及结论、伯努利方程及物理意义、雷诺数表达式、薄壁小孔流量公式及特点。第二、三章液压泵及液压马达一、液压泵概念1、定义：将原动机输入的机械能转换为液体的压力能向系统供油。2、液压泵基本工作条件（必要条件）：（1）形成密封容积；（2）密封容积变化；（3）吸压油口隔开3、液压泵按结构形式分类:齿轮式、叶片式、柱塞式二、液压泵性能参数1、排量和流量（1）排量V——在没有泄露的情况下，泵每转一周所排出的液体体积（2）理论流量qt——不考虑泄露的情况下，单位时间内qt=Vn（V是排量n是转速）（3）实际流量q——指泵工作时实际输出的流量q=qt-Δq（Δq是泄露流量）2、功率理论功率——Pt=Δqpt输入功率——即泵轴的驱动功率PI=ωT=2πnT（ω是角速度T是转矩）输出功率——错误!未找到引用源。=Δpq结论：液压传动系统中，液体所具有的功率，即液压功率等于压力和流量的乘积。3、容积效率——液压泵实际流量与理论流量的比值ηv=q/qt机械效率——理论转矩与实际输入转矩之比值mVtmVttmVtmtVtiPPTpqTpqTpqPP液压与气压传动复习材料7/26总效率——泵的输出功率与输入功率之比值结论：泵的总效率等于容积效率与机械效率之乘积。4、效率（液压泵和液压马达）主要性能参数的计算液压泵液压马达理论流量qpt=vp*nqmt=vm*n实际流量qpqm理论输入功率Pip=Δp*qptPim=wTmt实际输入功率Pip=wTpPim=Δp*qm实际输出功率Pop=qpΔpPom=wTm理论转矩TptTmt实际转矩TpTm理论转矩与实际转矩关系Tpt,TpTmtTm容积效率ηvp=qp/qptηvm=qmt/qm机械效率ηmp=Tpt/Tpηmm=Tm/Tmt总效率ηp=ηvp*ηmpηm=ηvm*ηm三、齿轮泵齿轮泵分类：按啮合形式可分为：外啮合、内啮合1、外啮合齿轮泵的突出问题及解决方法(p72)2、泄漏主要来自：（1）径向泄漏（2）齿侧泄漏（3）端面泄漏（占主要）3、径向不平衡作用力（看书P72）径向力的结果：加速轴承磨损，降低轴承寿命，还可能使齿轮轴弯曲，导致齿顶与泵体摩擦加剧，使泵不能正常工作。4、改善措施：1）缩小压油口，以减小压力油作用面积。2）扩大泵体内高压区径向间隙3）开压力平衡槽，但泄漏量增大，容积效率减小。困油现象：（定义p72好好看看）消除困油的方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽为彻底消除困油。5、内啮合齿轮泵：渐开线齿形内啮合齿轮泵和摆线齿轮泵四、叶片泵液压与气压传动复习材料8/261、叶片泵：作用非卸荷式——变量泵双作用卸荷式——定量泵单作用叶片泵双作用叶片泵的工作原理（p76-77）限压式变量叶片泵的工作原理和特性(p78)三、柱塞泵按柱塞排列方式:直轴式、斜轴式轴向柱塞泵、径向柱塞泵柱塞泵共有三对摩擦副：1、柱塞与缸体2、滑履与斜盘3、缸体与配油盘五、液压缸及液压马达液压缸:实现直线往复运动的执行元件液压马达：把液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功。液压缸按