第一篇液压传动.

第一篇液压传动第一章液压传动的基础知识1、液压传动工作介质：物理性质、分类、选用原则污染控制等；2、液体静力学：特性、静力学方程、压力单位、帕斯卡原理3、液体动力学：连续性方程、贝努利方程、动量方程；4、定常管流的压力损失计算：流态、沿程压力损失、局部压力损失5、孔口和缝隙流动：孔口液流特性、缝隙液流特性6、空穴现象7、液压冲击一、液压传动工作介质的性质1、密度ρ：单位体积液体的质量式中m：液体的质量(kg)；V：液体的体积（m3）；ρ=900kg/m3Vm由于油液的体积随着温度的上升而增加，随着压力的提高而减少，故矿物油型液压油的密度随着温度的上升而有所减小，随着压力的提高而稍有增加，但其变动值很小，可认为其为常数，一般矿物油系液压油在15℃时密度约为900kg／m3左右。第一节液压传动工作介质2、可压缩性：液体受压力作用而发生体积变化的性质。可用体积压缩系数κ（卡帕）或体积弹性模量K表示•体积压缩系数κ：单位压力变化所引起的体积相对变化量，（m2/N）式中V：液体加压前的体积（m3）；△V：加压后液体体积变化量（m3）；△p：液体压力变化量（N/m2）；•体积弹性模量K（N/m2）：液体体积压缩系数κ的倒数计算时常取K=7×108N/m2VVp11K液体弹簧的刚度计算VKAlFpAFKApVlAVlKpVVVpVKVVphh211-教材P12,式1-33、粘度•液体的粘性：液体在流动时产生内摩擦力的特性液体只有流动或有流动趋势时才呈现粘性，静止液体则不显示粘性•液体的粘度：液体粘性的大小可用粘度来衡量。粘度是液体的根本特性，也是选择液压油的最重要指标常用的粘度有三种不同单位：即动力粘度、运动粘度和相对粘度（相对粘度不常有）动力粘度（绝对粘度）μ•牛顿内摩擦定律式中μ:称为动力粘度系数（Pa·s）τ:单位面积上的摩擦力（即剪切应力）:速度梯度，即液层间速度对液层距离的变化率物理意义：当速度梯度为1时接触液层间单位面积上的内摩擦力•法定计量单位：帕·秒（Pa·s）图1-4液体粘性示意图dzdudzduAFdzdu运动粘度ν•定义：动力粘度μ与密度ρ之比•法定计量单位：m2/s由于ν（纽）的单位中只有运动学要素，故称为运动粘度。液压油的粘度等级就是以其40ºC时运动粘度的某一平均值来表示，如L-HM32液压油的粘度等级为32，则40ºC时其运动粘度的平均值为32mm2/s粘温特性•定义：粘度随温度变化的特性图1-5几种国产油液粘温图粘压特性•压力小于20MPa时，油液的粘度随压力变化很小；•压力很高时，粘度将急剧增大；二、对液压传动工作介质的要求(I)合适的粘度和良好的粘度-温度特性，一般液压系统所选用的液压油，其运动粘度大多为(13-68)×10-6m2／s(40℃)。(2)良好的化学稳定性，这里主要指在高温下(抗热)与空气长期接触(抗氧化)以及在高速通过缝隙或小孔(抗机械剪切)后仍能保持其原有化学成分不变的性质。(3)良好的润滑性能，以减小元件中相对运动表面的磨损。(4)质地纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。(5)对金属密封件有良好的相容性。(6)抗抱沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，抗锈性好。(7)体积膨胀系数低，比热容高。(8)流动点和凝固点低，闪点(明火能使油面上油蒸气内燃、但油本身不燃烧的温度）和燃点高。（9）对人体无害，成本低。三、工作介质的分类和选用1、分类石油型：精致矿物油普通液压油L-HL,常用液压油抗磨液压油低温液压油；户外工程机械高粘度指数液压油液压导轨油90%以上的液压系统用矿物油，但可燃，不宜用于易燃、易爆等场合；乳化型：水包油乳化液；油包水乳化液抗燃，用于压力不高的场合；合成型：水-乙二醇液、磷酸脂液现代大型飞机使用的“紫油”属于一种磷酸酯合成液压油，它为阻燃型，耐热性好，使用温度可达100℃以上，即使燃烧也不扩散。缺点是易被水污染、对密封要求严格。合成油价格高，用于高压、高温等特殊场合。2、工作介质的选用原则(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，以减少泄漏；反之便选用粘度较低的油。例如，当压力p＝7.0-20MPa时宜选用N46-N100的液压油；当压力p＜7.0MPa时宜选用N32-H68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，液压泵的润滑要求很苛刻，选择液压油粘度时应考虑液压泵的类型及其工作环境，如表教材表1-2（P16).四、液压系统的污染控制1、污染的根源1）、已被污染的新油；2）、残留污染：毛刺、切屑等；3）、侵入污染：灰尘、砂土等；4）、生成污染：老化，磨损磨粒等2、污染的危害80%的液压故障与污染相关，大颗粒可能导致泵或阀卡死，小颗粒导致磨损加剧，油液老化加快、阻塞等。3、污染的测定1）、称重法；每100毫升液体中污染物的毫克数（重量）定级；2）、颗粒计数法；每100毫升液体中不同直径污染物的颗数4、污染的等级GB/T14039-93,如18/15代表1ml液体中大于5微米的颗粒不多于18个，大于15微米的颗粒不多于15个；美国标准NAS16385、工作介质的污染控制(1)使液压油在使用前保持清洁液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新买来的液压油看上去很清洁，其实很“脏’，必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。(2)使液压系统在装配后、运转前保持清洁液压元件在加工和装配过程中必须清洗干净，液压系统在装配后、运转前应彻底进行清洗，最好就用系统工作中使用的油液清洗，清洗时油箱除通气孔(加防尘罩)外须全部密封，密封件不可有飞边、毛刺。(3)使液压油在工作中保持清洁液压油在工作过程中会受到环境污染，因此应尽量防止工作中空气、水分的侵入，为完全消除水、气和污染物的侵入，采用密封油箱，通气孔上加空气油清器，防止尘土、磨料和冷却核侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器中的胶囊。(4)采用合适的滤油器这是控制液压油污染的重要手段，应根据设备的要求使用场合在液压系统中选用不同的过滤方式、不同的精度和不同结构的滤油器，并要定期检查和清洗滤油器和油箱。（5)定期更换液压油更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗，排尽后注入新油。(6)控制液压油的工作温度液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会加速氧化变质，产生各种生成物．缩短它的使用期限，一般液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，机床液压系统则应控制在55℃以下。第二节液体静力学•液体的静压力•静压力基本方程•静压力基本方程的物理意义•压力的计量单位•压力的传递•液体静压力对固体壁面的作用力一、液体的静压力及其特性•静压力:是指液体处于静止状态时,其单位面积上所受的法向作用力AFp•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二、液体静压力的基本方程1、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图2—1重心作用下的静止液体ΔΔΔ00+ppzzCgg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.Z:单位重量液体的位能,称位置水头:单位重量液体的压力能,称压力水头gp静止流体的等压面为水平面。三、压力的计量单位•法定单位:牛顿/米2(N/m2)即帕（Pa）1MPa=106Pa•单位换算:1工程大气压（at）=1公斤力/厘米2（kgf/m2）≈105帕=0.1MPa=1bar1米水柱（mH20）=9.8×103Pa1毫米汞柱（mmHg）=1.33×102Pa•相对压力（表压力）:以大气压力为基准，测量所得的压力是高于大气压的部分•绝对压力:以绝对零压为基准测得的压力绝对压力=相对压力+大气压力•真空度:如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，则称该点出现真空。此时相对压力为负值，常将这一负相对压力的绝对值称为该点的真空度•真空度=|负的相对压力|=|绝对压力-大气压力|图2—2绝对压力、相对压力和真空度表压力p绝对压力真空度绝对压力绝对压力p=0四、帕斯卡原理•帕斯卡原理（静压传递原理）:若在处于密封容器中静止液体的部分边界面上施加外力使其压力发生变化，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，则液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化•液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方向变换的•液压系统的压力完全决定于外负载图2-4帕斯卡原理应用12p12FFAA五、液体静压力对固体壁面的作用力•当承受压力的固体壁面为平面时:则作用在其上的总作用力等于压力与该壁面面积之积•如果承受压力的固体壁面是曲面时:曲面上总作用力在某一方向上的分力等于曲面在与该方向垂直平面内的投影面积与静压力的乘积。若已知曲面上总作用力在三个坐标轴方向的分量分别为Fx、Fy和Fz时，总作用力的大小为：21222)(ZYXFFFF24DpF第三节液体动力学•流量连续性方程：质量守恒•伯努利方程：能量守恒•动量方程：动量守恒一、连续性方程:质量守恒定律在流动液体情况下的具体应用11221122AV,AV,vAvAqvA变截面管道，流经截面的平均速度为流经截面的平均速度为则连续性方程为：由于通流面积是任意选取的，故：常数连续性方程推导简图连续性方程说明：•不可压缩流体作定常流动时，通过管道任一通流截面的流量相等•通过通流截面的流速则与通流截面的面积成反比二、伯努利方程(能量方程):能量守恒定律在流动液体中的表达形式•理想液体的伯努利方程•实际液体的伯努利方程•伯努利方程应用实例•理想液体定常流动时，液体的任一通流截面上的总比能（单位重量液体的总能量）保持为定值。总比能由比压能（）、比位能（Z）和比动能（）组成，可以相互转化。静压力基本方程是伯努利方程的特例22112212v22ppvzzcgggg22pvzcgggpg22理想流体伯努利方程为：1、理想液体的伯努利方程•则实际伯努利方程为：•α:动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能，与按截面上平均流速计算的动能之比（层流时α=2，紊流时α=1）•:单位重量液体所消耗的能量whwhvgzgpvgzgp222222111121212、实际液体的伯努利方程h水银qp1A1v1p2A2v2例一，文丘里流量计求解已知A1,A2,被测液体密度，水银密度，水银高度差h，即可求出通流体积'3、伯努利方程应用实例hgAAAppAAAvAvAvpvp)'(21)(21Avq:gh'pghp221212221212222212211222211综合以上三式静力方程：连续性方程：贝努利方程：；假设为理想液体，取h水银qp1A1v1p2A2v221111222221212wpzvggpzvhgg•1、油液提升一定高度所需要的压力；•2、油液产生一定速度所需要的压力；•3、吸油管内压力损失。•液压泵吸油口处的真空度却不能太大.实践中一般要求液压泵的吸油口的高度h不超过0.5米.图2-10液压泵从油箱吸油whvgzgpvgzgp22222211112121•教材：例1-1，求泵吸油腔的真空度Z1=0，z2=h，p1=pa，V1V2，取v1=0，v2=4q/(πd2)2a2222wppvhhggg222222a222wwvvppghghghp液压泵吸油口处的真空度是油箱液面压力与吸油口处压力p2之差。泵吸油口真空度为三、动量方程取管道中一段控制体积A-B，流出控制体积速度为V2，流入控制体积速度为V1，