第一章 液压基础知识概要

中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识1液压与气压传动Hydraulic&PneumaticTransmission中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识2液压传动基础知识BasicKnowledgeforHydraulicTransmission液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因而，了解液体的物理性质，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规律，对于正确理解液压传动的基本原理，合理设计和使用液压系统都非常必要。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识3本章内容液压传动工作介质液体静力学和液体动力学定常管流的压力损失孔口和缝隙流动特性空穴现象和液压冲击中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识4教学要求了解液体的物理性质，静压特性、方程、传递规律，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规律，掌握静力学基本方程、压力表达式和结论；了解流动液体特性、传递规律，掌握动力学三大方程、流量和结论；了解流量公式、特点、两种现象产生原因，掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象的危害及消除。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识5重点难点液压油的粘性和粘度粘温特性静压特性压力形成静力学基本方程流量与流速的关系三大方程的形式及物理意义中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识6一、液压传动工作介质液压介质要完成的功能主要包括：传递能量和信号；润滑液压元件，减少摩擦和磨损；散热；防止锈蚀；密封液压元件对偶摩擦副中的间隙；传输、分离和沉淀非可溶性污染物；为元件和系统失效提供诊断信息。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识7一、液压传动工作介质①密度：单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V、质量为M的液体的密度ρ为液压工作介质的性质VM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，故矿物型液压油的密度随着温度的上升而有所减少，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20℃时密度约为850～900kg/m3左右。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识8一、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称为液体的可压缩性。液体的压缩性可用体积压缩系数κ表示。液压工作介质的性质01VVp△△液体的可压缩性很小，在一般情况下当液压系统在稳态下工作时可以不考虑可压缩的影响。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，就需要考虑液体可压缩性的影响。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识9一、液压传动工作介质③粘性：液体在外力作用流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。液压工作介质的性质μ为比例常数，有时称为粘性系数或粘度。以τ表示切应力，即单位面积上的内摩擦力，则这就是牛顿的液体内摩擦定律。yudd中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识10一、液压传动工作介质④粘度：用粘度来表示液体的粘性大小。粘度的表示方法有动力粘度μ、运动粘度ν和相对粘度。液压工作介质的性质动力粘度上式中μ为由液体种类和温度决定的比例系数，它是表征液体粘性的内摩擦系数。如果用它来表示液体粘度的大小，就称为动力粘度，或称绝对粘度。动力粘度μ的物理意义是液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为Pa·s（帕·秒，N·s/m2）。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识11一、液压传动工作介质④粘度：用粘度来表示液体的粘性大小。粘度的表示方法有动力粘度μ、运动粘度ν和相对粘度。液压工作介质的性质运动粘度液体的动力粘度μ与其密度ρ的比值，称为液体的运动粘度ν，即ν=μ/ρ运动粘度的单位为m2/s。就物理意义来说，ν不是一个粘度的量，但习惯上常用它来标志液体粘度，液压油液的粘度等级是以40℃时运动粘度（以mm2/s计）的中心值来划分的。例如，牌号为L—HL22的普通液压油在40℃时运动粘度的中心值为22mm2/s。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识12一、液压传动工作介质④粘度：用粘度来表示液体的粘性大小。粘度的表示方法有动力粘度μ、运动粘度ν和相对粘度。液压工作介质的性质相对粘度相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度oE（中国、德国、俄国）、赛氏粘度SSU（美国）、雷氏粘度Re（英国、欧洲）等。恩氏粘度用恩氏粘度计测量。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识13一、液压传动工作介质液压工作介质的性质恩氏粘度200ml温度为T的被测液体,流经恩氏粘度计小孔（φ2.8mm）所用时间t1，与同体积20度的水通过小孔所用时间t2之比。t2oEt1中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识14一、液压传动工作介质⑤粘度的影响因素：液体的粘度随液体的压力和温度而变化。对液压油来说，压力增大时，粘度增大，但影响很小，通常忽略不计。液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度下降。在液压技术中，希望工作液体的粘度随温度变化越小越好。粘度随温度变化特性，可以用粘度－温度曲线表示。液压工作介质的性质中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识15一、液压传动工作介质粘度－温度特性曲线液压工作介质的性质中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识16一、液压传动工作介质⑥其它性质：比热容（单位质量的物质作单位温度变化时所需要的热量）、导热系数、流动点（比凝固点低2.5℃的温度叫做流动点）与凝固点、闪点（明火能使油面上油蒸气闪燃，但油本身不燃烧的温度）与燃点（使油液能自行燃烧的温度）、润滑性（在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力）等。热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、相容性（对密封材料、涂料等非金属材料的化学作用程度，如不起作用或很少起作用则相容性好）和毒性等。液压工作介质的性质中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识17一、液压传动工作介质液压工作介质的要求（1）合适的粘度和良好的粘度－温度特性。（2）良好的化学稳定性。（3）良好的润滑性能，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）抗泡沫性好，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，闪点和燃点高。（9）对人体无害、成本低。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识18一、液压传动工作介质液压工作介质的分类目前，我国各种液压设备所采用的液压油液，按抗燃烧特性可分为两大类：一类为矿物油系；一类为不燃或难燃油系。大多数设备的液压系统采用是矿物油系。不燃或难燃油系可分为水基液压油和合成液压油两种。液压技术中广泛采用石油基液压油作为工作液体，特殊情况下可采用抗燃液压油。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识19一、液压传动工作介质液压工作介质的选用选择液压油时，首先考虑其粘度是否满足要求，同时兼顾其它方面。选择时应考虑如下因素：（1）液压泵的类型（2）液压系统的工作压力（3）运动速度（4）环境温度（5）防污染的要求（6）综合经济性总之，选择液压油时一是考虑液压油的品种，二是考虑液压油的粘度。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识20一、液压传动工作介质液压工作介质的污染与控制1．污染的种类及危害2．污染的原因3．污染的测定4．污染等级5.污染控制中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识21二、液体静力学液体静力学主要是讨论液体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。所谓“液体静止”指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现粘性而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止的还是匀速、匀加速运动都没有关系。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识22液体静压力二、液体静力学作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力：单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于加速度。表面力：是与液体相接触的其它物体（如容器或其它液体）作用在液体上的力，这是外力；也可以是一部分液体作用在另一部分液体上的力，这是内力。单位面积上作用的表面力称为应力，它有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。液体内某点处单位面积△A上所受到的法向力△F之比，称为压力（静压力），即AFpA0lim　中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识23液体静压力特性二、液体静力学由于液体质点间的凝聚力很小，不能受拉，只能受压，所以液体的静压力具有两个重要特性：1.液体静压力的方向总是作用在内法线方向上；2.静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识24液体静压力基本方程二、液体静力学平衡状态下，有p△A=p0△A+FG这里的FG即为液柱的重量，FG=ρgh△A所以有p=p0+ρgh式中g为重力加速度。上式即为液体静压力的基本方程。AhhAp0ApGF重力作用下的静止液体p0有一垂直小液柱，如图所示。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识25液体静压力基本方程二、液体静力学1.静止液体内任一点处的压力由两部分组成，一部分是液面上的压力p0，另一部分是ρg与该点离液面深度h的乘积。当液面上只受大气压力pa作用时，点A处的静压力则为p=pa+ρgh。2.同一容器中同一液体内的静压力随液体深度h的增加而线性地增加。3.连通器内同一液体中深度h相同的各点压力都相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。ghppo中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识26帕斯卡原理（压力传递）二、液体静力学根据静压力基本方程，盛放在密闭容器内的液体，其外加压力p0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识27帕斯卡原理的应用二、液体静力学如图一个密闭容器，按帕斯卡原理，液压缸内压力到处相等，p1≈p2，于是F2＝F1A2/A1如果垂直液压缸的活塞上没有负载，则当略去活塞重量及其它阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞，也不能在液体中形成压力，这说明液压系统中的压力是由外界负载决定的。p1A1F2F1p2A2中国农业大学工学院流体传动与控制工程实验室2020年1月29日星期三①液压传动基础知识28帕斯卡原理的应用举例二、液