第二章 液压传动基础知识.

第二章液压传动基础知识本章介绍有关液压传动的流体力学基础；重点为液体静压方程、连续性方程、伯努力方程的应用，压力损失、小孔流量的计算。第二章第一节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、零件起着润滑、冷却和防锈作用。一、液压油的分类普通液压油专用液压油1、石油基液压油抗磨液压油高粘度指数液压油第二章第一节液压油合成液压油——磷酸酯液压油2、难燃液压油水——乙二醇液压油含水液压油油包水乳化液乳化液水包油乳化液第二章第一节液压油1)石油基液压油以石油的精炼物为基础，加入各种为改进性能的添加剂而成。添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。不同工作条件要求具有不同性能的液压油，不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。2)磷酸脂液压油难燃液压油之一。它的使用范围宽，可达-54~135℃。抗燃性好，氧化安定性和润滑性都很好。缺点是与多种密封材料的相容性很差，有一定的毒性。广泛应用第二章第一节液压油二、液压油的物理特性1、密度ρρ=m/V[kg/m3]一般矿物油的密度为850~960kg/m3第二章第一节液压油二、液压油的物理特性2、重度γ单位体积的重量γ=G/V[N/m3]一般矿物油的重度为8400~9500N/m3因G=mg所以γ=G/V=ρg第二章第一节液压油二、液压油的物理特性3、液体的可压缩性当液体受压力作用而体积缩小的特性称为液体的可压缩性。体积压缩系数β=-△V/△pV0体积弹性模量K=1/β液压油的体积弹性模量（1.4~1.9）×109N/m2钢的体积弹性模量2.1×1011N/m2第二章第一节液压油二、液压油的物理特性4、流体的粘性液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。当流体发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了流体抵抗剪切变形的能力。第二章第一节液压油二、液压油的物理特性粘性所起的作用为阻滞流体内部的相互滑动，在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。图2-2液体的粘性示意图第二章第一节液压油根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力F与流体层的接触面积A及流体层的相对流速du成正比，而与此二流体层间的距离dzF=μAdu/dz以τ=F/A表示切应力，则有：τ＝μdu/dzμ为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度；du/dz表示流体层间速度差异的程度，称为速度梯度液体内摩擦定律数学表达式第二章第一节液压油当速度梯度变化时，μ为不变常数的流体称为牛顿流体，μ为变数的流体称为非牛顿流体。除高粘性或含有大量特种添加剂的液体外，一般的液压用流体均可看作是牛顿流体。第二章第一节液压油流体的粘度通常有三种不同的测试单位(1)绝对粘度μ绝对粘度又称动力粘度，它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dz=1时，dudz动力粘度的国际(SI)计量单位为牛顿·秒/米2N·s/m2，或为帕·Pa·s。第二章第一节液压油流体的粘度通常有三种不同的测试单位（2）运动粘度ν运动粘度是绝对粘度μ与密度ρν=μ/ρ式中：ν为液体的动力粘度，m2/s；ρ为液体的密度，kg/m3。(3)相对粘度。相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性的。相对粘度又称条件粘度。各国采用的相对粘度单位有所不同。有的用赛氏粘度，有的用雷氏粘度，我国采用恩氏粘度。第二章第一节液压油(4)压力对粘度的影响。在一般情况下，压力对粘度的影响比较小，在工程中当压力低于5MPa时，粘度值的变化很小，可以不考虑。当液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其粘度也随之增大。因此，在压力很高以及压力变化很大的情况下，粘度值的变化就不能忽视。(5)温度对粘度的影响。当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。第二章第一节液压油液压油可以传递能量、润滑运动部件、保护金属不被锈蚀。三、液压系统对液压油的要求要求：1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围。2.良好的润滑性能。3.良好的化学稳定性。4.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。5.其他。第二章第一节液压油四、液压油的选用正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。1.先确定适用的粘度范围；2.再选择合适的液压油品种；3.同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求。如在寒冷地区工作的系统则要求油的低温流动性好、凝固点低；伺服系统则要求油质纯、压缩性小；高压系统则要求油液抗磨性好；在环境温度较高，工作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选用粘度较高的液压油，否则相反。第二章第一节液压油五、液压油的污染与防护1.污染的原因：(1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净。(2)外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。(3)液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。第二章第一节液压油五、液压油的污染与防护2.油液污染的危害造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。①液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件寿命缩短。②磨损加剧，并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔，或使阀芯卡死，从而造成液压系统的故障。③水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。第二章第一节液压油五、液压油的污染与防护3.防止污染的措施对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手：一是防止污染物侵入液压系统；二是把已经侵入的污染物从系统中qingchu出去。为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施：(1)使液压油在使用前保持清洁。(2)使液压系统在装配后、运转前保持清洁。(3)使液压油在工作中保持清洁。(4)采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。(5)定期更换液压油。(6)控制液压油的工作温度。第二章第一节液压油五、液压油的污染与防护1.污染的原因：(1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净。(2)外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。(3)液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。第二章第二节液体静力学第二节液体静力学•一、静压力（压力）及其性质1、静止液体：液体内部质点与质点无相对运动2、静压力：单位面积上液体所受作用力单位:2mN第二章第二节液体静力学•一、静压力（压力）及其性质3、性质：静止液体不呈粘性；液体静压力垂直于作用面，指向作用面的内法线方向；静止液体内，任意点的压力在各个方向上都相等。第二章第二节液体静力学•二、液体静力学方程图2-3静压力的分布规律pdA=p0dA+γhdA故p=p0+γhh=Z0-Zp+γZ=p0+γZ0=常量第二章第二节液体静力学静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能，即具有两部分能量，而且各点的总能量之和为一常量。p+γZ=p0+γZ0=常量第二章第二节液体静力学p=p0+γh(1)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γh。(2)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。(3)可通过下述三种方式使液面产生压力p0：①通过固体壁面(如活塞)使液面产生压力；②通过气体使液面产生压力；③通过不同质的液体使液面产生压力。第二章第二节液体静力学•三、压力的表示方法及单位1)绝对压力2)相对压力3)真空度帕（Pa）：N/㎡PaMPa6101Pabar5101绝对压力＝相对压力＋大气压力真空度＝大气压力－绝对压力＝负的相对压力第二章第二节液体静力学•四、帕斯卡定律－－静压传递原理帕斯卡原理（静压传递原理）：在密闭的容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。21pp第二章第二节液体静力学•四、帕斯卡定律－－静压传递原理•盛放在密封容器内的液体，其外加压力p0发生变化时，只要液体仍然保持原有的静止状态，液体中的任一点的压力，均将发生同样大小的变化。第二章第二节液体静力学•五、液体静压力作用在固体壁上的力第二章第二节液体静力学用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积第二章第三节流体动力学本节讨论液体流动时的运动规律、能量转换和流动液体对固体壁面的作用力等问题，具体介绍三个基本内容—基本概念连续性方程伯努利方程第三节流体动力学第二章第三节流体动力学一、基本概念•.理想液体、恒定流动流线、流束、流管和通流截面流量及平均流速dqudAAqudAAqudAAvqvA，则流经A的总流量为积分运算需要知道流速u在通流截面A上的分布规律。几个基本概念第二章第三节流体动力学1基本概念•理想液体:既不可压缩又无粘性的液体•理想气体:可压缩但没有粘性的气体FF1DdpG54027第二章第三节流体动力学1基本概念•通流截面:在流场中作一面，若该面与通过面上的每一条流线都垂直，则称该面为通流截面。•流量:单位时间内流过某通流截面的流体体积法定单位:米3/秒(m3/s)工程中常用升/分（L/min）•通流截面上的平均流速:流线、流束与通流截面AdAqAdAqAAqAq第二章第三节流体动力学1基本概念•流动液体中的压力和能量:由于存在运动，所以理想流体流动时除了具有压力能与位能外，还具有动能。即流动理想流体具有压力能，位能和动能三种能量形式•单位重量的压力能:•单位重量的位能:Z•单位重量的动能:gpg22第二章第三节流体动力学2连续性方程:质量守恒定律在流动液体情况下的具体应用•q=A=常数•不可压缩流体作定常流动时，通过流束（或管道）的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第二章第三节流体动力学计算举例：题图所示的液压传动系统中，活塞和活塞杆的直径分别为D=0.1m,d＝0.05m，输入液压缸的流量q=8.33×10-4m3／s，压力p=2×105Pa。试求活塞带动工作台运动的速度v=？，所能克服的工作阻力R=？解：A=πD2/4=3.14×0.12/4v=q/A=8.33X10-4／AR=pA第二章第三节流体动力学3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第二章第三节流体动力学理想液体的伯努利方程图2-8伯努利方程推导简图•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。由于方程中的每一项均以长度为量纲，所以亦分别称为压力水头，位置水头和速度水头静压力基本方程是伯努利方程的特例cgzgpgzgp2222222111cgzgp22gpg22第二章第三节流体动力学cgzgpgzgp2222222111cgzgp22方程的物理意义：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，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。第