液压流体力学

山东技术学院液压与气动技术第二章液压流体力学基础液压流体力学基础液压流体力学基础第二章液压流体力学基础1.液压油2.流体静力学3.流体动力学4.管路中液体的压力损失5.液体流经孔口和缝隙的流量-压力特性6.液压冲击及气穴现象液压流体力学基础第二章液压流体力学基础2、1液压油2、2液体静力学液压流体力学基础目的任务了解油液性质、静压特性、方程、传递规律掌握静力学基本方程、压力表达式和结论液压流体力学基础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液压流体力学基础提问作业1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？液压流体力学基础液压油2.1液压油液压传动所用液压油一般为矿物油。液压油作用：1.液压系统传递能量的工作介质。2.润滑、冷却和防锈。液压油质量的优劣直接影响液压系统的工作性能。液压流体力学基础液压油2.1.1液压油的物理性质一、液体的密度液体单位体积内的质量称为密度，通常用“ρ”表示：ρ=m/V(kg/m3)m--液体质量（kg）V--液体体积（m3）通常可视为常数液压油的密度为900kg/m3液压流体力学基础液压油二、液体的粘性液体在外力作用下流动时，分子之间的内聚力会阻碍分子之间的相对运动而产生一种内摩擦力。这一特性称作液体的粘性。粘性的大小用粘度表示，是选择液压油的主要依据液压流体力学基础液压油实验测定：液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层间的接触面积A和液层间的相对运动速度du成正比，而与液层间的距离dy成反比。图2.1.1液体粘性示意图液压流体力学基础液压油式中：µ——比例常数，称为粘性系数或粘度；du/dy——速度剃度用剪应力表示：(即：单位面积上内摩擦力)液压流体力学基础液压油动力粘度µ粘度运动粘度ν相对粘度ºEt液压流体力学基础液压油1.动力粘度µ即：液体在单位速度剃度下流动时，液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度µ又称绝对粘度在SI（国际单位制）中：µ的单位为Pa.S（帕秒）或N.s／m２在CGS（厘米克秒单位制）中：µ的单位为dyn.s／cm２称P（泊）1Pa.S=10P=103cP(厘泊）液压流体力学基础液压油2.运动粘度γ动力粘度µ与液体密度p之比，无物理意义在SI（国际单位制）中：γ的单位为m２／s在CGS（厘米克秒单位制）中：γ的单位为cm２／s称St（斯）1m２／s=104St（斯）=106cSt（厘斯）1cSt=mm２／s液压流体力学基础液压油运动粘度ν在工程中的应用机械油的牌号——机械油在40℃时的运动粘度γ的平均值。例：20号机械油是指在40℃时的运动粘度的平均值为20cSt（厘斯）的机械油。30号机械油？是指在40℃时的运动粘度的平均值为30cSt（厘斯）的机械油。液压流体力学基础液压油3.相对粘度ºEt相对粘度又称条件粘度，我国采用恩氏粘度ºEt测定方法：将200mL温度为t的被测液体装入恩氏粘度计的容器，经其底部直径为2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需时间t1，再测出200mL温度为20℃的蒸馏水在同一粘度计中流尽所需时间t2；这两个时间的比值即为被测液体在温度t下的恩氏粘度。相对粘度雷式粘度〞R——英国、欧洲赛式粘度SSU——美国恩式粘度oE——俄国、德国、中国液压流体力学基础液压流体力学基础液压油在工业上将20℃、50℃、100℃作为测定恩氏粘度的标准温度。分别用ºE20、ºE50、ºE100表示smEEtt/1031.631.726恩氏粘度和运动粘度的换算:液压流体力学基础液压油4.其他性质：1.液体的可压缩性液体受压力作用而体积缩小的性质称为液体的可压缩性。一般很小可忽略不计。2.液体粘度与压力的关系液体分子间的距离随压力增加而减小，内聚力增大，其粘度也随之增大。当压力不高和压力变化不大时，一般可忽略不计。液压流体力学基础液压油3.液体粘温特性液体粘度随温度升高而下降的性质称为粘温特性。图2.1.2是几种国产液压油的粘温特性曲线液压流体力学基础液压油几种国产液压油的粘温特性曲线液压流体力学基础液压油2.1.2对液压油的要求及选用一、要求1.合理的粘度和良好的粘温特性。（γ=11.5~41.3cSt或2~5.8ºE50）2.润滑性能好；3.纯净度好，杂质少；4.对热、氧化、水解都有良好的稳定性，使用寿命长；5.对液压系统所用金属及密封材料等有良好的相容性；6.抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小7.比热和传热系数大，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。液压流体力学基础液压油2.1.2对液压油的要求及选用二、液压油分类液压系统常用工作介质石油型乳化型合成型普通液压油YA液压——导轨油抗磨液压油YB低温液压油YC高粘度指数液压油YD汽轮机油（代用）水包油乳化液YRA水——乙二醇液YRC油包水乳化液YRB磷酸酯液YRD液压流体力学基础液压油三、液压油命名和代号（GB2512—81)命名：牌号尾注号类组名称“牌号”——即该工作介质产品在40℃时的运动粘度等级，并在级前冠以“N”字符，以区别于其他温度下的运动粘度等级。“尾注号”H——由石油烃叠合或缩合等工艺制造G——具有良好的粘滑特性,减少导轨爬行D——具有良好的低温起动性能K——对镀银部件具有良好的抗腐蚀性“类组名称”———见上面分类表液压流体力学基础液压油例：N22G普通液压油牌号尾注号类组名称液压流体力学基础液压油代号：牌号尾注号类组号例：YA-N22G类组号牌号尾注号液压流体力学基础矿物型液压油GB/T11118.1—1995名称牌号（粘度等级）主要用途L-HL15、22、32、46、68、100常用于低压液压系统L-HM15、22、32、46、68适用于低、中、高压液压系统L-HG32、68适用于液压和导轨润滑系统合用的机床L-HV10、15、22、32、46、68、100适用于环境温度变化较大和工作条件恶劣的（野外工程和远洋船舶）低、中、高压液压系统液压流体力学基础液压油四、液压油的选用1.确定液压油的品种石油型液压油（矿物油）是液压传动系统中使用最广泛的工作介质。如何选用？使用性能工作环境例：普通液压油是以精制的石油润滑油馏分、并添加有抗氧化、防锈和抗泡等添加剂制成的。主要应用于环境温度0℃以上的各种各种精密机床的液压和液压导轨系统。液压流体力学基础2.确定压油的粘度如何选用？工作压力环境温度运动速度压力温度速度粘度粘度粘度液压油液压系统的工作压力—压力高，要选择粘度较大的液压油液环境温度—温度高，选用粘度较大的液压油。运动速度—速度高，选用粘度较低的液压油。液压流体力学基础五、使用液压油时应注意什么1.保持液压油清洁，防止金属屑和纤维等杂质进入油中；2.定期检查油液质量和油液高度；3.应保证油箱的温升不超过液压油允许的范围，一般不得超过70℃。液压流体力学基础作业•液压油的选用原则液压流体力学基础2.2流体静力学流体静力学——是研究液体处于相对平衡状态下的力学规律及其应用。流体力学流体静力学流体动力学液压流体力学基础面积压力作用力压力=作用力÷面积作用力=压力x面积液压流体力学基础1kg低压力1kg高压力1kg液压流体力学基础2.2.1液体静压力液压流体力学基础注意：液压传动课程所说的“压力”就是物理学中的压强的概念。液压流体力学基础2.2.2.液体静力学基本方程)(AghApApo液压流体力学基础2.2.3压力的单位及表示方法单位：我国法定计量单位的压力单位是Pa（帕）——（同IS)1Pa=1N/m21MPa=106Pa在工程单位制中的压力单位是at（工程大气压）1at=1kg/cm2=9.8x104N/m2≈105Pa=0.1MPa1bar=105Pa≈1at液压流体力学基础压力绝对压力相对压力以绝对真空为基准以大气压为基准真空度绝对压力小于大气压的数值（表压力）液压流体力学基础液压流体力学基础换算绝对压力=相对压力+大气压力真空度=大气压力-绝对压力液压流体力学基础2.2.4静压传递原理在密封的容器内施加于静止液体任意一点的压力将以等值传到液体各点——静压传递原理（帕斯卡原理）。在不考虑液体自重所产生的压力时，可以认为静止液体内部各点的压力处处相等。液压流体力学基础帕斯卡原理压力的传递静止液体——密闭容器内压力等值传递。流动液体——压力传递时考虑压力损失。例已知：ρ=900kg/m2F=1000N,A=1X10-3m2求：在h=0.5m处p=?解表面压力：p0=F/A=1000/1x10-3=106N/m2h处的压力：p=p0+ρgh=106Pa液压流体力学基础帕斯卡原理在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点。这就是帕斯卡原理，也称为静压传递原理。图示是应用帕斯卡原理的实例，作用在大活塞上的负载F1形成液体压力p=F1/A1。为防止大活塞下降，在小活塞上由应施加的力F2=pA2=F1A2/A1。此可得：–液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。–液体内的压力是由负载决定的。液压流体力学基础AFG500kgD=100mmD=20mmp?液压流体力学基础帕斯卡原理应用已知：D=100mm,d=20mm,G=5000kg求：F=？G=mg=5000kgx9.8n/kg（9.8m/s2）=49000N由p1=p2则F/(πd2/4)=G/（πD2/4)F=(d2/D2)G=(202/1002)49000=1960N液压流体力学基础2.2.5液体对固体壁面的作用力在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力F为液体的压力P与受压面积A的乘积，其方向与该平面相垂直。液压流体力学基础液压流体力学基础液压流体力学基础作业•1叙述帕斯卡定律液压流体力学基础压力（Pa）=作用力（N）面积（m2）压力（Kg/cm2）=作用力（kg）面积（cm2）液压流体力学基础液体静压力？液压流体力学基础压力负载压力=面积面积负载液压流体力学基础无流阻液压系统的压力大小，取决于负载的大小。负载大液压系统的压力大，负载小液压系统的压力就小。液压流体力学基础压力由外负载产生液压流体力学基础压力由弹性负载产生液压流体力学基础压力由压缩空气产生液压流体力学基础压力由单向阀（带弹簧）产生液压流体力学基础压力由阻尼孔产生液压流体力学基础2、3液体动力学目的任务：了解流动液体特性、传递规律掌握动力学三大方程、流量和结论重点难点：流量与流速关系及结论三大方程及结论、物理意义液压流体力学基础2.3流体动力学流体动力学——是研究液体流动时的运动规律、能量转换和流动液体对固定壁面的作用力等问题。流体力学流体静力学流体动力学液压流体力学基础2.3.1基本概念液压流体力学基础2.3.1基本概念2.流线、流束、流管、通流截面：•流线：液流中各质点的速度方向相切的曲线。•流束：许多流线组成的一束曲线。•通流截面：垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。液压流体力学基础2.3.1流量与平均速度一、流量单位时间内流过某一截面的流体的体积，用q表示。例：在水龙头旁要灌满一个10升大小的水桶，需要约1分钟时间，则该水龙头的流量就是10l/min。q=V/t在IS中：q的单位为m3/s；在工程上常用L/min。液压流体力学基础例：某液压系统泵的流量4.2l/min，求10秒钟系统排出液体的体积？解：q=4.2l/min=4.2/60l/s;t=10s根据q=V/t导出V=qxtV=4.2x10/60(ls/s)V=0.7l结论：每分钟4.2升的流量，在10秒钟内排出的液体体积为0.7l流量=升/分钟(l/min)1l=1000立方厘米(cm3)液压流体力学基础二、平均流速由于液体的粘性，液体在流动过程中各层的速度是不相等的，为了研究问题的方便，假设液体是无粘性、不可压缩的理想液体。这样液体在通流截面上流速均匀分布，称为平均流速，用v表示。单位（SI）m/sAqv液压流体力学基础2.3.2连续性方程根据质量守恒定律，液体在密封管道内