液压流体力学基础知识-PPT.ppt
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1、2 2 液压传动基础知识液压传动基础知识2.1 2.1 液压油液压油2.2 2.2 液体静力学基础液体静力学基础2.3 2.3 液体动力学基础液体动力学基础2.4 2.4 管路内液流的压力损失管路内液流的压力损失2.5 2.5 孔口和缝隙的流量孔口和缝隙的流量2.6 2.6 气穴现象和液压冲击气穴现象和液压冲击2.1 2.1 液压油液压油2.1.1 2.1.1 液压油的主要性质液压油的主要性质 单位体积液体的质量称为液体的密度。液体的密度为单位体积液体的质量称为液体的密度。液体的密度为 1.1.密度密度 式中式中 m m:液体的质量液体的质量(kg)(kg);V V:液体的体积(液体的体积(m
2、 m3 3););液压油的密度液压油的密度=900 kg/m=900 kg/m3 3 表表2-12-1常用工作介质的密度常用工作介质的密度 (kg/m3 3)工作油液工作油液 液体受增大的压力作用而使体积缩小的性质称为液体的可压液体受增大的压力作用而使体积缩小的性质称为液体的可压缩性。液体的可压缩性可用体积压缩系数表示,它是指液体在单缩性。液体的可压缩性可用体积压缩系数表示,它是指液体在单位压力变化下的体积相对变化量,用公式表示为位压力变化下的体积相对变化量,用公式表示为2.2.可压缩性可压缩性 液体压缩系数的倒数,称为液体的体积弹性模量,简称体液体压缩系数的倒数,称为液体的体积弹性模量,简称
3、体积模量,用积模量,用K 表示,即表示,即 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,液体分子间内液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,液体分子间内聚力要阻止分子间的相对运动,在液层相互作用的界面之间会产聚力要阻止分子间的相对运动,在液层相互作用的界面之间会产生一种内摩擦力,这一特性称为液体的粘性。生一种内摩擦力,这一特性称为液体的粘性。3.3.粘性粘性液体的粘性示意图液体的粘性示意图(1 1)粘性的物理意义粘性的物理意义牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律单位面积上的内摩擦力单位面积上的内摩擦力 表示粘性大小的物理量。流体抵抗剪切变形能力的度量,表示粘性大小的物理量。流体抵抗剪切变形能力的度量,粘度
4、大,这种能力强。粘度大,这种能力强。(2 2)粘度粘度动力粘度动力粘度(绝对粘度绝对粘度)运动粘度运动粘度相对粘度相对粘度表示方法表示方法动力粘度:动力粘度:表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。运动粘度:运动粘度:液体动力粘度与密度的比值,没有明确的物理意义,但液体动力粘度与密度的比值,没有明确的物理意义,但是工程实际中常用的物理量。是工程实际中常用的物理量。一般的:一般的:同种介质比较大小时常用运动粘度同种介质比较大小时常用运动粘度 不同介质比较大小时一般用动力粘度不同介质比较大小时一般用动力粘度恩氏粘度恩氏粘度0 0E E 中国、德国、前苏联等用中国、德
5、国、前苏联等用赛氏粘度赛氏粘度SSUSSU 美国用美国用雷氏粘度雷氏粘度R R 英国用英国用巴氏粘度巴氏粘度0 0B B 法国用法国用 液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压传动工作液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压传动工作介质来说,压力增大时,粘度增大。在一般液压系统使用的介质来说,压力增大时,粘度增大。在一般液压系统使用的压力范围内,增大的数值很小,可以忽略不计。但液压传动压力范围内,增大的数值很小,可以忽略不计。但液压传动工作介质的粘度对温度的变化十分敏感,温度升高,粘度下工作介质的粘度对温度的变化十分敏感,温度升高,粘度下降。这个变化率的大小直接影响液压传动工作介质的使用,降。
6、这个变化率的大小直接影响液压传动工作介质的使用,其重要性不亚于粘度本身。其重要性不亚于粘度本身。(3 3)温度和压力对)温度和压力对粘度的影响粘度的影响典型液压油的粘温特性曲线典型液压油的粘温特性曲线 油液的其他物理机化学性质包括:防锈性、润滑性、抗燃性、油液的其他物理机化学性质包括:防锈性、润滑性、抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、导热性、相溶性以及纯净性等。抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、导热性、相溶性以及纯净性等。都对液压系统工作性能有重要影响。都对液压系统工作性能有重要影响。(4 4)其它性质其它性质粘温特性好粘温特性好有良好的润滑性有良好的润滑性有良好的化学稳定性有良好的化学稳定性成分
7、要纯净成分要纯净抗泡沫性和抗乳化性好抗泡沫性和抗乳化性好材料相容性好材料相容性好无毒、价格便宜无毒、价格便宜燃点高,凝点低燃点高,凝点低液压油的要求:液压油的要求:2.1.2 2.1.2 液压油的种类液压油的种类表表2-22-2液压油的主要品种及其特性和应用液压油的主要品种及其特性和应用2.1.3 2.1.3 液压油的选用液压油的选用选择液压系统的工作介质一般需考虑以下几点:选择液压系统的工作介质一般需考虑以下几点:环境因素环境因素 工作压力工作压力压力高,选粘度较大的液压油压力高,选粘度较大的液压油 环境温度环境温度温度高,温度高,选粘度较大的液压油选粘度较大的液压油运动性能运动性能 运动速
8、度运动速度速度高,选粘度较低的液压油速度高,选粘度较低的液压油液压泵的类型液压泵的类型 液压泵的类型液压泵的类型各类泵适用粘度范围见表各类泵适用粘度范围见表2-62.1.4 2.1.4 液压油的污染及控制液压油的污染及控制液压油污染的危害液压油污染的危害液压油的污染源液压油的污染源污染的控制污染的控制造成系统故障造成系统故障 降低元件寿命降低元件寿命 使液压油变质使液压油变质 影响工作性质影响工作性质系统残留物系统残留物 外界侵入物外界侵入物 内部生成物内部生成物彻底清洗系统彻底清洗系统 保持系统清洁保持系统清洁 定期清除污物定期清除污物 定期换油定期换油2.2 2.2 液体静力学基础液体静力
9、学基础2.2.1 2.2.1 液体的压力及其特性液体的压力及其特性 作用在液体上的两种力:质量力和表面力作用在液体上的两种力:质量力和表面力 静压力:单位面积上所受的法向力。静压力在液体传动中静压力:单位面积上所受的法向力。静压力在液体传动中简称压力,在物理学中称为压强。本书以后只用简称压力,在物理学中称为压强。本书以后只用“压力压力”一词。一词。静止液体中某点处微小面积静止液体中某点处微小面积 A A上作用有法线力上作用有法线力 F F,则该点,则该点的压力定义为的压力定义为 1.1.液体的压力液体的压力 若法向作用力若法向作用力F F均匀地作用在面积均匀地作用在面积 A A上,则压力可表示
10、为上,则压力可表示为2.2.液体静压力的重要特性液体静压力的重要特性(1 1)液体静压力的作用方向始终向作用面的内法线方向。由)液体静压力的作用方向始终向作用面的内法线方向。由于液体质点间内聚力很小,液体不能受拉只能受压。于液体质点间内聚力很小,液体不能受拉只能受压。(2 2)静止液体中,任何一点所受到各个方向的液体静压力都)静止液体中,任何一点所受到各个方向的液体静压力都相等。相等。2.2.2 2.2.2 液体静力学基本方程及其物理意义液体静力学基本方程及其物理意义 静压力基本方程静压力基本方程重力作用下静止液体的受力分析重力作用下静止液体的受力分析 可以看出:静止液体在自重作用下任何一点的
11、压力随着液体可以看出:静止液体在自重作用下任何一点的压力随着液体深度呈线性规律递增。液体中压力相等的液面叫等压面,静止液深度呈线性规律递增。液体中压力相等的液面叫等压面,静止液体的等压面是一水平面。体的等压面是一水平面。2.2.3 2.2.3 压力的传递压力的传递 由帕斯卡原理可知,由外力作用所产生的压力可以等值地传递由帕斯卡原理可知,由外力作用所产生的压力可以等值地传递到液体内部所有各点,故在液体内部各点的压力也就处处相等了。到液体内部所有各点,故在液体内部各点的压力也就处处相等了。n 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。液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方向变
12、换的。n 液压系统的压力完全决定于外负载。液压系统的压力完全决定于外负载。2.2.4 2.2.4 压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位相对压力(表压力)相对压力(表压力):以大气压力为基准,测以大气压力为基准,测量所得的压力,是高于大气量所得的压力,是高于大气压的部分压的部分 。绝对压力绝对压力:以绝对零压为基以绝对零压为基准测得的压力准测得的压力 绝对压力绝对压力=相对压力相对压力 +大气压力大气压力 真空度真空度: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空。此时相对
13、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的真空度 真空度真空度=|=|负的相对压力负的相对压力|=|=|绝对压力绝对压力 -大气压力大气压力|1.1.压力的表示方法压力的表示方法2.2.压力的单位压力的单位n国际单位制单位国际单位制单位 国际单位制单位为国际单位制单位为PaPa(帕)、(帕)、N/mN/m2 2(我国法定计(我国法定计量单位)或兆帕量单位)或兆帕(MPaMPa),1MPa=101MPa=106 6PaPa。n工程制单位工程制单位 kgf/cmkgf/cm2 2。国外也有用。国外也有用bar(bar(巴),巴),1bar=101bar=105 5PaPa。n标准大气
14、压标准大气压 1 1标准大气压标准大气压=101325Pa=101325Pa。n液体柱高度液体柱高度 h=h=p/(gp/(g),常用的有水柱、汞柱等,如,常用的有水柱、汞柱等,如1 1个标准个标准 大大气压约等于气压约等于10m10m水柱高。水柱高。2.2.5 2.2.5 液体静压力对固体壁面的作用力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则作用在其上的总作用力等于压力与该壁面面积之积于压力与该壁面面积之积 当承受压力的固体壁面是曲面时当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曲面上总作用力在某一方向上的分力
15、等于曲面在与该方向垂直平面内的投影面积与静压力的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FxFx、FyFy和和FzFz时,总作用力的大小为:时,总作用力的大小为:2.3 2.3 液体动力学基础液体动力学基础2.3.1 2.3.1 基本概念基本概念1.1.理想液体和恒定流动理想液体和恒定流动理想液体理想液体恒定流动恒定流动假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。恒定流动与非恒定流动恒定流动与非恒定流动液体流动时,液体中任一点处
16、的压力、速度和密度液体流动时,液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动,亦称为定常流动或非时都不随时间而变化的流动,亦称为定常流动或非时变流动。变流动。2.2.流线、流束、流管和通流截面流线、流束、流管和通流截面 流线流线流束流束某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的曲线。在流线上各点处的瞬时液流方向与该点的切曲线。在流线上各点处的瞬时液流方向与该点的切线方向重合,在恒定流动状态下流线的形状不随时线方向重合,在恒定流动状态下流线的形状不随时间而变化。对于非恒定流动来说,由于液流通过空间而变化。对于非恒定流动来说,由于液流通过空间点
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