液压油和液压流体力学基础.pptx
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1、西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善第二章 液压油和液压流体力学基础主讲:邓婷婷机械与交通学院西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善第一节 液压油的性质和选用液体的密度密度对于均质液体,密度为 对于非均质液体,单点的密度为西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善密度与温度压力的关系温度密度温度 密度压力 压力 密度密度西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善液体的压缩性液体的压缩性 液体的压缩性是指液体受压后其体积变小的性能。在一般情况下,尤其只研究系统的静态特性时,液体的压缩性可以忽略不计,这时,认为液体的刚性无穷大,但在液压伺服系统和考虑冲击、抗振等现象时,应该考虑液体的压缩性液体压
2、缩性的表示方法 液体的压缩性系数压缩性系数:受压液体在变化单位压力时引起的液体体积的相对变化量西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善液压油的压缩性系数一般取(57)x10-10m2/N西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 液体的体积弹性模量 体积弹性模量K:液体压缩性系数的倒数 液体的体积弹性模量越大,液体的压缩性越小,其抗压性能越强,反之越弱 液压油的体积弹性模量一般为(1.42.0)x 109N/m2西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善液体的黏性和黏度黏性 定义:液体在外力作用下流动时,分子间的内聚力阻碍相对运动而产生的一种内摩擦力。液体的这种性质,叫做液体黏性 特点:只有在流动
3、时才显示,液体黏性大小的量度叫做黏度。黏度大油液稠,黏度小,油液稀。黏度 黏度表示液体黏性大小的物理量,常用的黏度表示方式有三种:绝对黏度、运动黏度、相对黏度西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善黏性分析 根据牛顿内摩擦定律(参见图2-2):流体流动时,摩擦力与接触面积成正比,与速度梯度成正比,可得:西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 绝对黏度把牛顿内摩擦定律量化得,相邻液层间的内摩擦力为:单位面积上的摩擦力(切应力):绝对黏度单位:西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 运动黏度运动黏度的单位:西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 相对黏度 液体的绝对黏度难以测定,所以常利用液
4、体的黏性越大通过量孔越慢的特性来测量液体的黏度,我们称之为相对黏度西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善黏度和温度的关系 温度对油液黏度的影响很大,不同的油液有不同的黏度特性 温度 黏度温度 黏度西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善黏度和压力的关系 一般来说,液体所受压力越大,其分子间距离越小,因此黏度越大 压力 黏度 压力 黏度西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善液压油代号及选择类别品种牌号(数字)L-HL32L-类别,润滑剂类HL-品种,H液压油液组,应用场合为液压系统,L防锈、抗氧化型32-黏度等级,即VG32代号命名西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 黏温性能好(黏度随
5、温度的变化越小越好)液压油应满足的要求 具有良好的润滑性 具有良好的化学稳定性 质量应纯净,不含各种杂质,有良好的抗泡沫性 闪点要高,凝固点要低液压油的使用维护 保持液压系统清洁,防止水、灰尘、和其他杂质侵入油中 油箱中的油液要保持一定的高度,正常工作时油箱温度要在安全范围内 换油时必须将液压系统的管路进行彻底清洗,新油必须过滤后才能注入西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善第二节 静止液体力学液体的压力液体的压力及其性质 这里所说的静止是指液体内部质点没有相对运动,至于液体作为一个整体,则可以是静止的,也可以随容器做整体运动液体所受的力:质量力、表面力质量力:重力、惯性力。表面力:外部物体
6、作用与液体上的力或液体内部一部分液体作 用在另一部分液体上的力。它可以是切向力或法向力。西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 液体压力 液体在单位面积上所受的法向作用力,统称压力(物理学中我们称之为压强)单点压强:压力的单位为Pa,工程上经常使用MPa:其他单位换算:西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 压力的性质静止液体的压力永远指向作用面的内法线方向静止液体内任意一点的压力在各个方向上都相等重力作用下静止液体的压力分布取圆柱垂直方向列平衡方程整理得 公式2-16中中P即为淹深为h处m点的液体压力西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善分析小结静止液体内部的压力沿淹深呈线性分布淹深相
7、同处的各点压力相等,由压力相等的点组成的面叫做等压面液面压力等值的传递到液体内各处西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善压力的表示方法 绝对压力以绝对真空为基准进行度量而得到的压力值 相对压力(表压力)以大气压为基准进行度量而得到的压力值,正表压力 真空度绝对压力不足大气压的部分,负表压力绝对压力=大气压+相对压力相对压力=绝对压力大气压 真空度=大气压绝对压力西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善绝对真空大气压绝对压力绝对压力真空度表压力(相对压力)西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善静止液体内压力的传递帕斯卡定律 在静力学基本方程2-16中,重力形成的压力ghgh与外界施加于液面的
8、压力相比小得多,因此液压系统中一般忽略不计,所以静止液体中压力处所以静止液体中压力处处相等处相等 以千斤顶的工作原理来说明帕斯卡定律的应用,这也是液压系统中关于力的放大问题 关键掌握主动施力方在液面上产生的压强等值地传递到力的输出方西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 力的放大 主动力在液面(忽略活塞自重)产生的压强 该压力值等值地传递到了输出方,产生推力为 设:则:K 放大系数西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 液压系统中压力的形成 根据公式 2-17 当千斤顶平衡时,F2=G;所以当负载G等于零时,F2=0 由于F2=0,由上式可知,主动力F1为零。则系统的压力p也等于零 说明液
9、压系统压力的大小取决于负载西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善液体压力作用于固体壁面上的力作用于平面上的力 作用于平面壁上的力等于液体的静压力与承压面积的乘积,该力方向垂直于该平面作用于曲面上的力 液体作用在曲面某一方向上的力等于液体压力与曲面在该方向投影面积的乘积西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善第三节 流动液体力学 本节主要讨论流动液体的有关力学特性,核心内容有三个基本定律质量守恒定律能量守恒定律动量守恒定律连续性方程伯努利方程动量方程基本概念理想液体 既没有黏性又没有压缩性的假想液体称为理想液体稳定流动 流体在流动时,通过空间某一固定点的
10、所有液体质点的压力、速度、密度等运动参数不随时间变化 西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善过流断面、平均流速、流量 过流断面 液体流动时与液体质点流动方向垂直的截面西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 平均流速流量与过流断面面积之比 流量 单位时间内流过过流断面的液体体积西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善液体流动时的压力 液体流动时呈现出黏性力和惯性力,对于假定液体我们认为它是理想液体,因此黏性和惯性力的影响都小,通常我们忽略不计,所以理想液体流动时的压力(动压力)与静压力就无差别流动液体的质量守恒定律-连续性方程流入控制体积的质量=流出控制体积的质量西 南 林 业 大 学树木树
11、人 至真至善从断面A1流入的质量:从断面A2流入的质量:即假定液体为理想液体,则密度为常数,化简得连续性方程的一般形式:归纳:在稳定流动的情况下,当不考虑液体的压缩性时,通过管道各过流断面的流量都相等西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善推论:(1)根据公式2-21得 结论:当流量一定时,管子细的地方流速大,管子粗的地方流速小。(2)在具有分支的管路中西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善流动液体的能量守恒定律-伯努利方程理想液体的伯努利方程 能量守恒的形式:外力做的功等于动能的增量h1h2西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 1、伯努利方程式的推导 外力对控制体积作的功 当控制体积从
12、AB段运动到AB段时,F1和F2所做的功为:能量变化 当控制体积从AB段运动到AB段时,仅是AA 段液体与BB 段液体的位置高度和流速有变化,相应的势能和动能都有变化西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 重力功:当控制体积从AB段运动到AB段时,AA 段液体与BB 段液体的质量相等,重力做的功为(势能变化)动能变化:当控制体积从AB段运动到AB段时,AA 段液体与BB 段液体的动能分别为 动能增量:机械能变化:外力所做的功等于动能的增量西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善 整理得:可以写为:可以写为单位重量液体的能量公式:公式(2-30)称为伯努利方程西 南 林 业 大 学树木树人 至
13、真至善 2、伯努利方程式的讨论 它的物理意义是:理想流体任一断面的总机械能守恒,但三种形式的能量在流动过程中可以互相转化 伯努利方程每一项都具有长度的量纲,所以三项又称为压力头、速度头和位置头(和水力学有关),三者之和为一常量H,为总水头西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善H西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善实际液体的伯努利方程 实际流体是具有粘性的流体,所以在流动中必然会产生能量损失;在流体各点的实际流速被近似为平均流速中,也会产生动能的误差,所以,实际流体的伯努力方程为:-单位重量液体从一个过流断面流向另一个过流断面的总的能 量损失 -动能修正系数=某过流断面上各点都以其真实速度
14、流动时的实际动能 同一过流断面上各质点都以平均速度流动时的平均动能 西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善流动液体的动量方程式动量方程的目的 研究流体流动时动量的变化与作用在液体上外力之间的关系,计算流体作用在固体表面上的力刚体的动量定律 当一质点系运动时,在时间间隔dt内其动量向量的增量等于同一时间间隔内作用于该质点系的外力的总冲量,即:西 南 林 业 大 学树木树人 至真至善动量方程式的推导 当液柱1-2在dt时段内流到1-2的位置时,在1-2段液柱没有变化,它的体积和质量不变,它的动量也没有变化;所以在dt时段内,1-2液柱的动量变化等于2-2液柱段的动量与1-1液柱段动量之差。也等于
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