◆1.2液壓傳動的特點◆1.3液壓流體力學基礎◆1.4液體流動時的壓力損失◆1.5空穴現象和液壓沖擊◆1.1液壓傳動的工作原理及組成

液壓傳動基礎知識1.1液壓傳動的工作原理，可以用

液壓千斤頂的工作原理來說明。液壓傳動的工作原理及組成1.1.1液壓傳動的工作原理圖1-1液壓千斤頂的工作原理圖1.1.1液壓傳動的工作原理?液壓傳動的定義：液壓傳動是利用液體的壓力能傳遞能量的傳動方式。?工作原理：液壓泵將輸入的機械能變為液壓能，經密封的管道傳給液壓缸

(或液壓馬達)，再轉變為機械能輸出，帶動工作機構做功，通過對液體的方向、壓力和流量的控制，可使工作機構獲得所需的運動形式。?由于能量的轉換是通過密封工作容積的變化實現的，故又稱為容積式液壓傳動。1.1液壓傳動的工作原理及組成活塞1下的液體的壓力：p1

=

同理：

p2

=根據帕斯卡原理：

F

W1

21.1.2液壓傳動的基本工作特征1)力(或轉矩)的傳遞靠液體壓力來進行，并按照帕斯卡原理來實現。1.1液壓傳動的工作原理及組成=A

A活塞1在力F作用下向下運動時，重物W隨之上升，還可以傳遞運動。在Δt時間里移動的液體體積相等。即：A1h1

=A2h21.1.2液壓傳動的基本工作特征2)速度(或轉速)的傳遞按容積變化相等的原則進行。1.1液壓傳動的工作原理及組成1.1.3兩個基本參數和兩個重要概念兩個基本參數：

壓力P和流量q。液壓傳動的工作性能、結構設計和液壓元件的選擇都取決于這兩個參數。液體壓力在單位時間內所做的功為液壓功率P：在液壓傳動中，通常將壓力分為五級：低壓(0＜p≤2.5Mpa)，中壓(2.5MPa＜p≤8Mpa)，中高壓(8MPa＜p≤16Mpa)，高壓(16MPa＜p≤32Mpa)，超高壓(p>32Mpa)。1.1液壓傳動的工作原理及組成(1)

液體壓力取決于負載。

=注意：負載應理解為綜合阻力，它包括外負載和各種流動阻力。(2)液壓缸(或液壓馬達)的運動速度取決于輸入流量1.1注意：理論上與壓力無關，實際上壓力通過對液體泄漏的影響，而對運動速度產生間接的作用。1.1.3兩個基本參數和兩個重要概念兩個重要概念：液壓傳動的工作原理及組成1.1.4液壓傳動系統的組成與表示方法1．液壓傳動系統組成1—工作臺2—液壓缸3—活塞4—換向手柄5—換向閥6，8，16—回油管7—節流閥9—開停手柄10—開停閥11—壓力管12—壓力支管13—溢流閥14—鋼球15—彈簧17—液壓泵18—過濾器19—油箱1.1液壓傳動的工作原理及組成圖1-2磨床工作臺液壓系統工作原理圖1．液壓傳動系統組成一個完整的、能夠正常工作的液壓系統，由以五個主要部分組成：(1)動力元件：供給液壓系統壓力油，把機械能轉換成液壓能的裝置。如液壓泵。(2)執行元件：把液壓能轉換成機械能以驅動工作機構的裝置。如液壓缸、液壓馬達。(3)控制元件：對系統中的壓力、流量或流動方向進行控制或調節的裝置。如溢流閥、節流閥、換向閥等。(4)輔助元件：上述三部分之外的其他裝置，例如油箱，過濾器，油管等。(5)工作介質：傳遞能量的流體，即液壓油等。1.1液壓傳動的工作原理及組成2．液壓系統的表示方法(1)結構原理圖結構原理圖近似于實物的剖面，能直觀地表示元件的工作原理和功能，利于故障分析，其繪制較麻煩，尤其是對于復雜液壓系統，故已趨于淘汰。(2)職能符號圖采用國家標準規定的圖形符號繪制，凡是功能相同的元件，盡管其結構和工作原理不同，均用同一種符號表示。圖形符號簡潔標準，繪制方便，功能清楚，保密性強，是各國普遍采用的方法。1.1液壓傳動的工作原理及組成1.2.1

液壓傳動的主要優點1．液壓傳動是油管連接，可以方便靈活地布置傳動機構。2．液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。3．可在大范圍內實現無級調速，調速范圍可達1∶2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。4．傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。5．液壓裝置易于實現過載保護。6．液壓傳動容易實現自動化。7．液壓元件已實現了標準化、系列化和通用化，便于設計、制造和推廣使用。1.2液壓傳動的特點1.2.2

液壓傳動系統的缺點1．液壓系統中的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。2．液壓傳動對油溫的變化比較敏感。3．為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復雜。4．液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。5．液壓系統發生故障不易檢查和排除。1.2液壓傳動的特點礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增加，但變動值很小，可以認為是常值。我國采用20攝氏度時的密度作為油液的標準密度，以ρ20表示。一．密度單位體積液體的質量稱為液體的密度。體積為V，質量為m的液體的密度為1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎二．可壓縮性液體受壓力作用后體積減小的性質，稱為液體的可壓縮性。液體可壓縮性的大小可以用體積壓縮系數來表示。若壓力為p時，液體的體積為V，當壓力增加Δp，液體的體積減小ΔV，則體積壓縮系數k表示液體在單位壓力變化時的體積相對變化量，即1.3k

=-

Δp

V1.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎1ΔV體積壓縮系數k的倒數為液體的體積模量，它表示液體產生單位體積相對變化量所需的壓力增量，用K來表示，即K

=

1

=

-

ΔpVk

ΔV液壓油的體積模量與溫度和壓力都有關系：當溫度升高時，K值減小，在液壓油正常工作溫度范圍內，K值會有5%~25%的變化；當壓力增加時，K值增大，但是這種變化不呈線性關系，

當p≥3MPa時，K值基本上不再增大。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎三.黏性1.定義：液體在外力作用下流動(或有流動趨勢)時，分子間的內聚力將產生阻止相對運動的內摩檫力，這種特性稱為液體的黏性。注意：液體只有在流動(或有流動趨勢)時，才會呈現出黏性；

靜止的液體不呈現黏性。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎三.黏性黏性使得液體各層間的運動速度不等，如圖所示的兩個平板間充滿液體，下平板固定不動，上平板以速度u0

向右平移。流動液體相鄰液層之間的內摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比關系，即1.3Ff

=

μA

式中，μ為比例系數，稱為黏度系數或動力黏度。1.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎圖1-3液體黏性示意圖三.黏性若用τ表示單位面積上的內摩擦力，即液層間的切應力，則上式可表示為：τ==μ1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎圖1-3液體黏性示意圖2.黏性的度量——黏度(1)動力黏度μ動力黏度又稱為絕對黏度，由牛頓液體內摩擦定律可知：μ=

物理含義：液體以單位速度梯度流動時，液層間單位面積上所產生的內摩擦力，其單位為Pa·s(1Pa·s=1N·s/m2)。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎2.黏性的度量——黏度(2)運動黏度ν

運動黏度為液體動力黏度與其密度的比值，用符號ν表示，即：v

=p單位為m2/s(1m2/s=106

mm2/s)常用運動黏度來表示液壓油的牌號。國家標準規定，液壓油的牌號是該液壓油在40℃時運動黏度的平均值。例如，32號液壓油是指這種油在40℃時運動黏度的平均值為32mm2/s，其運動黏度范圍為28.8mm2/s~

35.2mm2/s。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎2.黏性的度量——黏度(3)相對黏度相對黏度也稱為條件黏度，是采用特定的黏度計在規定條件下測量出來的黏度。由于測量條件不同，各國所用的相對黏度也不相同。恩氏黏度是采用恩氏粘度計測定200毫升液壓油在某溫度下從黏度計流出所需的時間與同體積蒸餾水在20℃流出所需時間之比，即1.3式中：t1

–油流出的時間

t2－20OC蒸餾水流出時間1.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎t1t2。E

=3.黏度與壓力的關系液壓油所受壓力增大時，分子間的距離將減小，內摩擦力增大，黏度也隨之增大。對于一般液壓系統來說，當壓力低于20Mpa時，壓力對黏度的影響很小，可以忽略不計。但是當液壓系統壓力較高或壓力變化較大時，則需要考慮壓力對黏度的影響。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎4.黏度與溫度的關系液壓油溫度的變化對其黏度的影響較大，溫度升高，液壓油的黏度降低。液壓油的特性隨溫度變化的特性稱為黏溫特性。目前多用黏度指數表示黏溫特性的好壞。一般油的黏度指數越大，黏度值隨溫度變化越小，越適合用于溫度多變或變化范圍廣的場合，該油品的黏溫特性越好。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤滑性、導熱性、介電性、相容性、純凈度等。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎四、其他特性乳化型水包油型乳化液和油包水型乳化液礦油型以原油精煉而成，再加入添加劑，使其黏溫特性和化學穩定性

得到了一定的提高合成型主要有水,乙二醇液、磷酸酯液和硅油等五、液壓油的種類與選用

1.

液壓油的分類1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎五、液壓油的種類與選用國家標準規定，將液壓油分為五個品種：(1)抗氧防銹液壓油L-HL(2)抗磨液壓油(高壓、普通)L-HM(3)低溫液壓油L-HV(4)超低溫液壓油L-HS(5)液壓導軌油L-HG注：液壓油采用統一的命名方式，其一般形式為：類別-品種牌號。例如L-HV22

液壓油，其中：L是有關產品類別代號，

HV指低溫液壓油，22是液壓油的牌號。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎1.液壓油的分類五、液壓油的種類與選用

2.

液壓油的選用(1)液壓傳動對液壓油的性能要求◆合適的黏度，較好的黏溫特性，以保證良好的潤滑和密封?！糍|地純凈，雜質少。◆對金屬和密封件有良好的相容性。◆有良好的抗氧化性、水解性和熱穩定性，長期工作不易變質?！艨古菽院?，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好，以防止金屬表面銹蝕?！趔w積膨脹系數小，比熱容大?！袅鲃狱c和凝固點低，燃點和閃點高?！魧θ梭w無害，成本低。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎最主要考慮的是液壓油的黏度：在確定液壓油黏度時主要考慮液壓系統工作壓力、環境溫度和工作部件的運動速度。當系統工作壓力較大、環境溫度較高、工作部件運動速度較低時，為了減小泄漏，宜采用黏度較高的液壓油；反之，則宜選用黏度較低的液壓油。五、液壓油的種類與選用(2)液壓油的選擇1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎2.液壓油的選用五、液壓油的種類與選用

2.

液壓油的選用(3)液壓油的使用與維護?開機前檢查油位和油中是否有氣泡存在。?應注意液壓油的溫度。?定期過濾液壓油，控制油中的雜質含量。?定期更換液壓油。?在機器不使用期間應罩住油箱，以免污染物進入。1.31.3.1

液壓傳動的工作介質液壓流體力學基礎一、液體靜壓力及其特性壓力P(靜壓力)：液體內某點處單位面積ΔA上所受到的法向力ΔF。

Fp

=

lim

A→0

A若法向力F均勻的作用在面積A上，則可表示為p=F/A

單位:Pa(帕)液體靜壓力的特性:1)液體的靜壓力總是指向承壓面的內法線方向；2)靜止液體內任一點處的壓力在各個方向上都相等。1.3液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎結論：1)靜止液體中任一點處的壓力由液體自重所形成的壓力ρgh和液面壓力p0

兩部分組成；2)靜止液體內壓力沿液深呈線性規律分布(增加)；3)離液面深度相同處各點的壓力均相等，壓力相等的點組成的面叫等壓面。1.3二、液體靜壓力基本方程p

=p0

+

pgh液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎二、液體靜壓力基本方程物理意義：靜止液體中單位質量液體的壓力能和位能可以互相轉換，但各點的總能量卻保持不變，即能量守衡。帕斯卡原理：根據靜壓力基本方程，盛放在密閉容器內的液體，其外加壓力p0發生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態不變，液體中任一點的壓力均將發生同樣大小的變化。這就是說，在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到各點。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。1.3液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎三、壓力的表示方法及單位法定單位

:

Pa(帕)；常用單位:

MPa(兆帕)

換算關系：

1

MPa=106

Pa單位換算:

1大氣壓=1.01325

×105

Pa1工程大氣壓(at)=1kgf/cm2

=0.1

MPa1米水柱(mH20)

=9.8×103

Pa1毫米汞柱(mmHg)

=1.33×102

Pa

1

bar

＝105

Pa1.3液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎四、液體靜壓力對固體壁面的作用力靜止液體和固體壁面相接觸時，固體壁面上各點在這一方向上所受靜壓力作用力的總和。1.固體壁面為平面：作用在該面上壓力的方向是相互平行的1.3液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎四、液體靜壓力對固體壁面的作用力2.固體壁面為曲面：作用在曲面上各點處的壓力方向是不平行的x液體靜壓力在該曲面某方向1.3

d

2

F

=pA

=

p4投影面積Ax的乘積。Fxp等于液體壓力與曲面在該方向上的總作用力液壓流體力學基礎1.3.2

液體靜力學基礎一、基本概念1、理想液體與恒定流動理想液體：就是指沒有粘性、不可壓縮的液體。實際液體：是既具有粘性又可壓縮的液體。恒定流動(或定常流動)：液體中任一點的壓力p、速度υ及密度ρ不隨時間t變化的流動。非恒定流動(或非定常流動)：液體中任一點的p、υ及ρ中有一個隨時間t而變化的流動。1.3液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎一、基本概念2.流線、流管、流束和通流截面流線—某一瞬時液流中各處質點運動狀態的一條條曲線。流管—在流場中畫一不屬于流線的任意封閉曲線，沿該封閉曲線上的每一點作流線，由這些流線組成的表面稱為流管。流束—通過某截面上所有各點作出的流線集合。(流管內的流線群)1.3液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎流線流管流束一、基本概念通流截面—流束中與所有流線正交的截面。圖中的A面和B面，截面

上每點處的流動速度都

垂直于這個面。1.3液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎一、基本概念3.流量和平均流速流量q—單位時間內流過某通流截面液體體積。單位：m3/s或L/min平均流速—通過整個通流截面的流量q與通流截面積A的比值。1.3液體流量和平均流速的關系：液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎二、連續性方程連續性原理—理想液體在管道中恒定流動時，根據質量守恒定律，液體在管道內既不能增多，也不能減少，因此單位時間內流入液體的質量應恒等于流出液體的質量。1.3液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎連續性方程(流量連續性方程)?液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定律，1.3在單位時間內流過兩個截面的液體質量相等，即：v1

A1

=v2

A2=常量即q

=v

A

=常量不考慮液體的壓縮性則得：液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎ρ1v1

A1

=ρ2v2

A2二、連續性方程結論：(1)作定常流動、不可壓縮流體在無分流、合流時，流經任一通流截面的流量相等。(2)流速與通流截面的面積成反比。(3)在具有分支的管路中具有q1=q2+q3的關系。(液壓速度調節的基本原理)1.3液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎理想液體伯努利方程：p1

+

pgz1

+

=

p2

+

pgz2

+

物理意義：在密閉管道內作恒定流動的理想液體具

有三種形式的能量，即壓力能、位能和動能。在流動過程中，三種能量可以互相轉化，但各個通流截面上三種能量之和恒為定值。三、伯努利方程能量守恒定律：理想液體在管道中穩定流動時，根據能量守恒定律，同一管道內任一截面上的總能量應該相等。1.3液壓流體力學基礎1.3.3

液體動力學基礎實際液體具有粘性，流動中必有阻力，為克服阻力，須消耗能量，造成能量損失(即壓力損失)。分類：沿程壓力損失、局部壓力損失油液流經局部障礙時，由于

液流方向和速度變化，在局

部形成的質點間、以及與固

體壁面間相互碰撞和劇烈摩

擦而產生的壓力損失。油液沿等直徑

直管流動時所

產生的壓力損

失，由內外摩

擦力引起的。1.4

液體流動時的壓力損失1.3.3

液體動力學基礎1.

流態層流：液體的流動是分層的，層與層之間互不干擾。特點：流速較低，質點受粘性制約，不能隨意運動，粘性力起主導作用。紊流(湍流)：液體流動不分層，做混雜紊亂流動。特點：流速高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導作用。1.4

液體流動時的壓力損失1.4.1

流態、雷諾數2.

雷諾數液體流動時究竟是層流還是湍流，需用雷諾數來判別。實驗表明：液體在圓管中的流動狀態與管內的平均流速、管徑、液體的運動黏度有關。

dR

=v式中:Re—雷諾數，是一個無因次量；υ—斷面上水的平均流速；ν—運動黏度；d—管徑。1.4

液體流動時的壓力損失1.4.1

流態、雷諾數e當液流的實際流動雷諾數數7小于臨界雷諾數時，液流為層流；反之，液流則為湍流。1.4

液體流動時的壓力損失1.4.1

流態、雷諾數一、層流時的壓力損失層流流動時，液體流經直管的沿程壓力損失:1.4.2

液體在直管中流動時的壓力損失1.4

液體流動時的壓力損失實際計算壓力損失時，簡化為：1.4.2

液體在直管中流動時的壓力損失二、湍流時的壓力損失公式在形式上與前相同。不同的是此時的λ不僅與雷諾數有關，還與管壁的粗糙度有關，即λ=f(Re，Δ/d)。具體的λ值見下表：1.4

液體流動時的壓力損失式中，ζ—局部阻力系數。各種局部裝置結構的ζ是由實驗測定的，可查手冊。閥類元件局部壓力損失計算：

式中，Δpn—閥在額定流量qn

下的壓力損失；qn—閥的額定流量；q—閥的實際流量。在管路系統的壓力損失中，液體的流速影響最大，流速高壓力損失會增大很多。但流速太低會增加管路和閥類元件的尺寸。合理選擇液體在管路中的流速是液壓系統設計中一個重要問題。1.4.3

局部壓力損失局部壓力損失的計算公式：1.4

液體流動時的壓力損失1.4.4

管路系統中的總壓力損失管路系統的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即：1.4

液體流動時的壓力損失1.4.5

壓力損失的影響及其減小措施1．壓力損失的影響：(1)壓力效率低；(2)熱量溫升，影響工作性能；2．措施：(1)降低管道長度；(2)使管道內壁光滑；(3)降低液壓油的粘度；(4)提高通流面積，流速。1.4

液體流動時的壓力損失1．定義在液壓