《液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)》主講教師：陳敏捷項(xiàng)目一：平面磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)任務(wù)3：流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓系統(tǒng)的壓力目錄Contents01液壓系統(tǒng)的流量02液壓沖擊和空穴現(xiàn)象03液壓系統(tǒng)的壓力1．液體靜壓力及其特性（1）液體靜壓力當(dāng)液體相對(duì)靜止時(shí)，液體單位面積上所受的法向力稱為壓力，相當(dāng)于物理學(xué)中的壓強(qiáng)，即式中:p—液體靜壓力，單位為N/m2或Pa（帕斯卡）。

工程中也常采用KPa（千帕）或MPa（兆帕）。換算關(guān)系為：1MPa=103kPa=106Pa。（2）液體靜壓力的特性液體靜壓力的方向總是沿作用面的內(nèi)法線方向。靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的靜壓力在各個(gè)方向上都相等。2．液體靜力學(xué)基本方程如圖所示，密度為ρ的液體在容器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在液面上的壓力為p0，距液面深度為h處某點(diǎn)的壓力p，則靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成：

液面上的壓力p0，液柱重力所產(chǎn)生的壓力ρgh。

當(dāng)液面上只受大氣壓力pa時(shí)，則靜壓力隨液體深度呈線性規(guī)律遞增。離液面深度相同處各點(diǎn)的壓力均相等，由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱為等壓面。液壓系統(tǒng)的壓力請(qǐng)同學(xué)們算一算：已知某水壩的高度為100米，水深80米，求水壩底部受到的壓力。解：水壩底部受到的壓力為：P=P0+ρgh=1.0×103×10×80kg/m3N/kgm=8×105N/m2=8×105Pa=0.8MPa液壓系統(tǒng)的壓力2．液體靜力學(xué)基本方程拓展：計(jì)算馬里亞納海溝深處的壓力。解：海溝底部受到的壓力為：P=P0+ρgh=1.0×103×10×11000

kg/m3N/kgm=1.1×108N/m2=1.1×108

Pa=110MPa=1.1×105t/104cm2=11t/cm2液壓系統(tǒng)的壓力2．液體靜力學(xué)基本方程最深處：-11034米（1）絕對(duì)壓力：是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力。（2）相對(duì)壓力：是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力。絕對(duì)壓力=大氣壓力＋相對(duì)壓力

當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值稱為真空度，即真空度=大氣壓力—絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相對(duì)關(guān)系見圖。絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力關(guān)系如下：液壓系統(tǒng)的壓力3．壓力的測(cè)量與表示方法在密閉容器中的靜止液體，當(dāng)一處受到外力作用而產(chǎn)生壓力時(shí)，這個(gè)壓力將通過液體等值傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。——即靜壓傳遞原理如圖所示密閉連通器中，各容器上壓力表指示的數(shù)值都相同液壓系統(tǒng)的壓力4．帕斯卡原理例：圖示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑D=100mm，小缸內(nèi)徑d=30mm，大活塞上放一重物G=20kN。問在小活塞上應(yīng)加多大的力F1，才能使大活塞頂起重物？解：根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生

壓力在兩缸中相等，即：PF1=PF2故頂起重物時(shí)在小活塞上應(yīng)加的力為：液壓系統(tǒng)的壓力分析：如果G=0，不論怎樣推動(dòng)小活塞，也不能在液體中形成壓力，即p=0；反之，G越大，液壓缸中壓力也越大，推力也就越大。這說明：液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于外負(fù)載。視頻演示液壓系統(tǒng)的壓力液壓系統(tǒng)的流量（1）通流截面：即垂直于液體流動(dòng)方向的截面。（2）流量q：單位時(shí)間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積，即q的單位為m3/s或L/min，換算關(guān)系為1m3/s=6×104L/min。

（3）平均流速v：假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，液體以此平均流速流過通流截面的流量與以實(shí)際流速u流過的流量相等，這時(shí)流速v稱為平均流速，即q=vA或1．流量和平均流速在液壓缸中，液體的流速即為平均流速，它與活塞的運(yùn)動(dòng)速度相同。當(dāng)液壓缸有效面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度決定于輸入液壓缸的流量。雙桿活塞缸的運(yùn)動(dòng)速度：v=qv/A想一想液壓缸有效面積一定時(shí)，其活塞運(yùn)動(dòng)的速度由什么來決定？液壓系統(tǒng)的流量（1）層流：液體的各質(zhì)點(diǎn)間互不干擾，平行于管道軸線呈線性或?qū)訝盍鲃?dòng)。（2）紊流：液體各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，除了平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)。動(dòng)畫演示液壓系統(tǒng)的流量2．液體的流動(dòng)狀態(tài)雷諾數(shù)：液體流動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)若相同，則流動(dòng)狀態(tài)相同。當(dāng)液流在實(shí)際流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時(shí)，液流為層流；反之液流為紊流。常見液流管道的臨界雷諾數(shù)流動(dòng)狀態(tài)和流速、管徑、黏度、截面形狀等有關(guān)。液壓系統(tǒng)的流量液壓系統(tǒng)的流量3.液體連續(xù)性方程液體流經(jīng)無分支管道時(shí)，每一通流截面上通過的流量一定是相等的。如圖示管道中，流過截面1和截面2的流量分別為q1和q2，則=常量上式表明：液體流動(dòng)時(shí)，通過管道不同截面的平均流速與其截面積大小成反比，即管徑粗的地方流速慢，管徑細(xì)的地方流速快。例：如圖所示液壓千斤頂在壓油過程中，已知活塞1的直徑d=30mm，活塞2的直徑D=100mm，管道5的直徑d1=15mm。假定活塞1的下壓速度為200mm/s，試求活塞2上升速度和管道5內(nèi)液體的平均流速。解：活塞2上升速度為：液壓系統(tǒng)的流量液壓系統(tǒng)的流量4.伯努利方程（1）理想液體的伯努利方程根據(jù)能量守恒定律，在同一管道中任意截面上液體的總能量應(yīng)該相等。理想液體作定常流動(dòng)時(shí)具有壓力能、位能和動(dòng)能三種形式的能量，在任一截面上三種形式的能量可以互相轉(zhuǎn)換，但總和保持不變，即能量守恒。（2）實(shí)際液體的伯努利方程應(yīng)用實(shí)際液體的伯努利方程時(shí)必須注意：截面A1、A2必須延著流向選取，否則為負(fù)值。截面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，h取正值；否則取負(fù)值。通常取較低的通流截面的中心為基準(zhǔn)面。兩通流截面上的壓力表示方法應(yīng)相同，即pl、p2可同時(shí)選擇相對(duì)壓力或絕對(duì)壓力。液壓系統(tǒng)的流量液壓系統(tǒng)的流量5.液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失沿程壓力損失：液體在等徑直管中流動(dòng)時(shí)因內(nèi)外摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。它主要取決于液體的流速，粘性和管路的長度以及油管的內(nèi)徑等。局部壓力損失：液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口時(shí)，使流速的方向和大小發(fā)生劇烈變化，形成旋渦、脫流，因而使液體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，產(chǎn)生的壓力損失。總壓力損失

：壓力損失的影響：造成功率損耗、油液發(fā)熱、泄漏增加，使液壓元件因受熱膨脹而“卡死”。應(yīng)盡量減少壓力損失，盡量縮短管道長度，減少管道截面變化及彎曲。液壓系統(tǒng)的流量6.液體流動(dòng)時(shí)的流量損失泄漏：從液壓元件密封間隙漏過少量油液。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏。泄漏造成實(shí)際流量有所減少，必然引起流量損失。內(nèi)泄漏外泄漏液壓沖擊和空穴現(xiàn)象1.液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因而引起油液的壓力在瞬間急劇升高，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。常伴有噪聲與振動(dòng)。(1）緩慢開關(guān)閥門。

(2）限制管路中液流的速度。

(3）系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器吸收沖擊能量，或安全閥限制壓力峰值。

(4）在液壓元件中設(shè)置緩沖裝置（如節(jié)流孔）。避免產(chǎn)生液壓沖擊的基本措施動(dòng)畫演示液壓沖擊和空穴現(xiàn)象2.空穴現(xiàn)象在液壓系統(tǒng)中，由于流速突然變大，供油不足等原因，壓力會(huì)迅速下降至低于空氣分離壓時(shí)，使原先溶解于油液中的空氣游離出來形成氣泡，這些氣泡夾雜在油液中形成氣穴，這種現(xiàn)象稱為空穴現(xiàn)象。減少空穴現(xiàn)象可采取下列措施

（1）減小液流在閥孔前后的壓力降，閥孔前后壓力比一般為

＜3.5。（2）適當(dāng)加大吸油管內(nèi)徑，限制吸油管的流速，及時(shí)清洗過濾器以防堵

塞，對(duì)自吸能力差的泵采用輔助泵供油。（3）管路要有良好的密封，防止空氣的進(jìn)入。（4）提高零件抗氣蝕能力。液壓沖擊和空穴現(xiàn)象3.氣蝕當(dāng)氣泡隨著液流進(jìn)入高壓力區(qū)，在高壓作用下，迅速破裂或急劇縮小，又凝結(jié)成液體，原來所占的空間形成局部真空，周圍液體質(zhì)點(diǎn)以