液壓與氣壓傳動課件

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液壓與氣壓傳動,普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,（ISBN 6-111-19113-7）,策劃編輯 余茂祚 責(zé)任編輯 余茂祚,多媒體課件,液壓與氣壓傳動是針對普通高等職業(yè)技術(shù)教育的特點(diǎn)，根據(jù)編者多年的教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編寫的。全書共分16章，前9章詳細(xì)講解了液壓傳動部份，后7章介紹了氣壓傳動部份。 液壓與氣壓傳動可作為高等職業(yè)技術(shù)院校機(jī)械類專業(yè)教材，也可以作為相關(guān)行業(yè)崗位培訓(xùn)教材。,制作 羅紅專,,進(jìn)入,歡迎使用多媒體課件,21世紀(jì)高職高專規(guī)劃教材 （機(jī)械類）,液壓與氣壓傳動,普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,制作羅紅專,緒論,第4章 液壓控制元件,第3章 液壓缸,第2章 液壓動力元件,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,第5章 液壓輔助元件,第6章 液壓基本回路,第 9 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),第8章 液壓伺服系統(tǒng),第11章 氣壓傳動概述,第12章 氣壓傳動元件,第13章 氣動基本回路與系統(tǒng),第14章 氣動系統(tǒng)安裝調(diào)試和維護(hù),第 7 章 典型液壓傳動系統(tǒng),緒論,0.1 液壓傳動的發(fā)展及研究對象 0.2 液壓傳動工作原理 0.2.1 液壓千斤頂工作原理 0.2.2 磨床工作臺工作原理 0.3 液壓傳動的組成及特點(diǎn) 0.3.1 液壓傳動系統(tǒng)組成 0.3.2 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn),,,緒論,工作介質(zhì):油液,,控制元件：閥,,液壓傳動:,原動機(jī)的機(jī)械能,液體的壓力能,液體的壓力能,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械能 (所需的運(yùn)動和動力),緒論,,,緒論,液壓技術(shù)的發(fā)展，可追溯到 17 世紀(jì)帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，開始奠定了流體靜壓傳動的理論基礎(chǔ)。在第二次世界大戰(zhàn)后，液壓技術(shù)由軍工迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)。 我國液壓工業(yè)經(jīng)過40余年的發(fā)展，其生產(chǎn)的液壓產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防等各個(gè)部門。近 20年來，產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)飛快發(fā)展。設(shè)計(jì)生產(chǎn)了許多新型液壓元件。此外通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）、污染控制、故障診斷、機(jī)電一體化等方面研究成果的應(yīng)用，液壓技術(shù)水平得到很大的提高。 液壓傳動的任務(wù)：研究液壓系統(tǒng)各類元件的結(jié)構(gòu)、作用、工作原理、應(yīng)用方法，以及組成液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)。掌握液壓設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護(hù)及操作。,,0.1 發(fā)展及研究對象,,0.2 液壓傳動工作原理,緒論,0.2.1 液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?如圖0-1所示。大缸體3和大活塞4組成了舉升缸，杠桿手柄6、小缸體8、活塞7、單向閥5和9組成手動液壓泵。當(dāng)抬起手柄 6，使小活塞7向上移動，小活塞下腔密封容積增大形成局部真空時(shí)，單向閥9打開，油箱1 中的油液在大氣壓力的作用下通過吸油管進(jìn)入小活塞的下腔，完成一次吸油過程。當(dāng)用力壓下手柄6時(shí)，活塞7下移，其下腔密封容積減小，油液受擠壓使壓力升高，單向閥9關(guān)閉，單向閥5 打開，油液進(jìn)入舉升缸下腔，驅(qū)動大活塞 4 使重物G上升一段距離，完成一次排油過程。反復(fù)地抬、壓手柄，使油液不斷地壓入舉升缸，重物不斷升高，達(dá)到起重的目的。如將放油閥2旋轉(zhuǎn)90°，活塞4可以在重力的作用下實(shí)現(xiàn)回程。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ鬟^程。,,1—油箱 2—放油閥 3—大缸體 4—大活塞 5、9—單向閥 6—杠桿手柄 7—小活塞 8—小缸體,緒論,圖0-1 液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?,緒論,,0.2.2 磨床工作臺工作原理,緒論,圖0-2 磨床工作臺液壓傳動原理圖 a) 液壓傳動結(jié)構(gòu)原理圖 b)用圖形符號表示的液壓原理圖 1—油箱 2—過濾器 3—液壓泵 4—節(jié)流閥 5—溢流閥 6—換向閥 7—手柄 8—液壓缸 9—活塞 10—工作臺 P、A、B、T—各油口,a) b),如圖0-2 所示。系統(tǒng)的功能是推動磨床工作臺實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動，其工作過程如下。,,緒論,⑴工作臺向右直線運(yùn)動：電動機(jī)(圖中未畫)帶動液壓泵3工作，從油箱l中吸入液壓油，經(jīng)過過濾器2進(jìn)入油管，走節(jié)流閥4進(jìn)入換向閥6，當(dāng)手柄7向右推時(shí)，閥芯向右移，使油液進(jìn)入液壓缸8的左腔，推動活塞9向右移動，同時(shí)帶動工作臺10向右直線運(yùn)動。 ⑵工作臺向左直線運(yùn)動：由于工作臺運(yùn)動方向需要變化，當(dāng)手柄7向左拉時(shí)，換向閥 6 的閥芯相對于閥體位置改變，油液通道發(fā)生變化，于是液壓泵3從油箱1中吸入的液壓油，經(jīng)進(jìn)油路進(jìn)入液壓缸8的右腔，推動活塞 9向左移動，帶動工作臺10向左直線運(yùn)動。 ⑶工作臺處于停止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)換向閥6閥芯相對于閥體處于中位時(shí)，如圖1-2a所示位置，這時(shí)由液壓泵3輸出的壓力油經(jīng)溢流閥5，沿回油管直接流回油箱1。 磨床工作時(shí)，工作臺往復(fù)運(yùn)動速度能夠調(diào)節(jié)。通過改變節(jié)流閥4 的開口大小，來控制通過節(jié)流閥的流量，從而控制進(jìn)入液壓缸的流量，使其控制工作臺運(yùn)動速度的快慢，即液壓缸的運(yùn)動速度取決于流量。,,緒論,工作臺移動時(shí)，要克服各種負(fù)載 (如切削力、摩擦力等)。因?yàn)楣ぜ牧喜煌?、切削用量不同，其?fù)載大小也不同，因此液壓缸必須有足夠大的推力來克服工作負(fù)載。液壓缸的推力是由油液壓力產(chǎn)生的，其負(fù)載越大，所需推力就越大，工作壓力也越高。即工作壓力的高低直接取決于負(fù)載的大小。同時(shí)根據(jù)負(fù)載不同，系統(tǒng)提供的油液壓力可以調(diào)整，通過調(diào)整溢流閥 5 的彈簧壓緊力來控制油液的壓力，壓緊力越大，油液壓力越大；反之則小。油液的壓力數(shù)值可以通過壓力表來觀察，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到溢流閥的調(diào)整壓力時(shí)，溢流閥溢流，系統(tǒng)的壓力維持在溢流閥的調(diào)定值上，油液壓力不再升高。 綜上所述，液壓傳動系統(tǒng)是以液壓油為工作介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械傳動和控制的。其壓力和流量是液壓系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)，它們的特性是液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負(fù)載，液壓缸的運(yùn)動速度取決于流量。 液壓系統(tǒng)圖按國標(biāo)GB/T786.1—1993中所規(guī)定的繪制。,,0.3 液壓傳動的組成及特點(diǎn),緒論,0.3.1 液壓傳動系統(tǒng)組成,⑴動力裝置：泵，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的裝置。 ⑵執(zhí)行裝置：缸或馬達(dá)，將液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。 ⑶控制裝置：閥，對液體的壓力、流量和流動方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的裝置。 ⑷輔助裝置：對工作介質(zhì)起到容納、凈化、潤滑、消聲和實(shí)現(xiàn)元件間連接等作用的裝置。 ⑸傳動介質(zhì)：傳遞能量的液體——液壓油。,,,圖0-3氣壓傳動系統(tǒng) 1－電動機(jī) 2－空氣壓縮機(jī) 3－儲氣罐 3-壓力控制閥 4-邏輯元件 5-方向控制閥6-流量控制閥 7-機(jī)控閥 9－氣缸 8-消聲器 11－油霧器 12－空氣過濾器,0.3.2 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn),緒論,液壓傳動與機(jī)械傳動、電氣傳動相比有以下優(yōu)點(diǎn) ⑴輸出力大,定位精度高、傳動平穩(wěn)，使用壽命長。 ⑵容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大。 ⑶容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)和自動控制。 ⑷機(jī)構(gòu)簡化和操作簡單。 液壓傳動的缺點(diǎn) ⑴傳動效率低，對溫度變化敏感，實(shí)現(xiàn)定比傳動困難。 ⑵出現(xiàn)故障不易診斷。 ⑶液壓元件制造精度高， ⑷油液易泄漏。,,§0-4液壓與氣動技術(shù)的應(yīng)用,工程機(jī)械 推土機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī) 起重運(yùn)輸 汽車吊、叉車、港口龍門吊 礦山機(jī)械 鑿巖機(jī)、提升機(jī)、液壓支架 建筑機(jī)械 打樁機(jī)、平地機(jī)、液壓千斤頂 農(nóng)業(yè)機(jī)械 拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī) 冶金機(jī)械 壓力機(jī)、軋鋼機(jī) 鍛壓機(jī)械 壓力機(jī)、模鍛機(jī)、空氣錘 機(jī)械制造 組合機(jī)床、沖床、自動線、氣動扳手 輕工機(jī)械 打包機(jī)、注塑機(jī) 汽車工業(yè) 汽車中的轉(zhuǎn)向器、減振器、自卸汽車 智能機(jī)械 模擬駕駛艙、機(jī)器人,平面磨床,四柱液壓機(jī),注塑機(jī),挖掘機(jī),推土機(jī),升降機(jī),汽車式升降臺,返回,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.1 液體的性質(zhì) 1.1.1 液壓油的物理性質(zhì) 1.1.2 粘度的表示方法 1.1.3 液壓油的基本要求 1.1.4 常用液壓油的類型 1.1.5 液壓油的選用 1.1.6 液壓油污染控制措施 1.2 液體靜力學(xué)基礎(chǔ) 1.2.1 靜止液體的壓力及其性質(zhì) 1.2.2 帕斯卡原理,,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.2.3 壓力表示方法 1.2.4 液體對固體壁面的作用力 1.3 液體動力學(xué)基礎(chǔ) 1.3.1 基本概念 1.3.2 連續(xù)性方程 1.3.3 伯努利方程 1.3.4 液體動量方程 1.4 管路的壓力損失 1.4.1 沿程壓力損失 1.4.2 局部壓力損失 1.4.3 管路系統(tǒng)中的壓力損失,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.4.4 液壓泵出口壓力的確定 1.5 液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性 1.5.1 液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性 1.5.2 液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性 1.6 液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象 1.6.1 液壓沖擊 1.6.2 氣穴現(xiàn)象,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,油液是液壓傳動與控制系統(tǒng)中用來傳遞能量的工作介質(zhì)。此外，它還起著傳遞信號、潤滑、冷卻、防銹和減振等作用。,,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,1.1 液體的性質(zhì),油液直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能，因此必須合理的選擇和使用。,1.1.1 液壓油的物理性質(zhì),1.液體的密度 密度是指單位體積內(nèi)液體所具有的質(zhì)量，用符號ρ表示，單位為kg/m3。計(jì)算式為,液壓油的密度隨壓力的升高而增大，隨著溫度的升高而減小。但在通常的使用壓力和溫度范圍內(nèi)對密度的影響都極小，一般情況下可視液壓油的密度為常數(shù)，其密度值為900 kg/m3。,,（1-1）,,2.液體的可壓縮性 液體受壓力作用其體積會減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，其定義為單位壓力變化時(shí)引起的液體單位體積的變化量，用體積壓縮率 k 來表示，單位為m2/N，計(jì)算式為,,,由于液體隨壓力的增加體積減小，故在公式前加負(fù)號，使 k 為正值。,（1-2）,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,液體的體積壓縮系數(shù)（或體積彈性模量）說明液體抵抗壓縮能力的小，其值與壓力、溫度有關(guān)，但影響甚小。因此，在壓力、溫度變化不大的液壓系統(tǒng)中可視為常數(shù)，認(rèn)為液壓油是不可壓縮的。 常用油液體積彈性模量 K ＝（1.2～2.0）×109 Pa。,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為體積彈性模量 K ，單位為Pa，寫成微分形式，即,（1-3）,K,,如圖 2-1所示，粘性使流動液體內(nèi)部各處的速度不等。假設(shè)兩平行平板間存在著液體，當(dāng)上平板以u0速度向右運(yùn)動，下平板靜止不動時(shí)，液體在附著力的作用下，緊貼上平板的一層液體以u0速度向右運(yùn)動，而緊貼下平板的液體保持靜止，當(dāng)兩平板之間的距離較小時(shí)，各液層間的速度呈線性變化。,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,圖1-1 液體粘度示意圖,3.液體的粘性 液體流動時(shí)分子間相互牽制的力稱為液體的內(nèi)摩擦力或粘滯力，而液體流動時(shí)呈現(xiàn)阻礙液體分子之間相對運(yùn)動的這種性質(zhì)稱為液體的粘性。,,,式（1-4）稱為牛頓液體的內(nèi)摩擦定律。,根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，液體流動時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力 F 與接觸面積 A 和速度變化量du成正比，與液層間距離的變化量dy成反比，其比例系數(shù)為μ，即,或?qū)懗?（1-4）,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,圖1-2 液體的粘度-溫度特性曲線 1—石油型普通液壓油 2—石油型高度指數(shù)液壓油3—水包油乳化液 4—水-乙二醇 5—磷酸酯液,4.粘度和壓力、溫度的關(guān)系 液體的粘度隨壓力變化的性質(zhì)稱為液體的粘壓特性，液體壓力增大時(shí)，其粘度增大；變化量較小，可忽略不計(jì)。 液體粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為液體的粘溫特性。如圖 1-2所示，粘度隨溫度變化越小，其粘溫特性越好，該油適宜溫度范圍就越廣。,,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.1.2 粘度的表示方法,液體的粘度主要用動力粘度、運(yùn)動粘度和相對粘度來表示。 1.動力粘度 動力粘度是絕對粘度，是指液體在單位速度梯度流動時(shí)的表面切應(yīng)力。其計(jì)算式為,（1-5）,動力粘度的單位為帕·秒（Pa·s） 1 Pa·s＝10 P（泊）＝103 cP (厘泊),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,（1-6）,運(yùn)動粘度的單位為m2/s，或斯（St）和厘斯（cSt）。 1 m2/s = 104 St (cm2/s) = 106 cSt (mm2/s) 。 我國液壓油的牌號：指在某一溫度下運(yùn)動粘度的平均厘斯（cSt）值來表示，例如N32號液壓油，就是指此種油在 40℃時(shí)運(yùn)動粘度的平均值為32厘斯。,2.運(yùn)動粘度 液體的動力粘度μ與它的密度ρ之比，用符號ν表示，即,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,3.相對粘度 相對粘度有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度等。 恩氏粘度的測量方法： 將200 mL的被測液體放入粘度計(jì)的容器內(nèi)，加熱到溫度 t℃后，讓它從容器底部一個(gè) 2.8 mm的直徑小孔流出，測出液體全部流出所用的時(shí)間 t1；然后與流出同樣體積的20℃的蒸餾水所需時(shí)間 t20 之比，比值即為該液體在溫度 t℃ 時(shí)的恩氏粘度，用符號oEt表示， 即,（1-7）,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,在 20℃時(shí)，水值常數(shù) t20=50～52。工業(yè)上常以 20℃、50℃、100℃作為測定液體粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此得到的恩氏粘度可用0E20、0E50、0E100標(biāo)記。 恩氏粘度和運(yùn)動粘度可通過下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行換算,（1-8）,(m2/s),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,⑴粘溫特性好，壓縮性要小。 ⑵潤滑性能好，防銹、耐腐蝕性能好。 ⑶抗泡沫、抗乳化性好。 ⑷抗燃性能好。,1.1.3 液壓油的基本要求,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,礦物油型液壓油是以石油的精煉物為基礎(chǔ)，加入各種添加劑調(diào)制而成。這種油液的特點(diǎn)是潤滑性好，腐蝕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，所以約90％以上的液壓系統(tǒng)采用此類液壓油。 常見液壓油的代號、特性和用途見表 1-1所示。,1.1.4 常用液壓油的類型,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,表1-1 常見液壓油的代號、特性和用途,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,液壓油對液壓系統(tǒng)的運(yùn)動平穩(wěn)性、工作可靠性、靈敏性、系統(tǒng)效率、功率損耗、氣蝕和磨損等都有顯著影響，所以選用液壓油時(shí)，選擇合適的粘度和適當(dāng)?shù)挠鸵浩贩N。 ⑴按工作機(jī)的類型選用；精密機(jī)械與一般機(jī)械對粘度要求不同，為了避免溫度升高而引起機(jī)件變形，影響工作精度，精密機(jī)械宜采用較低粘度的液壓油。如機(jī)床液壓伺服系統(tǒng)，為保證伺服機(jī)構(gòu)動作靈敏性，也宜采用粘度較低的油液。 ⑵按液壓泵的類型選用：液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運(yùn)動速度、壓力和溫升都較高，工作時(shí)間又較長，因而對粘度要求較嚴(yán)格，所以選擇粘度時(shí)應(yīng)先考慮到液壓泵。否則，泵磨損過快，容積效率降低，甚至可能破壞泵的吸油條件。在一般情況下，可將液壓泵要求的粘度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)，見表 1-2 所示。,1.1.5 液壓油的選用,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,表1-2 按液壓泵類型推薦用油粘度,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,⑶按液壓系統(tǒng)工作壓力選用：工作壓力較高時(shí)，宜選用粘度較高的油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低；工作壓力較低時(shí)，宜用粘度較低的油，這樣可以減少壓力損失，例如機(jī)床工作壓力一般低于 6.3 MPa，采用 (20～60)×8-6 m2／s 的油液；工程機(jī)械工作壓力屬于高壓，多采用較高粘度的油液。 ⑷考慮液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度：礦物油的粘度受溫度影響很大，為了保證在工作溫度下有較適宜的粘度，還必須考慮環(huán)境溫度的影響。當(dāng)溫度高時(shí)，宜采用粘度較高的油液；環(huán)境溫度低時(shí)，宜采用粘度較低的油液。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,⑸考慮液壓系統(tǒng)的運(yùn)動速度：當(dāng)液壓系統(tǒng)工作部件的運(yùn)動速度很高時(shí)，油液的流速也高，液壓損失隨著增大，而泄漏相對減少，因此宜用粘度較低的油液；反之，當(dāng)工作部件運(yùn)動速度較低時(shí)，每分鐘所需的油量很小，這時(shí)泄漏相對較大，對系統(tǒng)的運(yùn)動速度影響也較大，所以宜選用粘度較高的油液。 ⑹選擇合適的液壓油品種：液壓系統(tǒng)使用的油液品種很多，主要有機(jī)械油、變壓器油、汽輪機(jī)油、通用液壓油、低溫液壓油、抗燃液壓油和抗磨液壓油等。機(jī)械油最為廣泛采用。如果溫度較低或溫度變化較大時(shí)，應(yīng)選擇粘溫特性好的低溫液壓油；若環(huán)境溫度較高且有防火要求，則應(yīng)選擇抗燃液壓油；如果設(shè)備長期在重載下工作，為減少磨損，可選用抗磨液壓油。選擇合適的液壓油品種可以保證液壓系統(tǒng)的正常工作，減少故障發(fā)生，還可以提高設(shè)備使用壽命。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,液壓油污染是液壓系統(tǒng)故障的主要原因，據(jù)統(tǒng)計(jì)液壓系統(tǒng)故障至少70％是油液污染造成的。因此液壓油的正確使用、管理和防污是保證液壓系統(tǒng)正?？煽抗ぷ鞯闹匾矫?。 1.油液污染的主要原因 液壓油污染造成液壓系統(tǒng)故障。其主要原因表現(xiàn)為： 1)油液在煉制、運(yùn)輸和儲存過程中受到了污染。 2)液壓系統(tǒng)在加工、裝配、存儲、運(yùn)輸過程中灰塵、焊渣、型砂、切屑、磨料等殘留物造成了污染。 3)液壓系統(tǒng)運(yùn)行中由于油箱密封不完善以及元件密封裝置損壞而由系統(tǒng)外部侵入污染物造成污染。 4)液壓系統(tǒng)運(yùn)行中自身產(chǎn)生的污染物，如金屬及密封件因磨損而產(chǎn)生的顆粒，油液氧化變質(zhì)生成物也都會造成油液的污染。,1.1.6 液壓油污染控制措施,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,2.油液污染的危害 液壓系統(tǒng)中污染物主要有固體顆粒、水、空氣、化學(xué)物質(zhì)、微生物等雜物。其中固體顆粒性污垢是引起污染危害的主要原因。 1)固體顆粒會使泵的滑動部分 ( 如葉片泵中的葉片和葉片槽、轉(zhuǎn)子端面和配油盤 )磨損加劇，縮短泵的使用壽命；對于閥類元件，污垢顆粒會加速閥芯和閥體的磨損，甚至使閥芯卡死，把節(jié)流孔和阻尼孔堵塞，從而使閥的性能下降、變壞、甚至動作失靈；對于液壓缸，污垢顆粒會加速密封件的磨損，使泄漏增大；當(dāng)油液中的污垢堵塞過濾器的濾孔時(shí)，會使泵吸油困難、回油不暢，產(chǎn)生氣蝕、振動和噪聲。 2)水的侵入加速了液壓油的氧化，并且和添加劑起作用，產(chǎn)生粘性膠質(zhì)，使濾芯堵塞。 3)空氣的混入能降低油液的體積模量，引起氣蝕，降低其潤滑性能。 4)微生物的生成使油液變質(zhì)，降低潤滑性能，加速元件腐蝕。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,3.油液污染的控制措施 對液壓油進(jìn)行良好的管理，保證液壓油的清潔，對于保證設(shè)備的正常運(yùn)行，提高設(shè)備使用壽命有著非常重要的意義。對液壓油的污染控制工作概括起來有兩個(gè)方面：一是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)；二是把已經(jīng)侵入的污染物從系統(tǒng)中清除出去。 污染控制貫穿于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、維修等各個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)際工作中污染控制主要有以下措施： 1)油液使用前保持清潔。液壓油進(jìn)廠前必須取樣檢驗(yàn)，加入油箱前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行過濾。貯運(yùn)液壓油的容器應(yīng)清潔、密封，系統(tǒng)中漏出來的油液未經(jīng)過濾不得重新加入油箱。 2)合理選用液壓元件和密封元件，減少污染物侵入的途徑。裝配前所有液壓元件及零件應(yīng)徹底清洗，特別是細(xì)管、細(xì)小盲孔及死角的鐵屑、銹片和灰塵、沙粒等應(yīng)清洗干凈。在確保液壓傳動系統(tǒng)性能的前提下，盡量少用液壓元件，減少管路的連接和泄漏。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,3)液壓系統(tǒng)在裝配后、運(yùn)行前保持清潔。液壓元件加工和裝配時(shí)要認(rèn)真清洗和檢驗(yàn)，裝配后進(jìn)行防銹處理。油箱、管道和接頭應(yīng)去除毛刺、焊渣后進(jìn)行酸洗以去除表面氧化物。液壓系統(tǒng)裝配好后應(yīng)做循環(huán)沖洗并進(jìn)行嚴(yán)格檢查后再投入使用。 4)注意液壓油在工作中保持清潔。液壓油在工作中會受到環(huán)境的污染，所以采用密封油箱或在通氣孔上加裝高效能空氣濾清器，可避免外界雜質(zhì)、水分的侵入。合理選用過濾器，是防止雜質(zhì)污染油液的非常重要措施。根據(jù)設(shè)備的要求、使用場合在液壓系統(tǒng)中選用不同的過濾方式、不同精度和結(jié)構(gòu)的濾油器，并對濾油器定期檢查、清洗。 5)系統(tǒng)中使用的液壓油應(yīng)定期檢查、補(bǔ)充、更換。 6)控制液壓油的工作溫度，防止過高油溫造成油液氧化變質(zhì)。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,液體靜力學(xué)主要研究靜止液體所具有的力學(xué)規(guī)律。所謂靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對運(yùn)動，而液體整體則完全可以隨同容器一起作各種勻速運(yùn)動。,1.2 液體靜力學(xué)基礎(chǔ),,,。,1.2.1 靜止液體的壓力及其性質(zhì),1.液體的壓力 液體單位面積上所受到的法向作用力，常用 p 來表示。壓力的單位為 Pa 或 MPa，1 MPa = 106 Pa，計(jì)算公式為,（1-9）,式中 F——法向作用力（N）； A——承壓面積（m2）。 在這里壓力與壓強(qiáng)的概念相同，物理學(xué)中稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際中稱為壓力。 靜止液體壓力具備兩個(gè)重要特性： 1)壓力的方向沿著承壓面的內(nèi)法線方向； 2)流體內(nèi)任一點(diǎn)上各個(gè)方向的壓力相等。,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,在重力作用下靜止液體表面受壓力 p0 的作用,如圖1-3所示。如果,2.液體靜壓力 液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的壓力稱為液體靜壓力。在液壓傳動中所指壓力都是指液體的靜壓力。,圖1-3 重力作用下的靜止液體,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,求液體內(nèi)任意一點(diǎn) A 的壓力 p ，可從液面向下取一微小圓柱，其高度為 h，底面積為ΔA，則該圓柱除受側(cè)面力外，上表面受力為 p0ΔA，下表面所受力 pΔA，液體所受重力為ρghΔA，作用在圓柱的質(zhì)心上。小圓柱在這些力的作用下處于平衡狀態(tài)，于是在垂直方向上力應(yīng)平衡。平衡方程式為,（1-10）,式中 g ——重力加速度； ρ——液體的密度。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,由式（2-10）簡化后，得液體靜力學(xué)基本方程式,如果液面上所受壓力為大氣壓時(shí)（ p0 = pa），則,（1-11）,式中 pa —— 大氣壓力。 由式可知：液體的靜壓力是由液體的自重和液體表面受到的外力產(chǎn)生的。,（1-12）,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,靜壓力特性： 1)靜止液體內(nèi)任意一點(diǎn)的壓力由液面上的壓力（p0 = F/A）和液體重力引起的壓力ρgh兩部分組成； 2)靜止液體內(nèi)的壓力隨深度增加而增大； 3)液面深度相等，其靜壓力相等。壓力相等的點(diǎn)組成的面叫做等壓面。在重力作用下等壓面是水平面。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,1.2.2 帕斯卡原理,靜止液體，當(dāng)其液面上的壓力發(fā)生變化時(shí)，液體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓力均將發(fā)生相同的變化，即：在密封容器內(nèi)，靜止液體任一點(diǎn)的壓力將等值地傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。這就是靜止液體中的壓力傳遞原理，即帕斯卡原理。在液壓傳動系統(tǒng)中，通常由外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重形成的壓力大的多，可以忽略ρgh影響，即認(rèn)為靜止液體中的壓力處處相等。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,液體壓力表示方法有兩種：一種是以絕對真空為基準(zhǔn)表示的絕對壓力；另一種是以大氣壓力為基準(zhǔn)表示的相對壓力。絕大多數(shù)壓力儀表所測得的壓力是相對壓力，所以也稱為表壓力。在液壓系統(tǒng)中，沒有特別說明的壓力均指相對壓力。絕對壓力和相對壓力的關(guān)系為 絕對壓力＝大氣壓力＋相對壓力 當(dāng)液體中某處絕對壓力低于大氣壓力 (即相對壓力為負(fù)值)時(shí)，習(xí)慣上稱該處具有真空，絕對壓力小于大氣壓力的那部分?jǐn)?shù)值用普通壓力表無法測量，而要用真空計(jì)或真空表來測量，所以稱為真空度。它們的關(guān)系為 真空度＝大氣壓力—絕對壓力 絕對壓力、相對壓力和真空度的相互關(guān)系如圖2-4所示。,1.2.3 壓力表示方法,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,圖1-4 絕對壓力、相對壓力和真空度的關(guān)系,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,例1 如圖1-5所示為裝有水銀的U形管測壓計(jì)，左端與水的容器相連，右端與大氣相通。汞的密度為ρ汞=13.6×103 kg／m3，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=101325Pa。 1)如圖 2-5a，已知 h = 20cm，h1=30cm，試計(jì)算A點(diǎn)的相對壓力和絕對壓力。 2)如圖2-5b，已知 h1=15cm，h2=30cm，試計(jì)算A點(diǎn)的真空度和絕對壓力。,圖1-5 U形管測壓計(jì),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,上式求得是相對壓力，A點(diǎn)的絕對壓力是,解：a）圖取B-B′面為等壓面，列靜力學(xué)方程，即,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,b）圖取C-C′面為等壓面，pC 壓力等于大氣壓 pa，列靜力學(xué)方程，即,上式求得是絕對壓力，A點(diǎn)的真空度是,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.2.4 液體對固體壁面的作用力,當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體對固體壁面上的作用力F 等于液體壓力 p 與該平面面積 A 的乘積, 即,,（1-13）,當(dāng)固體壁面是曲面時(shí)，液體作用于曲面某x 方向上的作用力等于液體壓力 p 與曲面在該方向投影面積 Ax 的乘積，即,,（1-14）,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,本節(jié)主要研究液體流動時(shí)的流動狀態(tài)、運(yùn)動規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化等問題。并介紹幾個(gè)基本方程，即連續(xù)性方程、能量方程 (伯努利方程) 和動量方程。它們是液體動力學(xué)基礎(chǔ)，也是液壓技術(shù)分析問題和設(shè)計(jì)計(jì)算的理論依據(jù)。,1.3 液體動力學(xué)基礎(chǔ),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.3.1 基本概念,2.穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動 液體流動時(shí)，如果任意點(diǎn)處的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間變化而變化，則這種流動稱作穩(wěn)定流動，否則，稱作非穩(wěn)定流動。如圖 2-6a 所示, 由于水箱中的水位保持不變，1-1’、2-2’截面處的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間變化而變化，故 1-1＇、2-2＇截面處為穩(wěn)定流動。如圖1-6b所示,1.理想液體和實(shí)際液體 粘性對液體的流動將產(chǎn)生一定的影響，若考慮這種影響，將使問題變得復(fù)雜。為了分析問題的方便清晰，首先假設(shè)液體是沒有粘性的，然后再考慮粘性的影響并進(jìn)行修正。所以把既無粘性又不可壓縮的液體叫做理想液體，而把實(shí)際上既有粘性又可壓縮的液體叫做實(shí)際液體。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,由于水箱中的水位隨時(shí)間而變化，1-1‘、2-2’截面處的壓力、流速和密度都隨時(shí)間變化而變化，故 1-1＇、 2-2＇截面處為非穩(wěn)定流動。在液壓系統(tǒng)中液體流動通常是穩(wěn)定流動狀態(tài)。,圖1-6 穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動 a）穩(wěn)定流動 b）非穩(wěn)定流動 1—水箱 2—進(jìn)水管 3—溢流口 4—出水管 A、B—閥門,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,3.流量 單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面液體的體積，用符號q表示，單位為 m3／s，在工程中常用 L／min, 1 L/ min = 1/6×8-4 m3/s。 4.流速 通常所說的流速均指平均流速，是假想液體經(jīng)過通流截面的流速是均勻分布的，用符號 v 表示，單位為m/s。用平均流速計(jì)算流量，則有,（1-15）,式中 A——垂直于液體流動方向的通流截面的面積。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,5.液體的流動狀態(tài) 液體的流動狀態(tài)分為層流和紊流，這一現(xiàn)象可通過雷諾實(shí)驗(yàn)觀察。 1)雷諾實(shí)驗(yàn)，人們?yōu)榱颂剿髁黧w摩擦阻力的規(guī)律，研究了液體流動過程中的物理現(xiàn)象，1883年著名的雷諾(Reynoids)實(shí)驗(yàn)揭示了液體流動時(shí)存在著兩種不同的流動狀態(tài)——層流和紊流。如圖 2-7所示為雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。在透明水箱內(nèi)，水面下部安裝一根帶有喇叭形進(jìn)口的玻璃管，管的下游裝有閥門以便調(diào)節(jié)管內(nèi)水的流速。水箱的液面始終保持不變，使液體作穩(wěn)定流動。玻璃管的喇叭形口中心有一根針形小管，紅色液體由針管流出，紅色液體的密度ρ與水的密度ρ幾乎相同。,,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速較小時(shí)，管中心的紅色液體呈現(xiàn)一根平穩(wěn)的細(xì)線流，沿著玻璃管的軸線流過全管，如圖 1-7a 所示。隨著水的流速增大至某個(gè)值后，紅色液體的細(xì)線開始抖動、彎曲，呈現(xiàn)波浪形，如圖1-7b所示，速度再增大，細(xì)線被沖散、斷裂，最后使全管內(nèi)水的顏色均勻一致，如圖 1-7c 所示。,圖1-7 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 a）層流 b）過度流 c）紊流,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,雷諾實(shí)驗(yàn)揭示了液體流動有兩種截然不同的狀態(tài)。一種相當(dāng)于圖1-7a的流動，稱為層流，液體流動呈現(xiàn)層狀；另一種相當(dāng)于圖 1-7b、c的流動，稱為紊流，液體流動呈現(xiàn)混雜狀。層流時(shí)粘性力起主導(dǎo)地位，液體質(zhì)點(diǎn)受粘性的約束，流動時(shí)能量損失?。晃闪鲿r(shí)慣性力起主導(dǎo)作用，粘性力的制約作用減弱，流動時(shí)能量損失大。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,2)判別液體的流態(tài)是層流或紊流，可通過雷諾數(shù) Re 來判斷。液體在圓管中流動時(shí)的雷諾數(shù) Re 與管道的直徑和液體流速成正比而與運(yùn)動粘度成反比，即,（1-16）,式中 v——管道內(nèi)液體的流動速度； d——圓形管道的直徑； ν——液體的運(yùn)動粘度。 液體的流動狀態(tài)是層流或紊流，由臨界雷諾數(shù)Rec決定。 當(dāng)雷諾數(shù)Re＜Rec時(shí)，流動狀態(tài)為層流； 當(dāng)雷諾數(shù)Re＞Rec時(shí)，流動狀態(tài)為紊流。,通過實(shí)驗(yàn)得出常用管道的臨界雷諾數(shù)見表1-3。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,表1-3 常用管道的臨界雷諾數(shù)Rec,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,對于非圓截面的管道來說，雷諾數(shù) Re 可用下式計(jì)算,（1-17）,式中 dH——為管道截面的水力直徑，其值與通流截面的有效面積A 和濕周長度x (通流截面上與液體接觸的固體壁面的周 界長度 )的關(guān)系式，即,（1-18）,水力直徑大，液體流動時(shí)與管壁接觸少，阻力小，通流能力大；水力直徑小，液體流動時(shí)與管壁接觸多，阻力大，通流能力小，容易堵塞。 一般液壓傳動系統(tǒng)所用液體為礦物油，粘度較大，且管中流速不大，多屬層流。只有當(dāng)液體流經(jīng)閥口或彎頭等處時(shí)才會形成紊流。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,當(dāng)液體在管道中作穩(wěn)定流動時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會增多也不會減少，因而在單位時(shí)間內(nèi)液體流經(jīng)管道任意截面的質(zhì)量相等，這就是液體的質(zhì)量守恒定律，也稱液流的連續(xù)性定律。,如圖 1-8 所示為液體在直徑不同的管道中流動時(shí)的情況。若在管道上取l-1′通流截面，其通流截面的面積為A1，液體的平均流速為V1；若在管道上取 2-2′通流截面，其通流截面的面積為A2，液體的平均流速為V2，液體的密度為ρ。,1.3.2 連續(xù)性方程,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,由式可知：液體在同一管道中作穩(wěn)定流動時(shí)，流量是一個(gè)常數(shù)，管道截面越大處流速越小，管道截面越小處流速越大。,根據(jù)質(zhì)量守恒有,(1-19),常數(shù),即液體流動的連續(xù)性方程為,常數(shù),（1-20）,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,圖1-9 伯努利方程示意圖,設(shè)密度為ρ 的液體在通道內(nèi)流動如圖2-9所示。現(xiàn)任取兩通流截面 1-1’和2-2’為研究對象，兩截面至水平參考面的距離分別為h1和h2，兩截面處液體的流速分別為 vl 和 v2，壓力分別為 p1和 p2。,1.理想液體的伯努利方程 由于理想液體無粘性，在管道中作穩(wěn)定流動時(shí)就不存在能量損失，這樣同一管道中任意截面上的總能量都應(yīng)相等，這就是能量守恒定律。,1.3.3 伯努利方程,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,根據(jù)能量守恒定律可導(dǎo)出重力作用下液體在通道內(nèi)穩(wěn)定流動時(shí)方程，即,或在通道內(nèi)任意截面，則有,（1-21）,=常數(shù),（1-22）,式中,——單位重量液體的壓力能（壓力頭）；,式（1-21）和式（1-22）稱為伯努利方程，其物理意義表示：理想液體在重力場作穩(wěn)定流動時(shí)，具有壓力能、位能和動能三種形式，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化，且總和保持不變。,h ——單位重量液體的的位能（位置頭）；,——單位重量液體的的動能（速度頭）。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,2.實(shí)際液體的伯努利方程 實(shí)際液體存在著粘性，流動時(shí)會產(chǎn)生能量損失，同時(shí)管道局部形狀和尺寸的變化也會引起能量損失，能量損失的大小用hw表示，故對理想液體的伯努利方程進(jìn)行修正，此時(shí)伯努利方程為,（1-23）,式中 hw ——液體由截面1-1’流到截面2-2’時(shí)引起的能量損失； α1、α2——動能修正系數(shù)，紊流時(shí)α=1，層流時(shí)α=2。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,例 2 如圖1-10所示，液壓泵的流量q =32L／min,吸油管內(nèi)徑d =20mm,液壓泵吸油口距離液面高度h = 500mm,液壓油的運(yùn)動粘度為20×8-6m2／s，密度900 kg／m3，不計(jì)壓力損失（hW=0），求液壓泵吸油口的真空度？,,解：吸油管內(nèi)油液流動的速度：,,=1.7 m/s,液壓油在吸油管中的流動狀態(tài),,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,即真空度,,由此可見，泵吸油口的真空度主要是克服位置和速度引起的壓力損失以及摩擦引起的壓力損失，因此，泵口不要離液面過高，以防產(chǎn)生吸空現(xiàn)象。,查表1-3知，光滑金屬圓管 Rec= 2320＞Re =1700 ，故流動狀態(tài)為層流，即α1=α2=2。 選取油池的液面為Ⅰ-Ⅰ和靠近泵吸油口的截面為Ⅱ-Ⅱ，列伯努利方程，并以Ⅰ-Ⅰ截面為基準(zhǔn)面，因此 h1=0, v1=0 （因?yàn)橛拖浣孛婷娣e大，流速較?。? p1= pa（油池液面上受大氣壓力作用）。伯努利方程為,=7015.5 Pa≈7.01 kPa,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,根據(jù)理論力學(xué)中的動量定理，作用在物體上的合力等于物體在力作用方向上動量的變化率，即穩(wěn)態(tài)液動力,（1-24）,（1-25）,對于作穩(wěn)定流動的液體，若忽略可壓縮性，液體的密度不變，則單位時(shí)間內(nèi)流過的液體質(zhì)量 m =ρqΔt，將其代入上式，動量方程式為,1.3.4 液體動量方程,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,若考慮實(shí)際流速與平均流速之間存在誤差，應(yīng)引入動量修正系數(shù)，其動量方程為,（1-26）,式中 F ——作用在液體上外力的合力； v1、v2 ——液體在前后兩個(gè)過流截面上的流速； β1、β2——動量修正系數(shù)，紊流時(shí)β=1，層流時(shí)β=1.33。為簡化 計(jì)算，通常均取β=1。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,很多液壓閥都是滑閥結(jié)構(gòu)，這些滑閥靠閥芯的移動來改變閥口的大小或啟閉，從而控制了液流。液流通過閥口時(shí)，閥芯所產(chǎn)生的液動力，將對這些液壓閥的性能有很大影響。作用在閥芯上的液動力有穩(wěn)態(tài)液動力和瞬態(tài)液動力兩種，這里我們只討論對滑閥芯移動有影響的穩(wěn)態(tài)軸向液動力。穩(wěn)態(tài)液動力是閥芯移動結(jié)束且開口固定以后，液流流過閥口時(shí)因動量變化而作用在閥芯上的力。如圖1-11所示，液流流過閥口的兩種情況。,圖1-11 滑閥的穩(wěn)態(tài)液動力,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,由式可知：穩(wěn)態(tài)液動力的方向總是使閥口趨于關(guān)閉。,,取閥芯兩凸肩間的容腔中液體作為控制體，由式(1-25)可求得液流流入或流出閥腔時(shí)的穩(wěn)態(tài)液動力為0,式中 θ——是射流角，一般取θ=69ο； v1、v2——是滑閥閥口處的平均流速。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,由于液體具有粘性，在流動時(shí)會有阻力，為了克服阻力，液體就要消耗能量，造成能量的損失。在液壓傳動系統(tǒng)中，能量損失主要表現(xiàn)在液壓油的壓力降低，因此將其稱為壓力損失。 在密封管道中流動的液體存在兩種壓力損失：沿程壓力損失和局部壓力損失。,1.4 管路的壓力損失,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,2.4.1沿程壓力損失,液體在等截面直管中流動時(shí)，由于液體與管壁的摩擦以及液體分子間的內(nèi)摩擦，必然要消耗一部分能量，這種因摩擦而產(chǎn)生的能量損失稱為沿程壓力損失。實(shí)驗(yàn)證明：液體的沿程壓力損失與管道長度、單位體積的動能成正比與管徑成反比，其比例系數(shù)為λ。即沿程壓力損失△pλ為,(1-27),式中 λ——沿程阻力系數(shù)；其取值可利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，見表2-4 l ——液體流經(jīng)管路的長度； d ——管路內(nèi)徑； v ——液體的平均流速。,1.4.1 沿程壓力損失,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,表1-4 管道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)λ,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,,,例 3 某液壓系統(tǒng)中，采用管長為25 m，內(nèi)徑為 20 mm，油液的密度為900 kg／m3，運(yùn)動粘度為40×8-6 m2/s，當(dāng)流量為18 L／min時(shí)，試計(jì)算沿程壓力損失？ 解：計(jì)算雷諾數(shù)Re：,m/s,=477.5,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,,,= 80578 Pa≈ 0.081 MPa,查表1-3知光滑金屬圓管Rec=2320＞Re=477.5，故流動狀態(tài)為層流。由于實(shí)際情況下管壁附近的液體層應(yīng)冷卻而粘度增大較多。 故沿程壓力損失為,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,式中 ξ——局部阻力系數(shù)，液體流經(jīng)這些局部障礙物時(shí)的流動現(xiàn)象 復(fù)雜，具體數(shù)據(jù)可通過實(shí)驗(yàn)測定或查閱有關(guān)液壓傳動設(shè) 計(jì)手冊。,局部壓力損失是指液體流經(jīng)閥口、彎管及變化的截面等局部阻力處所引起的壓力損失。液體經(jīng)過這些局部阻力處流速和方向產(chǎn)生急劇變化，流體質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生撞擊，液流形成死水旋渦區(qū)，從而產(chǎn)生了能量損失。局部壓力損失△pξ可按下式計(jì)算,(1-28),1.4.2 局部壓力損失,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,管路系統(tǒng)中的壓力損失等于所有管路系統(tǒng)中的沿層壓力損失和局部壓力損失之和，即,(1-29),利用上式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只有在各局部障礙之間有足夠的距離時(shí)才正確。因?yàn)楫?dāng)液體流過一個(gè)局部障礙后，要在直管中流過一段距離，液體才能穩(wěn)定，否則其局部阻力系數(shù)可能比正常情況大2～3倍。因此一般希望在兩個(gè)障礙之間直管的長度l＞(10～20)d。 液壓系統(tǒng)中的壓力損失絕大部分將轉(zhuǎn)換為熱能，造成系統(tǒng)油溫的升高、泄漏增大，影響液壓系統(tǒng)的工作性能。因此常采用減小流速，縮短管路的長度，減少管路截面突變和管路的彎曲，減少管路內(nèi)壁的粗糙度和適當(dāng)增大管路的直徑，合理選用閥門等元件的一系列措施，減少管路系統(tǒng)中的壓力損失，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。,,,=,1.4.3 管路系統(tǒng)中的壓力損失,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,2.4.4液壓泵出口壓力的確定,在液壓技術(shù)中，研究液體傳動中產(chǎn)生壓力損失的主要目的就是為了保證液壓泵向液壓缸提供所需的工作壓力，因此，要仔細(xì)計(jì)算油液由液壓泵向液壓缸供油時(shí)，油液在管道流動過程中產(chǎn)生的壓力損失，但是計(jì)算沿程壓力損失和局部壓力損失是非常繁瑣的，一般不詳細(xì)計(jì)算，而是采用估算的方法。通常將液壓泵出口壓力設(shè)定為液壓缸工作壓力的（1.3～1.5）倍，即pp =（1.3～1.5）p，或者根據(jù)液壓泵到液壓缸之間采用的液壓元件估算總壓力損失 ∑Δp，那么液壓泵的出口工作壓力為液壓缸所需的工作壓力 p 與估算的總壓力損失∑Δp 之和，即,(1-30),式中 pp——液壓泵的出口工作壓力； p ——液壓缸的工作壓力。,1.4.4 液壓泵出口壓力的確定,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,液壓元件經(jīng)常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制液體的壓力和流量，從而達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏也屬于間隙流動。,1.5 液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,1.薄壁孔的流量計(jì)算 所謂薄壁孔是指小孔的通道長度 l與直徑d 之比小于或等于 0.5的孔，如圖2-12所示為液流流經(jīng)節(jié)流孔口的狀態(tài)。液流在小孔上游大約d／2處開始加速并從四周流向小孔，貼近管壁的液體由于慣性不會作直角轉(zhuǎn)彎而是向管軸中心收縮，從而形成收縮斷面，大約在小孔出口d／2的地方，形成最小收縮截面 de，截面收縮的程度取決于 Re、孔口及邊緣形狀、孔口離管道及容器側(cè)壁的距離等因素。如果圓形小孔，當(dāng)管道直徑與小孔直徑之比D／d ≥7時(shí)，稱完全收縮，此時(shí)流束的收縮不受孔前通道側(cè)壁的影響。反之，當(dāng) D／d＜7時(shí)，稱為不完全收縮，由于這時(shí)管壁與孔前通道側(cè)壁較近，側(cè)壁對收縮的程度有影響。,液體流經(jīng)的小孔有薄壁小孔、細(xì)長小孔和介于二者之間的短孔。,1.5.1 液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,圖1-12 液體流經(jīng)節(jié)流孔口的狀態(tài),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,式中 AT ——小孔的通流面積； △p——小孔兩端的壓力差； C d ——流量系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)液流完全收縮時(shí)，Cd 幾乎不變。 計(jì)算時(shí)一般取Cd =0.6～0.62；當(dāng)液流不完全收縮時(shí)，管壁離 小孔較近，此時(shí)管壁對液流起導(dǎo)向作用，流量系數(shù)Cd 可增大 到0.7～0.8。 從公式中可以看出：流經(jīng)薄壁孔的流量 q與小孔的通流面積成正比，與小孔前后壓差Δp的平方根成正比。由于薄壁孔的流程很短，沿程阻力小，且不受粘度的影響，因而油溫變化對流量影響也很小，薄壁小孔處流速較高不易堵塞。這些特性使薄壁小孔常作為節(jié)流閥的閥口。,根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程推導(dǎo)出通過薄壁小孔的流量公式為,(1-31),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,例 4 有一薄壁小孔，通過流量q =25 L/min時(shí)，孔前后的壓力損失為Δp = 0.3 MPa, 設(shè)流量系數(shù) Cd = 0.62，油的密度ρ= 900kg/m3。試求節(jié)流閥孔的通流面積。 解：根據(jù)薄壁小孔的流量公式(1-31),則,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,,2.細(xì)長孔的流量計(jì)算 所謂細(xì)長孔一般是指小孔的長徑比l／d ＞4 時(shí)的情況，如液壓系統(tǒng)中的導(dǎo)管、某些阻尼孔等。液流在細(xì)長孔中流動時(shí)，一般都是層流，通過細(xì)長孔的流量公式為,(1-32),式中 μ——液壓油的動力粘度。 從公式中可知，通過細(xì)長孔的流量由于與油的動力粘度成反比，故受油溫的影響較大，同時(shí)細(xì)長孔易被堵塞。細(xì)長孔常用作控制閥的阻尼孔。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,3.短孔 短孔指介于薄壁小孔與細(xì)長小孔之間的孔，即 l／d ≤4 l／d ≥ 0.5 。短孔加工起來比薄壁孔容易得多，因此特別適合于作固定的節(jié)流孔。流量計(jì)算也可采用薄壁小孔的公式，但流量系數(shù)Cd應(yīng)根據(jù)短管的形狀和安裝方式不同而作具體計(jì)算或查表，關(guān)于這方面的深入了解，可參考有關(guān)的流體力學(xué)專著。 在液壓系統(tǒng)中，各種小孔的流量壓力特性，可用下式表示,(1-33),式中 K——由小孔的形狀和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，對于薄壁孔 K = Cd（2/ρ）1/2，對于細(xì)長孔 K = d 2/32μl； m——由小孔的長徑比決定的壓差指數(shù)，薄壁孔 m = 0.5、細(xì)長孔 m = 1、短孔 m = 0.5～1； AT——小孔的通流面積； Δp——小孔兩端的壓力差。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,在液壓系統(tǒng)中，各種液壓元件內(nèi)部表面之間存在著間隙。液壓系統(tǒng)的泄漏主要是在壓力差作用下通過間隙產(chǎn)生的，泄漏使系統(tǒng)效率降低，性能下降。為減少泄漏和提高液壓系統(tǒng)的工作性能，有必要分析液體流經(jīng)縫隙的泄漏規(guī)律。 流體流經(jīng)縫隙的大小相對其長度和寬度小得很多，因此縫隙中的流動受固體壁面的影響很大，其流動狀態(tài)一般均為層流。常見的縫隙有兩種，兩個(gè)平行平面形成的縫隙和內(nèi)、外圓柱表面形成的環(huán)狀縫隙。,1.5.2 液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,,1.兩個(gè)平行平面的縫隙 如圖1-13所示，液體沿兩個(gè)平行平面縫隙流動時(shí)，由于壓差的作用，其流經(jīng)該縫隙流量計(jì)算式為,式中 Δp——縫隙兩端的壓力差，Δp = p1- p2； μ——液壓油的動力粘度； l、b、δ——分別為縫隙的長度、寬度和高度。,(1-34),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,圖1-13 液體在兩個(gè)平行平面縫隙中流動 圖1-14液體在同心園環(huán)縫隙中流動,,2.同心環(huán)狀縫隙 如圖 2-14 所示，液體沿兩個(gè)內(nèi)外圓柱表面環(huán)狀縫隙流動時(shí)，計(jì)算時(shí)將其展開后可視為平面間縫隙，故以平面間縫隙的寬度用圓環(huán)的周長πd來代替, 其流經(jīng)縫隙流量計(jì)算式為,(1-35),式中 d——同心圓孔的直徑。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,圖1-15 偏心園環(huán)縫隙的流量,式中:ε—縫隙的相對偏心率，即內(nèi)圓柱中心與外圓柱中心的偏心距離 e 與縫隙δ的比值，即ε=e/δ。當(dāng)ε=0 時(shí)，兩個(gè)內(nèi)外圓柱表面形成的是同心環(huán)狀縫隙；當(dāng)ε=1時(shí)，即平均縫隙δ等于偏心距 e，處于完全偏心情況下，通過偏心環(huán)狀縫隙的流量是同心環(huán)狀縫隙流量的 2.5倍。所以，為了減少泄漏，應(yīng)盡量使液壓元件的配合處于同心狀態(tài)。,3.偏心環(huán)狀縫隙 如圖2-15所示，液體沿兩個(gè)內(nèi)外圓柱表面偏心環(huán)狀縫隙流動情況，其橫截面形狀為月牙形的偏心環(huán)狀縫隙。其流經(jīng)該縫隙的流量計(jì)算式為,(1-36),,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體壓力在瞬間急劇升高，形成很大的壓力峰值，這種現(xiàn)象，稱為液壓沖擊。,1.6.1 液壓沖擊,1.液壓沖擊產(chǎn)生的原因 ⑴流動液體突然停止產(chǎn)生的液壓沖擊，如圖 1-16 所示有一根等直徑的圓管，其進(jìn)口與大容積的蓄能器或液壓缸相連，出口處接一個(gè)閥門。設(shè)兩端距離為l，當(dāng)閥門開啟情況下，管內(nèi)液體以流速v 流動。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，首先是緊靠閥門的液體停止運(yùn)動，它的動能在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為較高的壓力能，引起后面的液體被擠壓，壓力也急劇升高，從而引起液壓沖擊現(xiàn)象。,,,1.6.1 液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,⑵運(yùn)動部件制動時(shí)所產(chǎn)生的液壓沖擊，如圖2-17所示，活塞以一定的速度向左移動。當(dāng)換向閥突然關(guān)閉時(shí)，油液被封死在油缸兩腔及管道中。由于運(yùn)動部件的慣性作用，活塞不能立即停止運(yùn)動，將繼續(xù)向左運(yùn)動使左腔內(nèi)油液受到擠壓，壓力急劇上升達(dá)到某一峰值，產(chǎn)生液壓沖擊。當(dāng)運(yùn)動部件的動能全部轉(zhuǎn)化為油液的壓力能時(shí)，活塞將停止向左運(yùn)動。,圖1-16 閥門關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊,圖1-17 液壓缸制動時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,⑶液壓元件反映不靈也會產(chǎn)生液壓沖擊，液壓系統(tǒng)中壓力突然升高時(shí)、溢流閥不能迅速打開溢流閥口，或限壓式變量泵不能及時(shí)自動減少輸出流量時(shí)，都會導(dǎo)致液壓沖擊。 2.液壓沖擊的危害 液壓沖擊產(chǎn)生的壓力峰值常常比正常壓力要大好幾倍，同時(shí)會產(chǎn)生噪音與振動，嚴(yán)重時(shí)會損壞液壓元件和密封裝置等等，有時(shí)還會使某些液壓元件（如壓力繼電器、順序閥）產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作。 3.減小液壓沖擊的措施 液壓系統(tǒng)采取的主要措施有以下幾點(diǎn)： ⑴限制管中液流的流速和運(yùn)動部件的速度，減少沖擊波的強(qiáng)度。 ⑵開啟閥門的速度要慢。 ⑶采用吸收液壓沖擊的能量裝置如蓄能器等。 ⑷在出現(xiàn)有液壓沖擊的地方，安裝限制壓力的安全閥。 ⑸適當(dāng)加大管道內(nèi)徑或采用橡膠軟管。,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,1.氣穴與氣蝕 當(dāng)液體某一點(diǎn)處的絕對壓力降到了相應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓以下時(shí)，油液中的空氣就會分離出來，產(chǎn)生大量的氣泡，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。雖然油液的飽和蒸氣壓力很低，但實(shí)際上絕對壓力高出飽和蒸氣壓時(shí)，油液中就會分離出來大量的氣泡。 氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生氣穴，使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)。在液壓系統(tǒng)中的節(jié)流口，在突然關(guān)閉的閥門元件附近，在吸油不暢的油泵吸油口等處，均容易產(chǎn)生氣穴?，F(xiàn)以油泵吸油口處為例進(jìn)行分析，根據(jù)伯努利方程得知，該處壓力較低，如壓力低于該液壓油工作溫度下的空氣分離壓時(shí)，溶解在油中的空氣將會迅速地分離出來變成氣泡，這些氣泡隨著液流流到泵的高壓區(qū)時(shí)，會因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動。當(dāng)附在金屬表面上的氣泡破滅時(shí)，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會使金屬剝落，會使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。節(jié)流口下游部位常發(fā)生這種腐蝕的痕跡，這種因氣穴現(xiàn)象而產(chǎn)生的零件剝落和腐蝕稱為氣蝕。,1.6.2 氣穴現(xiàn)象,,第1章 液壓傳動的基礎(chǔ)知識,2.氣穴的危害 氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生大量的氣泡，使液流不通暢，使液壓泵輸出流量和壓力急劇波動，系統(tǒng)無法穩(wěn)定地工作。氣蝕嚴(yán)重時(shí)使泵的機(jī)件腐蝕，并使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動，降低液壓元件的壽命。 3.氣穴的預(yù)防措施 泵的吸入口、油液流經(jīng)節(jié)流部位、突然啟閉的閥門、帶大慣性負(fù)載的液壓缸、液壓馬達(dá)在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然停止或換向時(shí)等都將產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。 為了防止產(chǎn)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象 ，一般可采用以下的預(yù)防措施： ⑴減少流經(jīng)節(jié)流口及縫隙前后的壓力差，一般希望節(jié)流口或縫隙前后壓力比小于3.5； ⑵正確確定液壓泵吸油管內(nèi)徑，對管內(nèi)液體的流速加以限制，降低 液壓泵的吸油高度，盡可能減少吸油管路中的壓力損失； ⑶提高管道的密封性能，防止空氣的滲入； ⑷提高零件的機(jī)械強(qiáng)度和降低零件表面的粗糙度，采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料（如鑄鐵和青銅等），以提高元件的抗氣蝕能力。,,第2章 液壓動力元件,2.1 液壓動力元件概述 2.1.1 液壓泵的工作原理 2.1.2 液壓泵的分類 2.1.3 液壓泵的主要性能參數(shù) 2.2 齒輪泵 2.2.1 齒輪泵工作原理 2.2.2 外嚙合齒輪泵的排量和流量 2.2.3 KCB型齒輪油泵 2.2.4 齒輪泵存在問題 2.3 葉片泵 2.3.1 單作用葉片泵 2.3.2 雙作用葉片泵,,,第2章 液壓動力元件,2.4 柱塞泵 2.4.1 徑向柱塞泵 2.4.2 軸向柱塞泵 2.5 液壓泵的類型選用 2.6 液壓泵常見故障及排除方法 2.6.1 液壓泵的安裝要求 2.6.2 液壓泵的使用注意事項(xiàng) 2.6.3 液壓泵故障分析及排除 2.7 液壓馬達(dá) 2.7.1 液壓馬達(dá)的分類 2.7.2 液壓馬達(dá)的工作原理及圖形符號 2.7.3 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù),,第2章 液壓泵和液壓馬達(dá),液壓泵,液壓馬達(dá),目的任務(wù) 了解液壓泵主要性能參數(shù)分類 掌握泵的工作原理、必要條件、排流量、葉片泵和齒輪泵的結(jié)構(gòu)、工作原理、葉片泵的調(diào)整方法和減小齒輪泵困油現(xiàn)象的方法。,液壓泵和液壓馬達(dá),重點(diǎn)難點(diǎn): 容積式泵工作原理、必要條件、齒輪泵工作原理、排流量 計(jì)算、容積式泵的共同弊病、 困油現(xiàn)象的實(shí)質(zhì).,第2章 液壓動力元件,2.1 液壓動力元件概述,液壓泵和液壓馬達(dá)在液壓系統(tǒng)中都屬于能量轉(zhuǎn)換裝置。 液壓泵是動力裝置，它將電機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體 的壓力能，為系統(tǒng)提供一定流量和壓力的