液压基本原理

压差流动
环状缝隙
剪切流动
1） 通过平行平板缝隙的流量
2）圆柱环形间隙的流量

1、
空穴（气穴）现象

空穴现象： 液压系统中，由于某种原因（如速度 突变），使压力降低而使气泡产生的现象 产生原因： 压力油流过节流口、阀口或管道狭缝 时，速度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小， 吸油降低。
（ 2） 流线、流管和流束 流线--流场中的曲线 流管--由任一封闭曲线上的流线所组成的表面 流束--流管内的流线群

（3）通流截面、流量和平均流速 通流截面：在流束中与流线正交的截面（垂直于液体 流动方向的截面） 流量：单位时间内流过某通流截面的液体的体积qv 平均流速：通流截面上各点流速均匀分布（假想） q = V/t = Al/t = Au

(1) 作用在平面上的总作用力 P = pA 如： 液压缸，若设活塞直径为D,则 P = pA = p(πD2/4) (2) 作用在曲面上的总作用力 Fx = pAx
结论：曲面在某一方向上所受的作用力，等于液体压力与曲面在该方向的垂直 投影面积之乘积
例：液压缸缸筒受力分析 设 缸筒半径为r，长度为l，取一微小窄条面积为： dA = lr dθ 液体作用在dA上的力dFx为 dFx = dFCOSθ = pdACOSθ = plCOSθdθ 缸筒右半壁的水平作用力为 Fx = ∫π/2-π2 dFx =∫π/2-π/2 plrCOSθdθ = 2plr = pAx
研究内容： 研究液体处于静止状态的力学规律和 这些规律的实际应用。 研究对象：静止液体，所谓静止液体是指液体内 部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可 以象刚体一样做各种运动。


定义：液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强， 液压传动中习称压力 特性：（1）垂直并指向于承压表面 ∵ 液体在静止状态下不呈现粘性 ∴ 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 （2）各向压力相等 ∵ 有一向压力不等，液体就会流动 ∴ 各向压力必须相等

2）运动部件突然制动或换向，使压力升高。

4 减小液压冲击的措施 （1）延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间
（2）限制管道流速及运动部件速度
v缸 < 10m/min
v管 < 5m/s
（3）加大管道直径，尽量缩短管路长度。 （4）采用软管，以增加系统的弹性。

研究内容：研究液体运动和引起运动的原因，即研 究液体流动时流速和压力之间的关系（或液压传动 两个基本参数的变化规律）
主要讨论：动力学三大方程
（1） 理想液体、定常流动和一维流动
理想液体：既无粘性又不可压缩的液体 定常流动（稳定流动、恒定流动）：流动液体中任一 和ρ都不随时间而变化的流动 一维流动：液体整个作线形流动 点的p、u

2、液压冲击
液压冲击：液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压
力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。
如：急速关闭自来水管可能使水管发生振动，同时发出噪声 1 液压冲击的危害 ∵ 液压冲击峰值压力>>工作压力
∴ 引起振动、噪声、导致某些元件如密
封装臵、管路等损坏；使某些元件如压力继电器、顺序阀等）产生动 作，影响系统正常工作。 2 液压冲击产生的原因 1）迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受阻，动能转换为压力 能，使压力升高。


绝对粘度的单位为 1Pa.S=10P=1000cP
运动粘度：液体的绝对粘度与其密度的比值称为液体的运动粘 度。 运动粘度的单位是m2/s。过去通常使用厘斯（cSt）作运动粘 度的单位，它等于10-6m2/s，（即1cSt=1mm2/s。 我国液压油牌号新标准以液压油在40摄氏度运动粘度ν的平均 厘斯（cSt）数来命名。








1. 1atm=0.1MPa=100KPa=1公斤=1bar=10米水柱＝14.5PSI
2. 1KPa=0.01公斤 =0.01bar=10mbar=7.5mmHg=0.3inHg=7.5torr=100mmH2O=4inH2O


绝对压力、相对压力、真空度三者的关系
p p>pa 表压力 大气压 真空度 pa 绝对压力 绝对压力 p<pa

粘度和温度的关系 ∵ 温度↑，内聚力↓，μ↓ ∴ 粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度 的变化较小，即粘温特性较好。 工作介质:传递运动和动力 液压油的任务

润滑剂 :润滑运动部件
对液压油的要求 (1)合适的粘度和良好的粘温特性； (2)良好的润滑性； (3)纯净度好，杂质少； (4)对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。 (5)对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长； (6)抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小； (7)比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点 高，流 动点和凝固点低。 （凝点:油液完全失去其流动性的最高温度） (8)对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜
1. 2. 3. 4. 5.
液压油的性质和选用 静止液体力学流动液体力学 液体的管道流动 液流流经小孔及缝隙的流量计算 液压冲击和空穴现象

1.液体的密度 对于非均质液体： 对于均质液体，其单位体积的质量就是液体的密度， 即 Notes: 如无特殊说明，一般认为液压油都是均质 的，其密度ρ=（850-960）kg/m3




绝对压力--以绝对零压为基准所测 相对压力*--以大气压力为基准所测 测压两基准 绝对压力 = 大气压力 + 相对压力
关系： 相对压力（表压）= 绝对压力 - 大气压力 注 ： 液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力 真空度 = 大气压力 - 绝对压力

单位

帕斯卡(Pa)


巴(bar)
是它是设计计算的基础，因此，小孔虽小，缝隙虽窄，但
其作用却不可等闲视之 宽度一般在0、1mm以下 直径一般在1mm以内

薄壁小孔 l/d ≤ 0.5

（1）孔口分类
细长小孔 l/d > 4
短孔 0、5 < l/d ≤4



（2）薄壁孔口的流量

（3）细长小孔的流量
平面缝隙 常见缝隙 < 缝隙流动状况<


空穴现象的危害： （1） 系统发生强烈的振动和噪声 （2） 发生气蚀 （3） 液流不连续，流量、压力脉动 减小气空穴的措施： （1） 减小小孔和缝隙前后的压力降，希望p1/p2 < 3.5 （2） 增大直径、降低高度、限制流速 （3） 管路要有良好密封性防止空气进入 （4） 提高零件抗腐蚀能力，采用抗腐蚀能力强的金 属材料，减小表面粗糙度 （5） 整个管路尽可能平直，避免急转弯和缝隙，合 理配臵。
q = 0 v = 0 q↑ v↑ q↓ v↓ 结论： 液压缸的运动速度取决于进入液液压缸的流量， 并且随着流量的变化而变化。
v = q/A

1 连续性原理--理想液体在管道中恒定流动时， 根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不 能减少，因此在单位时间内流入液体的质量应恒等于 流出液体的质量。 2 连续性方程 ρ1v1A1=ρ2v2A2 若忽略液体可压缩性 ρ1=ρ2 则 v1A1=v2A2 或 Q=vA=常数 结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的 流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。 Notes:2 conclusions v1/v2=A2/A1 Q=Q1+Q2

能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律， 同一管道内任一截面上的总能量应该相等。

动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内的动量变 化量 即 ∑F =dI/dt=d（mv）/dt 考虑动量修正问题，则有： ∴ ∑F =ρq(β2v2-β1v1) X向动量方程 ∑Fx = ρqv(β2v2x-β1v1x) X向稳态液动力 F'x = -∑Fx = ρqv(β1v1xβ2v2x) 结论： 作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使 阀口关闭。

液体静力学基本方程式 质量力（重力、惯性力）--作用于液体的所有质点 作用于液体上的力〈 表面力（法向力、切向力、或其它物体或其它容器对液体、 一部分液体作用于令一部分液体等）--作用于液体的表面 例：计算静止液体内任意点A处的压力p ∵ pdA = p0dA+G = p0dA+ρghdA ∴ p = p0+ρgh 特征： 液面压力p0 （1）静止液体中任一点处的压力由两部分组成〈 液体自重所形成的压力ρgh （2）静止液体内压力沿液深呈线性规律分布 （3）离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的面 叫等压面.



液体的压缩性是指液体受压后体积变小的性能 （1）液体的压缩性系数
液压油的压缩性系数值一般为（5-7）×10-10m2/N
（2）液体的体积弹性模量βe=1/β


液压油的体积弹性模量一般为（1.4-2.0）×109 N/m2 钢的体积弹性模量一般为 2.06×1011 N/m2

粘性：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚 力阻碍分子的相对运动而产生一种内摩擦力。液 体的这种性质，叫做液体的粘性。 粘度是表示液体粘性大小的物理量，常用的粘度 表示方式有三种，即：绝对粘度（动力粘度）、 运动粘度、相对粘度。 牛顿液体：速度梯度变化时η值不变的液体。
工程大气压(at)


标准大气压(atm)
托(torr)


磅每平方英寸(psi)

换算

1 Pa = 1 N/平方m; = 10−5 bar ≈ 10.197× 10−6 at ≈ 9.8692× 10−6 atm ≈ 7.5006× 10−3 Torr ≈ 145.04× 10−6 psi