液压系统物理学基础
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第2章 液压流体力学基础
1bar=1×105Pa=0.1MPa
1at（工程大气压）=1kgf/cm2=9.8×104Pa 1mH2O(米水柱）=9.8×103Pa 1mmHg（毫米汞柱）=1.33×102Pa 1个标准大气压力=1.013×105Pa=10.336米水柱=760mmHg 1psi（磅力/英寸2）=6.895×103Pa
第2章 液压流体力学基础
2.2 液压静力学 （3）液体静压力对固体壁面的作用力 固体壁面是平面：如右上图，作用力为
固体壁面是曲面：如右中、下图，作用力为
d为承压部分曲面投影圆的直径
第2章 液压流体力学基础
2.2 液压静力学 二、液体静压力基本方程 1、任意质点受力分析： 取研究对象：任取如右图微圆柱体。 受力分析： 2、静力学基本方程： 能量守恒表达式：建立坐标系
第2章 液压流体力学基础
2.1 液压系统的工作介质 5、机械稳定性： 液体在长时间的高压作用下，保持原有物理性质的能力。液压油 应具有良好的机械稳定性。 6、氧化稳定性： 主要指抗氧化的能力。油液中含有一定的氧气，使用中油液必然 会逐渐氧化。随着温度的升高，氧化作用加剧，油液会变质沉淀、 产生腐蚀性物质，使系统出现故障。 7、其它性质： 相容性、水解稳定性、剪切稳定性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈 性、润滑性。 以上性质对液压油的选用有重要影响。抗燃性、稳定性等都可以 通过加入适当的添加剂来获得。
是不呈现粘性的。 （3）粘度的表示方法： 动力粘度: 运动粘度:
/
相对粘度:恩氏粘度、赛氏粘度、雷氏粘度
第2章 液压流体力学基础
2.1 液压系统的工作介质
du F A dy
du dy
根据实验结论可知： F与液层面积、速度 梯度成正比 液体粘性示意图
液压基础知识.
加在被封闭液体上的压强大小不变地由液体向各个方向 传递。作用在大活塞上的 负载F1形成液体压力 p= F1/A1。 为防止大活塞下降， 在小活塞上应施加的力
F2= pA2= F1A2/A1 由此可得 液压传动可使力放大，可使力缩小， 也可以改变力的方向。液体内的压 力是由负载决定的。
液压基础知识
三、液体 动力学基 础知识
液压基础知识
二、液体
静力学基 础
（五）相对压力、绝对压力及真空度
1.相对压力：一般指表压力，是测量系统相对大气压力 值。 2.绝对压力：指系统实际压力。 说明：绝对压力=相对压力+一个大气压。 3.真空度：处于真空状态下大气稀薄程度。等于大气压 力-绝对压力。
液压基础知识
二、液体
静力学基 础
（六）帕斯卡原理
（七）气穴
三、液体 动力学基 础知识
在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的 空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液 体中迅速出现大量气泡的现象叫做气穴。 减少气穴现象的措施 1、 减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p1/p2＜3.5。 2、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。 3、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。 4、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。
（一）理想液体与（二）恒定流动
（一）理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 （二）恒定流动 液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不 随时间而变化的流动， 亦称为定常流动或非时变流动
液压基础知识
三、液体 动力学基 础知识
（三）流量连续性方程
流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方 式。 ρ1υ1A 1=ρ2υ2A2
液压基础知识
F2= pA2= F1A2/A1 由此可得 液压传动可使力放大，可使力缩小， 也可以改变力的方向。液体内的压 力是由负载决定的。
液压基础知识
三、液体 动力学基 础知识
液压基础知识
二、液体
静力学基 础
（五）相对压力、绝对压力及真空度
1.相对压力：一般指表压力，是测量系统相对大气压力 值。 2.绝对压力：指系统实际压力。 说明：绝对压力=相对压力+一个大气压。 3.真空度：处于真空状态下大气稀薄程度。等于大气压 力-绝对压力。
液压基础知识
二、液体
静力学基 础
（六）帕斯卡原理
（七）气穴
三、液体 动力学基 础知识
在液压系统中，如果某点处的压力低于液压油液所在温度下的 空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就会分离出来，使液 体中迅速出现大量气泡的现象叫做气穴。 减少气穴现象的措施 1、 减小阀孔前后的压力降，一般使压力比p1/p2＜3.5。 2、尽量降低泵的吸油高度，减少吸油管道阻力。 3、各元件联接处要密封可靠，防止空气进入。 4、增强容易产生气蚀的元件的机械强度。
（一）理想液体与（二）恒定流动
（一）理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。 （二）恒定流动 液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不 随时间而变化的流动， 亦称为定常流动或非时变流动
液压基础知识
三、液体 动力学基 础知识
（三）流量连续性方程
流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方 式。 ρ1υ1A 1=ρ2υ2A2
液压基础知识
第二章 液压传动流体力学基础
第12张/共91张
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2.2 液体动力学
实验
第13张/共91张
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2.2 液体动力学
一维流动
当液体整个作线形流动时，称为一维流动；当作平面或 空间流动时，称为二维或三维流动。一维流动最简单，但是 严格意义上的一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完 全相同，这种情况在现实中极为少见。通常把封闭容器内液 体的流动按一维流动处理，再用实验数据来修正其结果，液 压传动中对工作介质流动的分析讨论就是这样进行的。
静止液体中的压力分布
例：如图所示，有一直径为d， 解：对活塞进行受力分析， 活塞受到向下的力： 重量为G的活塞侵在液体中， 并在力F的作用下处于静止状 F下 ＝F＋G 态，若液体的密度为ρ，活 活塞受到向上的力： 塞侵入深度为h，试确定液体 d 2 在测量管内的上升高度x。 F上＝g h x 4 F 由于活塞在F作用下受力平衡， d 则：F下＝F上，所以：
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2.2 液体动力学
通流截面、流量和平均流速
流束中与所有流线正交的截面称为通流截面，如图c中的A面 和B面，通流截面上每点处的流动速度都垂直于这个面。 单位时间内流过某通流截面的液体体积称 为流量，常用q表示 ，即：
q V t
式中
q —流量，在液压传动中流量
常用单位L/min； V —液体的体积； t —流过液体体积V 所需的时间。
1mmHg(毫米汞柱)=1.33×102N／m2
1at(工程大气压，即Kgf/cm2)=1.01972×105帕 1atm(标准大气压)=0.986923×105帕。
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2.1 液体静力学
帕斯卡原理
液压流体力学基础
第二章 液压流体力学基础
学习要点： 1、液压油（流体）的基本性质。 2、流体静力学基本规律。 3、流体动力学基本概念。 4、流体流量连续方程、流体能量平衡方程 （伯努利方程）方程、动量方程。 5、小孔及缝隙流量计算。 6、压力损失、液压冲击与空穴现象。
第一节 液压系统的工作介质
液压工作介质
第一节 液压系统的工作介质
第一节 液压系统的工作介质
二、液压工作介质的主要性能（续）
4、液体的热容量、比热
热容量： 液体与外界发生热量交换而使流体的温度变化，
热量交换对温度的变化率称为流体的热容量。 比 热： 单位质量液体的热容量成为比热。
第一节 液压系统的工作介质
5、液体的含气量、空气分离压和汽化压
◎ 含气量： 液体中所含空气的体积百分比数量叫含气量。两种形式：
温度高时选用粘度较高的液压油，减少容积损失。
第一节 液压系统的工作介质
5、液压油的污染与保养
液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯 卡死，并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油 污染的原因有三方面：
1）污染： a 外部侵入的污物；b 外部生成的不纯物。
2）恶化： 液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属
※ 液体的粘度会随温度、压力变化而变化。 液体的粘度对温度变化十分敏感，对液压系统的性能
有明显影响。温度升高，粘度将显著下降，造成泄漏、磨 损增加、效率降低等问题；温度下降，粘度增加，造成流 动困难及泵转动不易等问题，液压系统工作时发热较严重。 所以，一般控制系统中均要设计冷却装置，尽量保持油液 工作温度的稳定。 ※ 液体承受的压力增大，液体内聚力增大，粘度也随之增 大，但变化幅度不大，低压时一般不考虑。
二、液压工作介质的主要性能（续）
学习要点： 1、液压油（流体）的基本性质。 2、流体静力学基本规律。 3、流体动力学基本概念。 4、流体流量连续方程、流体能量平衡方程 （伯努利方程）方程、动量方程。 5、小孔及缝隙流量计算。 6、压力损失、液压冲击与空穴现象。
第一节 液压系统的工作介质
液压工作介质
第一节 液压系统的工作介质
第一节 液压系统的工作介质
二、液压工作介质的主要性能（续）
4、液体的热容量、比热
热容量： 液体与外界发生热量交换而使流体的温度变化，
热量交换对温度的变化率称为流体的热容量。 比 热： 单位质量液体的热容量成为比热。
第一节 液压系统的工作介质
5、液体的含气量、空气分离压和汽化压
◎ 含气量： 液体中所含空气的体积百分比数量叫含气量。两种形式：
温度高时选用粘度较高的液压油，减少容积损失。
第一节 液压系统的工作介质
5、液压油的污染与保养
液压油使用一段时间后会受到污染，常使阀内的阀芯 卡死，并使油封加速磨耗及液压缸内壁磨损。造成液压油 污染的原因有三方面：
1）污染： a 外部侵入的污物；b 外部生成的不纯物。
2）恶化： 液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属
※ 液体的粘度会随温度、压力变化而变化。 液体的粘度对温度变化十分敏感，对液压系统的性能
有明显影响。温度升高，粘度将显著下降，造成泄漏、磨 损增加、效率降低等问题；温度下降，粘度增加，造成流 动困难及泵转动不易等问题，液压系统工作时发热较严重。 所以，一般控制系统中均要设计冷却装置，尽量保持油液 工作温度的稳定。 ※ 液体承受的压力增大，液体内聚力增大，粘度也随之增 大，但变化幅度不大，低压时一般不考虑。
二、液压工作介质的主要性能（续）
液压流体力学基础
第一章 液压流体力学基础
第二节 液体静力学
四. 静压力对固体壁面的作用力 液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压
力的作用 当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作
用力 F = p A，方向垂直于该平面。 当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上
的总作用力 F = p Ax ， Ax 为曲面在该方向的投影面 积。
动力粘度μ和运动粘度ν的量纲计算：
ν=μ/ρ
ν：m2/s
μ：Ns/m2 ρ ：Kg/m3
所以 m2/s = Ns/m2 ÷ Kg/m3 = Nsm/Kg
Kg =Nsm ÷ m2/s= Ns2/m
由于 Ft=mv 所以 Ns = Kgm/s Kg =Ns2/m
另外： μ：Ns/m2 或 Pas 由于P=pq 所以 Nm/s =Pa m3/s
二.静压力基本方程式 p=p0+ρgh 静压力分布特征： 1）压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压 力ρgh。 2）液体内的压力与液体深度成正比。 3）离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的 所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面 为水平面。
第一章 液压流体力学基础
第二节 液体静力学
第四节 管道流动
通过管道的流量 q =（πd 4/（128μl））Δp
dA 2rdr dq udA 2urdr
u p (R2 r 2 )
4l
q d 4 p 128 l
第一章 液压流体力学基础
第四节 管道流动
管道内的平均流速 v = (d2/32μl )Δp
第一章 液压流体力学基础
第二节 液体静力学
液体静力学 静压力及其特性 静压力基本方程式 帕斯卡原理 静压力对固体壁面的作用力
液压传动基本知识
第一讲液压传动基础知识一、什么是液压传动？定义：利用密闭系统中的压力液体实现能量传递和转换的传动叫液压传动。
液压传动以液体为工作介质，在液压泵中将机械能转换为液压能，在液压缸（立柱、千斤顶）或液压马达中将液压能又转换为机械能。
二、液压传动系统由哪几部分组成？液压传动系统由液压动力源、液压执行元件、液压控制元件、液压辅助元件和工作液体组成。
三、液压传动最基本的技术参数：1、压力：也叫压强，沿用物理学静压力的定义。
静压力：静止液体中单位承压面积上所受作用力的大小。
单位：工程单位kgf/cm 2法定单位：1MPa （兆帕）=106Pa （帕）1MPa （兆帕）~10kgf/ce2、流量：单位时间内流过管道某一截面的液体的体积。
单位：工程单位：L/min （升/分钟）法定单位：m 3/s四、职能符号：定义：在液压系统中，采用一定的图形符号来简便、清楚地表达各种元件和管道，这种图形符号称为职能符号。
作用：表达元件的作用、原理，用职能符号绘制的液压系统图简便直观；但不能反映元件的结构。
如图：过滤器 /VNX五、常用密封件：1.O 形圈：常用标记方法：公称外径（mm ）截面直径（mm ）2•挡圈（0形圈用）：3. 常用标记方法：挡圈ADXdXa千斤顶双向锁 截止阀安全阀A 型（切口式）；D 外径（mm ）；d 内径（mm ）；a 厚度（mm ）第二讲控制阀；液控单向阀；单向锁一、控制阀：1. 定义：在液压传动系统中，对传动液体的压力、流量或方向进行调节和控制的液压元件统称为控制阀。
2. 分类：根据阀在液压系统中的作用不同分为三类：压力控制阀：如安全阀、溢流阀流量控制阀：如节流阀方向控制阀：如操纵阀液控单向阀双向锁3. 对阀的基本要求：（1）工作压力和流量应与系统相适应；（2）动作准确，灵敏可靠，工作平稳，无冲击和振动现象；（3）密封性能好，泄漏量小；（4）结构简单，制作方便，通用性大。
二、液控单向阀结构与原理：1. 定义：在支架液压系统中用以闭锁液压缸中的液体，使之承载的控制元件为液控单向阀。
液压基础知识详解(经典培训教材)
重。
伸缩式液压缸
具有多级套筒结构，行 程长且收缩后体积小。
摆动式液压缸
输出扭矩大，可实现往 复摆动运动。
液压控制阀概述及分类
按功能分类
方向控制阀、压力控制阀、 流量控制阀。
按结构分类
滑阀式、锥阀式、球阀式 等。
按连接方式分类
管式连接、板式连接、法 兰连接等。
方向控制阀结构与工作原理
01
02
03
04
回路设计注意事项
元件选型
根据系统需求和性能参数选择合适的 液压元件，确保系统可靠运行。
回路布局
合理布局液压元件和管路，减少压力 损失和泄漏，提高系统效率。
安全保护
设计必要的安全保护措施，如过载保 护、超压保护等，确保系统安全运行。
调试维护
方便对系统进行调试和维护，留有必 要的检测点和维修空间。
回路优化策略探讨
应用
液压马达广泛应用于工程机械、农业机械、交通运输、石油采矿、船舶、机床等领域。不同类型的液 压马达具有不同的特点和适用场合，应根据具体需求选择合适的液压马达。
04 液压缸与液压控制阀
液压缸类型及结构特点
活塞式液压缸
由缸筒、活塞和活塞杆 等组成，结构简单，应
用广泛。
柱塞式液压缸
只能实现单向运动，回 程需借助其他外力或自
蓄能器
储存压力能，在需要时释放能量，补充系统 泄漏或提供瞬时大流量。
典型回路分析举例
压力控制回路
通过压力控制阀等元件实现对系 统压力的控制，包括调压、卸荷、
减压、增压等回路。
速度控制回路
通过流量控制阀等元件实现对执行 元件速度的控制，包括节流调速、 容积调速等回路。
方向控制回路
通过方向控制阀等元件实现对执行 元件运动方向的控制，包括换向、 锁紧等回路。
伸缩式液压缸
具有多级套筒结构，行 程长且收缩后体积小。
摆动式液压缸
输出扭矩大，可实现往 复摆动运动。
液压控制阀概述及分类
按功能分类
方向控制阀、压力控制阀、 流量控制阀。
按结构分类
滑阀式、锥阀式、球阀式 等。
按连接方式分类
管式连接、板式连接、法 兰连接等。
方向控制阀结构与工作原理
01
02
03
04
回路设计注意事项
元件选型
根据系统需求和性能参数选择合适的 液压元件，确保系统可靠运行。
回路布局
合理布局液压元件和管路，减少压力 损失和泄漏，提高系统效率。
安全保护
设计必要的安全保护措施，如过载保 护、超压保护等，确保系统安全运行。
调试维护
方便对系统进行调试和维护，留有必 要的检测点和维修空间。
回路优化策略探讨
应用
液压马达广泛应用于工程机械、农业机械、交通运输、石油采矿、船舶、机床等领域。不同类型的液 压马达具有不同的特点和适用场合，应根据具体需求选择合适的液压马达。
04 液压缸与液压控制阀
液压缸类型及结构特点
活塞式液压缸
由缸筒、活塞和活塞杆 等组成，结构简单，应
用广泛。
柱塞式液压缸
只能实现单向运动，回 程需借助其他外力或自
蓄能器
储存压力能，在需要时释放能量，补充系统 泄漏或提供瞬时大流量。
典型回路分析举例
压力控制回路
通过压力控制阀等元件实现对系 统压力的控制，包括调压、卸荷、
减压、增压等回路。
速度控制回路
通过流量控制阀等元件实现对执行 元件速度的控制，包括节流调速、 容积调速等回路。
方向控制回路
通过方向控制阀等元件实现对执行 元件运动方向的控制，包括换向、 锁紧等回路。
液压原理：第一讲
单向阀
小 液 压 缸
排油：杠杆 下压，右单 向阀关闭， 左单向阀打 开，重物上 升 吸油：杠杆 向上左单向 阀关闭，右 单向阀打开， 重物静止
单向阀
千斤顶动画
截止阀
油箱
能量转换
功用： 将机械能 转换为压力能
完成吸油与排油
能量转换
功用： 将压力能 转换为机械能 顶起重物
力的传递
压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力 p = F / A 注意：液体静压力在物理学上称为压强，工 程实际应用中习惯称为压力。
液体压力在该平面的总作用力 F = p A ，方向垂直于该平面 压力作用 在平面上 p1 p2
A1
A2
F 活塞受力平衡方程
p 1 A1 p 2 A 2 F
F2
F1
A1 A2
力的传递
顶起重物的所需要的压力 P2=F2/A2 手压下形成的力： F1=P1*A1
P1？P2
力的传递：帕斯卡原理
P2
液压传动的缺点
传动效率较低:液压传动是以液体作为传递能量的介质， 液压元件在运动面间存在泄漏以及液体流动时的压力 损失，因此，传动效率较低。 实现定比传动困难:考虑到液体的泄漏和液体的可压缩 性及元件的弹性变形，液压传动不适宜用在传动比要 求特别严格的场合。 对温度变化敏感，出现故障不易诊断。 液压元件的加工精度要求高，对其系统的维护及检修 也有较高的技术要求。 油液易泄漏。 对工作介质的过滤要求严格。这是因为工作介质中的 污染物会直接影响液压元件的寿命和液压系统工作的 可靠性
液压油
液压元件要达到理想性能和使 用寿命，很大程度取决于使用 的油液，
70 and 90%
小 液 压 缸
排油：杠杆 下压，右单 向阀关闭， 左单向阀打 开，重物上 升 吸油：杠杆 向上左单向 阀关闭，右 单向阀打开， 重物静止
单向阀
千斤顶动画
截止阀
油箱
能量转换
功用： 将机械能 转换为压力能
完成吸油与排油
能量转换
功用： 将压力能 转换为机械能 顶起重物
力的传递
压力 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力 p = F / A 注意：液体静压力在物理学上称为压强，工 程实际应用中习惯称为压力。
液体压力在该平面的总作用力 F = p A ，方向垂直于该平面 压力作用 在平面上 p1 p2
A1
A2
F 活塞受力平衡方程
p 1 A1 p 2 A 2 F
F2
F1
A1 A2
力的传递
顶起重物的所需要的压力 P2=F2/A2 手压下形成的力： F1=P1*A1
P1？P2
力的传递：帕斯卡原理
P2
液压传动的缺点
传动效率较低:液压传动是以液体作为传递能量的介质， 液压元件在运动面间存在泄漏以及液体流动时的压力 损失，因此，传动效率较低。 实现定比传动困难:考虑到液体的泄漏和液体的可压缩 性及元件的弹性变形，液压传动不适宜用在传动比要 求特别严格的场合。 对温度变化敏感，出现故障不易诊断。 液压元件的加工精度要求高，对其系统的维护及检修 也有较高的技术要求。 油液易泄漏。 对工作介质的过滤要求严格。这是因为工作介质中的 污染物会直接影响液压元件的寿命和液压系统工作的 可靠性
液压油
液压元件要达到理想性能和使 用寿命，很大程度取决于使用 的油液，
70 and 90%