液压传动基础知识

第一章液压传动基础知识2.1液压传动概述2.2液压油2.3液体静力学基础2.4液体动力学基础2.5管路中液体的压力损失2.6液压冲击及气穴现象1.1液压传动概述一、液压传动及发展简介液压传动是以液体为工作介质，利用液体的压力能来传递动力和进行控制的一种传动方式。二、液压传动的工作原理以油液为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。二、液压传动的工作原理三、液压传动系统的组成三、液压传动系统的组成1.动力元件把机械能转换成液压能，供给液压系统压力油(液压泵)。三、液压传动系统的组成2.执行元件把液压能转换成机械能，带动机械完成所需的动作(液压缸和液压马达)。三、液压传动系统的组成3.控制元件是对系统中油液的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置(控制阀，如单向阀、换向阀、溢流阀、节流阀等)。三、液压传动系统的组成4.辅助元件包括上述三部分之外的其它装置，(油箱、滤油器、油管、压力表等)。三、液压传动系统的组成5.工作介质用来传递液压能，即液压油等，直接影响系统的性能和可靠性。四、液压元件的图形符号半结构式:直观性强、容易理解，但绘制比较麻烦，系统中元件多时更甚。图形符号:绘制方便，简单明了常用液压与气动图形符号(GB/T786.1—1993)五、液压传动的优点1.体积小、重量轻、结构紧凑，因而惯性小，动作灵敏，换向迅速。2.传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。3.可在大范围内实现无级调速。4.操作简单，易于实现自动化控制和远程控制。五、液压传动的优点5.易于实现过载保护，并且液压元件能自行润滑，故使用寿命长。6.借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构。7.液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。六、液压传动的缺点1.漏油的存在，会造成环境污染，降低传动效率，加上油液的可压缩性，使得液压传动不能保证严格的传动比。2.液压传动对油温的变化比较敏感，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。六、液压传动的缺点3.液压元件制造精度要求较高，加工安装较困难。4.液压系统发生故障不易检查和排除。第一章液压传动基础知识2.2液压油一、液压油的性质1.液体的密度2.液压油的粘性（1）粘性的度量2.液压油的粘性1）动力粘度液体的粘性示意图2.2液压油1）动力粘度F=μAvyddμ——衡量液体粘性的比例系数，称为动力粘度或绝对粘度；——表示液体液层间速度差异的程度，称为速度梯度。vydd2.2液压油2.液压油的粘性1）动力粘度若以τ=F/A表示切应力，则动力粘度：μ=τ/yvdd物理意义是：当速度梯度为1时，相邻液层间单位面积上内摩擦力的大小。法定计量单位为Pa·s（帕·N·s/m22.液压油的粘性2.2液压油2)运动粘度运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值：=μ/ρv运动粘度的法定计量单位为m2/s，常用mm2/s。2.液压油的粘性2.2液压油3）相对粘度工程上常采用另一种可用仪器直接测量的粘度单位，即相对粘度。又称条件粘度，根据测量仪器和条件不同，有恩氏、赛氏、雷氏等粘度。2.液压油的粘性2.2液压油2.液压油的粘性（2）压力对粘度的影响(3)温度对粘度的影响2.2液压油液压油（液）牌号标称粘度等级是用液压油（液）在40℃时运动粘度中心值的近视值来表示，单位为mm2/s，同时用来表示液压油（液）的牌号。2.液压油的粘性2.2液压油二、液压油（液）的选用1.液压油（液）的品种和代号（1）液压油（液）的品种分类矿物型和合成烃型液压油，难燃型液压油，还有一些专用液压油。2.2液压油（2）液压油（液）的代号示例代号：L–HM46简号：HM-46含义：L——润滑剂类；H——液压油（液）组；M——防锈、抗氧和抗磨型；46——粘度等级（或称牌号）为46号。命名：46号防锈、抗氧和抗磨型液压油，简称46号HM油或46号抗磨液压油。2.2液压油2.3液体静力学基础一、液体的静压力及其特性0limpAFAFp液体内某点处的压力定义为若法向力F均匀地作用于面积A上，则一、液体的静压力及其特性压力的法定计量单位为N/m²或Pa（帕斯卡）。工程上常采用kPa（千帕）或MPa（兆帕）。2.3液体静力学基础一、液体的静压力及其特性液体的静压力具有两个重要的特性：（1）液体压力作用的方向总是垂直指向受压表面。（2）静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。2.3液体静力学基础二﹑重力作用下的液体静力学基本方程式重力作用下静止的液体2.3液体静力学基础二﹑重力作用下的液体静力学基本方程式小液柱处于平衡状态，于是有p△A=Po△A+ρgh△A静力学基本方程式ghpp02.3液体静力学基础二﹑重力作用下的液体静力学基本方程式（1）静止液体内任一点的压力p由两部分组成：一部分是液面上的压力po，另一部分是液体自重所引起的压力pgh。当液面上只受大气压力Pa作用时，则ghppa2.3液体静力学基础二﹑重力作用下的液体静力学基本方程式（2)静止液体内的压力随液体深度h的增加而增大，即呈直线规律分布。ghpp02.3液体静力学基础二﹑重力作用下的液体静力学基本方程式（3)连通容器内同一液体中，深度相同处各点的压力均相等。由压力相等的点组成的面叫做等压面在重力作用下静止液体的等压面是一个水平面。ghpp02.3液体静力学基础三﹑压力的传递帕斯卡(静压力传递)原理:在密闭容器中，施加于静止液体上的压力将以等值同时的传递到液体内各点。2.3液体静力学基础液压千斤顶的工作原理图2.3液体静力学基础液压千斤顶的工作原理容器内液体的压力p与负载F之间总是保持着正比的关系可见,压力决定于负载AFp2.3液体静力学基础液压千斤顶的工作原理根据帕斯卡原理p1=p2，则有211AWAF2.3液体静力学基础四、压力的表示方法2.4液体动力学基础一﹑基本概念1.理想液体:假定的既无粘性又无压缩性的液体2.实际液体3.稳(恒)定流动4.过流断面:液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的截面一﹑基本概念5.流量q单位时间内流过某一过流断面的液体的体积单位为m³/s，实际中常用的单位为L/min或mL/s。2.4液体动力学基础一﹑基本概念6.平均流速液压缸工作时，液体的流速与活塞的运动速度相同。Aq2.4液体动力学基础一﹑基本概念6.流动液体的压力在流动液体内，由于惯性和粘性的影响，任意点处在各个方向上的压力并不相等。因为数值相差甚微，所以流动液体内任意点处的压力在各个方向上的数值可以看作是相等的。2.4液体动力学基础一﹑基本概念7.流动状态和雷诺数（1）层流和湍流2.4液体动力学基础4.流动状态和雷诺数（2）流动状态的判别dRe当ReRe临时,液流为层流，反之为湍流。雷诺数2.4液体动力学基础二﹑流动液体的连续性方程122122112211AAqAAAA常量2.4液体动力学基础三、伯努利方程1．理想液体的伯努利方程理想液体的伯努利方程根据能量守恒定律gpmgmghmgpmgmghm222211212121单位质量液体的能量方程2222112122pghpgh三、伯努利方程2．实际液体的伯努利方程wghpghpgh2222211211222.4液体动力学基础例1试利用实际液体的伯努利方程分析液压泵的吸油过程。2.4液体动力学基础四﹑动量方程刚体力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动能变化量。对于作恒定流动的液体，若不考虑液体的可压缩性，则1122qqF2.4液体动力学基础2.5管路中液体的压力损失一﹑沿程压力损失液体在等径直管中流动时因内外摩擦而产生的压力损失22dlpλ——沿程阻力系数，它与液流的状态有关2.5管路中液体的压力损失二、局部压力损失液体流经截面突然变化的管道、弯头、接头以及阀口等局部障碍引起的压力损失22ppξ——局部阻力系数,可查阅有关手册.三、管路中的总压力损失2222dlppp2.5管路中液体的压力损失2.6液压冲击及气穴现象一、液压冲击在液压系统中，常由于某些原因而使液体的压力在某一瞬间突然急剧上升，形成一个很大的压力峰值的现象危害:常伴随着巨大的噪声和振动，使液压系统产生升温，有时会使一些液压元件或管件损坏避免产生液压冲击的基本措施尽量避免液流速度发生急剧变化，延缓速度变化的时间，具体是：（1）缓慢开关阀门。（2）限制管路中液流的速度。（3）系统中设置蓄能器和安全阀。（4）在液压元件中设置缓冲装置（如节流阀）。2.6液压冲击及气穴现象二、气穴现象在流动的液体中，由于流速突然变大，供油不足等因素，某点处的压力会迅速下降至低于空气分离压时，就有气泡产生，这些气泡夹杂在油液中形成气穴，称为气穴现象。2.6液压冲击及气穴现象二、气穴现象危害:破坏了油流的连续性，造成流量和压力的脉动，引起局部的液压冲击，使系统产生强烈的噪声和振动，腐蚀金属表面，导致元件寿命缩短。2.6液压冲击及气穴现象减少气穴危害的措施（1）减小液流在间隙处的压力降。（2）降低吸油高度，适当加大吸油管的内径，限制吸油管的流速，及时清洗滤油器。对高压泵可采用辅助泵供油。（3）管路要有良好的密封性，防止空气进入。2.6液压冲击及气穴现象本章小结1.液压传动系统都是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件及工作介质五部分所组成。本章小结2.液压传动的力学基础是液压流体力学。在液压流体力学中，主要研究了流体在静止时和运动时的一些基本规律，主要包括：压力的计算；流体流动时的三大方程（连续性方程、伯努力方程、动量方程）；影响系统性能的两个主要因素（液压冲击和气穴现象）。3.液压传动系统中压力的大小取决于负载，速度的大小取决于（流入液压缸中油液的）流量。本章小结