1、液压传动与气压传动多媒体课件汪超2005年3月,四、动量方程,液体作用在固体壁面上的力，用动量定理来求解比较方便。动量定理：作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率，即,取分离体:,微元的动量变化是:,微小流束扩大到总流，对液体的作用力合力为,解：如图示：F为外力；F1为液压缸对油的作用。由动量定理得,建立液压缸断面1与孔口断面2的伯努利方程,由（1）（2）（3）联立求解得,方向向左,一、压力损失的基本概念1、基本概念 在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失 ，压力损失分为两类：沿程压力损失和局部压力损失 2、沿程压力损失：油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损
2、失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。,第四节 液体流动时的压力损失,3、局部压力损失： 是油液流经局部障碍（如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。,二、层流、流态、雷诺数,1层流和紊流,层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；,紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。,d）紊流,a)层流,b）层流开始破坏,c）流动趋于紊流,液流状态：,层流和紊流是两种不同性质的流态,层流时，液体流速较低，质点受粘性制
3、约，不能随意运动，粘性力起主导作用,紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。,液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定,2雷诺数,实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速V、液体的运动粘度、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即,临界雷诺数：,当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。,雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷诺数就是惯性力对粘性力的无因次比值。表2-3常见液流管道的临界雷诺数Rer,三、沿程压力损失,注意（1）ReRer为紊流： （2）光
4、滑金属圆管， Re20002300为紊流,1过流断面上的流速分布规律,图示为液体在等经水平直管中作层流运动。在液流中取一段与管轴重合的为小圆柱体作研究对象，设其半径为r,长度L，作用在两端面压力为P1与P2，作用在侧面的内摩擦力F。液流在作匀速运动时处于受力平衡状态,对上式积分并应用边界条件 当r=R时,可见管内液体质点的流速在半径方向上按抛物线规律分布 r=R umin=0 r=0,比较上面两式可知: 液体在圆管中在层流流动时，其中心处的最大流速正好等于其平均流速的两倍，即Umax2v。,3沿程压力损失,沿程压力损失由（*）得,因为qvd2/4，Re=dv/，代入并整理得,称为沿程阻力系数。
5、,的理论值为64/Re，水在作层流流动时的实际阻力系数和理论值是很接近的,液压油在金属圆管中作层流流动时，常取75/Re，在橡胶管中80/Re。,紊流时的压力损失,o 紊流流动现象很复杂的， o 因此紊流状态下液体流动的压力损失仍用上式来计算， o式中的值不仅与雷诺数Re有关，而且与管壁表面粗糙度有关。,四、局部压力损失,1、局部压力损失,是液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等局部阻力处所引起的压力损失。局部压力损失的计算公式为,v为液体的平均流速，一般情况下均指局部阻力后部的流速。,对于液流通过各种标准液压元件的局部损失，一般可从产品技术规格中查到，但所查到的数据是在额定流量qn时的压力损失
6、pn，若实际通过流量与其不一样时，可按下式计算，即,2、管路系统中的总压力损失与压力效率 管路系统中的总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失和局部压力损失之和，即,实际数值比上式计算出的压力损失大。 由于存在压力损失，一般液压系统中液压泵的压力Pp应比执行元件的工作压力p1高p，即,所以管路系统的压力效率为,一、孔口液流特性 在液压系统的管路中，装有截面突然收缩的装置，称为节流装置（节流阀）。突然收缩处的流动叫节流，一般均采用各种形式的孔口来实现节流-节流口. 液体流经孔口时的分析： l/d0.5时为薄壁小孔；l/d4时为细长小孔；0.5 l/d 4时为短孔。 l为小孔的通流长度；d为小孔的
7、孔径。,第五节 孔口和缝隙流动,1)液体在薄壁小孔中的流动, 液体质点突然加速，惯性力作用 收缩截面2-2，然后再扩散 造成能量损失，并使油液发热 收缩截面面积A22和孔口截面积A的比值称为收缩系数Cc，即 Cc = A22 /A 。 收缩系数决定于雷诺数、孔口及其边缘形状、孔口离管道侧壁的距离等因素。 完全收缩,式中CdCvCc为小孔流量系数。 Cd和Cc一般由实验确定：完全收缩时，液流在小孔处呈紊流状态，雷诺数较大，薄壁小孔的收缩系数Cc取0.610.63，速度系数Cv取0.970.98，这时Cd 0.610.62； 不完全收缩时， Cd 0.70.8。,2）流经细长小孔的流量计算,液体流
8、经细长孔时，一般都是层流状态，可直接应用前面已导出的直管流量公式来计算，当孔口的截面积为A =d2/4时，可写成,比较上面两式可发现，通过孔口的流量与孔口的面积、孔口前后压力差以及孔口形式决定的特性系数有关。 统一即 qKApm 式中A为流量截面面积，m2；p为孔口前后的压力差，N/m2；m为由孔口形状决定的指数，0.5m1，当孔口为薄壁小孔时，m0.5，当孔口为细长孔时，m1；K为孔口的形状系数，当孔口为细长孔时，Kd2/32l,第六节 空穴现象和液压冲击,在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称为空穴现象。,一、油液的空气分离压和饱和蒸气压,1、过饱和状态 在一定的温度下，如压力降低到某一值时，过饱和的空气将从油液中分离出来形成气泡，这一压力值称为该温度下的空气分离压。 当液压油在某温度下的压力低于某一数值时，油液本身迅速汽化，产生大量蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸气压。,一般来说，液压油的饱和蒸气压相当小,比空气分离压小得多，因此，要使液压油不产生大量气泡，它的压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离压。,2、空穴现象举例 1）、节流口处的空穴现象,
