第二章液压流体力学基础.ppt

第二章 液压流体力学基础,2、1 液压油 2、2 液体静力学,目的任务,了解油液性质、静压特性、方程、传递规律 掌握静力学基本方程、压力表达 式和结论,重点难点,液压油的粘性和粘度 粘温特性 静压特性 压力形成静力学基本方程,提问作业,1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？,液压油,2、1、2 对液压油的要求及选用2、1、1 液压油的物理性质,2、1、1 液压油的物理性质,一 液体的密度 二 液体的粘性 三 液体的可压缩四 其他性质,液体的密度,密度单位体积液体的质量=m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，一般取=900kg/m 3的大小。,粘性的物理本质,液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力,这种特性称为粘性.或:流动液体流层之间产生内部摩擦阻力的性质.,粘性的物理本质,内摩擦力表达式 F=A du/dy 液体静止时,du/dy=0 静止液体不呈现粘性,动画演示,牛顿液体内摩擦定律,液层间的内摩擦力与液层接触面积及液层之间的速度成正比。,粘 度,衡量粘性大小的物理量,粘度,动力粘度 运动粘度 相对粘度0E,动力粘度,公式:=F/A=du/dy（N/m2）=dy/du（Ns/m2）,动力粘度物理意义,液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。,动力粘度单位,国际单位（SI制）中：帕秒（PaS）或牛顿秒/米2（NS/m2）；以前沿用单位（CGS制）中：泊（P）或厘泊（CP）达因秒/厘米2dynS/cm2）换算关系：1PaS=10P=103 CP,运动粘度,动力粘度与液体密度之比值,运动粘度公式,=/（m2/S）,运动粘度物理意义,无（只是因为/在流体力学中经常出现 用代替（/）,运动粘度单位,SI制：m2/S CGS制：St（斯）、CSt（厘斯）（Cm2/S）（mm2/S）换算关系：1m2/S=104St=106 CSt,运动粘度单位说明,单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标注,液压油牌号标注,老牌号20号液压油，指这种油在50C 时的平均运动粘度为20 cst。新牌号LHL32号液压油，指这种油在 40C时的平均运动粘度为32cst。,相对粘度0E,、不易直接测量，只用于理论计算 常用相对粘度,相对粘度（条件粘度）,恩氏度0E 中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU 美国用雷氏秒R 英国用巴氏度0B 法国用,换算关系,恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系=（7、310E-6、31/0E）10-6,液体的可压缩性定义,液体受压力作用而发生体积缩小性质。,液体的体积压缩系数定义,定义：体积为v的液体，当压力增大 p时，体积减小v,则液体 在单位压力变化下体积的相 对变化量。,液体的体积压缩系数公式,=-v/p v=（5-7）x10-10 m2/N,液体的体积压缩系数物理意义,单位压力所引起液体体积的变化 p v为保证为正值，式中须加负号,液体的体积弹性模数定义,液体压缩系数的倒数,液体的体积弹性模数公式,k=1/=-p v/v,液体的体积弹性模数物理意义,表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取：k=（1、4-1、9）*109 N/m2 若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。,液体的其它性质,1、粘度和压力的关系 P，F，随p而，压力较小时 忽略，32Mpa以上才考虑,液体的其它性质,2、粘度和温度的关系 温度，内聚力，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。,2、1、2 对液压油的要求及选用,对液压油的要求 液压油的选择,液压油的任务,工作介质传递运动和动力 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。,对液压油的要求,（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 总之：粘度是第一位的,液压油的选择,选择液压油品种2 选择液压油粘度,液压油的类型,机械油精密机床液压油气轮机油变压器油等,液压油选择,首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号 慢速、高压、高温：大（以q）通常 快速、低压、低温：小（以P）,2、2 液体静力学,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。,静止液体,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。,2、2 液体静力学,2、2、1 液体的静压力及特性 2、2、2 液体静力学基本方程式 2、2、3 压力的表示方法及单位 2、2、4 静压传递原理 2、2、5 液体对固体壁面的作用力,液体的静压力及特性,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、其它物体或 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,液体的静压力定义,液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。,液体静压力特性,（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,液体静力学基本方程,例：计算静止液体内任意点A处的压力p pdA=p0dA+G=p0dA+ghdA p=p0+gh,h,G,P,P0,A,dA,重力作用下静止液体压力分布特征,（1）静止液体中任一点处的压力由两部分 液面压力p0 组成 液体自重所形成的压力gh（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.,2、2、3 压力的表示方法及单位,测压两基准关系,测压两基准,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,关系,绝对压力=大气压力+相对压力 或 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 p pa p=pa p pa p=0,2、2、4 静压传递原理,帕斯卡原理（静压传递原理）液压系统压力形成,帕斯卡原理（静压传递原理）,在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。根据帕斯卡原理：p=F/A,液压系统压力形成,p=F/A F=0 p=0 F p F p 结论：液压系统的工作压力取决于负载，并且 随着负载的变化而变化。,F,A,2、2、5 液体对固体壁面的作用力,作用在平面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力,作用在平面上的总作用力,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=pD2/4,作用在曲面上的总作用力,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。,3、4 柱塞泵 3、5 液压泵常见故障及其排除方法 3、6 液压马达 3、7 液压泵的选用,目的任务重点难点提问作业,目的任务,了解柱塞泵和液压马达分类结构，泵性能比较 掌握柱塞泵和马达工作原理、参数计算，泵选用,重点难点,轴向柱塞泵 液压马达工作原理、参数计算液压泵性能比较,提问作业,1 YB型泵是否有困油现象？为什么？2 齿轮泵和双作用叶片泵各用于什么 压力？为什么？,3、4 柱塞泵,原 理特 点分 类,3、4 柱塞泵,3、4、1 轴向柱塞泵的工作原理3、4、2 轴向柱塞泵的流量计算 3、4、3 斜盘式轴向柱塞泵的结构,柱塞泵工作原理,靠柱塞在缸体内的往复运动，使密封容积变化实现吸压油。,柱塞泵特点,圆形构件配合，加工方便，精度高，密封性好 有如下特点（1）工作压力高，效率高。（2）易于变量（3）流量范围大,柱塞泵分类,*斜盘式 轴向柱塞泵 按柱塞排列方式 斜轴式 径向柱塞泵,3、4、1 轴向柱塞泵的工作原理,特 征 组 成 工作原理,轴向柱塞泵特征,柱塞轴线平行或倾斜于缸体的轴线,轴向柱塞泵的组成,配油盘、柱塞、缸体、倾斜盘等,结构图动画,轴向柱塞泵工作原理,V密形成柱塞和缸体配合而成 右半周，V密增大，吸油 V密变化，缸体逆转 左半周，V密减小，压油 吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体 底部的通油孔,轴向柱塞泵变量原理,=0 q=0 大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化 斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵,3、4、2 轴向柱塞泵的流量计算,排 量 流 量,轴向柱塞泵的排量,若柱塞数为z，柱塞直径为d，柱塞孔的分布圆直径为D，斜盘倾角为，则柱塞的行程为：h=Dtan 故缸体转一转，泵的排量为：V=Zhd2/4=d2 ZD(tan)/4,轴向柱塞泵流量,理论流量：qT=Vn=D(tan)zd2/4实际流量：q=qTpv=D(tan)zpvd2/4,结 论,1)qT=f(几何参数、n、)2）n=c，=0，q=0 大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化 轴向柱塞泵可作双向变量泵,3、4、3 斜盘式轴向柱塞泵的结构,1 CY141轴向柱塞泵主体 2 CY141轴向柱塞泵变量机构,CY141轴向柱塞泵主体,中心弹簧机构 A 滑靴和斜盘 B 柱塞和缸体,动画演示,中心弹簧机构,使泵具有自吸性能 中心弹簧 提高容积效率 中心弹簧 缸体端面间隙的自动补偿 缸体底部通油孔p,缸体端面间隙的自动补偿,除中心弹簧使缸体紧压配流盘外，柱塞孔底部的液压力也使缸体紧贴配流盘，补偿端面间隙，提高了容积效率。,A 滑靴和斜盘 B 柱塞和缸体,球形头部和斜盘接触为点 接触，接触应 柱塞头部结构 大，易磨损。滑靴结构和斜盘接触为面 接触，大大降低 了磨损。,CY141轴向柱塞泵变量机构,*手动转动手轮控制斜盘，改变倾角即可。变量机构 自动,动画演示,3、5 液压泵常见故障及其排除方法,见表3、5、1,3、6 液压马达,3、6、1 液压马达的工作原理 3、6、2 液压马达主要参数 3、6、3 液压马达常见故障及其排除方法,3、6、1 液压马达的工作原理,作用和液压泵的区别 分类,液压马达作用,将液体的压力能转换为旋转形式的机械能而对负载作功。,液压马达和液压泵的区别,作用上相反和液压泵的区别 结构上相似（略有差别）原理上互逆,液压马达分类,按照转速分 按照排量能否调节 按照输油方向能否改变 按照输出转矩是否连续,按照转速分,高速额定转速大于500r/min 低速额定转速小于500r/min,按照排量能否调节,定 量 变 量,按照输油方向能否改变,单 向 双 向,按照输出转矩是否连续,旋转式 摆动式,液压马达工作原理,当压力油通入马达后，柱塞受油压作用压紧倾斜盘,斜盘则对柱塞产生一反作用力，因倾角此力可分解为两个 轴向分力 Fx=d2p/4分力 径向分力 Fy=/4d2ptan Fx与液压力平衡，Fy对缸体中心产生转矩，使缸体带动马达轴旋转。,3、6、2 液压马达主要参数,转矩和机械效率 转速和容积效率,3、6、2 液压马达主要参数,泵输出 p.V.q等与泵相似，其原则差别 马达输入,液压马达转矩和机械效率,Tt=p V/2 T=Ttm=p Vm/2,液压马达转速和容积效率,nt=q/v n=qv/V TV n1/V V、T、n 高速小转矩 故 马达又可分为 低速大转矩,3、6、3 液压马达常见障及其排除方法,见表3、6、1,3、7 液压泵的选用,各类液压泵的共同和不同处 性能比较和应用 液压泵选用原则,各类液压泵的共同点和不同处,必要条件 流量的形成及调节困油现象 流量脉动,必要条件,三句话十八个字,流量的形成及调节,形成调节,流量的形成,依靠密封容积的变化吸、压油，从而形成连续不 断的供油。,流量的调节,齿轮泵、叶片泵、螺杆泵均定量泵变量叶片泵、径向柱塞泵，改变偏心距轴向柱塞泵，改变斜盘（或斜轴）倾角,困油现象,除螺杆泵外皆有，齿轮泵最严重，其他泵设计合理可减小或消除。,流量脉动,齿轮泵：取决于齿数、啮合角 叶片泵：取决于叶片数和过渡曲线类型 柱塞泵：取决于柱塞数和配流盘参数,性能比较和应用,见表33,液压泵选用原则,可靠工作情况、要求 合理能量使用 实用使用情况 经济价廉,