气压与液压最全教案集12文档格式.docx
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多媒体
作业布置
P71、2、3
教学后记
1
亳州职业技术学院教案纸
教学步骤与内容
备注
一、自我介绍
包括学分、课程安排、实验安排及作业要求等。
二、新课引入
1.1液压传动发展概述
机械的传动方式：
机械传动—－通过齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆等机件直接把动力传送到执行机构的传递方式。
电气传动—－利用电力设备，通过调节电参数来传递或控制动力的传动方式。
液压传动——利用液体静压力传递动力
液体传动
液力传动——利用液体静流动动能传递动力
流体传动
气压传动
气体传动
气力传动
1.2液压传动的工作原理
1—杠杆手柄2—小油缸3—小活塞4、7—单向阀5—吸油管6、10—管道8—大活塞9—大油缸11—截止阀12—油箱
通过对液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。
液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。
压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。
大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。
由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。
第1页
1.3液压传动系统的组成
一个完整的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：
1.动力装置:
是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。
最常见的形式是液压泵。
2.执行装置:
是把液压能转换成机械能的装置。
包括液压缸和液压马达。
3.控制调节装置：
是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。
包括压力、流量、方向等控制阀。
4.辅助装置：
上述三部分之外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。
它们对保证系统正常工作是必不可少的。
5.工作介质：
传递能量的流体，即液压油等。
1.4液压系统的图形符号
我国已经制定了一种用规定的图形符号来表示液压原理图中的各元件和连接管路的国家标准，即“液压系统图图形符号（GB/T786.1-93）”。
我国制订的液压系统图图形符号（GB/T786.1-93）中，对于这些图形符号有以下几条基本规定。
（1）符号只表示元件的职能，连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，也不表示元件在机器中的实际安装位置。
（2）元件符号内的油液流动方向用箭头表示，线段两端都有箭头的，表示流动方向可逆。
（3）符号均以元件的静止位置或中间零位置表示，当系统的动作另有说明时，可作例外。
1.5液压系统的特点
1、液压传动的优点
（1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，
这是比机械传动优越的地方。
（2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
（3）可在大范围内实现无级调速。
（4）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。
（5）液压装置易于实现过载保护。
（6）液压传动容易实现自动化。
（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。
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2、液压传动的缺点
（1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，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，不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
（3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。
（4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。
（5）液压系统发生故障不易检查和排除。
2.1.1液压油的物理性质
1、液体的密度
密度ρ：
ρ=m/V[kg/m3]
2、液体的粘性
液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的内聚力而产生一种阻碍液体分子
之间进行相对运动的内摩擦力，这一特性称为粘性。
实验测定指出，液体流动时相邻液层之间的内摩擦力F与液层间的接触面积A和液层间的相对速度
成正比，而与液层间的距离
成反比，即
液体粘性示意图
F=μA
式中：
μ－比例常数，称为粘性系数或粘度；
－速度梯度。
第3页
粘度的分类：
粘度是衡量流体粘性的指标。
常用的粘度有动力粘度、运动粘度和相对粘度。
①动力粘度μ
动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度du/dz=1时，单位面积上的内摩擦力的大小，即：
它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小。
②运动粘度ν
运动粘度是动力粘度μ与液体密度ρ的比值,即：
ν=μ/ρ
运动粘度ν没有什么明确的物理意义，因在理论分析和计算中常遇到μ/ρ的比值，为方便起见用ν表示。
③相对粘度
相对粘度又称条件粘度。
各国采用的相对粘度单位有所不同。
有的用赛氏粘度，有的用雷氏粘度，我国采用恩氏粘度。
3、液体的可压缩性
当液体受压力作用二体积减小的特性称为液体的可压缩性。
可压缩性用体积压缩系数
表示，并定义为单位压力变化下的液体体积的相对变化量。
设体积为V0的液体，其压力变化量为
，液体体积减小
，则
体积压缩系数
4、其它性质
1）压力对粘度的影响
在一般情况下，压力对粘度的影响比较小。
当液体所受的压力加大时，分子之间的距离缩小，内聚力增大，其粘度也随之增大。
2）温度对粘度的影响
液压油粘度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，粘度就随之降低。
第4页
2.1.2对液压油的要求及选用
1、对液压传动工作介质的要求
1.适宜的粘度和良好的粘温性能一般液压系统所用的液压油其粘度范围为：
ν=11.5×
10-6～35.3×
10-6m2/s（2～5°
E50）
2.润滑性能好在液压传动机械设备中，除液压元件外，其他一些有相对滑动的零件也要用液压油来润滑，因此，液压油应具有良好的润滑性能。
3.良好的化学稳定性即对热、氧化、水解、相容都具有良好的稳定性。
4.对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性
5.对金属材料具有防锈性和防腐性
6.比热、热传导率大，热膨胀系数小
7.抗泡沫性好，抗乳化性好
8.油液纯净，含杂质量少
9.流动点和凝固点低，闪点（明火能使油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度）和燃点高
2、选用
正确而合理地选用液压油，乃是保证液压设备高效率正常运转的前提。
选用液压油时，可根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的品种号数来选用液压油，或者根据液压系统的工作压力、工作温度、液压元件种类及经济性等因素全面考虑，一般是先确定适用的粘度范围，再选择合适的液压油品种。
同时还要考虑液压系统工作条件的特殊要求，如在寒冷地区工作的系统则要求油的粘度指数高、低温流动性好、凝固点低；
伺服系统则要求油质纯、压缩性小；
高压系统则要求油液抗磨性好。
三、课后小结
本次课通过实例对液压系统的工作原理予以阐述，介绍了液压系统的组成及其能量转换过程、液压系统的图形符号，液压油的性质，通过多媒体动画的播放，给同学一个感性的认识，希望通过阐述使同学对这门课产生较浓的兴趣，同时培养学生起独立思考的能力，以利于以后课程内容的学习。
四、作业布置
P202、3
第5页
机电
第1周
2.2流体静力学
2.3液体动力学
2.4定常管流压力损失的计算
2.5液压冲击及空穴现象
1、掌握液体静力学基本方程及意义；
2、掌握压力、流量两个重要参数;
3、掌握动力学基本概念：
理想液体、恒定流动、迹线和流线等
4、了解流体力学三个基本方程式：
连续性方程、伯努利方程和动量方程的意义和计算
1、液体静力学基本方程及意义；
2、压力、流量两个重要参数;
3、动力学基本概念：
2
一、复习
1、液压系统的组成及其能量转换过程
2、液压系统的图形符号
3、液压油的性质
2.2.1液体静压力及其特性
所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示。
液体内某质点处的法向力ΔF对其微小面积ΔA的极限称为压力p，即：
p＝lim
ΔA→0
静压力具有下述两个重要特征：
（1）液体静压力垂直于作用面，其方向与该面的内法线方向一致。
（2）静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。
2.2.2液体静力学方程
静止液体内部受力情况可用下图来说明。
平衡方程为：
；
得
2.2.3压力的表示方法及单位
液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对压力（表压力）、真空度三种表示方法。
相对于大气压（即以大气压为基准零值时）所测量到的一种压力，称它为相对压力或表压力。
另一种是以绝对真空为基准零值时所测得的压力，我们称它为绝对压力。
某点的绝对压力比大气压小的那部分数值叫作该点的真空度。
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绝对压力、相对压力、真空度的关系是：
（1）绝对压力＝大气压力+相对压力
（2）相对压力＝绝对压力-大气压力
（3）真空度＝大气压力-绝对压力
压力单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，1Pa＝1N/m2。
由于此单位很小，工程上使用不便，因此常采用它的倍单位兆帕，符号MPa。
2.2.4帕斯卡原理
密封容器内的静止液体，当边界上的压力p0发生变化时，例如增加Δp，则容器内任意一点的压力将增加同一数值Δp0也就是说，在密封容器内施加于静止液体任一点的压力将以等值传到液体各点。
这就是帕斯卡原理或静压传递原理。
2.3.1基本概念
一、理想液体和恒定流动
1、理想液体
理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。
我们把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。
2、恒定流动
如果空间上的运动参数p、v及
在不同的时间内都有确定的值，即它们只随空间点坐标的变化而变化，不随时间t变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。
二、迹线、流线、流束和通流截面
①迹线：
迹线是流场中液体质点在一段时间内运动的轨迹线。
②流线：
流线是流场中液体质点在某一瞬间运动状态的一条空间曲线。
在该线上各点的液体质点的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。
第7页
（a）流线（b）流束
③流管：
某一瞬时t在流场中画一封闭曲线，经过曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称流管。
④流束：
充满在流管内的流线的总体，称为流束。
⑤通流截面：
垂直于流束的截面称为通流截面。
三、流量和平均流速
1、流量：
单位时间内通过通流截面的液体的体积称为流量，用q表示，流量的常用单位为升/分，L/min。
对微小流束，通过dA上的流量为dq,其表达式为：
dq=udA
流过整个通流截面的流量为q=
当已知通流截面上的流速u的变化规律时，可以由上式求出实际流量。
2、平均流速：
假设通流截面上流速均匀分布，用v来表示，得
q=
=vA
则平均流速为：
v=q/A
四、流动状态、雷诺数
1、流动状态——层流和紊流
层流：
在液体运动时，如果质点没有横向脉动，不引起液体质点混杂，而是层次分明，能够维持安定的流束状态，这种流动称为层流。
紊流：
如果液体流动时质点具有脉动速度，引起流层间质点相互错杂交换，这种流动称为紊流或湍流。
2、雷诺数
液体流动时究竟是层流还是紊流，须用雷诺数来判别。
实验证明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速v有关，还和管径d、液体的运动粘度
有关。
但是，真正决定液流状态的，却是这三个参数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲纯数：
Re=vd/
第8页
2.3.2连续性方程
质量守恒是自然界的客观规律，不可压缩液体的流动过程也遵守能量守恒定律。
在流体力学中这个规律用称为连续性方程的数学形式来表达的。
其中不可压缩流体作定常流动的连续性方程为：
v1A1=v2A2
由于通流截面是任意取的，则有：
q=v1A1=v2A2=v3A3=……=vnAn=C（常数）
式中：
v1，v2分别是流管通流截面A1及A2上的平均流速。
上式表明通过流管内任一通流截面上的流量相等，当流量一定时，任一通流截面上的通流面积与流速成反比。
则有任一通流断面上的平均流速为：
vi=q/Ai
2.3.3伯努利方程
1、理想液体的伯努利方程
由理论推导可得到理想液体的伯努利方程：
由于流束的A1、A2截面是任取的，因此伯努利方程表明，在同一流束各截面上参数
、
及
之和是常数，即：
（c为常数）
伯努利方程的物理意义为：
在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形成的能量，即压力能、势能和动能。
三种能量的总合是一个恒定的常量，而且三种能量之间是可以相互转换的，即在不同的通流断面上，同一种能量的值会是不同的，但各断面上的总能量值都是相同的。
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2、实际液体的伯努利方程
由于液体存在着粘性，其粘性力在起作用，并表示为对液体流动的阻力，实际液体的流动要克服这些阻力，表示为机械能的消耗和损失，因此，当液体流动时，液流的总能量或总比能在不断地减少。
所以，实际液体的伯努力方程为
1、液压冲击现象
1）液压冲击在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路时，致使液流速度急速地改变（变向或停止），由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击（水力学中称为水锤现象）。
在研究液压冲击时，必须把液体当作弹性物体，同时还须考虑管壁的弹性。
2）空穴现象
一般液体中溶解有空气，水中溶解有约2%体积的空气，液压油中溶解有（6%～12%）体积的空气。
成溶解状态的气体对油液体积弹性模量没有影响，成游离状态的小气泡则对油液体积弹性模量产生显著的影响。
空气的溶解度与压力成正比。
当压力降低时，原先压力较高时溶解于油液中的气体成为过饱和状态，于是就要分解出游离状态微小气泡，其速率是较低的，但当压力低于空气分离压pg时，溶解的气体就要以很高速度分解出来，成为游离微小气泡，并聚合长大，使原来充满油液的管道变为混有许多气泡的不连续状态，这种现象称为空穴现象。
油液的空气分离压随油温及空气溶解度而变化，当油温t=50℃时，pg＜4×
106Pa（绝对压力）。
本次课内容较多，讲解了静力学、动力学相关概念和计算，如动力学基本方程式：
连续性方程、伯努利方程和动量方程的意义和计算，要求对相关的概念有清晰的认识，为以后的课程打下相关参数计算的基础。
对于液压冲击和空穴现象，要求理解掌握。
第10页
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