流体力学基础Word格式.docx

1、液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称为压力静止液体特性：（1）垂直并指向于承压表面（2）各向压力相等1、 液体静力学基本方程式物理意义：静止液体内任何一点具有压力能和位能两种形式，且其总和保持不变，即能量守恒，但两种能量形式之间可以相互转换绝对压力：以绝对零压为基准所测测压两基准 ；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 1、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

2、点p = F / A。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。第三节 流体动力学 （一）基本概念：1、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体 定常流动（稳定流动、恒定流动）：流动液体中任一点的p、u和都不随时间而变化的流动一维流动：液体整个作线形流动2、流线-流场中的曲线；流管-由任一封闭曲线上的流线所组成的表面；流束-流管内的流线群 3、通流截面：流束中与流线正交的截面，垂直于液体流动方向的截面 A 流量：单位时间内流过某通流截面的液体的体积 q 平均流速：通流截面上各点流速均匀分布（假想） q = V / t = Al / t = Au液压缸的运动速度取决于进入液液压缸的流量，

3、并且随着流量的变化而变化。（二）连续性方程-质量守恒定律在流体力学中的应用1、连续性原理 ：理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此在单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量。2、连续性方程 ：11A1=22A2=q=常数结论：液体在管道中流动时，流过各个断面的流量是相等的，因而流速和过流断面成反比。（三）伯努利方程-能量守恒定律在流体力学中的应用1，能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。2、理想液体伯努利方程 在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能

4、。在流动过程中，三种能量可以互相转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。3、实际液体伯努利方程 实际液体具有粘性 液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量，故应考虑能量损失hw，并考虑动能修正系数，则： 应用伯努利方程时必须注意的问题：（1） 断面1、2需顺流向选取（否则hw为负值），且应选在缓变的过流断面上。（2） 断面中心在基准面以上时，z 取正值；反之取负值。通常选取特殊位置水平面作为基准面 4，动量定理：作用在物体上的外力等于物体单位时间内的动量变化量即 F =dI/dt=d（mv）/dt 考虑动量修正问题，则有： F =q（2v2-1v1）X向动量方程 Fx = qv（22x-1v

5、1x）X向稳态液动力Fx = -Fx = qv（1v1x-2v2x） 作用在滑阀阀芯上的稳态液动力总是力图使阀口关闭 第四节 液体流动时的压力损失 实际液体具有粘性 流动中必有阻力，为克服阻力，须消耗能量，造成能量损失（即压力损失） 分类：沿程压力损失、局部局部损失（一） 液体的流动状态层流：液体的流动是分层的，层与层之间互不干扰；湍流：液体的流动不分层，做混杂紊乱流动判断层流和图湍流：采用雷诺数 圆形管道雷诺数：Re = vd/过流断面水力直径：dH = 4A/x x-湿周；水力直径大，液流阻力小，通流能力大。Re Recr为湍流雷诺数物理意义：液流的惯性力对粘性力的无因次之比 （二） 沿程

6、压力损失（粘性损失）定义：液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用而产生的压力损失。产生原因 ：外摩擦-液体与管壁间；内摩擦-因粘性，液体分子间摩擦1、层流时的沿程压力损失（p41，p42）1）通流截面上的流速分布规律（p41）液体在圆管中作层流运动时，速度对称于圆管中心线并按抛物线规律分布。 2）通过管道的流量3）管道内的平均流速4）沿程压力损失: p=p = 32l/d2 液流沿圆管作层流运动时，其沿程压力损失与管长、流速、粘度成正比，而与管径的平方成反比。 理论值64 / Re；实际值75/Re2、湍流时的沿程压力损失 对于光滑管，当3000 4 ； 短孔：0.5 4

7、短孔、细长孔口流量计算短孔： , Cd = 0.82 ; 细长孔口： q p 反比于 流量受油温影响较大（T q）（六） 空穴现象和液压冲击 1空穴现象：液压系统中，由于某种原因（如速度突变），使压力降低而使气泡产生的现象2液压冲击（水锤、水击）液压冲击：液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。应搞清的概念：、压缩性、测压两基准（绝对相对）、压力表指示压力（实为表压力或相对压力）、理想液体、稳定流动、流量概念、动量方程之结论、层流、紊流概念、p沿 ，p局产生原因，小孔类型、缝隙类型。应记住的公式、概念和结论：粘度、粘温特性、静力学基本方程及静压

8、两个特性、压力表达式（p=F/A）及结论、液压力公式（F=pA）曲面A受力的计算、速度公式（v=q/A）及结论、连续性方程及结论、伯努利方程及物理意义、雷诺数表达式、薄壁小孔流量公式及特点。第二、三章 液压动力元件一、液压泵概念1、定义：将原动机输入的机械能转换为液体的压力能向系统供油。2、液压泵基本工作条件（必要条件）：（1）形成密封容积；（2）密封容积变化；（3）吸压油口隔开 3、液压泵按结构形式分类: 齿轮式 、叶片式 、柱塞式二、液压泵性能参数1、排量和流量 （1）排量V在没有泄露的情况下，泵每转一周所排出的液体体积 （2）理论流量qt不考虑泄露的情况下，单位时间内 qt=Vn（V是排

9、量n是转速） （3）实际流量q指泵工作时实际输出的流量 q = qt-q（q是泄露流量）2、功率 理论功率Pt=qpt 输入功率即泵轴的驱动功率 PI = T=2nT（是角速度T是转矩） 输出功率=pq 结论：液压传动系统中，液体所具有的功率，即液压功率等于压力和流量的乘积。3、容积效率液压泵实际流量与理论流量的比值 v = q/qt 机械效率理论转矩与实际输入转矩之比值总效率泵的输出功率与输入功率之比值泵的总效率等于容积效率与机械效率之乘积。4、效率（液压泵和液压马达）主要性能参数的计算液压泵液压马达理论流量qpt =vp*nqmt=vm*n实际流量qpqm理论输入功率Pip=p*qptPi

10、m=wTmt实际输入功率Pip=wTpPim=p*qm实际输出功率Pop=qppPom=wTm理论转矩TptTmt实际转矩TpTm理论转矩与实际转矩关系Tpt,容积效率vp=qp/qptvm=qmt/qm机械效率mp=Tpt/Tpmm=Tm/Tmt总效率p=vp*mpm=vm*m三、齿轮泵齿轮泵分类： 按啮合形式可分为：外啮合、内啮合1、外啮合齿轮泵的突出问题及解决方法（见教材）2、泄漏主要来自：（1） 径向泄漏 （2） 齿侧泄漏 （3） 端面泄漏（占主要） 3、径向不平衡作用力（见教材） 径向力的结果：加速轴承磨损，降低轴承寿命，还可能使齿轮轴弯曲，导致齿顶与泵体摩擦加剧，使泵不能正常工作。

11、4、改善措施：1） 缩小压油口，以减小压力油作用面积。2） 扩大泵体内高压区径向间隙3） 开压力平衡槽，但泄漏量增大，容积效率减小。困油现象 ：（定义见教材） 消除困油的方法：在泵盖（或轴承座）上开卸荷槽为彻底消除困油。5、内啮合齿轮泵：渐开线齿形内啮合齿轮泵和摆线齿轮泵四、叶片泵1、叶片泵 ：作用非卸荷式变量泵 双作用卸荷式 定量泵 单作用叶片泵双作用叶片泵的工作原理（见教材）限压式变量叶片泵的工作原理和特性（见教材）三、柱塞泵按柱塞排列方式 :直轴式、斜轴式轴向柱塞泵、径向柱塞泵柱塞泵共有三对摩擦副：1、柱塞与缸体2、滑履与斜盘3、缸体与配油盘五、液压缸及液压马达液压缸:实现直线往复运动的

12、执行元件液压马达：把液压泵供给的液压能转换为机械能而对负载作功。液压缸按其结构可分为：活塞式、柱塞式和伸缩缸1、活塞式液压缸分类：双杆活塞液压缸 、单杆活塞液压缸2、柱塞式液压缸（见教材）定义：在缸体内做相对往复运动的组件是柱塞的液压缸 液压缸的结构 典型结构：缸体组件（缸筒和缸盖）、活塞组件（活塞和活塞杆）、密封件、连接件、缓冲装置、排气装置等。注：当两个液压马达串联时其转矩T等于单个液压马达的转矩；当两个液压马达并联时其转矩T等于单个液压马达的转矩的2倍计算题见教材第四章 液压控制元件1、按用途分 ：）方向控制阀 ）压力控制阀 ）流量控制阀）开关（定值） 2、按控制方式分 ：）比例阀 ）伺

13、服阀 ）数字阀3、按结构形式分：）滑阀 ）锥阀 ）球阀 ）转阀 5）射流管阀4、按安装连接形式分：）管式连接 ）板式连接 ）叠加式连接 ）插装式连接工作性能：有压力、流量、压力损失、开启压力、允许背压、最小稳定流量等。5、按操纵方式分： 1）手动阀 2）机动阀 3）液动阀 4）电动阀 5）电、液动阀一、方向控制阀功用：用以控制油液的流动方向或液流的通断。单向阀、换向阀一、单向阀 1、单向阀的分类 （普通单向阀、液控单向阀） 2、普通单向阀（逆止阀或止回阀） 只允许油液正向流动，不许反流。工作原理： 液流从进油口流入时， P1 P2 液流从出油口流入时， P1 P2不通 开启压力：0.040.1

14、MPa 做背压阀：pk=0.2 0.6 MPa 单向阀的作用：1）安装在泵的出口，防止系统压力对泵的冲击 2）防止系统油液经泵倒流回油箱 3）分隔油路，防止干扰4）与其它组合，构成复合阀3、液控单向阀正向流通，反向受控流通结构：普通单向阀 + 液控装置 普通型液控单向阀（外泄） 如采用内泄，则一般适用于p1腔压力较低场合应用： 液控单向阀具有良好的反密封性 常用于保压、锁紧回路二、换向阀作用：变换阀心在阀体内的相对工作位置，使阀体各油口连通或断开，从而控制执行元件的换向或启停。1 换向阀的要求：压力损失小，通口间泄漏小，换向平稳、可靠 2 滑阀式换向阀 分类： 按工作位置数分：二位、三位、四位

15、 位：阀心相对于阀体的工作位置数。用方格表示，几位即几个方格 按通路数分：二通、三通、四通、五通 通: 阀体对外连接的主要油口数（不包括控制油和泄漏油口）通；不通 、 箭头首尾和堵截符号与一个方格有几个交点即为几通。 按控制方式分：电磁换向阀 液动换向阀 电液换向阀 机动换向阀 手动换向阀 油口有固定方位和含义，P进油口（左下），T回油口（右下）,A、B与执行元件连接的工作油口（左、右上）。（2） 滑阀的中位机能 滑阀机能：换向阀处于常态位置时，阀中各油口的连通方式，对三位阀即中间位置各油口的连通方式，所以称中位机能。中位机能：三位换向阀处于中立位置时，阀中各油口的连通方式。（3） 换向阀的主

16、要性能：工作可靠，压力损失小，内泄漏小，换向时间与复位时间，使用寿命长 二、压力控制阀控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其它元件动作。溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器阀体、阀心、弹簧、调节螺帽等共同工作原理：利用作用于阀心上的液压力与弹簧力相平衡的原理进行工作。一、溢流阀 稳压溢流或安全保护。分类:直动式、先导式 1、溢流阀的结构和工作原理（1） 直动式溢流阀 当阀口处于某一开度x时：pA = k（x0 + x）p阀进口处压力； x0弹簧预压缩量；k弹簧刚度； A阀芯受力面积。p = k（x0 + x） / A，当x远小于x0时，p基本稳定。弹簧作用力直接与液压力pA平衡，称直动式。当

17、压力较高时，需要k较大当溢流量变化较大时，x变化也会较大，这时p的波动就会较大。主要原因：一个弹簧承担了“调压”和“复位”两个作用另外当p高，q大，k较大先导式溢流阀的结构和工作原理当溢流阀稳定工作时，主阀芯开度为x，有：pA = p1A + k （x0 + x）A主阀芯受力面积；p1导阀进口压力；x0主阀芯复位弹簧预压缩量；k主阀芯复位弹簧刚度；p = p1 + k （x0 + x） / A因为经过导阀的溢流量很小所以p1基本稳定；当主阀的溢流量变化较大时，由于 k 较小，所以p的波动较小下面两个图有助于理解溢流阀的真正工作原理2 溢流阀的主要性能静态特性：元件或系统在稳定工作状态下的性能其

18、静态特性指标很多，主要是指压力调节范围、压力-流量特性和启闭特性。（1） 压力调节范围调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳上升或下降最大和最小调定压力差值。3） 启闭特性启闭特性：溢流阀从开启到闭合全过程的p-q特性。 由于阀心移动存在摩擦力 开启与闭合时的p-q曲线不重合，闭合压力指阀口完全关闭时的压力，用pk表示，在相同溢流量下，pc pk 闭合比：pk 与 pT 之比，一般规定： 开启比应不小于90%，闭合比应不小于85%，其静态特性较好。3、溢流阀应用举例 （1）为定量泵系统溢流稳压和定量泵、节流阀并联，阀口常开。（2） 变量泵系统提供过载保护和变量泵组合，正常工作时阀口关闭，过载

19、时打开，起安全保护作用，故又称安全阀。（3） 实现远程调压 p远程 p主调（4） 系统卸荷和多级调压 和二位二通阀组合（先导式）（5） 形成背压二、减压阀降低系统某一支路的油液压力，使同一系统有两个或多个不同压力直动式、先导式* 、定值减压阀、定差减压阀、定比减压阀 减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使出口压力低于进口压力，并保持恒定，故又称定值减压阀。1 减压阀的结构和工作原理（1）定值减压阀 利用油液在某个地方的压力损失，使出口压力低于进口压力，并保持恒定，故称定值减压阀。直动式减压阀 先导式减压阀 2）先导式减压阀p2 pt时，先导阀打开，主阀两端产生压差，当P F软t时，主阀阀心

20、上移，q，p2；调节调压弹簧，改变硬弹簧力，即可改变出口压力。特点： 在减压阀出口油液不再流动时，由于先导阀卸油仍未停止，减压口仍有油液流动，阀就处于工作状态，出口压力也就保持调定压力不变。减压阀与溢流阀比较溢流阀减压阀保持进口压力不变出口压力不变内部卸油外部卸油阀口常闭阀口常开阀心二凸肩阀心三凸肩一般并联于系统一般串联于系统（2）定差减压阀 （3）定比减压阀三、顺序阀1、功用：利用液压系统压力变化来控制油路的通断，从而实现多个液压元件按一定的顺序动作2、分类：1、按结构形式：直动式、先导式 2、按控制油来源：内控式 、外控式 3、按泄漏方式：内卸式、外卸式3、顺序阀的结构和工作原理直动式顺序

21、阀工作原理：pA Ft, 阀口打开，A B，下一个执行元件动作。调节调压螺钉，改变弹簧力，即可改变开启压力。先导式顺序阀 组成：均同于先导式溢流阀，只是顺序 阀出口通压力油，必须专门设置一泄漏油口以使其正常工作。4、顺序阀的应用（1）顺序动作回路 工作原理：压力油首先进入I缸，实现顺序动作1，到位后，压力升高，顺序阀打开，II缸动作，实现顺序动作2；（2） 卸荷阀工作原理：快速轻载时，双泵同时向系统供油；慢速重载时，小泵供油，大泵卸荷溢流阀、减压阀、顺序阀比较表控制压力从阀的进油端引压力油去实现控制从阀的出油端引压力油去实现控制从进油端引或外部油源引压力油构成内控或外控式连接方式连接溢流阀的油

22、路与主油路并联；阀出口直通油箱串联在减压油路上，出口油到减压部分去工作当作为卸荷或平衡使用时，出口通油箱；当顺序控制时，出口到工作系统。泄漏的回油方式泄漏由内部回油外泄回油（设置外泄口）外泄回油，当卸荷阀使用时内泄回油阀芯状态原始状态阀口关闭，当安全阀用，阀口是常闭状态；当溢流阀、背压阀用，阀口是常开状态。原始状态阀口开启，工作过程阀口是微开状态。原始状态阀口关闭，工作过程阀口常开。作用安全作用；稳压溢流作用；背压作用；卸荷作用。减压、稳压作用顺序控制作用；卸荷作用；平衡（限速）作用；背压作用三、流量控制阀 通过改变阀口过流面积来调节输出流量，从而控制执行元件的运动速度。节流阀、调速阀、温度补

23、偿调速阀、分流集流阀一、节流阀 1、节流阀的工作原理 阀体、阀心、弹簧、调节手轮等。调节手轮，阀心轴向移动，A变化，q变化 进口压力油通过弹簧腔径向小孔和阀体的斜孔同时作用在阀心的上下两端 即使在高压下，调节阀口比较方便。2 节流阀的流量特性和影响稳定的因素 （1） 节流阀的流量稳定性稳定流量：使节流阀能够正常工作（指无断流且流量变化率不大于10%）的最小流量限制值。qmin轴， qmin3050 mL/min 薄刃孔，qmin1015 mL/min （2） 节流口的堵塞 堵塞：当节流阀开度很小时，流量会出现不稳定，甚至断流的现象。 产生原因：油液氧化生成物、胶质沥青质、原有杂质 结果：造成系

24、统执行元件速度不稳定一般：水力直径越大，越不易阻塞；越小，越容易阻塞防止堵塞的措施：1、精密过滤油液 2、选择适当压差，p0.20.3Mpa3） 压差p流经薄壁孔的流量不受油温变化与温度变化无关。故节流孔大都采用薄壁小孔二、调速阀 q = CdApm F变化，p变化 ，即使A = C ，q仍变化。 v稳定性要求较高时，用调速阀 1、调速阀的工作原理定差减压阀与节流阀串联而成,用来调节通过的流量自动补偿负载变化的影响，使p节= C，消除负载变化对流量的影响。 调速阀中装有一行程限位器，其作用如下当调速阀不工作时，减压阀阀口最大，重新启动时，瞬时流量很大，出现启动冲击，降低加工质量，甚至损坏机件。故有的调速阀装有可调的行程限位器，新开发的产品中，在减压阀无弹簧腔通压力油，也可起到上述作用。 调速阀虽然解决了负载变化对流量的影响，但温度变化对流量仍有影响。