液壓與氣動(dòng)技術(shù)第1章-液壓與氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)ppt課件

第1章液壓與氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ) 1 1液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理1 2液壓與氣壓傳動(dòng)的組成1 3液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn)1 4液壓與氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展概況1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 1 1液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 1 1 1概述液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一特別是近年來 隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展 與微電子 計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合 液壓與氣壓傳動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段 其廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造業(yè) 起重設(shè)備 礦山機(jī)械 工程機(jī)械 農(nóng)業(yè)機(jī)械 化工機(jī)械及軍事行業(yè)中 特別是在機(jī)床行業(yè)中應(yīng)用液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床往復(fù) 機(jī)床回轉(zhuǎn) 機(jī)床進(jìn)給 機(jī)床仿行及各種輔助運(yùn)動(dòng) 液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)是以流體 液壓油液 或壓縮空氣 為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式 它們的工作原理基本相同 下一頁(yè) 返回 1 1液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 1 1 2液壓傳動(dòng)的工作原理液壓傳動(dòng)是指用液體作為工作介質(zhì) 借助于液體的壓力能進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式 利用各種元件組成不同功能的基本控制回路 再由基本控制回路根據(jù)系統(tǒng)要求組成具有一定控制機(jī)能的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓千斤頂是機(jī)械行業(yè)常用的工具 常用這個(gè)小型工具頂起較重的物體 下面以它為例簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)的工作原理 圖1 1所示為液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?千斤頂有兩個(gè)液壓缸1和6 內(nèi)部分別裝有活塞 活塞和缸體之間保持良好的配合關(guān)系 不僅活塞能在缸內(nèi)滑動(dòng) 而且配合面之間又能實(shí)現(xiàn)可靠的密封 當(dāng)向上抬起杠桿時(shí) 液壓缸1的活塞向上運(yùn)動(dòng) 液壓缸1的下腔容積增大形成局部真空 單向閥2關(guān)閉 油箱4的油液在大氣壓作用下經(jīng)吸油管頂開單向閥3進(jìn)入液壓缸1下腔 完成一次吸油動(dòng)作當(dāng)向下壓杠桿時(shí) 液壓缸1活塞下移 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 1液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 液壓缸1下腔容積減小 油液受擠壓 壓力升高 關(guān)閉單向閥3 液壓缸1腔的壓力油頂開單向閥2 油液經(jīng)排油管進(jìn)入液壓缸6的下腔 推動(dòng)大活塞上移頂起重物 如此不斷上下扳動(dòng)杠桿就可以使重物不斷升起 達(dá)到起降的目的 1 1 3氣壓傳動(dòng)的工作原理氣壓傳動(dòng)的工作原理是利用空氣壓縮機(jī)將電動(dòng)機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ?然后在控制元件的控制和輔助元件的配合下 通過執(zhí)行元件把空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 從而完成直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并對(duì)外做功 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 1液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 圖1 2所示為鉆床工作臺(tái)的工作原理 將工件從手中放到夾具中 接著按下啟動(dòng)按鈕 使夾具氣缸沖出 當(dāng)氣缸將工件夾緊后 鉆床對(duì)工件鉆眼 鉆完后鉆臂返回 與此同時(shí) 噴嘴將碎屑吹掉 然后夾具氣缸松開 上一頁(yè) 返回 1 2液壓與氣壓傳動(dòng)的組成 1 2 1液壓傳動(dòng)的組成圖1 3所示為一簡(jiǎn)化的組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 其工作原理如下 定量液壓泵3由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn) 從油箱1經(jīng)過濾油器2吸油 當(dāng)換向閥5的閥芯處于圖示位置時(shí) 壓力油經(jīng)流量控制閥4 換向閥5和管道9進(jìn)入液壓缸7的左腔 推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng) 液壓缸右腔的油液經(jīng)管道6 換向閥5和管道10流回油箱 改變換向閥5的閥芯的位置 使之處于左端時(shí) 液壓缸活塞將反向運(yùn)動(dòng) 改變流量控制閥4的開口 可以改變進(jìn)入液壓缸的流量 從而控制液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度 液壓泵排出的多余油液經(jīng)溢流閥11和管道12流回油箱 液壓缸的工作壓力決定于負(fù)載 下一頁(yè) 返回 1 2液壓與氣壓傳動(dòng)的組成 液壓泵的最大工作壓力由溢流閥11調(diào)定 其調(diào)定值為液壓缸的最大工作壓力及系統(tǒng)中油液經(jīng)閥和管道的壓力損失的總和 因此 系統(tǒng)的工作壓力不會(huì)超過溢流閥的調(diào)定值 溢流閥對(duì)系統(tǒng)還起著過載保護(hù)作用 工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度取決于流量大小 由流量控制閥4調(diào)節(jié) 從上述例子可以看出一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由以下4部分組成 能源裝置 執(zhí)行裝置 控制裝置 輔助裝置 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 2液壓與氣壓傳動(dòng)的組成 1 2 2氣壓傳動(dòng)的組成氣壓傳動(dòng)的工作原理如圖1 4所示 氣壓傳動(dòng)的組成部分及各部分的作用如下 氣壓發(fā)生裝置 獲得壓縮空氣的能源裝置 其主體部分是空氣壓縮機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 如氣缸 氣馬達(dá) 控制元件 控制壓縮空氣的流量 壓力 方向以及執(zhí)行元件工作程序的元件 如壓力控制閥 流量控制閥 方向控制閥 邏輯元件等 輔助元件 使壓縮空氣凈化 潤(rùn)滑 消聲以及元件間連接等所需的裝置 如過濾器 油霧器等 上一頁(yè) 返回 1 3液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn) 1 3 1液壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn)1 優(yōu)點(diǎn) 體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn) 能在低速下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) 易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng) 制動(dòng)和頻繁換向 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 操縱方便 易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑 因此使用壽命較長(zhǎng) 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化 系列化和通用化 所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 制造 使用都比較方便 下一頁(yè) 返回 1 3液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn) 2 缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比 液壓傳動(dòng)在工作過程中常有較多的能量損失 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感 它的工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響 因此不宜在溫度變化很大的環(huán)境中工作 為了減少泄漏 液壓元件在制造精度上的要求比較高 因此其造價(jià)較高 且對(duì)油液的污染比較敏感 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障的原因較復(fù)雜 而且查找困難 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 3液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn) 1 3 2氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn)1 優(yōu)點(diǎn) 采用空氣作為傳動(dòng)介質(zhì) 來源方便 取之不盡 用后直接排入大氣而不污染環(huán)境 且不需回氣管路 氣動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 安裝自由度大 使用 維護(hù)方便 使用成本低 空氣對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 特別是在高溫 易燃 易爆 高塵埃 強(qiáng)磁 輻射及振動(dòng)等惡劣環(huán)境中 比液壓 電氣及電子控制都優(yōu)越 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 3液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn) 空氣的黏度很小 在管路中流動(dòng)時(shí)的壓力損失小 管道不易堵塞 空氣也沒有變質(zhì)問題 所以節(jié)能 高效 它適用于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送 與液壓傳動(dòng)相比 氣壓傳動(dòng)反應(yīng)快 動(dòng)作迅速一般只需0 02 0 03s就可建立起需要的壓力和速度因此 它特另al適用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制 調(diào)節(jié)控制方便 既可組成全氣動(dòng)控制回路 也可一與電氣 液壓結(jié)合實(shí)現(xiàn)混合控制 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 3液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu) 缺點(diǎn) 2 缺點(diǎn) 由于空氣的可壓縮性大 所以氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差 負(fù)載變化時(shí)對(duì)工作速度的影響較大 速度調(diào)節(jié)較難 由于工作壓力低 且結(jié)構(gòu)尺寸不易過大 所以氣動(dòng)系統(tǒng)不易獲得較大的輸出力和力矩 因此 氣壓傳動(dòng)不適用于重載系統(tǒng) 空氣無潤(rùn)滑性能 故在系統(tǒng)中需要潤(rùn)滑處應(yīng)設(shè)潤(rùn)滑給油裝置 總體來說 液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的 其缺點(diǎn)將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展會(huì)不斷得到克服 例如 將液壓傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng) 電力傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng)合理地聯(lián)合使用 構(gòu)成氣液 電液 氣 機(jī)液 氣 等聯(lián)合傳動(dòng) 以進(jìn)一步發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn) 相互補(bǔ)充 彌補(bǔ)某些不足之處 上一頁(yè) 返回 1 4液壓與氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展概況 液壓與氣壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說是一門新興技術(shù) 在工程機(jī)械 冶金 軍工 農(nóng)機(jī) 汽車 輕紡 船舶 石油 航空和機(jī)床行業(yè)中 液壓技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用 隨著原子能 空間技術(shù) 電子技術(shù)等方面的發(fā)展 液壓技術(shù)向更廣闊的領(lǐng)域滲透 發(fā)展成為包括傳動(dòng) 控制和檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)今 采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一 如發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的95 的工程機(jī)械 90 的數(shù)控加工中心 95 以上的自動(dòng)生產(chǎn)線都采用了液壓傳動(dòng) 下一頁(yè) 返回 1 4液壓與氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展概況 隨著液壓機(jī)械自動(dòng)化程度的不斷提高 液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加 元件小型化 系統(tǒng)集成化是發(fā)展的必然趨勢(shì) 特別是近十年來 液壓技術(shù)與傳感技術(shù) 微電子技術(shù)密切結(jié)合 出現(xiàn)了許多諸如電液比例控制閥 數(shù)字閥 電液伺服液壓缸等機(jī) 液 電一體化元器件 使液壓技術(shù)在高壓 高速 大功率 節(jié)能高效 低噪聲 使用壽命長(zhǎng) 高度集成化等方面取得了重大進(jìn)展 無疑 液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn) CAT 和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制也是當(dāng)前液壓技術(shù)的發(fā)展方向 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 4液壓與氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展概況 近年來氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已從汽車 采礦 鋼鐵 機(jī)械工業(yè)等重工業(yè)迅速擴(kuò)展到化工 輕工 食品 軍事工業(yè)等各行各業(yè) 和液壓技術(shù)一樣 當(dāng)今氣動(dòng)技術(shù)亦發(fā)展成包含傳動(dòng) 控制與檢測(cè)在內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù) 成為柔性制造系統(tǒng) FMS 在包裝設(shè)備 自動(dòng)生產(chǎn)線和機(jī)器人等方面不可缺少的重要手段 由于工業(yè)自動(dòng)化以及FMS的發(fā)展 要求氣動(dòng)技術(shù)以提高系統(tǒng)可靠性 降低總成本與電子工業(yè)相適應(yīng)為目標(biāo) 進(jìn)行系統(tǒng)控制技術(shù)和機(jī)電液氣綜合技術(shù)的研究和開發(fā) 顯然 氣動(dòng)元件的微型化 節(jié)能化 無油化是當(dāng)前的發(fā)展特點(diǎn) 與電子技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的自適應(yīng)元件 如各類比例閥和電氣伺服閥 使氣動(dòng)系統(tǒng)從開關(guān)控制進(jìn)入到反饋控制 計(jì)算機(jī)的廣泛普及與應(yīng)用為氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展提供了更加廣闊的前景 上一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 1 5 1液壓油的性質(zhì)及選用1 液壓油的用途 傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力 將泵的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能并傳至各處 由于油本身具有黏度 在傳遞過程中會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)力損失 潤(rùn)滑 液壓元件內(nèi)各移動(dòng)部位 都可受到液壓油充分潤(rùn)滑 從而減低元件磨耗 密封 油本身的鉆性對(duì)細(xì)小的間隙有密封的作用 冷卻 系統(tǒng)損失的能量會(huì)變成熱 被油帶出 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 液壓油的主要性質(zhì) 密度 單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度 體積為V 質(zhì)量為m的液體 密度 為 可壓縮性 液體受壓力作用而發(fā)生體積減小的性質(zhì)稱為可壓縮性 若液壓油中混入空氣時(shí) 其可壓縮性將顯著增加 并將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的工作性能 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 1 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 黏性 液體在外力作用下流動(dòng)時(shí) 分子間的內(nèi)聚力阻礙分子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力的這種特性 叫做液體的鉆性 液體只有在流動(dòng)時(shí)才呈現(xiàn)出黏性 靜止液體是不呈現(xiàn)黏性的 黏性使流動(dòng)液體內(nèi)部各處的速度不相等 如圖1 5所示 若兩平行平板間充滿液體 下平板不動(dòng) 而上平板速度u0向右平動(dòng) 實(shí)驗(yàn)測(cè)定指出 液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ft與液層接觸面積A 液層間的速度梯度du dy成正比 即 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 2 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 式中 為比例常數(shù) 稱為鉆性因數(shù)或黏度 如以 表示切應(yīng)力 即單位面積上的摩擦力 則由式 1 2 可知 在靜止液體中 速度梯度為零 內(nèi)摩擦力為零 故液體在靜止?fàn)顟B(tài)下是不呈現(xiàn)黏性的 黏度是衡量液體鉆性的指標(biāo) 常用的黏度有動(dòng)力黏度 運(yùn)動(dòng)黏度和相對(duì)黏度 下面僅介紹前兩者 動(dòng)力黏度 動(dòng)力黏度可由式 1 3 導(dǎo)出 即動(dòng)力黏度的單位為帕秒 Pa S 或N s m2 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 3 1 4 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 運(yùn)動(dòng)黏度 動(dòng)力黏度 與液體密度 之比叫做運(yùn)動(dòng)黏度 即 相對(duì)黏度 又稱條件黏度 常用的有恩氏黏度 200mL直徑2 8mm 同一溫度下與蒸餾水的時(shí)間比較 其他性質(zhì) 液壓油還有其他一些性質(zhì) 如穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性 氧化穩(wěn)定性 水解穩(wěn)定性 剪切穩(wěn)定性等 抗泡沫性 抗乳化性 防銹性 潤(rùn)滑性及相容性 對(duì)所接觸的金屬 密封材料 涂料等作用程度 等 都對(duì)它的選擇和使用有重要影響 這些性質(zhì)需要在精煉的礦物中加入各種添加劑來獲得 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 液壓油的選用 1 液壓傳動(dòng)對(duì)工作介質(zhì)的性能要求不同的工作機(jī)械和不同的使用情況對(duì)液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的要求有很大的不同 為了很好地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)應(yīng)具備如下性能 合適的黏度 較好的鉆溫特性 潤(rùn)滑性能好 質(zhì)地純凈 雜質(zhì)少 對(duì)金屬和密封件有良好的相容性 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 氧化 水解和剪切都有良好的穩(wěn)定性 溫度低于57 時(shí) 油液的氧化速度緩慢 之后 溫度每增加10 氧化的程度增加一倍 所以 控制液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的溫度特別重要 抗泡沫性好 抗乳化性好 腐蝕性小 防銹性好 體積膨脹系數(shù)小 比熱容大 流動(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高 對(duì)人體無害 成本低 對(duì)軋鋼機(jī) 壓鑄機(jī) 擠壓機(jī)和飛機(jī)等液壓系統(tǒng)則須突出高溫 熱穩(wěn)定 不腐蝕 無毒 不揮發(fā) 防火等項(xiàng)要求 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 液壓油的選用液壓系統(tǒng)通常采用石油型液壓油在特殊場(chǎng)合還可用乳化型液壓油 合成型液壓油 液壓系統(tǒng)的工作壓力 工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用黏度較高的液壓油 以減少泄漏 反之便選用黏度較低的油 運(yùn)動(dòng)速度 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí) 宜選用黏度較低的液壓油 環(huán)境溫度 工作環(huán)境溫度高時(shí)選用黏度較高的液壓油 以減少泄漏和容積損失 液壓泵的類型 在液壓系統(tǒng)中 對(duì)液壓泵的潤(rùn)滑要求苛刻 不同類型的泵對(duì)油的黏度有不同的要求 具體可參見有關(guān)資料 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 1 5 2液體靜力學(xué)1 液體靜力學(xué) 1 壓力及其性質(zhì)液體的壓力是指液體在單位面積上所受到的法向作用力 這個(gè)定義在物理學(xué)中稱為壓強(qiáng) 但在液壓傳動(dòng)中稱為壓力 用戶表示 其表達(dá)式為液體的壓力有如下重要性質(zhì) 靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)處的壓力在各個(gè)方向上都相等 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 6 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 帕斯卡原理在密封容器中 當(dāng)靜止液體內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力發(fā)生變化時(shí) 如增加 p 該壓力變化將等值地傳遞到液體內(nèi)任意一點(diǎn) 即其他任意點(diǎn)的壓力也將增加 p 這就是帕斯卡原理 或稱靜壓傳遞原理 帕斯卡原理是液壓傳動(dòng)的理論依據(jù) 也就是說 液壓傳動(dòng)是根據(jù)帕斯卡原理來工作的 3 壓力的表示方法及單位液體壓力有絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種 圖1 7 絕對(duì)壓力以絕對(duì)真空 0壓 為基準(zhǔn)來進(jìn)行度量 相對(duì)壓力是以大氣壓力為基準(zhǔn)來進(jìn)行度量 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 絕對(duì)壓力 大氣壓力 相對(duì)壓力的關(guān)系是 絕對(duì)壓力 相對(duì)壓力 大氣壓力真空度 大氣壓力一絕對(duì)壓力 4 液體靜壓力作用在固體壁面上的力靜止液體和固體壁面相接觸時(shí) 固體壁面上各點(diǎn)在某一方向上所受靜壓作用力的總和 便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力 固體壁面為一平面時(shí) 如不計(jì)重力作用 即忽略 gh項(xiàng) 平面上各點(diǎn)處的靜壓力大小相等 作用在固體壁面上的力等于靜壓力與承壓面積的乘積 即F pA 其作用方向垂直于壁面 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 1 5 3流體動(dòng)力學(xué)1 基本概念 1 理想液體和穩(wěn)定流動(dòng)所謂 理想液體 是一種無鉆性 不可壓縮的液體 當(dāng)液體在流動(dòng)時(shí) 其內(nèi)部任意點(diǎn)處的壓力 速度和密度都不隨時(shí)間而變化 這種流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng) 理想液體和穩(wěn)定流動(dòng)是為了研究的方便而假想出來的概念 2 通流截面 流量和平均流速液體在管道中流動(dòng)時(shí) 其垂直于流動(dòng)方向的截面稱為通流截面對(duì)于等徑直管 通流截面就是管道的橫截面 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面的液體體積稱為流量 用q表示 對(duì)于微小流束 通過該通流截面的流量為dq vdA 流過整個(gè)通流截面A的流量為在實(shí)際流動(dòng)中 通流截面上各點(diǎn)的流速是不同的距通流截面中心越近 點(diǎn)的流速越大 平均流速是通流截面上各點(diǎn)流速的平均值 用v表示 可用下式計(jì)算 v q A式中q 通過通流截面的液體流量 常用單位為m3 S L min A 通流截面的面積 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 9 1 10 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 3 層流 紊流和雷諾數(shù)英國(guó)學(xué)者雷諾通過大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn) 流體有兩種流動(dòng)狀態(tài) 層流和紊流 當(dāng)流體流速發(fā)生變化時(shí) 其流動(dòng)狀態(tài)也將發(fā)生變化 在流速較低時(shí) 各質(zhì)點(diǎn)互不干擾 液流做規(guī)則的 層次分明的穩(wěn)定流動(dòng) 此即為層流狀態(tài) 在流速較高時(shí) 液體各質(zhì)點(diǎn)互相碰撞 液流做不規(guī)則的 雜亂無章的紊亂流動(dòng) 此時(shí)即為紊流狀態(tài) 實(shí)驗(yàn)表明 液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)平均流速有關(guān) 還與管徑和流體的鉆度有關(guān) 但真正決定液體流動(dòng)狀態(tài)的是用這3個(gè)數(shù)所組成的一個(gè)稱為雷諾數(shù)Re的無量綱數(shù) 即 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 11 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 連續(xù)性方程從質(zhì)量守恒定律可知 液體在密閉管路中做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí) 單位時(shí)間流過任一通流截面的液體質(zhì)量相等 設(shè)液體在圖1 8所示的管路中做穩(wěn)定流動(dòng) 若任取的1 2兩個(gè)通流截面的面積分別為A1 A2并且在該兩個(gè)截面處的液體密度和平均流速分別為 1 v1和 2 v2根據(jù)質(zhì)量守恒的原則 在單位時(shí)間內(nèi)流過兩個(gè)截面的液體質(zhì)量相等 即若忽略液體的可壓縮性 則 1 2 可得 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 12 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 3 伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的表現(xiàn)形式 1 理想液體的伯努利方程設(shè)理想液體在如圖1 9所示的管道內(nèi)做穩(wěn)定流動(dòng) 任取一段液流 作為研究對(duì)象 設(shè)a1 a2兩截面中心到基準(zhǔn)面O O的高度分別為h1和h2 兩通流截面的面積分別為A1 A2 壓力分別為p1和p2 由于它是理想液體 截面上的流速可以認(rèn)為是均勻分布的 故設(shè)a1 a2截面的流速分別為v1和v2 假設(shè)經(jīng)過很短時(shí)間 t以后 a1段液體移動(dòng)到a2位置 液體在兩截面處具有壓力能 動(dòng)能和位能 能量之和不變 由理論推導(dǎo)可得理想液體伯努利方程為 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 14 1 13 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 上述伯努利方程的物理意義是 在密封管道內(nèi)做穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有3種形式的能量 即壓力能 動(dòng)能和位能 在流動(dòng)過程中 3種能量可以相互轉(zhuǎn)化 但在任一通流截面上 3種能量之和不變 2 實(shí)際液體伯努利方程實(shí)際液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí) 由于液體存在鉆性 會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力 消耗能量 同時(shí) 管道局部形狀和尺寸的驟然變化 使液流產(chǎn)生擾動(dòng) 也消耗能量因此 實(shí)際液體流動(dòng)有能量損失 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 設(shè)單位重力液體在兩截面間流動(dòng)的能量損失為hW 再考慮到實(shí)際液體在管道通流截面上的流速分布不均 在用平均流速代替實(shí)際流速計(jì)算動(dòng)能時(shí) 會(huì)產(chǎn)生誤差 引入動(dòng)能修正因數(shù) 則實(shí)際液體的伯努利方程為式中對(duì)于動(dòng)能修正因數(shù) 1 2的值 當(dāng)紊流時(shí) 取 1 當(dāng)層流時(shí) 取 2 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 15 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 1 5 4液體在實(shí)際管路系統(tǒng)中的流動(dòng)1 壓力損失由于液體具有鉆性 在管路中流動(dòng)時(shí)又不可避免地存在著摩擦力 所以液體在流動(dòng)過程中必然要損耗一部分能量 這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失 壓力損失有沿程損失和局部損失兩種 沿程損失是當(dāng)液體在直徑不變的直管中流過一段距離摩擦而產(chǎn)生的壓力損失在圖1 10所示圓管中沿程損失為 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 16 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 式中 沿程阻力系數(shù) l 液流管道長(zhǎng)度 v 液體在管道中的平均流速 d 管道直徑 液體密度式 1 16 適用于層流和紊流狀態(tài)的沿程壓力損失計(jì)算 只是 取值不同 紊流是一種很復(fù)雜的流動(dòng) 值需按具體情況來確定 根據(jù)Re的取值范圍 值可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 局部損失是由于管子截面形狀突然變化 液流方向改變或其他形式的液流阻力而引起的壓力損失 液體流經(jīng)各種閥的局部壓力損失由閥的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中查得 式中 局部阻尼系數(shù) 由實(shí)驗(yàn)確定 具體數(shù)據(jù)查閱有關(guān)手冊(cè) v 液體在管道中的平均流速 液體密度 總的壓力損失等于沿程損失和局部損失之和 即 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 20 1 21 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 液體在小孔中的流動(dòng) 1 液體在小孔中的流動(dòng)小孔分為3種 小孔的長(zhǎng)度l與直徑d的比值不大于0 5的孔為薄壁小孔 小孔的長(zhǎng)度l與直徑d的比值大于4孔為細(xì)長(zhǎng)小孔 小孔的長(zhǎng)度l與直徑d的比值介于0 5 4之間的孔為短孔 薄壁小孔的流量公式為式中Cq 流量系數(shù) Cq CcCvAT 收縮斷面的面積 p 小孔前后壓力差 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 22 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 短孔和細(xì)長(zhǎng)孔的流量壓力特性式中A 細(xì)長(zhǎng)孔截面積 C 系數(shù) l 管道長(zhǎng)度 細(xì)長(zhǎng)孔受壓差和鉆度變化影響較大 且易堵塞 短孔受壓差影響介于細(xì)長(zhǎng)孔和薄壁小孔之間 3 液體流經(jīng)小孔的流量公式為 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 23 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 3 縫隙液流特性 1 平行平板的間隙流動(dòng)平行平板的間隙流動(dòng)包括壓差流動(dòng)和剪切流動(dòng) 如圖1 12 圖1 13所示 在壓差作用下 液體流經(jīng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)平行平板縫隙的流量為壓差流動(dòng)和剪切流動(dòng)兩種流量的疊加 即 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 24 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 2 液體流經(jīng)環(huán)形縫隙的流量如圖1 14所示 環(huán)形縫隙的流量公式為式中D 大圓直徑 D 2R 無偏心時(shí)環(huán)形縫隙值 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 1 25 1 5液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基木理論 3 流量損失在液 氣 壓系統(tǒng)中 各液 氣 壓元件都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面 如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面 因?yàn)橐邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng) 所以它們之間都有一定的間隙 如果間隙的一邊為高壓油 另一邊為低壓油 則高壓油就會(huì)經(jīng)間隙流向低壓區(qū) 從而造成泄漏 同時(shí)由于液 氣 壓元件密封不完善一部分流體也會(huì)向外部泄漏 這種泄