機電工程系劉方方課件

機電工程系劉方方液壓與氣壓傳動機電工程系液壓與氣壓傳動第1章液壓流體力學基礎1.1液壓油液1.2液體靜力學1.3液體動力學1.4管道流動的壓力損失1.5孔口流動1.6縫隙流動1.7液壓沖擊和氣穴現象第1章液壓流體力學基礎1.1液壓油液第1章液壓流體力學基礎液壓油液視頻第1章液壓流體力學基礎液壓油液視頻8.選用液壓油主要考慮的幾個方面

工作壓力—壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液環境溫度—溫度高，選用粘度較大的液壓油。運動速度—速度高，選用粘度較低的液壓油。液壓泵的類型—各類泵適用的粘度范圍可查閱相關參考書。工作壓力環境溫度運動速度設備種類1.1液壓油液8.選用液壓油主要考慮的幾個方面工作壓力—壓力高，要選擇粘8.選用液壓油主要考慮的幾個方面液壓泵適用的液壓油液實例：1.1液壓油液8.選用液壓油主要考慮的幾個方面液壓泵適用的液壓油液實例：19.液壓油的合理使用-防止污染

液壓油污染的危害造成系統故障降低元件壽命使液壓油變質影響工作性能

液壓油的污染源系統殘留物外界侵入物內部生成物

污染的控制徹底清洗系統保持系統清潔定期清除污物定期換油1.1液壓油液9.液壓油的合理使用-防止污染液壓油污染的危害造成系統故9.液壓油的合理使用-防止油溫過高

油溫過高的危害油液粘度下降，易泄露油液易變質受熱膨脹，影響閥芯移動密封圈老化，喪失密封性能

合適的工作油溫液壓泵入口：低于55℃油路中局部區域：必須低于120℃油箱：30℃-45℃

防止措施保證油面高度，確保足夠循環冷卻；防止過載、防止和高溫物體接近；及時測量，油溫一旦過高，應立即停工并檢查原因、及時排除障礙；1.1液壓油液9.液壓油的合理使用-防止油溫過高油溫過高的危害油液粘度9.液壓油的合理使用-防止空氣混入防止空氣在油箱中被油液帶入系統注意液壓泵至油箱吸油管道之間的密封隨時排除進入液壓系統中的空氣1.1液壓油液9.液壓油的合理使用-防止空氣混入防止空氣在油箱中被油液帶一、靜

壓力的概念及特性若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時，靜壓力可表示為：

p=F/A

液體靜壓力在物理學上稱為壓強，工程實際應用中習慣稱為壓力。

靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。液體靜壓力的特性：

液體靜壓力垂直于承壓面，方向為該面內法線方向。液體內任一點所受的靜壓力在各個方向上都相等。1.2液體靜力學一、靜壓力的概念及特性靜止液體在單位面積1.2液體靜力學一、靜

壓力的概念及特性在國際單位制(SI)中，壓力的單位是Pa(帕，N/m2)，由于此單位太小，在工程上使用很不方便，因此常采用它的倍數單位MPa(兆帕)。1MPa＝106Pa＝106N/m2

國際上壓力曾經慣用的單位是bar(巴)。我國過去在工程上采用工程大氣壓(at)、水柱高度、汞柱高度等壓力單位。各種壓力單位之間的換算關系如下：1bar＝1×105Pa＝0.1MPa1at(工程大氣壓)＝1kgf/cm2＝9.8×104Pa1mH2O(米水柱)＝9.8×103Pa1mmHg(毫米汞柱)＝1.33×102Pa1.2液體靜力學一、靜壓力的概念及特性在國際單位制(二、液體靜力學基本方程（壓力隨深度線性增加；等深等壓。）靜壓力基本方程式p=p0+ρgh

重力作用下靜止液體壓力分布特征：壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh；液體內的壓力與液體深度成正比；離液面深度相同處各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面1.2液體靜力學二、液體靜力學基本方程（壓力隨深度線性增加；等深等壓。）靜壓三、

壓力的表示（1）絕對壓力（2）相對壓力（表壓力）絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度=大氣壓力-絕對壓力

p>p0

p表壓=p相對=p絕對–p0

p<p0

p真空度=–

p相對=p0

–p絕對1.2液體靜力學如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓力，這時該點的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度，此時相對壓力為負值，又稱負壓。三、壓力的表示（1）絕對壓力1.2液體靜力學如果液體中某四、靜壓力的傳遞–帕斯卡原理

在密閉容器內，施加于靜止液體的壓力可以等值同時地傳遞到液體內各點。這就是帕斯卡原理，也稱為靜壓傳遞原理。

圖示是應用帕斯卡原理的實例，作用在大活塞上的負載F1形成液體壓力p=F1/A1

。為防止大活塞下降，在小活塞上應施加的力F2=pA2=

F1A2/A1。由此可得：液壓傳動可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。液體內的壓力是由負載決定的。1.2液體靜力學四、靜壓力的傳遞–帕斯卡原理在密四個基本概念

（1）理想液體：假設的既無粘性又不可壓縮的與與人體稱為理想液體。

（2）恒定流動：液體流動時，液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動。1.3液體動力學四個基本概念1.3液體動力學四個基本概念（3）流量q

單位時間內流經某通流截面的流體的體積，流量以q表示，單位為

m3/s

或

L/min。（4）流速V

工程實際中，平均流速才有應用意義

平均流速：通過流體某截面流速的平均值。

1.3液體動力學四個基本概念1.3液體動力學液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定律，在單位時間內流過兩個截面的液體流量相等，即：依據：質量守恒定律因此：流量一定時，管道細的地方流速快，管道粗的地方流速慢；

v1

A1=v2

A2

q=vA=常量(液流的連續性方程）五、

流動液體的連續性方程1.3液體動力學液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定理想液體作恒定流動時，具有勢能、壓力能、動能三種形式，它們之間可以互相轉換，但能量總和保持不變。依據：能量守恒定律式中，p1,p2–單位體積液體的壓力能

ρgz1,ρgz2–單位體積液體勢能

ρV12/2,ρV22/2–單位體積液體的動能C-常數六、

流動液體的伯努利方程1.3液體動力學理想液體作恒定流動時，具有勢能、壓力能、動能三種形式，它們之式中，α

1，α2為修正系數，hw為實際液體單位體積的能量損失；六、

流動液體的伯努利方程實際液體是有粘性的，因此實際液體的伯努利方程需要在理想液體方程的基礎上進行一定的修正，修正系數α=1.01~1.1，因此實際液體的伯努利方程為：1、連續性方程–

質量守恒定律主要用于分析同一管道內不同界面，流體的流速與面積間的關系；2、伯努利方程–

能量守恒定律主要用于解決流體內與壓力、速度、位置有關的問題；1.3液體動力學式中，α1，α2為修正系數，六、流動液體的伯努利方程1-溢流管2-進水管3-密度與水相同的紅色液體4-控制閥5-小管6-容器7-水平玻璃管8-控制閥1.4管道流動的壓力損失七、

流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數液體的兩種流態：

?層流：分層、穩定

?

湍流：不分層、不穩定1-溢流管1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損七、

流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數

?雷諾數Re，它決定了液體流動的狀態；

?臨界雷諾數Rec

?判定方法Re<Rec—層流，內摩擦力起主導作用

Re>Rec—湍流，慣性力起主導作用平均流速管道內徑液體運動粘度1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數?雷諾數Re，七、

流動液體的壓力損失和流量損失

?判定方法Re<Rec—層流，內摩擦力起主導作用

Re>Rec—湍流，慣性力起主導作用1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失?判定方法Re七、

流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數

判斷流態2、沿程壓力損失

由于液體的粘性摩擦，在管道內流動時造成的壓力損失3、局部壓力損失

由于液體流經管道的接頭、彎頭、突然變化的截面以及

閥口等處時所引起的壓力損失；4、總壓力損失=沿程壓力損失+局部壓力損失

由于流動液體具有粘性，以及流動時突然轉彎或通過閥口會產生撞擊和旋渦，因此液體流動時必然會產生阻力。為了克服阻力，流動液體會損耗一部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來表示。1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數由于七、

流動液體的壓力損失和流量損失如何減少管道系統壓力損失？盡量縮短管道長度，減少彎曲和截面突變；提高管道內壁的光滑程度；管道應有足夠大的通流截面面積，把流速限制在適當的范圍內；選擇粘度適當的液壓油；1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失如何減少管道系統壓力損失？1.7液壓沖擊和氣穴現象一、

液壓沖擊

1、含義：由于某種原因致使系統壓力突然增高、突然轉變的現象。2、原因：管道閥門瞬間關閉；

高速運動部件突然制動或換向；3、后果：損壞密封裝置、管道、液壓元件，影響元件和系統壽命產生噪聲。1.7液壓沖擊和氣穴現象一、液壓沖擊1、含義：由于某種1.7液壓沖擊和氣穴現象一、

液壓沖擊

4、減少液壓沖擊的措施：(1)適當增大管徑，限制管道流速v，一般在液壓系統中把v控制在4.5m/s以內，Δpmax不超過5MPa就可以認為是安全的。(2)正確設計閥口或設置制動裝置，使運動部件制動時速度變化比較均勻。

(3)延長閥門關閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時間可調的換向閥。

(4)盡可能縮短管道長度，減小壓力波的傳播時間，變直接沖擊為間接沖擊。(5)在容易發生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設置蓄能器，以吸收沖擊的能量；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。1.7液壓沖擊和氣穴現象一、液壓沖擊4、減少液壓沖擊的二、

氣穴現象

1、產生原因：系統內某點的壓力突然降低，過飽和的空氣將從油液分離出來，致使液體中析出氣泡的現象。

2、危害：氣泡壓破產生噪聲；

產生局部液壓沖擊或高溫；元件表面產生氣蝕；

3、減少氣穴現象的措施：避免壓力突降。減小壓力降，降低吸油高度h，加大管徑d，限制液體流速v，防止空氣進入。1.7液壓沖擊和氣穴現象二、氣穴現象1、產生原因：系統內某點的壓力突然降低，過飽習題1、液壓傳動系統是由

、

、

、

和

五部分組成。2、在研究流動液體時，將既沒有

又不可

的假想液體，稱

為理想液體。3、液體的粘性用粘度表示。常用的粘度有

、

和

。4、在密閉系統中，由外力作用所產生的壓力可

地傳遞到

的所有各點，這就是靜壓力傳遞原理。5、液壓系統的壓力損失有

和

兩種。6、某壓力容器表壓力為0.3MPa，則壓力容器的絕對壓力為__MPa。

（大氣壓力為0.1MPa）7、液體在管道中存在兩種流動狀態，

狀態時粘性力起主導

作用，

狀態時慣性力起主導作用8、什么是液壓沖擊現象？有什么危害？減少液壓沖擊的措施

有哪些？習題1、液壓傳動系統是由、、、和五部機電工程系劉方方液壓與氣壓傳動機電工程系液壓與氣壓傳動第1章液壓流體力學基礎1.1液壓油液1.2液體靜力學1.3液體動力學1.4管道流動的壓力損失1.5孔口流動1.6縫隙流動1.7液壓沖擊和氣穴現象第1章液壓流體力學基礎1.1液壓油液第1章液壓流體力學基礎液壓油液視頻第1章液壓流體力學基礎液壓油液視頻8.選用液壓油主要考慮的幾個方面

工作壓力—壓力高，要選擇粘度較大的液壓油液環境溫度—溫度高，選用粘度較大的液壓油。運動速度—速度高，選用粘度較低的液壓油。液壓泵的類型—各類泵適用的粘度范圍可查閱相關參考書。工作壓力環境溫度運動速度設備種類1.1液壓油液8.選用液壓油主要考慮的幾個方面工作壓力—壓力高，要選擇粘8.選用液壓油主要考慮的幾個方面液壓泵適用的液壓油液實例：1.1液壓油液8.選用液壓油主要考慮的幾個方面液壓泵適用的液壓油液實例：19.液壓油的合理使用-防止污染

液壓油污染的危害造成系統故障降低元件壽命使液壓油變質影響工作性能

液壓油的污染源系統殘留物外界侵入物內部生成物

污染的控制徹底清洗系統保持系統清潔定期清除污物定期換油1.1液壓油液9.液壓油的合理使用-防止污染液壓油污染的危害造成系統故9.液壓油的合理使用-防止油溫過高

油溫過高的危害油液粘度下降，易泄露油液易變質受熱膨脹，影響閥芯移動密封圈老化，喪失密封性能

合適的工作油溫液壓泵入口：低于55℃油路中局部區域：必須低于120℃油箱：30℃-45℃

防止措施保證油面高度，確保足夠循環冷卻；防止過載、防止和高溫物體接近；及時測量，油溫一旦過高，應立即停工并檢查原因、及時排除障礙；1.1液壓油液9.液壓油的合理使用-防止油溫過高油溫過高的危害油液粘度9.液壓油的合理使用-防止空氣混入防止空氣在油箱中被油液帶入系統注意液壓泵至油箱吸油管道之間的密封隨時排除進入液壓系統中的空氣1.1液壓油液9.液壓油的合理使用-防止空氣混入防止空氣在油箱中被油液帶一、靜

壓力的概念及特性若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時，靜壓力可表示為：

p=F/A

液體靜壓力在物理學上稱為壓強，工程實際應用中習慣稱為壓力。

靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。液體靜壓力的特性：

液體靜壓力垂直于承壓面，方向為該面內法線方向。液體內任一點所受的靜壓力在各個方向上都相等。1.2液體靜力學一、靜壓力的概念及特性靜止液體在單位面積1.2液體靜力學一、靜

壓力的概念及特性在國際單位制(SI)中，壓力的單位是Pa(帕，N/m2)，由于此單位太小，在工程上使用很不方便，因此常采用它的倍數單位MPa(兆帕)。1MPa＝106Pa＝106N/m2

國際上壓力曾經慣用的單位是bar(巴)。我國過去在工程上采用工程大氣壓(at)、水柱高度、汞柱高度等壓力單位。各種壓力單位之間的換算關系如下：1bar＝1×105Pa＝0.1MPa1at(工程大氣壓)＝1kgf/cm2＝9.8×104Pa1mH2O(米水柱)＝9.8×103Pa1mmHg(毫米汞柱)＝1.33×102Pa1.2液體靜力學一、靜壓力的概念及特性在國際單位制(二、液體靜力學基本方程（壓力隨深度線性增加；等深等壓。）靜壓力基本方程式p=p0+ρgh

重力作用下靜止液體壓力分布特征：壓力由兩部分組成：液面壓力p0，自重形成的壓力ρgh；液體內的壓力與液體深度成正比；離液面深度相同處各點的壓力相等，壓力相等的所有點組成等壓面，重力作用下靜止液體的等壓面為水平面1.2液體靜力學二、液體靜力學基本方程（壓力隨深度線性增加；等深等壓。）靜壓三、

壓力的表示（1）絕對壓力（2）相對壓力（表壓力）絕對壓力=相對壓力+大氣壓力真空度=大氣壓力-絕對壓力

p>p0

p表壓=p相對=p絕對–p0

p<p0

p真空度=–

p相對=p0

–p絕對1.2液體靜力學如果液體中某點處的絕對壓力小于大氣壓力，這時該點的絕對壓力比大氣壓力小的那部分壓力值，稱為真空度，此時相對壓力為負值，又稱負壓。三、壓力的表示（1）絕對壓力1.2液體靜力學如果液體中某四、靜壓力的傳遞–帕斯卡原理

在密閉容器內，施加于靜止液體的壓力可以等值同時地傳遞到液體內各點。這就是帕斯卡原理，也稱為靜壓傳遞原理。

圖示是應用帕斯卡原理的實例，作用在大活塞上的負載F1形成液體壓力p=F1/A1

。為防止大活塞下降，在小活塞上應施加的力F2=pA2=

F1A2/A1。由此可得：液壓傳動可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。液體內的壓力是由負載決定的。1.2液體靜力學四、靜壓力的傳遞–帕斯卡原理在密四個基本概念

（1）理想液體：假設的既無粘性又不可壓縮的與與人體稱為理想液體。

（2）恒定流動：液體流動時，液體中任一點處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動。1.3液體動力學四個基本概念1.3液體動力學四個基本概念（3）流量q

單位時間內流經某通流截面的流體的體積，流量以q表示，單位為

m3/s

或

L/min。（4）流速V

工程實際中，平均流速才有應用意義

平均流速：通過流體某截面流速的平均值。

1.3液體動力學四個基本概念1.3液體動力學液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定律，在單位時間內流過兩個截面的液體流量相等，即：依據：質量守恒定律因此：流量一定時，管道細的地方流速快，管道粗的地方流速慢；

v1

A1=v2

A2

q=vA=常量(液流的連續性方程）五、

流動液體的連續性方程1.3液體動力學液體在管內作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據質量守恒定理想液體作恒定流動時，具有勢能、壓力能、動能三種形式，它們之間可以互相轉換，但能量總和保持不變。依據：能量守恒定律式中，p1,p2–單位體積液體的壓力能

ρgz1,ρgz2–單位體積液體勢能

ρV12/2,ρV22/2–單位體積液體的動能C-常數六、

流動液體的伯努利方程1.3液體動力學理想液體作恒定流動時，具有勢能、壓力能、動能三種形式，它們之式中，α

1，α2為修正系數，hw為實際液體單位體積的能量損失；六、

流動液體的伯努利方程實際液體是有粘性的，因此實際液體的伯努利方程需要在理想液體方程的基礎上進行一定的修正，修正系數α=1.01~1.1，因此實際液體的伯努利方程為：1、連續性方程–

質量守恒定律主要用于分析同一管道內不同界面，流體的流速與面積間的關系；2、伯努利方程–

能量守恒定律主要用于解決流體內與壓力、速度、位置有關的問題；1.3液體動力學式中，α1，α2為修正系數，六、流動液體的伯努利方程1-溢流管2-進水管3-密度與水相同的紅色液體4-控制閥5-小管6-容器7-水平玻璃管8-控制閥1.4管道流動的壓力損失七、

流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數液體的兩種流態：

?層流：分層、穩定

?

湍流：不分層、不穩定1-溢流管1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損七、

流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數

?雷諾數Re，它決定了液體流動的狀態；

?臨界雷諾數Rec

?判定方法Re<Rec—層流，內摩擦力起主導作用

Re>Rec—湍流，慣性力起主導作用平均流速管道內徑液體運動粘度1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數?雷諾數Re，七、

流動液體的壓力損失和流量損失

?判定方法Re<Rec—層流，內摩擦力起主導作用

Re>Rec—湍流，慣性力起主導作用1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失?判定方法Re七、

流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數

判斷流態2、沿程壓力損失

由于液體的粘性摩擦，在管道內流動時造成的壓力損失3、局部壓力損失

由于液體流經管道的接頭、彎頭、突然變化的截面以及

閥口等處時所引起的壓力損失；4、總壓力損失=沿程壓力損失+局部壓力損失

由于流動液體具有粘性，以及流動時突然轉彎或通過閥口會產生撞擊和旋渦，因此液體流動時必然會產生阻力。為了克服阻力，流動液體會損耗一部分能量，這種能量損失可用液體的壓力損失來表示。1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失1、雷諾數由于七、

流動液體的壓力損失和流量損失如何減少管道系統壓力損失？盡量縮短管道長度，減少彎曲和截面突變；提高管道內壁的光滑程度；管道應有足夠大的通流截面面積，把流速限制在適當的范圍內；選擇粘度適當的液壓油；1.4管道流動的壓力損失七、流動液體的壓力損失和流量損失如何減少管道系統壓力損失？1.7液壓沖擊和氣穴現象一、

液壓沖擊

1、含義：由于某種原因致使系統壓力突然增高、突然轉