液压与气压传动 教学课件 作者 陈金艳 第2章.ppt

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1、第2章液压流体力学基础2.1液体静力学2.1.1液体静压力的特性和单位液体在相对平衡状态下不呈现粘性，不存在切应力，只有法向的压应力，即静压力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。静压力在液压传动中简称压力，在物理学中称为压强。2.1.1液体静压力的特性和单位若法向力均匀地作用在面积A上，则压力表示为：A为液体有效作用面积；F为液体有效作用面积A上所受的法向力2.1.2液体压力的表示方法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。1）绝对压力＝大气压力+表压力2）表压力＝绝对压力-大气压力3）真空度＝大气压力-绝对压力2.1.

2、3液体静力学方程各作用力在Ｚ方向的平衡方程为：pdA=p0dA+ρghdAp=p0+ρgh以h=Z0-Z代入上式整理后得：p+ρgz=p0+ρgz0=常量静止液体中任一点都有单位质量液体的位能和压力能，即具有两部分能量，而且各点的总能量之和为一常量。2.1.4压力的形成与传递帕斯卡原理或静压传递原理：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。2.1.4压力的形成与传递在液压传动系统中，由液体自重（ρ

3、gh）所产生的那部分压力相对甚小，可以忽略不计，因此可以近似地认为液体内部各处的压力是相等的。以后在分析液压系统的压力时，一般都采用这种结论。根据帕斯卡原理和静压力的特性，液压传动不仅可以进行力的传递，而且还能将力放大和改变力的方向。2.1.4压力的形成与传递图中垂直液压缸（负载缸）的截面积为A1，水平液压缸截面积为A2，两个活塞上的外作用力分别为F1、F2，则缸内压力分别为、。由于两缸充满液体且互相连通，根据帕斯卡原理有P1=P2。因此有：只要A1/A2足够大，用很小的力F1就可产生很大的力F2。液压千斤顶和水压机就是按此原理制成的。2.1.4压力的形成与传递如

4、果垂直液压缸的活塞上没有负载，即F1=0，则当略去活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞也不能在液体中形成压力。这说明液压系统中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动的一个基本概念。2.1.5液压静压力对固体壁面的作用力当承受压力的表面为曲面时，由于压力总是垂直于承受压力的表面，所以作用在曲面上各点的力不平行但相等。要计算曲面上的总作用力，必须明确要计算哪个方向上的力。压力油作用在这微小面积上的力dF在x方向的投影为dFx=dFcosθ=pdAcosθ=plrcosθdθ因此，作用在液压缸筒右半壁上x方向的总作用力为：2.1.5液压静压力对固体壁面的作

5、用力由此可得出结论，作用在曲面上的液压力在某一方向上的分力等于静压力与曲面在该方向投影面积的乘积。这一结论对任意曲面都适用。例2-1图2-6所示为某安全阀结构示意图，其中阀芯为圆锥形，阀座孔径mm，阀芯最大直径mm。当油液压力MPa时，压力油克服弹簧力顶开阀芯而溢油，出油腔有背压（回油压力）MPa。试求阀内弹簧的预紧力。2.1.5液压静压力对固体壁面的作用力解：（1）压力作用在阀芯锥面上的投影分别为和，则阀芯受到向上的作用力为（2）压力向下作用在阀芯平面上的向下作用力为2.1.5液压静压力对固体壁面的作用力（3）弹簧预紧力Fs应等于阀芯两侧作用力之差。阀芯受力平衡

6、方程式为由此可得2.2液体动力学本节主要讨论三个基本方程式，即液体的连续性方程、伯努利方程和动量方程。它们是刚体力学中的质量守恒、能量守恒及动量守恒原理在流体力学中的表现。前两个方程描述了压力、流速与流量之间的关系，以及液体能量相互间的转换关系，后者则描述了流动液体与固体壁面之间作用力的关系。2.2.1基本概念1．理想液体与定常流动理想液体：指没有粘性、不可压缩的液体。定常流动：当液体流动时，可以将流动液体中空间任一点上质点的运动参数，例如压力p、流速v及密度ρ表示为空间坐标和时间的函数，例如：压力p=p（x，y，z，t），速度v=v（x，y，z，t），密度ρ=ρ

7、（x，y，z，t）。如果空间上的运动参数p、v及ρ在不同的时间内都有确定的值，不随时间t变化，则液体的运动称为定常流动或恒定流动。2.2.1基本概念在流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，则液体的运动就是非定常流动或非恒定流动。a）定常流动b）非定常流动2.2.1基本概念2．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。a）流线b）流束（3）流管在流场的空间画出一任意封闭曲线，此封闭曲线本身不是流线，则经过该封闭曲线的每一点作流线，由这些流线组成的表面称

8、流管。2.