第一章液压传动基础知识 本章介绍有关液压传动的流体力学基础，重点为液体静压方程、连续性方程、伯努力方程的应 用，压力损失、小孔流量的计算。要求学生理解基本概念、牢记公式并会应用。 第一节液压传动工作介质 液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却和防锈 能。 一、液压传动工作介质的性质 p =m/V [kg/m'] 一般8物油的密度为850950kg/ 2、重度 Y=G/V [N/m] 因G=mg 体积压缩系数B=-V/VpN。 7体积弹性模量R=1/B 4、4、流体的粘性 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，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。由于液体具有粘性，当流体 发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了流体抵抗剪切变形的 能力。处于相对静止状态的流体中不存在剪切变形，因而也不存在变形的抵护 只有当 体 体内茶的相 起的作用为阻滞流 图2-2液体的粘性示意图 本流动时，由于液体与固体壁面的附者力及流体本身的性使流体内各处的速度大小不 速府与上平板 紧贴于下平板上的 附于下平板图2-2液体的粘性7 t速度为零。 中间流体的 束度按线性分布。我们把这种流 较快 流体层 交慢的流体层上滑过时，两 的数据所知，流体层间的内摩擦方下与流体层的接 触面积A及流体层的相对流速加成正比，而与此二流体层间的距离d2成反比，即：
第一章 液压传动基础知识 本章介绍有关液压传动的流体力学基础，重点为液体静压方程、连续性方程、伯努力方程的应 用，压力损失、小孔流量的计算。要求学生理解基本概念、牢记公式并会应用。 第一节 液压传动工作介质 液压油是液压传动系统中的传动介质，而且还对液压装置的机构、零件起这润滑、冷却和防锈 作用。液压传动系统的压力、温度和流速在很大的范围内变化，因此液压油的质量优劣直接影响液 压系统的工作性能。故此，合理的选用液压油也是很重要的。 一、液压传动工作介质的性质 1、 1、 密度 ρ ρ = m/V [kg/ m3 ] 一般矿物油的密度为 850~950kg/m3 2、重度 γ γ= G/V [N/ m3 ] 一般矿物油的重度为 8400~9500N/m3 因 G = mg 所以 γ= G/V=ρg 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。 体积压缩系数 β= - ▽V/▽pV0 ▽体积弹性模量 K = 1 /β 4、 4、 流体的粘性 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，液体的这种产生内摩擦力的性质称为液体的粘性。由于液体具有粘性，当流体 发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力，由此可见，粘性表征了流体抵抗剪切变形的 能力。处于相对静止状态的流体中不存在剪切变形，因而也不存在变形的抵抗，只有当运动流体流 层间发生相对运动时，流体对剪切变形的抵抗，也就是粘性才表现出来。粘性所起的作用为阻滞流 体内部的相互滑动，在任何情况下它都只能延缓滑动的过程而不能消除这种滑动。 粘性的大小可用粘度来衡量，粘度是选择液压用流体的主要指标，是影响流动流体的重要物理 性质。 图 2-2 液体的粘性示意图 当液体流动时，由于液体与固体壁面的附着力及流体本身的粘性使流体内各处的速度大小不 等，以流体沿如图 2-2 所示的平行平板间的流动情况为例，设上平板以速度 u0 向右运动，下平板固 定不动。紧贴于上平板上的流体粘附于上平板上，其速度与上平板相同。紧贴于下平板上的流体粘 附于下平板图 2-2 液体的粘性示意图上，其速度为零。中间流体的速度按线性分布。我们把这种流 动看成是许多无限薄的流体层在运动，当运动较快的流体层在运动较慢的流体层上滑过时，两层间 由于粘性就产生内摩擦力的作用。根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力 F 与流体层的接 触面积 A 及流体层的相对流速 du 成正比，而与此二流体层间的距离 dz 成反比，即：
F=u Adu/dz 以t=F/A表示切应力，则有 /A 为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度：d/z表示流体层间速度差异的 称为 ,上是液体内摩定律的数学表达式。当速度梯度变化时，：为不变常数的流体称为牛顿流体 一般的液压用流体均 流体的粘度通常有三种不同的测试单位。（①）绝对粘度μ。绝对粘度又称动力粘度，它直接表 示流体的粘性即内摩擦力的大小。动力粘度μ在物理意义上讲，是当速度梯度d加/z=1时，单位 面积上的内摩擦力的大小，即： μd (2- 动力粘度的国际(SD计量单位为牛顿·秒/米，符号为·s,或为帕·秒，符号为P阳·s (2)运动粘度V。运可 粘度是绝对粘度μ与密母 P的比值： 式中：v为液体的 力粘度，/s: 云动粘度的S单位为米 P为液休的宝 度，kg/m 单位：斯（托克斯），St斯的单位太大，应用不 便，常用1%斯，即1厘斯来表示，符号为cS,故： 1+=10gt=102/ 运动粘度ⅴ没有什么明确的物理意义，它不能像μ一样直接表示流体的粘性大小，但对ρ值相 近的流体，例如各种矿物油系液压油之间，还是可用来大致比较它们的粘性。由于在理论分析和计 算中常常碰到绝对粘度与密度的比值，为方便起见才采用运动粘度这个单位来代替“/·。它之所 以被称为运动粘度，是因为在它的量纲中只有运动学的要素长度和时间因次的缘故。机械油的牌号 上所标明的号数就 表明以里斯为单包的，在温度50C时运 度￥的平且。如10号儿 指明该油在 。蒸水 后号 1的 可 的 是理论分析和推导中经常使用的粘度单位。它们部难以直接测量，因此 工程上采用另 种可用仪 婴直接闲量的制度单位。即相对时粘度」 (3)相对粘度。相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性的。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，我国采用思氏粘 度。恩氏粘度的测定方法如下：测定200cm某一温度的被测液体在自重作用下流过直径2.8m小孔 的：此值杂黄体的恩氏粘度值。思氏粘度用符号·E表示。被需液体温度：时的感氏精度用行 所需的时间t,然后测出同体积的蒸榴水在0C时流过同一孔所需时间（=50 tw与 Et表示 Et =t/ts (29) 工业上一般以20℃、 0℃和100℃作为测定恩氏粘度的标准温度，并相应地以符号 o米 知道恩氏粘度以后 利用下列的经验公式， 将恩氏粘度换算成运动粘度 v=7,31°E6.31/° 为了使液体介质得到所需要 x10 (2-10 的粘度，可以采用两种不同粘度的液体按一定比例混合，混合后 的粘度可按下列经验公式计算 E=[a°Bb°B-c(B-·E)]/100 (2-11) 式中：E为混合液体的恩氏粘度： B,分别为用于混合的两种油液的恩氏粘度 Ea:a, 分别为用于混合的两种液体°E、。E各占的百分数，a+b=100:c为与a、b有关 系数 c的值 /%☐102030405060708090
F=μAdu/dz 以τ=F/A 表示切应力，则有： τ＝μdu/dz (2-6) 式中：μ为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度；du/dz 表示流体层间速度差异的 程度，称为速度梯度。 上式是液体内摩擦定律的数学表达式。当速度梯度变化时，μ为不变常数的流体称为牛顿流体， μ为变数的流体称为非牛顿流体。除高粘性或含有大量特种添加剂的液体外，一般的液压用流体均 可看作是牛顿流体。 流体的粘度通常有三种不同的测试单位。(1)绝对粘度 μ。绝对粘度又称动力粘度，它直接表 示流体的粘性即内摩擦力的大小。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： du dz = (2-7) 动力粘度的国际(SI)计量单位为牛顿·秒/米 2，符号为 N·s/m2，或为帕·秒，符号为 Pa·s。 (2)运动粘度 ν。运动粘度是绝对粘度 μ 与密度 ρ 的比值： ν=μ/ρ (2-8) 式中：ν为液体的动力粘度，m 2 /s；ρ 为液体的密度，kg/m3。 运动粘度的 SI 单位为米 2 /秒，m 2 /s。还可用 CGS 制单位：斯(托克斯)，St 斯的单位太大，应用不 便，常用 1%斯，即 1 厘斯来表示，符号为 cSt，故： 1cSt =10-2 St =10-6 m 2 /s 运动粘度ν没有什么明确的物理意义，它不能像μ一样直接表示流体的粘性大小，但对ρ值相 近的流体，例如各种矿物油系液压油之间，还是可用来大致比较它们的粘性。由于在理论分析和计 算中常常碰到绝对粘度与密度的比值，为方便起见才采用运动粘度这个单位来代替μ/ρ。它之所 以被称为运动粘度，是因为在它的量纲中只有运动学的要素长度和时间因次的缘故。机械油的牌号 上所标明的号数就是表明以厘斯为单位的，在温度 50℃时运动粘度 ν 的平均值。例如 10 号机械油 指明该油在 50℃时其运动粘度 ν 的平均值是 10cSt。蒸馏水在 20.2℃时的运动粘度 ν 恰好等于 1cSt，所以从机械油的牌号即可知道该油的运动粘度。例如 20 号油说明该油的运动粘度约为水的 运动粘度的 20 倍，30 号油的运动粘度约为水的运动粘度的 30 倍，如此类推。动力粘度和运动粘度 是理论分析和推导中经常使用的粘度单位。它们都难以直接测量，因此，工程上采用另一种可用仪 器直接测量的粘度单位，即相对粘度。 (3)相对粘度。相对粘度是以相对于蒸馏水的粘性的大小来表示该液体的粘性的。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。恩氏粘度的测定方法如下：测定 200cm3 某一温度的被测液体在自重作用下流过直径 2.8mm 小孔 所需的时间 tA，然后测出同体积的蒸馏水在 20℃ 时流过同一孔所需时间 tB(tB=50～52s)，tA 与 tB 的比值即为流体的恩氏粘度值。恩氏粘度用符号°E 表示。被测液体温度 t℃时的恩氏粘度用符 号°Et 表示。 °Et = tA/tB (2-9) 工业上一般以 20℃、50℃和 100℃ 作为测定恩氏粘度的标准温度，并相应地以符号 °E20、°E50 和°E100 来表示。 知道恩氏粘度以后，利用下列的经验公式，将恩氏粘度换算成运动粘度。 ν=7.31°E-6.31/°E×10-6 (2-10) 为了使液体介质得到所需要的粘度，可以采用两种不同粘度的液体按一定比例混合，混合后 的粘度可按下列经验公式计算。 °E＝[a°E1+b°E2-c(°E1-°E2)]/100 (2-11) 式中：°E 为混合液体的恩氏粘度；°E1，°E2 分别为用于混合的两种油液的恩氏粘度， °E1＞°E2；a，b 分别为用于混合的两种液体°E1、°E2 各占的百分数，a+b=100；c 为与 a、b 有关 的实验系数，见表 2-1。 表 2-1 系数 c 的值 a/% 10 20 30 40 50 60 70 80 90
b/% 80 70 60 50 40 30 10 6.7 3.1 17.9 22.125.5 27.9 28.2 25 17 (④)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，在工程中当压力低于5MP时， 粘度值的变化很小，可以不考虑。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。因此，在压力很高以及压力变化很大的情况下，粘度值的变化就不能忽视。在 工程实际应用中，当液体压力在低于50MPa的情况下，可用下式计算其粘度 v。=v(1+a (2-12) 式中：vp为压力在p(P)时的运动粘度：v,为绝对压力为1个大气压时的运动粘度：p为压力(Pa): 为定的度 油温的系 0.004)×10. 油粘度 1/Pa 温度的 化 1度变化 尚的 油液粘度随温度变化的 乐常用的液压油 度不超过76 温度在30一150℃范围内时，可用下述近似公式计算其温度为t℃的运动粘度： V=v(50/t) (2-13) 式中：V:为温度在t℃时油的运动粘度：V为温度为50℃时油的运动粘度：n为粘温指数。粘 温指数n随油的粘度而变化，其值可参考表2-2。 w/m·s2.56.59.51221303845520 1.391.591.721.791.992132.242.322.42249 对清压 传动工作 质的要求 传 滑运动部件 保护金不被锈的 是用来传 能量的作 能量外， 作。从液压系统使用油液的要求来看，有下面几点 1,适宜的粘度和良好的粘温性能 般液压系统所用的液压油其粘度范围为： v=115×1035.3×10t2/s(25。E. 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。为了改善液压油的润滑性能，可加入添加剂以增加其 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。 件具有良好的润滑性 比热 和防 胀系数 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 此外，对油液的无毒性、价格便宜等，也应根据不同的情况有所要求。 三、工作介质的分类及选用 1、分类 1、石油基液压油 抗璃液压油 高粘度指数液压油
b/% 90 80 70 60 50 40 30 20 10 c 6.7 13.1 17.9 22.1 25.5 27.9 28.2 25 17 (4)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，在工程中当压力低于 5MPa 时， 粘度值的变化很小，可以不考虑。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。因此，在压力很高以及压力变化很大的情况下，粘度值的变化就不能忽视。在 工程实际应用中，当液体压力在低于 50MPa 的情况下，可用下式计算其粘度： νp=ν0(1+αp) (2-12) 式中：νp 为压力在 p(Pa)时的运动粘度；ν0 为绝对压力为 1 个大气压时的运动粘度；p 为压力(Pa)； α 为决定于油的粘度及油温的系数，一般取 α=(0.002～0.004)×10-5，1/Pa。 (5)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。不同种类的液压油，它的粘度随温度变化的规律也不同。我国常 用粘温图表示油液粘度随温度变化的关系。对于一般常用的液压油，当运动粘度不超过 76mm2 /s， 温度在 30～150℃ 范围内时，可用下述近似公式计算其温度为 t℃的运动粘度： νt =ν50(50/t)n (2-13) 式中：νt 为温度在 t℃时油的运动粘度；ν50 为温度为 50℃时油的运动粘度；n 为粘温指数。粘 温指数 n 随油的粘度而变化，其值可参考表 2-2。 表 2-2 粘温指数 ν5 0 /mm2·s -1 2.5 6.5 9.5 12 21 30 38 45 52 60 n 1.39 1.59 1.72 1.79 1.99 2.13 2.24 2.32 2.42 2.49 二、对液压传动工作介质的要求 液压油是液压传动系统的重要组成部分，是用来传递能量的工作介质。除了传递能量外，它还起着 润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。液压油的质量及其各种性能将直接影响液压系统的工 作。从液压系统使用油液的要求来看，有下面几点： 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=11.5×10-6～35.3×10-6 m 2 /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。为了改善液压油的润滑性能，可加入添加剂以增加其 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 此外，对油液的无毒性、价格便宜等，也应根据不同的情况有所要求。 三、工作介质的分类及选用 1、分类 普通液压油 专用液压油 1、石油基液压油 抗磨液压油 高粘度指数液压油
石油基液压油是以石油地精炼物未基础，加入抗氧化或抗磨剂等混合而成的液压油，不同性 能、不同品种、不同 入不同的添加 合成液压油一 磷酸酯液压油 2、难燃液压油 水一 含水液压油 夜压 油包税乳化液 乳化液 右句油明少油 1)石油基液压油这种液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种为改进性 能的添加剂而成。添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。不同工作条件要求具有不同 性能的液压油，不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。 2)》成漆加剂 磷酸脂液压油是难燃液压油之 它的使用范围宽，可达-54135℃。抗燃性好， 氧化安定性和润滑性都很好。缺点是与多种密封材料的相容性很差，有 定的毒 这种醇液 这种液体由水 05% 因而抗 缺点是能使油漆涂 前者含水远0%：后者含水量大0% 、基础油和各种添加剂组成。分水包油乳化液和油包 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米选用液压油，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， 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 佰性 要 在选用： 粘度 的 速度较低时，为减少湿 环境温度较高，丁 刷相反 保油的雪仰去示在0C下油液远动的高的流单位为原名内为过去的 号，其中的教字表示在50℃时油液运动粘度的平均值 但是总的来说，应尽量选用较好的液压油，虽然初始成本要高些，但由于优质油使用寿命长，对元 件损害小，所以从整个使用周期看，其经济性要比选用劣质油好些。 表2-3 常见液压油系列品种 种类 县 用途 油名 代 普通液压油 :号液压油 YA-N 20号精密机床液压油 用于环境温度0 NG号液压油 YA-Ne 40号液压一导轨油 45℃工作的各类液 压泵的中、低压液 压系结 抗磨液压油 N:号抗磨液压油 YA-Na 20抗磨液压油 用于环境温度 号抗磨液压油 A-NIE 80抗磨液压油 40C工作的 N®，K号抗磨液压油 YA-N 40抗磨液压油 高压柱塞泵或其他 與的中、高压系统 低温液压油 N:号低温液压油VA-N, 低凝液压油 用于环境温度 ND号低温液压油 YA-N 工程液压油 -20℃至高于40 工作的各类高压 泵系统 高粘度指数H号高粘度指数YD- 用于温度变化不大
石油基液压油是以石油地精炼物未基础，加入抗氧化或抗磨剂等混合而成的液压油，不同性 能、不同品种、不同精度则加入不同的添加剂。 合成液压油——磷酸酯液压油 2、难燃液压油 水——乙二醇液压油 含水液压油 油包税乳化液 乳化液 水包油乳化油 1)石油基液压油 这种液压油是以石油的精炼物为基础，加入各种为改进性 能的添加剂而成。添加剂有抗氧添加剂、油性添加剂、抗磨添加剂等。不同工作条件要求具有不同 性能的液压油，不同品种的液压油是由于精制程度不同和加入不同的添加剂而成。 2)成添加剂 磷酸脂液压油是难燃液压油之一。它的使用范围宽，可达-54~135℃。抗燃性好， 氧化安定性和润滑性都很好。缺点是与多种密封材料的相容性很差，有一定的毒性。 3)—乙二醇液压油 这种液体由水、乙二醇和添加剂组成，而蒸馏水占 35％~55％，因而抗燃 性好。这种液体的凝固点低，达-50℃，粘度指数高（130~170），为牛顿流体。缺点是能使油漆涂 料变软。但对一般密封材料无影响。 4)乳化液 乳化液属抗燃液压油，它由水、基础油和各种添加剂组成。分水包油乳化液和油包 水乳化液，前者含水量达 90％~95％，后者含水量大 40％。 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。在选用液压油时，粘度是一个重要的参数。粘度的高低将影响运动 部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统的发热温升等。所以，在环境温度较高，工 作压力高或运动速度较低时，为减少泄漏，应选用粘度较高的液压油，否则相反。 液压油的牌号(即数字)表示在 40℃下油液运动粘度的平均值(单位为 cSt)。原名内为过去的牌 号，其中的数字表示在 50℃时油液运动粘度的平均值。 但是总的来说，应尽量选用较好的液压油，虽然初始成本要高些，但由于优质油使用寿命长，对元 件损害小，所以从整个使用周期看，其经济性要比选用劣质油好些。 表 2-3 常见液压油系列品种 种类 牌号 原 名 用途 油名 代号 普通液压油 N32 号液压油 N68G 号液压油 YA-N32 YA-N68 20 号精密机床液压油 40 号液压—导轨油 用于环境温度 0～ 45℃工作的各类液 压泵的中、低压液 压系统 抗磨液压油 N32 号 抗磨 液 压 油 N150 号抗磨液压油 N168K 号抗磨液压油 YA-N32 YA-N150 YA-N168 K 20 抗磨液压油 80 抗磨液压油 40 抗磨液压油 用于环境温度 -10 ～ 40℃工作的 高压柱塞泵或其他 泵的中、高压系统 低温液压油 N15 号 低温液压油 N46D 号低温液压油 YA-N15 YA-N46 D 低凝液压油 工程液压油 用于环境温度 -20℃至高于 40℃ 工作的各类高压油 泵系统 高粘度指数 N32H 号高粘度指数 YD-N32 用于温度变化不大
液压油 液压油 D 日对钻温性能要求 更高的液压系统 四、液压油的污染与防护 液压油是否清洁，不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命，而且直接关系到液压 系统是否能正常工作。液压系统多数故障与液压油受到污染有关，因此控制液压油的污染是十分重 要的 1,液压油被污染的原因液压油被污染的原因主要有以下几方面 (1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣 锈片、灰尘等污垢在系统使用前 营也会使 的活塞杆，流回油箱的漏油等进 入液压油里 早外在拾修 不 、棉绒等进 压油 3)液压系统本身也不断地 而直接进入液压油里】 金属和密封材料的磨损颗粒，过 滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。 2.油液污染的危害 液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件寿命缩 短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗粒进入到元件 分和 的昆入便液述的 蚀， 使液 加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。 成液污染的 原因多而复 ,液压油自身又在 因此 问是很困难的 工 的污 一限度以内是 污染物食提终为切实可 地要是从两 是防 二是把已经侵入的污染物从系统中清楚出去。污染控制要贸穿于整个液压装 置的设计、制造、安装、使用、维护和修理等各个阶段。 为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施： (①)(1)使液压油在使用前保持清洁。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新买 来的液压油看上去很清洁，其实很“脏”，必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。 (②)使液压系统在装配后、运转前保持清洁。液压元件在加 和装配过程中必须清洗干净，液压 系统在装 专 底进 取好月 系名 二作中使用的油液清洗，清洗时油箱除通气孔 加防尘 星中会受到环境污染， 空气和 的 的侵入采 防止尘士 经常检查并定期更换密封件和蓄能器中 (④)采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求，在液压系统中选 用不同的过滤方式，不同的精度和不同的结构的滤油器， 并要定期拾杏和清洗池油哭和油等 (⑤)定期更换液压油。更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗，排尽后 注入新油。 (6)控制液压油的工作温度。液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会加速化变 一毅液压系统的工作温度最好控制在65℃以下，机床 第二节液体静力学 液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此要研究液体处于相对平衡状态下的力学 规律及其实际应用。所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动，至于液体本身完全可以和 容器一起如同刚体一样做各种运动。因此，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。本节主要讨论液体的平衡规律和压强分布规律以及液体对物体壁面的 作用静压力及其性
液压油 液压油 D 且对粘温性能要求 更高的液压系统 四、液压油的污染与防护 液压油是否清洁，不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命，而且直接关系到液压 系统是否能正常工作。液压系统多数故障与液压油受到污染有关，因此控制液压油的污染是十分重 要的。 1.液压油被污染的原因液压油被污染的原因主要有以下几方面： (1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前 冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里。 (2)外界的灰尘、砂粒等，在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进 入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。 (3)液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过 滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。 2.油液污染的危害 液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件寿命缩 短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗粒进入到元件 里，会使元件的滑动部分磨损加剧，并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔，或使阀芯卡死，从 而造成液压系统的故障。水分和空气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质，产生气 蚀，使液压元件加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。 3.防止污染的措施 造成液压油污染的原因多而复杂，液压油自身又在不断地产生脏物，因此要彻底解决液压油的污染 问题是很困难的。为了延长液压元件的寿命，保证液压系统可靠地工作，将液压油的污染度控制在 某一限度以内是较为切实可行的办法。对液压油的污染控制工作主要是从两个方面着手：一是防止 污染物侵入液压系统；二是把已经侵入的污染物从系统中清楚出去。污染控制要贯穿于整个液压装 置的设计、制造、安装、使用、维护和修理等各个阶段。 为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施： (1) (1) 使液压油在使用前保持清洁。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新买 来的液压油看上去很清洁，其实很“脏”，必须将其静放数天后经过滤加入液压系统中使用。 (2)使液压系统在装配后、运转前保持清洁。液压元件在加工和装配过程中必须清洗干净，液压 系统在装配后、运转前应彻底进行清洗，最好用系统工作中使用的油液清洗，清洗时油箱除通气孔 (加防尘罩)外必须全部密封，密封件不可有飞边、毛刺。 (3)使液压油在工作中保持清洁。液压油在工作过程中会受到环境污染，因此应尽量防止工作中 空气和水分的侵入，为完全消除水、气和污染物的侵入，采用密封油箱，通气孔上加空气滤清器， 防止尘土、磨料和冷却液侵入，经常检查并定期更换密封件和蓄能器中的胶囊。 (4)采用合适的滤油器。这是控制液压油污染的重要手段。应根据设备的要求，在液压系统中选 用不同的过滤方式，不同的精度和不同的结构的滤油器，并要定期检查和清洗滤油器和油箱。 (5)定期更换液压油。更换新油前，油箱必须先清洗一次，系统较脏时，可用煤油清洗，排尽后 注入新油。 (6)控制液压油的工作温度。液压油的工作温度过高对液压装置不利，液压油本身也会加速化变 质，产生各种生成物，缩短它的使用期限，一般液压系统的工作温度最好控制在 65℃ 以下，机床 液压系统则应控制在 55℃以下。 第二节液体静力学 液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此要研究液体处于相对平衡状态下的力学 规律及其实际应用。所谓相对平衡是指液体内部各质点间没有相对运动，至于液体本身完全可以和 容器一起如同刚体一样做各种运动。因此，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。本节主要讨论液体的平衡规律和压强分布规律以及液体对物体壁面的 作用力。 一、液体静压力及其特性
作用在液体上的力有两种类型：一种是质量力，另一种是表面力。 力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成 ,属于这种力的有重力、惯性力等。单 上号 于重力加 液体的 。 可以是其他物体（例如活塞 液 夜体质点 小的拉力或切向力都 使液体发生流动。因为静止 液体不存在质点间的相对运动，也就不存在拉力或切向力，所以静止液体只能承受压力 所谓静压力是指静止液体单位面积上所受的法向力，用表 液体内某质占处的法向力△下对其微小面积△A的极限称为压力D,即： p=1im△F/△A (2-14) 若法向力均匀地作用在面积A上，则压力表示为： -15 式中：A为液体有效作用面积：下为液体有效作用面积A上所受的法向力 静压力具有下述两个重要特征： ()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。 二、液体静力学方程 12 (b) 图2-3静压力的分布规律 静止液体内部受力情况可用图2-3来说明。设容器中装满液体，在任意一点A处取一微小面积dA, 该点距液面深度为，距坐标原点高度为乙，容器液平面距坐标原点为。为了求得任意一点A的 压力，可取A·h这个液柱为分离体〔见图)。根据静压力的特性，作用于这个液柱上的力在各 方向都呈平衡，现求各作用力在Z方向的平衡方程。微小液柱顶面上的作用力为dA(方向向下) 液柱本身的重力G=YhdA(方向向下)，液柱底面对液柱的作用力为pdA(方向向上)，则平衡方程为： pdA=podA+y hdA 故b=D.+yh (2-16) 为了更清晰地说明静压力的分布规律，将(2-16)式按坐标Z变换一下，即以：h=乙。-乙 代入上式整理后得： +yZ=D。+yZ=常量 (2-17) 上式是液体静力学基本方程的另一种形式。其中Z实质上表示A点的单位质量液体的位能。设 A点液体质点的质量为m,重力为，如果质点从A点下降到基准水平面，它的重力所微的功为g2 因此A处的液体质点具有位置势能mg2,单位质量液体的位能就是 gz/mg=Z,Z又常称作位置水头。而p/pg表示A点单位质量液体的压力能，常称为压力水头。由 以上分析及式(2-1)可知，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。 分析式 16)可知 ()静止液体中任一点的压力均由两部分组成，即液面上的表面压力和液体自重而引起的对该
作用在液体上的力有两种类型：一种是质量力，另一种是表面力。 质量力作用在液体所有质点上，它的大小与质量成正比，属于这种力的有重力、惯性力等。单 位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上等于重力加速度。 表面力作用于所研究液体的表面上，如法向力、切向力。表面力可以是其他物体(例如活塞、 大气层)作用在液体上的力；也可以是一部分液体间作用在另一部分液体上的力。对于液体整体来 说，其他物体作用在液体上的力属于外力，而液体间作用力属于内力。由于理想液体质点间的内聚 力很小，液体不能抵抗拉力或切向力，即使是微小的拉力或切向力都会使液体发生流动。因为静止 液体不存在质点间的相对运动，也就不存在拉力或切向力，所以静止液体只能承受压力。 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。 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＝limΔF/ΔA (2-14) ΔA→0 若法向力均匀地作用在面积 A 上，则压力表示为： p＝F/A (2-15) 式中：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。 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。 二、液体静力学方程 图 2-3 静压力的分布规律 静止液体内部受力情况可用图 2-3 来说明。设容器中装满液体，在任意一点 A 处取一微小面积 dA， 该点距液面深度为 h，距坐标原点高度为 Z，容器液平面距坐标原点为 Z0。为了求得任意一点 A 的 压力，可取 dA·h 这个液柱为分离体〔见图(b)〕。根据静压力的特性，作用于这个液柱上的力在各 方向都呈平衡，现求各作用力在Ｚ方向的平衡方程。微小液柱顶面上的作用力为 p0dA(方向向下)， 液柱本身的重力Ｇ＝γhdA(方向向下)，液柱底面对液柱的作用力为 pdA(方向向上)，则平衡方程为： pdA=p0dA+γhdA 故 p= p0+γh (2-16) 为了更清晰地说明静压力的分布规律，将(2-16)式按坐标Ｚ变换一下，即以：h=Z0-Z 代入上式整理后得： p+γZ= p0+γZ0=常量 (2-17) 上式是液体静力学基本方程的另一种形式。其中 Z 实质上表示 A 点的单位质量液体的位能。设 A 点液体质点的质量为 m，重力为 mg，如果质点从 A 点下降到基准水平面，它的重力所做的功为 mgz。 因此 A 处的液体质点具有位置势能 mgz，单位质量液体的位能就是 mgz/mg＝Z，Z 又常称作位置水头。而 p/ρg 表示 A 点单位质量液体的压力能，常称为压力水头。由 以上分析及式(2-1)可知，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。 分析式(2-16)可知： (1)静止液体中任一点的压力均由两部分组成，即液面上的表面压力 p0 和液体自重而引起的对该
点的压力Yh。 (②)静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布，且在同一深度上各点的压力相 等，压力相等的所有点组成的面为等压面 很显然，在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。 (3)可通过下述三种方式使液面产生压力： 通过体面如塞使液面产生压力： ③通过不同质 体使液面产生压力 三、压力的表示 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。因为在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的，即大多数测压 仪表在大气压下并不动作，这时它所表示的压力值为零，因此， 它们测出的压力是高于大气压力的 那部分压力。也就是说，它是相对于大气压（即以大气压为基准零值时）所测量到的一种压力，因此 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 当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真 因此 采点的对刀人 小的部分数 作该点的真 如某点的绝对压力为402 0Pa0.4 压)。绝对压力、 表压力（正） 相对压宾氧空度的关如图阶】 人气压力 表压 (负)即真空度 绝对压力 图2-4绝对压力与表压力的关系 图2-5真空 负：负的压力就是真度如真度为 我们场 端且 插入密度 果在上 a的作用下 管内液体将上分封入 压力为 由流体静力学基本公式可知： 0+a Ph。就是管内液面压力，不足大气 压力的部分，因此它就是管内液面上的真空度。由此可见，真空度的大小往往可以用液柱高度 h。=(pa-p)/pg来表示。在理论上，当p等于零时，即管中呈绝对其空时，ho达到最大值，设为 (hmax)r,在标准大气压下， /pg=10.1325/(9.8066p)=1.033/p 水的密度p=10kg/cm 汞的密度为13.6×10kg/cm。 1033c 0F10.33m0 的最大真空度可 达10.33米水柱或760毫米汞柱根据上述归纳如下： ()绝对压力=大气压力+表压 2)表压力=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/m。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。1pa=l0Pa 四、舶斯卡原理 密封容器内的静止液体 当边界上的压力，发生变化时，例如增加△Pp,则容器内任意 一点的 压力将增加同 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
点的压力 γh。 (2)静止液体内的压力随液体距液面的深度变化呈线性规律分布，且在同一深度上各点的压力相 等，压力相等的所有点组成的面为等压面，很显然，在重力作用下静止液体的等压面为一个平面。 (3)可通过下述三种方式使液面产生压力 p0： ①通过固体壁面(如活塞)使液面产生压力； ②通过气体使液面产生压力； ③通过不同质的液体使液面产生压力。 三、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。 因为在地球表面上，一切物体都受大气压力的作用，而且是自成平衡的，即大多数测压 仪表在大气压下并不动作，这时它所表示的压力值为零，因此，它们测出的压力是高于大气压力的 那部分压力。也就是说，它是相对于大气压(即以大气压为基准零值时)所测量到的一种压力，因此 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。 当绝对压力低于大气压时，习惯上称为出现真空。因此，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。如某点的绝对压力为 4.052×104 Pa(0.4 大气 压)，则该点的真空度为 0.6078×104 Pa(0.6 大气压)。绝对压力、 相对压力(表压力)和真空度的关系如图 2-4 所示。 图 2-4 绝对压力与表压力的关系 图 2-5 真空 由图 2-4 可知，绝对压力总是正值，表压力则可正可负，负的表压力就是真空度，如真空度为 4.052×104 Pa(0.4 大气压)，其表压力为-4.052×104 Pa(-0.4 大气压)。我们把下端开口，上端具有 阀门的玻璃管插入密度为 ρ 的液体中，如图 2-5 所示。如果在上端抽出一部分封入的空气，使管 内压力低于大气压力，则在外界的大气压力 p a 的作用下，管内液体将上升至 h0，这时管内液面 压力为 p0，由流体静力学基本公式可知：pa=p0+ρgh0。显然，ρgh0 就是管内液面压力 p0 不足大气 压力的部分，因此它就是管内液面上的真空度。由此可见，真空度的大小往往可以用液柱高度 h0=(pa- p0)/ρg 来表示。在理论上，当 p0 等于零时，即管中呈绝对真空时，h0 达到最大值，设为 (h0max)r，在标准大气压下， (h0max)r＝patm/ρg=10.1325/(9.8066ρ)=1.033/ρ 水的密度ρ=10-3 kg/cm3，汞的密度为 13.6×10-3 kg/cm3。 所以(h0max)r＝1.033×10-3 =1033cmH2O=10.33mH2O 或(h0max)r＝1.03313.6×10-3 =76cmHg=760mmHg 即理论上在标准大气压下的最大真空度可达 10.33 米水柱或 760 毫米汞柱。根据上述归纳如下： (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 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。1Mpa=105 Pa 四、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
在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重(Yh)所产生的压力大得多。因此可把式 (2-16)中的Yh项略去，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。 门 图2-6静压传递原理应用实例 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 。图2-6所示是应用帕斯卡原理推导压力与负载关系的实例 截面积为A,水平液压缸截面积为A,两个活塞上的外作用力分别为、F2,则缸内压力分别为p F,/A、p-F/A。由于两缸充满液体且互相连接，根据帕斯卡原理有p=p2。因此有： F1=F2A:/A2 (2-18) 上式表明，只要A/A足够大，用很小的力F,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。 加果垂直液压钉的活寒上没有负战，即F,=0,则当路夫活塞重量及其他阳力时，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裁决定的，这是液 传动的一个基本概念 五、液压静压力对圆体壁面的作用力 在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压 表面。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力F为液体的压力P与受压面积 A的乘积，其方向与该平面相垂直。如压力油作用在直径为D的柱塞上，则有F=pA=pD/4。 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 力不行相第为氧先的作用缸军爽要，计长陵为波方作用在右壁部x方 正取一微小窄条，其面积为d16d0,度压力油作用在这小面积上的力 dFx=dFcos @=pdAcos 0=plrcos d0 在液压缸筒右半壁上x方向的总作用力为： Fx= plrcos d e=21rp (2-19) 式中，21“为曲面在x方向的投影面积。由此可得出结论，作用在曲面上的液压力在某一方向 上的分力于压力与鱼面在技的》 对任意曲面都适用。图2-8为球面和锥面所受液压力分析图。要计算出球面和锥面在垂直方向 受力F,只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积A,然后再与压力D相乘，即： F=pA=pd/4 (2-20)
在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重(γh)所产生的压力大得多。因此可把式 (2-16)中的 γh 项略去，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。 图 2-6 静压传递原理应用实例 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。图 2-6 所示是应用帕斯卡原理推导压力与负载关系的实例。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 p1= F1/A1、p2= F2/A2。由于两缸充满液体且互相连接，根据帕斯卡原理有 p1= p2。因此有： F1= F2A1/A2 (2-18) 上式表明，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。 如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。 五、液压静压力对固体壁面的作用力 在液压传动中，略去液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压 表面。因此，当承受压力的表面为平面时，液体对该平面的总作用力 F 为液体的压力 p 与受压面积 A 的乘积，其方向与该平面相垂直。如压力油作用在直径为 D 的柱塞上，则有 F=pA=pπD2 /4。 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。 图 2-7 所示为液压缸筒受力分析图。设缸筒半径为 r，长度为 l，求液压力作用在右壁部 x 方 向的力 Fx。在缸筒上取一微小窄条，其面积为 dA=lds=lrdθ，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 在液压缸筒右半壁上 x 方向的总作用力为： Fx= − 2 2 plrcosθdθ=2lrp (2-19) 式中，2lr 为曲面在 x 方向的投影面积。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 图 2-7 液体对固体壁面的作用力 对任意曲面都适用。图 2-8 为球面和锥面所受液压力分析图。要计算出球面和锥面在垂直方向 受力 F，只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积 A，然后再与压力 p 相乘，即： F=pA=pπd2 /4 (2-20)
式中：d为承压部分曲面投影圆的直径。 图2-8液压力作用在曲面上的力 第三节液体动力学 在液压传动系统中，液压油总是在不断的流动中，因此要研究液体在外力作用下的运动规律及 作用在流体上的力及这些力和流体运动特性之间的关系。对液压流体力学我们只关心和研究平均作 用力和运动之间的 系。本 主要讨论 个基本方程 柏努力方程和动量 方程 的质 固体壁面之 液 是有粘性 液在 的变 后 律时，不但要考虑质量力和压力，还要考虑粘性摩擦力的影响。 ,液体的流动状态还与温府 密度、压力等参数有关。为了分析，可以简化条件，从理想液体若手，所谓理想液体是指没有粘性 的液体，同时， 一般都视为在等温的条件下把粘度、密度视作常量来讨论液体的运动规律。然后在 通过实验对产生的偏差加以补充和修正，使之符合实际情况。 3.1基本概念 1)理想液体与定常流动液体具有粘性，并在流动时表现出来，因此研究流动液体时就要考 老其粘性，而液体的粘性阻力是 的，这就使我们对流 动液体的研 变得复杂。因此 夜体就是指 可压缩的液体。首先 液体 所得的结论进行补充和修正： 不仅使问题简年 而且得到的 液体流 流 体中空任点上质点的运 例如压力P、流速及密 g表示为空间坐标和时间的函数，例如 压力p印(x, 谏度yv(x,z,t) 密度P=P(x,y,z,t p、 及P在不同的时间内都有确定的值 即它们 化 动 或非恒 如果空间点上的运动参数 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，不随时间变化，对液体的这种运动称为定常流动或恒定流动。定常流动时， 0 定流在流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，液体的运动就是非定常流动或非恒
式中：d 为承压部分曲面投影圆的直径。 图 2-8 液压力作用在曲面上的力 第三节 液体动力学 在液压传动系统中，液压油总是在不断的流动中，因此要研究液体在外力作用下的运动规律及 作用在流体上的力及这些力和流体运动特性之间的关系。对液压流体力学我们只关心和研究平均作 用力和运动之间的关系。本节主要讨论三个基本方程式，即液流的连续性方程、柏努力方程和动量 方程。它们是刚体力学中的质量守恒、质量守恒及动量守恒原理在流体力学中的具体应用。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变换关系，后者描述了流动液体 与固体壁面之间作用里的情况。液体是有粘性的，并在流动中表现出来，因此，在研究液体运动规 律时，不但要考虑质量力和压力，还要考虑粘性摩擦力的影响。此外，液体的流动状态还与温度、 密度、压力等参数有关。为了分析，可以简化条件，从理想液体着手，所谓理想液体是指没有粘性 的液体，同时，一般都视为在等温的条件下把粘度、密度视作常量来讨论液体的运动规律。然后在 通过实验对产生的偏差加以补充和修正，使之符合实际情况。 3.1 基本概念 1)理想液体与定常流动 液体具有粘性，并在流动时表现出来，因此研究流动液体时就要考 虑其粘性，而液体的粘性阻力是一个很复杂的问题，这就使我们对流动液体的研究变得复杂。因此， 我们引入理想液体的概念，理想液体就是指没有粘性、不可压缩的液体。首先对理想液体进行研究， 然后再通过实验验证的方法对所得的结论进行补充和修正。这样，不仅使问题简单化，而且得到的 结论在实际应用中扔具有足够的精确性。我们把既具有粘性又可压缩的液体称为实际液体。 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 g 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 = （x，y，z，t） 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。但只要有一个运动参数 随时间而变化，则就是非定常流动或非恒定流动。 如果空间点上的运动参数 p、υ 及 ρ 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。定常流动时， = 0, t p = 0 t v , = 0 t 在流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，液体的运动就是非定常流动或非恒 定流动
(b) 图2-9恒定出流与非恒定出流 流(b)非 体运 2-9a)中，我1 容器出流的流量给子补贷 对时间 使其液面高度不变 予流量补偿 服大 2)迹线、流线、流束和通流裁面 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。在非定常流动时，因为各质点的速度可能随时间改变， 所以流线形状也随时间改变。在定常流动时，因流线形状不随时间而改变，所以流线与迹线重合。 由于液体中每一点只能有一个速度，所以流线之间不能相交也不能折转。 图2-10流线和流束 (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 头 充满在流管内的流线的总体，称为 流束 于流束的截面称为通流截面。 )流量平通油通流越面的液休的体积称为流量，用0表示，流量的常用单位为 L/mi 对微小流束，通过dA上的流量为dq其表达式为 dq=udA (2-21) 当己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：在实际液体流动中，由于粘性摩擦力的作用，通流截面上流速·的分布规律难以确 定，因此引入平均流速的概念，即认为通流截面上各点的流速均为平均流速，用ⅴ来表示，则通过 通流截面的流量就等于平均流速乘以通流被面积。令此流量与上述实际流量相等，得： (2-22) 则平均流速为： (2-23) ,留 是产生流动阻力的根本原因。然而流动状态不同，则阻力大小也是不同的
图 2-9 恒定出流与非恒定出流 (a)恒定出流(b)非恒定出流 在图 2-9(a)中，我们对容器出流的流量给予补偿，使其液面高度不变，这样，容器中各点的液 体运动参数 p、υ、ρ都不随时间而变，这就是定常流动。在图 2-9(b)中，我们不对容器的出流给 予流量补偿，则容器中各点的液体运动参数将随时间而改变，例如随着时间的消逝，液面高度逐渐 减低，因此，这种流动为非定常流动。 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。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。在非定常流动时，因为各质点的速度可能随时间改变， 所以流线形状也随时间改变。在定常流动时，因流线形状不随时间而改变，所以流线与迹线重合。 由于液体中每一点只能有一个速度，所以流线之间不能相交也不能折转。 图 2-10 流线和流束 (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。 3)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 (2-21) q= A udA 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：在实际液体流动中，由于粘性摩擦力的作用，通流截面上流速 u 的分布规律难以确 定，因此引入平均流速的概念，即认为通流截面上各点的流速均为平均流速，用 v 来表示，则通过 通流截面的流量就等于平均流速乘以通流截面积。令此流量与上述实际流量相等，得： q= A udA = vA (2-22) 则平均流速为： v = q/A (2-23) 4）流动状态、雷诺数 实际液体具有粘性，是产生流动阻力的根本原因。然而流动状态不同，则阻力大小也是不同的