绪论 第1章 液压传动基础知识 第2章 液压元件 期中复习 第3章 液压基本回路 第4章 液压系统应用、调试等 第5章 气压传动基础知识 第6、7章 气动元件及回路 总复习
第1章 液压流体力学基础

液压油
液体静力学 流体动力学

管路系统流动分析 液压冲击与气穴现象
流动液体的压力损失 小孔和缝隙的流量特性
q
δ bP 1 2μ l
（1-31）
3
2、液体流经环形缝隙的流量特性
q π
Dδ P
3
(1 1 .5 ) ε
2
12l
e-偏心距 ε=e/δ δ-无偏心时的环形缝隙值， ΔP-液体沿轴向流动的压力差； l-环的轴向长度
1.6 液压冲击和空穴现象
1.6.1 液压冲击
在液压系统中,由于某种原因引起的液体压力急剧交替升 降的阻尼波动过程,称为液压冲击。
2、空穴现象举例
1）节流口处的空穴现象
2）液压泵的空穴现象
f

P


lρ v d 2
2


ρ v 2
2
1.5 小孔和缝隙的流量特性
1.5.1节流与阻尼
1、节流原理
液体在管道中流动时，若流道突然变窄， 在液压传动系统中常遇到油 形成小孔，如图1-13所示，则液流流经小 液流经小孔或间隙的情况，例如 孔时会产生一个较大的局部压力损失。孔 节流调速中的节流小孔，液压元 越小，局部压力损失越大。 件相对运动表面间的各种间隙。 此时，将在小孔的前后形成一个压力降 研究液体流经这些小孔和间隙的 ΔP，同时使流经小孔的液体量受到限制。 流量压力特性，对于研究节流调 液体的这种流动损失称为节流损失，这个 速性能，计算泄漏都是很重要的。 图1-13 薄壁小孔液流状态示意图 过程就是节流原理。 2、阻尼 由于液体流经小孔时存在着节流损失，故常利用小孔的这一特性来制成限 制液体流动的元器件。这种利用节流原理来阻挡液体流动的过程称为阻尼。
h1
22
A11
h2
p1
g

u1
2
2g
h1
p2
g

u2
2
2g
h2
比压能（ p/ρg ）； 比动能（ u2/2g ）； 比位能（h）
p
g

u
2
h c
压力水头、速度水头
和位置水头
2g
即：
比压能 + 比位能 + 比动能= 常量
伯努利方程的物理意义为：在密封管 道内作定常流动的理想液体在任意一个通 流断面上具有三种形成的能量，即压力能、 势能和动能。三种能量的总合是一个恒定 的常量，而且三种能量之间是可以相互转
P 1
1v1
P 2
g

2 v2
2g
2
h2 hw
式中 hw---由液体粘性引起的能量损失； α 1，α 2---动能修正系数，一般在紊流时取α ＝1，层流 时取α ＝2。
伯努利方程的适用条件为：
①稳定流动的不可压缩液体，即密度为常数。 ②液体所受质量力只有重力，忽略惯性力的影响。 ③所选择的两个通流截面必须在同一个连续流动的流场中是渐变流（即流线 近于平行线，有效截面近于平面）。而不考虑两截面间的流动状况。
q＝vA＝常数
不可压缩液体作稳定流动时的连续性方程
（1）通过流管任一通流截面的流量相等。 （2）液体的流速与管道通流截面积成反比。
d1
d2
Q2
1.3.4 伯努利方程（能量方程）
伯努利方程就是能量守恒定律在流动液体中的表现形式。 A (动能定理) 1、理想液体微小流束的伯努利方程 假设为理想液体且作稳定流动，密 度为常数。
1.5.2 小孔流量特性
小孔的类型： 薄壁小孔： 当孔的长度 l 与孔径 d 之比（长径比） l/d≤0.5时的小孔称为薄壁小孔。
细长小孔： 当孔的长度l与孔径d 之比l/d >4时的小孔称为 细长小孔。
短 孔： 当孔的长度l与孔径d 之比0.5＜l/d ≤4 时的 小孔称为短孔。
1、液经薄壁小孔的流量计算
1.4 流动液体的压力损失

沿程压力损失
8l
4 4μ l d p 流经圆管的流量（对dq积分）： q
u
P
(R r )
2 2
128 l
Pf
R
4
q
l ρ v Pf d 2
2
局部压力损失 P 管路系统的总压力损失

P
ρ v 2
2
P
理想情况下冲击压力的变化规律 实际情况下冲击压力的变化规律
液压冲击的类型
按产生的原因,液压冲击有如下三种类型: (1 ) 阀门骤然关闭或开启,液流惯性引起的液压冲击。当液体在管道中流动 时,如果阀门骤然关闭,液体流速将随之骤然降低到零,在这一瞬间液体的 上述的三种类型液 动能转化为压力能,使液体压力突然升高,并形成压力冲击波。反之,当阀 压冲击,前两种较为 门骤然开启时,则会出现压力降低。 常见。 (2 ) 运动部件的惯性力引起的液压冲击。高速运动的液压执行器等运动部 件的惯性力也会引起系统中的液压冲击。例如,工业机械手、液压挖掘机 转台的回转马达在制动和换向时,因排油管突然关闭,而回转机构由于惯 性还在继续转动,将会引起压力急剧升高的液压冲击。 (3 ) 液压元件反应动作不灵敏引起的液压冲击。如限压式变量液压泵,当压 力升高时不能及时减小排量而造成压力冲击；溢流阀不能迅速开启而造 成过大压力超调等。

雷诺数:液体在圆管中的流动状态决定于由管道中流体的平均流速υ 、 管道直径d和液体运动粘度这三个参数所组成的无量纲数的大小:
Re

d
v
v-流体流速（m/s） d-管子内径（mm） ν-液体的运动黏度（m2/s）

流动液体的雷诺数低于临界雷诺数(由紊流转变为层流)时，流动状态为 层流，反之液流的状态为紊流； 雷诺数的物理意义:流动液体的惯性力与粘性力之比。
Re
vd

层流→紊流 Re上 紊流→层流Re下 且Re下 < Re上
临界雷诺数： 当液流实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数 时，液流为层流，反之液流则为紊流。对金 Re临 ＝ Re下 属圆管Re ＝2000。 临
1.3.3连续性方程
理想液体在密封管道内作恒定流动时，单位时间内流过 任意截面的质量相等。

1.3 流动液体的力学规律
基本概念 流态和雷诺数 连续性方程 伯努利方程

1.3.1 基本概念
1、理想液体和恒定流动 （1）理想液体 液压传动中把无黏性、不可压缩的液体称为理想液体， 把既有黏性又能进行一定压缩的液体称为实际液体。
（2）恒定流动（定常流动） 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。

定常流动时
p
t t t 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
0,
v
0

0
动。
流线： 某一瞬时，表示液流中各处质点运动状态的一条条曲线。
A
A
A
A
通流截面：在流场中作一面，若该面与通过面上的每一条流线都 垂直，则称该面为通流截面。
3、流量
流量与平均流速是描述液 体流动的两个参数
2、液经细长小孔的流量计算
将细长小孔当作管道考虑，应用哈根－泊肃叶流量公式，有
q
d
4
128 l
p
1 4
d
2
d
2
32 l
p
q
π d
4
128 l
P
d
2
C-系数 A-细长孔截面积
32 l
A P C A P
3、液经短孔的流量计算 按薄壁小孔流量公式计算
q

udA
A
流量： 单位时间内流过某通流截面（管内）的液体体积。 用q 表示， 单位为 m3/s 或 L/min 。
4、瞬时流速和平均流速
（1）瞬时流速 u 流道内某点液体在某段时间段的实际流动速度，用u表示。
（2）平均流速：在实际液体流动中，由于黏性摩擦力的作用，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。
图1-14 薄壁小孔液流状态示意图
q A 2 v 2 C c AT v 2 C c C v AT
2P ρ
C q AT
2P ρ
式中Cq＝CvCc为小孔流量系数。Cv和Cc一般由实验确定。
完全收缩时，Cq ＝0.61～0.62
不完全收缩时，Cq ＝0.7～0.8
见表 液流不完全收缩时的流量系数Cq
q C q AT 2P

注意：Cq=0.82
结论：
（1）对薄壁小孔，流过小孔流量与小孔前后压差的 平方根成正比，与油液粘度无关。 （2）对细长小孔，流过小孔流量与小孔前后压差 成正比，与油液粘度成反比。
1.5.3 缝隙流量特性
1、液体流经固定平行平板缝隙的流量特性 固定平行平板间隙流动(压差流动)且u=0 上、下两平板均固定不动， 液体在间隙两端的压差的作用 下而在间隙中流动，称为压差 流动。 缝隙高为δ，长度为l 宽度为b（图中未表示）
分析与假设： A.因惯性力作用，液体质点突然加速；
B.先收缩，截面2-2，然后再扩散；
C.造成能量损失，并使油液发热； D.收缩截面面积A2－2和孔口截面积A 的比值称为收缩系数Cc，即 Cc = A2 －2 /A E.完全收缩：当管道直径D与小 孔直径d的比值D／d＞7时，收 缩作用不再受大孔侧壁的影响。