1.2 基础理论知识（课件）《液压与气压传动》（高教版·第3版）同步精品课堂

1.2 基础理论知识 《液压与气压传动》（高教版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 学习 目标 1.能说出液压油的3项主要性质，区分常见液压油类型并列举2个选用实例 2.理解液体静力学中压力传递规律、动力学中流量与流速关系 3.能用通俗语言解释压力损失、液压冲击等现象 4.能结合具体设备（如千斤顶、挖掘机）分析液压油作用 新知学习 情景导入 同学们，你们骑共享单车时有没有想过，轻轻一捏刹车，车就能稳稳停下？这背后就藏着咱们今天要学的液压传动知识哦！刹车手柄里的油液就像一群听话的小帮手，当你用力捏手柄，油液会把力量传递到刹车片，靠压力让车轮停下。其实不光刹车，挖掘机的铁臂、汽车的液压千斤顶，都离不开液压油的“帮忙”。这些油液有啥特别性质？怎么选才合适？它们传递力量的秘密又是什么？今天咱们就一起揭开液压传动的神秘面纱，看看这些流动的“力量使者”是如何工作的！ 新知学习 液压传动是以液压传动是以液体为工作介质进行能量传递的。 为了更好地理解和掌握液压传动原理、 液压元件的结构及性能， 正确使用维护液压系统， 就必须了解液体的基本性质， 掌握液体静态和运动的主要力学规律。 新知学习 一、液压油的主要性质 新知学习 1.液体的可压缩性 液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。 对液压系统而言，由压力变化引起的体积变化很小，所以一般认为液体是不可压缩的。但在液体中混有空气时，其压缩性显著增加，并影响系统的工作性能。在有动态特性要求或压力变化范围很大的高压系统中，应考虑液体压缩性的影响，并应严格排除液体中混入的气体。 2.液体的黏度 液体在外力作用下流动时， 液体分子间的内聚力会阻碍分子间的相对运动， 而产生内摩擦力， 这一特性称为液体的粘性。液体只有在流动时才会呈现粘性，静止液体是不呈现黏性的。液体的黏性大小可用黏度来表示。油液的黏度随温度升高而降低，这种黏度随温度变化的特性称为黏温特性。 新知学习 一、液压油的主要性质 新知学习 新知学习 一、液压油的主要性质 新知学习 相对黏度：又称为条件黏度，它是采用特定的黏度计在规定的条件下测出的液体黏度。我国采用恩氏黏度。 黏度 动力黏度μ ：动力黏度表示液体黏性的内摩擦系数。单位：Pa•s（帕•秒） 运动黏度ν ：动力黏度和液体密度的比值称为液体的运动黏度，即ν= ，单位：m2/s 。 1.液压油的分类 新知学习 二、液压油的分类与选用 新知学习 矿物油型液压油 （石油基型） 难燃液压液 普通型：机械油、变压器油、汽轮机油等； 专用型：精密机床液压油、数控机床液压油、低凝液压油、抗磨液压油、抗燃液压油等； 乳化型：水基如o/w、w/o、水-乙二醇 特点：价廉、难燃、润滑性较差。 合成型：多元醇酯型液压油 液压 新知学习 二、液压油的分类与选用 新知学习 类别代号 L（润滑剂类） 类型 矿物油型液压油 难燃型液压油 品种代号 HH HL HM HG HR HV HS HFAE HFAS HFB HFC HFDR 组成和特性 无抗氧剂的精制矿物油 精制矿物油并改善其防锈和抗氧性 HL油并改善其抗磨性 HM油具有黏滑性 HL油并改善其黏温性 HM油并改善其黏温性 无特定难燃性的混合液 水包油乳化液 水的化学溶液 油包水乳化液 含聚合物水溶液 磷酸酯无水合成液 表1-1 液压油品种分类 2.液压油的选用原则 ①确定液压油类型：根据系统工作条件、工作环境、传动精度等； ②根据液压泵的类型选定油液黏度范围； ③选具体牌号。 a.环境温度高时，泄漏为主要矛盾，选黏度高的油；反之则相反。 b.工作压力高、功率大时，压力损失相对值小。此时，泄漏为主要矛盾，黏度取大值； c.运动速度高，流量大时，泄漏相对值小。此时，压力损失为主要矛盾，黏度取小值。 新知学习 二、液压油的分类与选用 新知学习 液体静力学研究的是液体处于静止状态下的力学规律和这些规律的实际应用。所谓“静止状态”是指液体内部质点之间没有相对运动。 1.压力的表示方法 新知学习 三、液体静力学基础知识 新知学习 （1）绝对压力 P绝：以绝对零压力为基准所表示的压力。 （2）相对压力 P相：以当地大气压为基准所表示的压力，又称表压力。 由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。 P绝对压力= P相对压力＋P0 当：P相对压力＞P0 即为表压力 或P相对压力= P绝对压力－P0 当：P相对压力＜P0 称为真空度 P真= P0 － P绝对压力 P真＞0 静压力的特性如下: 1）液体所受静压力垂直于其作用表面,如果不垂直,即液体沿切向形成分力，则液体不能静止。 2）静止液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等,如果受力不等，则液体不能静止。 新知学习 三、液体静力学基础知识 新知学习 2.液体静力学基本方程 如图1-2所示,密度为的液体在容器内处于静止状态,作用在液面上的压力为0，若计离液面深度为h处某点的压力p,可以假想从液面向下取出高度为 h,底面积为 △A 的一个微小垂直液柱为研究对象。 这个液柱在重力及周围液体的压力作用下处于平衡状态， 所以有p△A=0△A+gh△A 得p=p0+gh 式中 p0 ——液体表面的压力，Pa; ——液体的密度，kg/m3; h ——液体的深度，m。 新知学习 三、液体静力学基础知识 新知学习 3.压力的传递 静止液体的压力具有以下特征： 1)静止的油液在任意一点所受到的各个方向的压力都相等,这个压力称为静压力。 2)油液静压力的作用方向垂直指向承压表面。 3)如果密闭容器内静止油液中任意一点的压力发生变化,那么这个压力的变化将被等值传递给油液的各点。这就是静压传递原理,即帕斯卡原理。 液压千斤顶(图1-3)就是利用静压传递原理传递动力的。 新知学习 三、液体静力学基础知识 新知学习 柱塞泵活塞2受到外力F作用时（液压千斤顶压油）时，柱塞泵油腔3中油液产生的压力为：1= 当大活塞7上有负载重物G 时，油液会产生一定的压力p，即: 在千斤顶工作过程中，从小活塞到大活塞之间形成了密封的工作容积，根据“帕斯卡原理”，在密闭容器中，施加于静止液体上的压力将以等值同时传递倒液体内部各点”，可知，为了顶起重物，小活塞下腔就必须产生一个大于或者等于的压力，所以小活塞上施加的力为：F1=pA1=G 液压系统的负载越大，液体压力越高，手动泵上所需要的作用力就越大；反之，在不考虑摩擦力作用的情况下，如果液压系统空载工作，那么油液压力和手动泵上的作用力均为0。液压传动的这一特征，可以简略的表述为“压力取决于负载”。 新知学习 三、液体静力学基础知识 新知学习 1.基本概念 1)理想液体与实际液体。理想液体是指既无黏性又不可压缩的液体:实际液体是指既有黏性又可压缩的液体。 2)液体的流动状态。定常运动:一般情况下,同一时刻流体各处的流速不同,但有些场合,流体质点流经空间任一给定点的速度是确定的,且不随时间变化,称为定常流动。例如,沿着管道或渠道缓慢流动的水流,在一段不长的时间内可以认为是定常流动。 新知学习 四、液体动力学基础知识 新知学习 3)流线和流束。为了形象地描述流体的运动,可在流体中画一系列曲线,每一点的切线方向与流经该点流体质点的速度方向相同,称为流线,如图1-4所示。定常流动中的流线不随时间的变化而改变,并且任何两条流线都不会相交。流线围成的管状区域称为流管。流束是指充满在流管内的流线群,如图1-5所示。 新知学习 四、液体动力学基础知识 新知学习 4)流量和平均流速。流量是指单位时间内通过通流截面的液体体积,用q表示,单位为m3/s或L/min。平均流速是指流量与通流截面的比值,即 v= (1-12) 在实际工程计算中,常用平均流速υ代替实际流速u,在计算流量时,平均流速v才具有用价值,下文提到的流速通常为平均流速。式(1-12)中提到的通流截面面积A在液压系中,即液体在管道中流动时,垂直于流动方向的截面面积。 新知学习 四、液体动力学基础知识 新知学习 2.连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。如果液体作稳定流动且不可压缩，根据质量守恒定律，单位时间Δt内流过两个截面的液体质量相等： 新知学习 四、液体动力学基础知识 新知学习 体积不变 流量不变 或 3.伯努利方程及其应用 伯努利方程就是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，即： 动能+势能+压力能=常数 物理意义：在管内作稳定流动的理想液体具有压力能、势能和动能 三种形式的能量，在任一截面上三者可以相互转换，但其总和 保持不变。 对于如图所示的理想液体，它的伯努利方程如下： 新知学习 四、液体动力学基础知识 新知学习 1—空气压缩机 2—冷却器 3—油水分离器 4—储气罐 5—分水滤气器 6—减压阀 7—油雾器 8—行程阀9—气控换向阀 10—气缸 11—工料 实际液体都具有粘性，因此液体在流动时能量消耗，设因粘性而消耗的能量为w，则实际液体微小流束的伯努利方程为： 新知学习 四、液体动力学基础知识 新知学习 或 应用：列车安全线；飞机起飞；离心泵吸水；虹吸现象等 实际液体具有黏性，在流动时就有阻力，为了克服阻力，就必须要消耗一部分能量，这样就有能量损失。在液压传动中，能量损失主要表现在压力损失，它由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成。这种能量损失转变为热量而损耗，使液压系统中工作介质温度升高、泄漏量增加、效率下降。 1.层流、紊流和雷诺数 层流：液体质点互不干扰，液体的流动 呈线性或层状，且平行于管道轴线； 紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。 新知学习 五、液体流动时的压力损失和流量损失 新知学习 b）层流开始破坏 a）层流 2）雷诺数 雷诺实验表明，液体在管道内的流态不仅与管道内 液体的平均速度有关，还与管道的水直径及液体的 运动粘度有关，液体流动时究竟是层流还是紊流， 需用雷诺数来判断。对于不同情况下的液体流动状 态，如果雷诺数相同，他们的流动状态也就相同。液体由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者的数值较小。所以一般都用后者作为判别液流状态的依据，称为临界雷诺数。当液流的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流；反之，液流大多为紊流。 新知学习 五、液体流动时的压力损失和流量损失 新知学习 2.液体流动时的压力损失 液体压力损失分为两种，一种是沿程压力损失，一种是局部压力损失。 （1）沿程压力损失： 液体在等径的直管道中流动时，因内外摩擦而产生的压力损 失，称为沿程压力损失。这类压力损失是由液体流动时液体 内部、液体和管壁间的摩擦力以及流动时质点间的互相碰撞 所引起的。沿程压力损失主要取决于液体的流速、液体的黏 性、管道的长度以及油管的内径等。流速越快，黏度越大，管路越长，沿程压力损失越大；而管道内孔径越大，沿程压力损失越小。 新知学习 五、液体流动时的压力损失和流量损失 新知学习 （2）局部压力损失： 液体流经局部障碍（如弯管、接头、管径截面突然扩大或缩小）时，由于流动的方向和速度突然变化，行成漩涡、脱流等，使液体质点相互撞击造成的能量损失称为局部压力损失。在液压系统中，由于各种液压元件的结构、形状、布局等原因，使得管路的形式比较复杂，因而局部压力损失是主要的压力损失。 （3）措施 油液流动产生的压力损失，会造成功率浪费，系统温度升高，油液黏度下降，进而使泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至是“卡死”。因此必须采取措施减少压力损失。一般情况下，只要油液黏度适当，管路内壁光滑，流速不太大，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化和弯曲，适当增大内径，则可以使压力损失控制在较小范围内。 新知学习 五、液体流动时的压力损失和流量损失 新知学习 3.液体流动时的流量损失的估算 在液压系统正常工作的情况下,从液压元件的密封间隙漏过少量减液的现象称为泄漏。由于液压元件必然存在着一些间隙,当间隙的两端有压力差时,就会有油液从这些间隙中流过。所以,液压系统中泄漏现象总是存在的。 流量损失一般采用近似估算的方法。液压泵输出流量的近似计算公式为 qv泵=K漏qv缸 式中 qv泵 ——液压泵最大输出流量，m3/s ; qv缸 ——液压缸的最大流量，m3/s; K漏 ——系统的泄漏系数，一般K漏=1.1~1.3。系统复杂或管路较长时取最大值，反之取小值。 新知学习 五、液体流动时的压力损失和流量损失 新知学习 1.液压冲击 （1）定义 在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间突然急剧上升，而形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。 （2）形成原因 阀门突然关闭引起液压冲击； 运动部件突然制动引起液压冲击； 液压系统中某些元件反应不灵敏造成液压冲击。 新知学习 六、液压冲击与空穴现象 新知学习 （3）液压冲击的危害 在液压系统中产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时比正常压力要大好几倍，会引起振动和噪声，导致密封装置、管路和液压元件的损坏，有时还会使某些液压元件（如压力继电器、顺序阀等）产生误动作，而影响系统正常工作。 （4）减小液压冲击的措施 延长阀门关闭和运动部件换向制动时间； 限制管道内液体的流速和运动部件速度； 适当加大管道内径或采用橡胶软管； 在液压冲击源附近设置蓄能器。 新知学习 六、液压冲击与空穴现象 新知学习 2.空穴现象 （1）定义 在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压或油液的饱和蒸汽压时而产生大量气泡的现象。 （2）形成原因 空穴现象一般发生在阀口和液压泵的进油口处。油液流过阀口的狭窄通道时，液流速度增大，压力大幅度下降，就可能出现空穴现象。液压泵的安装高度过高，吸油管道内径过小，吸油阻力太大，或者液压泵转速过高，吸油不充足等，均可能产生空穴现象。 新知学习 六、液压冲击与空穴现象 新知学习 （3）空穴现象危害 引起振动、噪声；使金属零件表面剥落、腐蚀，使表面粗糙，或出现海绵状的小洞穴，即气蚀现象。 （4）空穴现象预防措施 减小流经节流小孔前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于3.5。 正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径。 整个系统管路应尽可能直，避免急弯和局部窄缝等。 提高零件的抗气蚀能力，增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等。 新知学习 六、液压冲击与空穴现象 新知学习 随堂练习 （1）液压油的主要性质有哪些？ （2）流量损失的主要原因是什么？如何减少？ 课堂练习 答案：C 解析：液压冲击是由于油液流速突然变化，导致压力急剧升高的现象。 1.液压冲击产生的根本原因是（ ） A. 油液粘度太高 B. 流量突然变化 C. 压力突然变化 D. 温度过高 课堂练习 答案：B 解析：刹车时油液流速骤变，压力突然升高，引发管路震动，属于液压冲击。 2.汽车急刹车时，液压管路出现震动，这是（ ） A. 空穴现象 B. 液压冲击 C. 压力损失 D. 流量损失 课堂练习 答案：B 解析：油液压力过低时，溶解的空气析出形成气泡，即空穴现象。 3.空穴现象产生的原因是（ ） A. 油液压力过高 B. 油液压力低于空气分离压 C. 流速太慢 D. 温度过低 课堂练习 答案：B 解析：气泡破裂时产生冲击，会导致噪音、振动和元件磨损。 4.空穴现象会导致液压系统（ ） A. 效率提高 B. 噪音增大 C. 温度降低 D. 压力升高 课堂练习 答案：B 解析：油温升高会使粘度降低，夏季需选较高粘度油以保证性能。 5.夏季液压系统易选用（ ）粘度的液压油 A. 较低 B. 较高 C. 任意 D. 不变 课堂练习 答案：C 解析：L-HM是常见液压油型号，其余均为发动机用油。 6.下列属于液压油分类的是（ ） A. 汽油 B. 柴油 C. L-HM抗磨液压油 D. 机油 课堂练习 答案：B 解析：沿程损失与管路长度成正比，长度越长，损失越大。 7.液体在直管中流动时，压力损失随管路长度增加而（ ） A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 先增后减 课堂练习 答案：A 解析：流量定义为单位时间内通过截面的液体体积，单位常用L/min。 8.液压系统中，“流量”指的是（ ） A. 单位时间流过的油液体积 B. 油液的重量 C. 油液的压力 D. 油液的粘度 课堂小结 感谢观看 $$