液压传动与液力传动Hydraulic and Hydrodynamic Drive

机电工程学院机电工程学院

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综述综述课程简介课程简介基本概念基本概念参考文献参考文献

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课程简介课程简介

液压传动与液力传动是一门专业基础课，以液压传动与液力传动是一门专业基础课，以流体力学为基础，讲述液压传动与液力传动的工流体力学为基础，讲述液压传动与液力传动的工作原理，液压传动与液力传动所采用元件的结构作原理，液压传动与液力传动所采用元件的结构和工作原理，液压传动与液力传动的优缺点，以和工作原理，液压传动与液力传动的优缺点，以及液压系统如何设计和液力传动的工作原理、液及液压系统如何设计和液力传动的工作原理、液力变矩器工作原理。力变矩器工作原理。

通过本课程的学习，掌握一定的流体力学知通过本课程的学习，掌握一定的流体力学知识；掌握有关液压泵，液压马达，油缸，各种液识；掌握有关液压泵，液压马达，油缸，各种液压阀的结构、工作原理和性能作用；了解液压传压阀的结构、工作原理和性能作用；了解液压传动的基本原理和基本油路，具有分析、运用、设动的基本原理和基本油路，具有分析、运用、设计液压系统的基本能力；了解和掌握液力传动的计液压系统的基本能力；了解和掌握液力传动的基本知识，为后续专业课打下基础。 基本知识，为后续专业课打下基础。

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基本概念基本概念

液体传动液体传动——以液体为工作介质传递能量和进行控制的一种以液体为工作介质传递能量和进行控制的一种传动方式，按工作原理不同又分为液压传动和液力传动。传动方式，按工作原理不同又分为液压传动和液力传动。

液压传动液压传动——在密闭回路中，利用液体的压力能来传递能量在密闭回路中，利用液体的压力能来传递能量的一种液体传动。因为其工作原理基于帕斯卡原理，所以的一种液体传动。因为其工作原理基于帕斯卡原理，所以又称为静液压传动。 又称为静液压传动。

液力传动液力传动——利用液体的动能来传递能量的一种液体传动。 利用液体的动能来传递能量的一种液体传动。 其工作原理基于工程流体力学的动量矩原理。其工作原理基于工程流体力学的动量矩原理。

传动传动 液体传动液体传动

气体传动气体传动

液体传动液体传动

电气传动电气传动

机械传动机械传动

液力传动液力传动

液压传动液压传动

流体传动流体传动

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参考文献参考文献 雷天觉主编雷天觉主编 . . 新编液压工程手册新编液压工程手册 [M]. [M]. 北京：北京理工大学北京：北京理工大学

出版社，出版社， 20052005 许福玲主编许福玲主编 . . 液压与气压传动液压与气压传动 [M]. [M]. 北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，

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版社，版社， 20042004 王宝和主编王宝和主编 . . 流体传动与控制流体传动与控制 [M]. [M]. 国防科技大学出版国防科技大学出版

社，社， 20012001 张磊等编张磊等编 . . 实用液压技术实用液压技术 300300 题题 [M]. [M]. 北京：机械工业出版北京：机械工业出版

社，社， 19981998 路甬祥 胡大宏编著路甬祥 胡大宏编著 . . 电液比例控制技术电液比例控制技术 [M]. [M]. 北京：机械工北京：机械工

业出版社业出版社 ,1988,1988 冯世波．冯世波． A4VA4V 系列液压泵的开发和应用系列液压泵的开发和应用 [J], [J], 液压气动与密封，液压气动与密封，

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建筑机械，建筑机械， 20042004 ，（，（ 44 ）：）： 52-5552-555

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第一章 液压传动基础知识

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第一章 液压传动基础知识机器的组成：原动机、传动装置、工作机构。

传动

机械传动

电气传动

气体传动

液体传动流体传动

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第一章 液压传动基础知识• 液体传动是以液体为工作介质传递能量和

进行控制的一种传动方式，按其工作原理的不同，又分为液压传动和液力传动。

• 液压传动是利用液体的压力能传递能量的一种液体传动，其理论基础是帕斯卡原理。

• 液力传动则是利用液体的动能传递能量的一种液体传动，其理论基础是动量矩原理。

• 注意：液体必须在密封容积中才能起传动的作用。

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第一章 液压传动基础知识1.1 液压传动的工作原理和组成1.2 液压传动的特点及应用1.3 液压传动的工作介质1.4 流体力学基本知识

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1.1 液压传动的工作原理和组成 一、液压传动的工作原理 举

升机构的液压系统结构式原理图

液压传动的工作原理液压传动的工作原理

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执行元件执行元件

动力元件动力元件 控制元件控制元件

辅助元件辅助元件

传动介质传动介质

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1.1 液压传动的工作原理和组成二、液压传动的组成• 动力元件（液压泵）动力元件（液压泵）：系统的能源，它是把原动机（电动机、发动

机）的机械能转换成液压能的“能量转换装置”；• 执行元件（液压缸、液压马达）执行元件（液压缸、液压马达）：系统对外做功的装置，是把液压能

转换成机械能的“能量转换装置”。前者实现往复运动，后者实现旋转运动；

• 控制元件（换向阀、溢流阀、流量阀等）控制元件（换向阀、溢流阀、流量阀等）：系统中的控制和调节装置。它能按设定的要求和工作循环，把液压能正确地提供给执行元件；

• 辅助元件（油箱、滤油器、油管、压力表、蓄能器、截止阀等）辅助元件（油箱、滤油器、油管、压力表、蓄能器、截止阀等）：它将使系统工作更完善，是保证系统正常工作的不可缺少的元件；

• 工作介质（液压油）工作介质（液压油）：用以传递能量，同时还起到散热和润滑作用。

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1.1 液压传动的工作原理和组成三、图形符号和液压系统图 为了简化液压系统原理图的绘制，用为了简化液压系统原理图的绘制，用

一种职能符号式液压系统原理图。在这种一种职能符号式液压系统原理图。在这种原理图中，各液压元件都用符号表示，原理图中，各液压元件都用符号表示，这这些符号只表示元件的职能和连接系统的通些符号只表示元件的职能和连接系统的通路，并不表示元件的具体结构路，并不表示元件的具体结构。我国制定。我国制定的液压系统图形符号标准的液压系统图形符号标准 GB/T786.1-1993GB/T786.1-1993 。。

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1.1 液压传动的工作原理和组成

(a) 系统原理图 (b) 、 (c) 换向阀

1 、 2— 单向阀； 3— 溢流阀；4— 节流阀； 5— 换向阀； 6—工作机构； 7— 液压缸； 8— 液压泵； 9— 滤油器； 10— 油箱。

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1.2 液压传动的特点及应用 一、液压传动的优点• 能获得较大的力或力矩；• 同其他传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻，体积

紧凑；• 可实现无级调速，调速范围大；• 易于布置，组合灵活性大；• 传动工作平稳，系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载；• 可以简便地与电控部分结合，组成电液结合成一体的传动和控制器件，

实现各种自动控制。这种电液控制即具有液压传动输出功率适应范围大的特点，又具有电子控制方便灵活的特点；

• 自润滑，不需要专门的润滑系统；• 元件已基本上系列化、通用化和标准化，利于 CAD 技术的应用、提高

功效，降低成本

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1.2 液压传动的特点及应用二、液压系统的缺点 • 易泄漏（内泄漏、外泄漏），故效率降低，液动机位移精度降低，锁精度降低，此外外泄漏使油浪费且污染环境；

• 对元件的加工质量要求高，对油液的过滤要求严格；• 受环境影响较大，液压传动性能对温度比较敏感；• 由于能量转换次数多等原因造成系统的总效率低，目前一般效率为 75 － 85％；

• 液压元件的制造和维护要求较高，价格也较贵；• 故障诊断与排除要求较高技术。

1.2 1.2 液压传动的特点及应用液压传动的特点及应用三、应用三、应用 由于液压传动有其突出的优点，所以在由于液压传动有其突出的优点，所以在国内外各种机械设备上得到了广泛的应用：国内外各种机械设备上得到了广泛的应用：

• 工程机械（各种建设机械、筑路机械、矿工程机械（各种建设机械、筑路机械、矿山机械、港口机械等） 山机械、港口机械等）

• 机械制造业（各种机床） 机械制造业（各种机床） • 航空航天（飞机等）航空航天（飞机等）

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1.3 液压传动的工作介质一、 概述 作用：液压油是传递动力和信号的工作介质，同时也起到润滑、冷却、

防锈的作用。其类型如下表

工业液压油

石油基液压油

机械油— 即全损耗系统用油汽轮机油普通液压油

专业液压油

抗磨液压油 低温液压油液压—导轨油高粘度指数液压油其他专业液压油

难燃型液压油

乳化油 水包油乳化液油包水乳化液

合成型液压油

水—乙二醇液 磷酸脂液 其他

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1.3 液压传动的工作介质二、液压油的性质 1. 密度 对于均质的液体来说，单位体积所具有的质量叫做密度，

其计算公式如下

V

m

式中 — 液体的密度 (kg/m3) m— 液体质量（ kg ） v— 液体体积（ m3)

我国采用 20℃ 时的密度为液压油的标准密度，以 20 表示

20

1.3 液压传动的工作介质2 、压缩性 液体受压力的作用发生体积变化的性质叫压缩性。液体压缩性的大小

可用体积压缩系数 来表示，是指液体所受的压力每增加一个单位压力时，其体积的相对变化量，即

V

V

P

1

式中负号是因为压力增大时 , 液体体积反而减小 ,反之则增大。为了使 为 正值 ,故加一负号。液体体积压缩系数的 倒数 , 即为液体体积弹性模量 , 用 表示 , 即

1

热胀性：液压油受热，体积↑而密度↓。 一般来说，在实际液压系统中，可以忽略油液的压缩性和热胀性，但一般来说，在实际液压系统中，可以忽略油液的压缩性和热胀性，但当压力较高或进行动态分析时就必须考虑液体的压缩性。当压力较高或进行动态分析时就必须考虑液体的压缩性。

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1.3 液压传动的工作介质3 、液压油的粘性 粘性—液体在流动过程中，由于相互间发生相对运动相互间发生相对运动而所

表现出来的力的性质，叫粘性。它表现出的力是指质点之间的内摩擦力。

液体的粘性，只有在质点有相互运动时才能表现出来，静止时是不会有粘性的 .

（ 1 ）粘性的度量粘性的大小用粘度表示。粘度是液体流动的缓慢程度的度量 按国标 GB/T3141—1994所规定，液压油产品的牌号用粘度的等级表示，即用该液压油在 40℃40℃ 时的运动粘度中心时的运动粘度中心值值表示。

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1.3 液压传动的工作介质

图 1-3 液体粘性示意图

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1.3 液压传动的工作介质 实验表明，各层间的内摩擦力与下述因素有关 (1) 与层间速度 dv 成正比，与层间距离 dz 成反比，即 T 与

成正比。这里 —速度梯度，即由下层向上层速度变化的快慢程度；

(2) 与两层液体的接触面积成正比；

(3) 与液体的品种有关，与压力无关。

dz

dv

dz

dv

用数学表达式为：内摩擦力 dz

dvAT

式中 —比例系数

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1.3 液压传动的工作介质(2) 粘度的表示方法

a)绝对粘度 （又叫动力粘度）动力粘度单位为帕 ·秒（ Pa·s ） , 即： N·s/ m2 。

b) 运动粘度 单位（ SI单位制）： m2/s ，在工程上常用mm2/s （厘斯， cSt ）或 cm2/s 表示（斯， St 表示，其换算关系为 1m2/ s=104St=106cSt 。

c) 相对粘度 中国、德国和俄罗斯用恩氏粘度 ，美国用赛氏粘度SUS ，英国用雷氏粘度 RS 。工业上常用 作为标准恩氏粘度。

50EoEo

25

1.3 液压传动的工作介质 结论： 压力、温度对于粘滞性的影响。 压力↑粘度↑，温度↑粘度↓，在压力不高时，

可以忽略其对粘度的影响

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1.3 液压传动的工作介质三、、液压油的选用 1 、对液压传动工作介质的要求　 不同的工作机械、不同的使用情况对液压传动工作

介质的要求有很大的不同；为了很好地传递运动和动力，液压传动工作介质应具备如下性能：

1) 合适的粘度，较好的粘温特性。 2) 润滑性能好。 3) 质地纯净，杂质少。 4) 对金属和密封件有良好的相容性。 5) 对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性

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1.3 液压传动的工作介质

6)抗泡沫好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。 7) 体积膨胀系数小，比热容大。 8) 流动点和凝固点低，闪点 (明火能使油面上油蒸

气闪燃，但油本身不燃烧时的温度 ) 和燃点高。 9) 对人体无害，成本低。　　对轧钢机、压铸机、挤压机和飞机等液压系统

则须突出耐高温、热稳定、不腐蚀、无毒、 不挥发、防火等项要求。

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1.3 液压传动的工作介质2 、液压油的选择选择液压油首先要考虑的是粘度问题（ 1 ）列出液压系统对液压油性能的变化范围要求 （ 2 ）尽可能选出符合或接近上述要求的工作介质品种（ 3 ）最终综合、权衡、调整各方面的要求，决定合适的油

液 .四、环保型液压油 液压油的环保性指的是液压油的生物可降解能力，生物可降解液压油是指即能满足机器液压系统的要求，其损耗产物又对环境不造成危害的液压油，又称为环境友好型液压油或绿色液压油。

1.3 1.3 液压传动的工作介质液压传动的工作介质

五、液压传动工作介质的污染及控制五、液压传动工作介质的污染及控制概述概述工作介质污染的原因工作介质污染的原因工作介质污染的危害工作介质污染的危害工作介质污染的控制工作介质污染的控制

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1.3 1.3 液压传动的工作介质液压传动的工作介质

概述概述 油液污染直接影响液压系统的工作可靠性油液污染直接影响液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命。国内外资料表明和元件的使用寿命。国内外资料表明 ,, 液压系液压系统的故障大约有统的故障大约有 70%70% 是由于油液污染引起的。是由于油液污染引起的。（特别是在新系统调试过程中）（特别是在新系统调试过程中）

液压系统油液污染物，按其类型可分为固液压系统油液污染物，按其类型可分为固体、液体和气体三种形式。固体颗粒主要由剥体、液体和气体三种形式。固体颗粒主要由剥落物、胶质、金属粉末、空气中带来的粉尘、落物、胶质、金属粉末、空气中带来的粉尘、砂子、研磨粉、沉积物和纤维等组成。液体污砂子、研磨粉、沉积物和纤维等组成。液体污染物主要指水分、清洗液及其他种类的油液。染物主要指水分、清洗液及其他种类的油液。气体污染物则主要指空气。气体污染物则主要指空气。

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工作介质污染的原因工作介质污染的原因

11 、残留物的污染、残留物的污染22 、侵入物的污染、侵入物的污染33 、生成物的污染、生成物的污染 污染度等级：单位体积工作介质中固体污染度等级：单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量。颗粒污染物的含量。

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工作介质污染的危害工作介质污染的危害

固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器以及阻尼孔（固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器以及阻尼孔（如先导式溢流阀的阻尼孔）如先导式溢流阀的阻尼孔）

微小颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损（对微小颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损（对于有特殊要求的活塞，在其表面焊上一层比较软于有特殊要求的活塞，在其表面焊上一层比较软的金属如铜合金）的金属如铜合金）

水分和空气的混入会降低液压油的润滑性，并加水分和空气的混入会降低液压油的润滑性，并加速其氧化变质；产生气蚀，使液压件加速损坏；速其氧化变质；产生气蚀，使液压件加速损坏；使液压传动系统出现振动、爬行等现象使液压传动系统出现振动、爬行等现象

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工作介质污染的控制工作介质污染的控制

减少外来的污染减少外来的污染滤除系统产生的杂质滤除系统产生的杂质控制工作介质的温度控制工作介质的温度定期检查更换液压油液定期检查更换液压油液

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34

1.4 流体力学基本知识

一 . 流体静力学基础• 液体静力学主要是讨论液体静止时的平衡规律以及这些规律的应用。 " 液体静止 "指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现粘性而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止的或是匀速、匀加速运动都没有关系。

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1.4 流体力学基本知识

作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力：单位质量液体受到的质量力称为单位质量力，在数值上就等于加速度 表面力：表面力是由与流体相接触的其它物体 (如容器或其它液体 )作用在液体上的力

单位面积上作用的表面力称为应力，它有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。

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1.4 流体力学基本知识1. 液体静压力及其特性 静压力是指液体处于静止状态时，单位面积上所受的法向作用力。静止液体中各点的压力不均匀，则液体中某一点的压力可写为

如法向作用力 F均匀地作用在面积 A 上，则压力可用下式表示

2米

A

FLimpA

0

A

Fp

（ 1-1 ）

（ 1-2 ）

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1.4 流体力学基本知识静压力有两个重要性质 :1) 液体静压力的方向总是作用面的内法线方

向。2)静止液体内任一点的液体静压力在各个方

向上都相等。

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1.4 流体力学基本知识2. 静压力基本方程 AghApAp 0

图 1-1 重力作用下的静止液体

（ 1-3 ）

39

1.4 流体力学基本知识化简后得： ghpp

0(1-4)

式中 p--静止液体中某一点的压力 p0-- 作用在液面上的压力h--该点离液面的垂直距离

-- 液体的密度 g-- 重力加速度

静压力基本方程说明了

40

1.4 流体力学基本知识(1)静止液体内任一点处的压力由两部分组成，

一部分是液面上的压力，另一部分是与该点离液面深度 的乘积。

(2) 同一容器中同一液体内的静压力随液体深度的增加而线性地增加。

(3) 连通器内同一液体中深度相同的各点压力都相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。 重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。

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1.4 流体力学基本知识静压力基本方程式的物理意义

czg

p

（ const)

上述表达式说明了静止液体中单位质量液体的压力能和位能可以互相转换，但各点的总能量却保持不变，即能量守恒，这就是静压力基本方程式中包含的物理意义

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1.4 流体力学基本知识3. 绝对压力、相对压力和真空度

压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力相对压力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相相对压力也称表压力对压力也称表压力。

绝对压力与相对压力的关系为： 绝对压力 = 相对压力 + 大气压力 绝对压力小于大气压时 , 负相对压力数值部分叫做真空度。即 真空度 = 大气压 -绝对压力 =-(绝对压力 - 大气压 )　　由此可知，当以大气压为基准计算压力时，基准以上的正值是表压力，

基准以下的负值就是真空度。绝对压力、相对压力和真空度的相互关系如图所示。

43

1.4 流体力学基本知识

绝对压力、相对压力与真空度间的相互关系

44

1.4 流体力学基本知识压力的单位 : 法定压力 (ISO)单位称为帕斯卡 ( 帕 ) ，

符号为 Pa ，工程上常用兆帕这个单位来表示压力：

1MPa=106Pa 在工程上采用工程大气压，也采用水柱高或汞柱高度等，在液压技术中，目前还采用的压力单位有巴，符号为 bar

=105Pa=1.02kgf/cm21bar

1.4 1.4 流体力学基本知识流体力学基本知识 通常在液压传动系统的压力管路和压力容器中通常在液压传动系统的压力管路和压力容器中，由外力所产生的压力要比由液体自重所产生的压力，由外力所产生的压力要比由液体自重所产生的压力大许多倍。例如液压缸、管道的配置高度一般不超过大许多倍。例如液压缸、管道的配置高度一般不超过10M10M ，如取油液的密度为，如取油液的密度为 900kg/m900kg/m33，则由油液，则由油液自重所产生的压力 ，而液压自重所产生的压力 ，而液压系统内部的压力通常在几到几十系统内部的压力通常在几到几十MpaMpa之间。因此，之间。因此，液压传动系统中，为使问题简化，由油液自重产生的液压传动系统中，为使问题简化，由油液自重产生的压力通常忽略不计，一般认为静止液体内部各处的压压力通常忽略不计，一般认为静止液体内部各处的压力都是相等的。这种提法不严格，但解决实际工程问力都是相等的。这种提法不严格，但解决实际工程问题很实用，以后在分析某些控制阀和液压系统的工作题很实用，以后在分析某些控制阀和液压系统的工作原理时常要用到它。原理时常要用到它。

45

900 9.8 10 0.0882gh MPa

1.4 1.4 流体力学基本知识流体力学基本知识4 4 帕斯卡原理帕斯卡原理 在密闭容器内，施加于静止液体上的在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到各点。这就是静压压力将以等值同时传到各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。传递原理或称帕斯卡原理。液压系统中的液压系统中的压力是由外界负载决定的压力是由外界负载决定的。 。

46

1.4 1.4 流体力学基本知识流体力学基本知识

5 5 液体静压力对固体壁面的作用力液体静压力对固体壁面的作用力• 静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点

在某一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在某一方向上所受静压作用力的总和，便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。在液压传动在该方向上作用于固体壁面上的力。在液压传动计算中质量力可以忽略，静压力处处相等，所以计算中质量力可以忽略，静压力处处相等，所以可认为作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。可认为作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。

• 当固体壁面是曲面时，作用在曲面各点的液体静当固体壁面是曲面时，作用在曲面各点的液体静压力是不平行的，曲面上液压作用力在某一方向压力是不平行的，曲面上液压作用力在某一方向上的分力等于液体静压力和曲面在该方向的垂直上的分力等于液体静压力和曲面在该方向的垂直面内投影面积的乘积。面内投影面积的乘积。

47

48

1.4 流体力学基本知识

二、流体动力学基础 1. 基本概念• 理想液体：既无粘性又不可压缩的液体。• 实际液体：既有粘性又可压缩的液体。• 液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变

化，这种流动称为稳定流动（恒定流动）；反之称为非稳定流动（非恒定流动）。

• 通流截面：垂直于液体流动方向的截面。• 单位时间内流过某通流截面的液体体积称为流量，即

vAt

Vq （ 1-5 ）

49

1.4 流体力学基本知识2.

液流的连续性原理液流的连续性原理

tAvtAvVVmm )()( 22112121

2211 AvAv 常数

1

2

2

1

A

A

v

v

或

（ 1-6 ）

50

1.4 流体力学基本知识 公式（ 1-6 ）被称为连续性方程，它说明了

在同一管路中，无论通流面积怎样变化，只要液体是连续的，即没有空隙，没有泄露，液体通过任一截面的流量是相等的；同时还说明了同一管路中通流面积大的地方液体流速小，通流面积小的地方则液体流速大。当通流面积一定时，通过液体的流量越大，其流速也越大。

51

1.4 流体力学基本知识3. 能量方程（流体的伯努利方程）

（ 1 ）理想流体的伯努利方程理想液体没有粘性，它在管内作稳定流动时没有能量损失。根据能量守恒定律，同一管道在各个截面上液体的总能量都是相等的。

理想液体微小流束的伯努利方程理想液体微小流束的伯努利方程

constu

gzp

2

2

52

1.4 流体力学基本知识或对流线上任意两点且两边同除以 g 可得

g

uz

g

p

g

uz

g

p

22

22

22

21

11

伯努利方程的物理意义：在管内作稳定流动的理想液体具有压力能、位能和动能三种形式的能量，在任一截面上这三种能量可以互相转换，但其总和却保持不变。而静压力基本方程则是伯努利方程（在流速为零时）的特例。

53

1.4 流体力学基本知识（ 2 ）实际流体的伯努利方程 实际液体具有粘性，因此液体在流动时还需克服由于粘性所引起的摩擦阻力，这必然要消耗能量，设因粘性而消耗的能量为 ，则实际液体微小流束的伯努利方程为

whg

vz

g

p

g

vz

g

p

22

22

22

21

11

实际液体流动时的能量损失也可以用压力损失表示

g

phw

p - 压力损失

wh

例题例题例例 11 ：液压泵的最大吸油高度 ：液压泵的最大吸油高度

54

例题例题 为保证液压泵正常工为保证液压泵正常工作，液压泵吸油口的真空作，液压泵吸油口的真空度不能太大。若真空度太度不能太大。若真空度太大，在绝对压力低于油液大，在绝对压力低于油液的空气分离压时，溶于油的空气分离压时，溶于油液中的空气会离析出而形液中的空气会离析出而形成气泡，成气泡，产生气穴现象产生气穴现象，出现振动和噪声。，出现振动和噪声。

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例题例题

例例 2 2 试运用连续性方程和伯努利方程分析变截面试运用连续性方程和伯努利方程分析变截面水平管道各处的压力情况水平管道各处的压力情况 . . 条条件件 :A1>A2>A3 :A1>A2>A3 比较比较 :: 流速和压力的大小流速和压力的大小

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1.4 流体力学基本知识三、管路压力损失计算

由于流动液体具有粘性，以及液体流动时突然转弯和通过阀口会产生相互撞击和出现漩涡等，液体流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，液体流动时需要损耗一部分能量。这种能量损失可用液体的压力损失来表示。压力损压力损失即是伯努利方程中的失即是伯努利方程中的 hwhw项，它由项，它由沿程压力损失和局部沿程压力损失和局部压力损失压力损失两部分组成。两部分组成。压力损失和流动的状态有关。

沿程压力损失：流体在直管中流动时产生的压力损失。 局部压力损失：流体流经管径突然变化处或流动方向突变产生的压力损失。

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1.4 流体力学基本知识流态、雷诺数 流动状态：层流和紊流层流和紊流。 层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，

液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，这时粘性力起主导作用。紊流时，液体流速较高，粘性制约作用减弱，因而惯性力起主动作用。

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1.4 流体力学基本知识试验证明液体在圆管圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速

有关，还和管道内径d 、液体的运动粘度有关。雷诺数

vDRe

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1.4 流体力学基本知识四、 液体流经孔口及缝隙的特性

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1.4 流体力学基本知识对于薄壁小孔，其流量为 ：

2

1

1

2pAK

pCAq

对于细长孔，其流量为

pAKpl

dq 2

4

128

-- 称薄壁小孔的节流系数 , 其中 c 为流量系数 , 为液体密度 2

1 CK

--称细长孔的节流系数。其中 d 为孔径 ， 为孔长， 为液体绝对粘度。

l l

dK

32

2

2

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薄壁小孔因其沿程阻力损失非常小，通薄壁小孔因其沿程阻力损失非常小，通过小孔的流量对油温的变化不敏感，因此薄壁小过小孔的流量对油温的变化不敏感，因此薄壁小孔多被用作调节流量的节流器使用。孔多被用作调节流量的节流器使用。

短孔的流量表达同薄壁小孔的流量公式短孔的流量表达同薄壁小孔的流量公式一样，雷诺系数较大时，流量系数一样，雷诺系数较大时，流量系数 CCdd基本稳定在基本稳定在0.80.8左右。由于短孔加工比薄壁孔容易的多，因左右。由于短孔加工比薄壁孔容易的多，因此短管常用做固定节流器。此短管常用做固定节流器。

流经细长孔的流量和孔前后压差流经细长孔的流量和孔前后压差∆∆ pp 成正比成正比，而和液体粘度，而和液体粘度 μμ 成反比，因此流量受液体温度成反比，因此流量受液体温度影响较大，这是和薄壁小孔不同的。影响较大，这是和薄壁小孔不同的。

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1.4 流体力学基本知识五、 液压冲击和气穴现象

1 、液压冲击 在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回

路时，致使液流速度急速地改变 (变向或停止 ) ，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击 (水力学中称为水锤现象 ) 。在研究液压冲击时，必须把液体当作弹性物体，同时还须考虑管壁的弹性。

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1.4 流体力学基本知识（ 1 ）液压冲击的危害 液压系统中出现压力冲击时．液体瞬时压力蜂值

可以比正常工作压力大几倍。液压冲击会损坏密封、管道或液压元件，使元件产生误动作，引起设备产生振动和噪声。

（ 2 ）液压冲击的类型 1) 因液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向发生突然变化时，液流惯性导致的液压冲击；

2) 运动的工作部件突然制动或换向时，因工作部 件的惯性引起的液压冲击。

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1.4 流体力学基本知识（ 3 ）减小液压冲击的措施• 使完全冲击改变为不完全冲击，可用减慢阀门关闭速度或设计缓冲装置来达到；

• 限制管中油液的流速；• 用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液

压冲击的能量；• 在出现液压冲击的地方，安装限制压力的安全阀。

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1.4 流体力学基本知识2. 气穴现象

（ 1 ）气穴现象的机理和危害 气穴现象又叫空穴现象。在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称为气穴现象。

气穴现象多发生在阀口和液压泵的吸油口。在阀口处，一般由于通流截面较小而使流速很高，根据伯努利方程，该处的压力会很低，以致产生气穴。在液压泵的吸油过程中，吸油口的绝对压力会低于大气压，如果液压泵的安装高度太大，再加上吸油口处过滤器和管道阻力、油液粘度等因素的影响，泵入口处的真空度很大，亦会产生气穴。

这些气泡随着液流流到下游压力较高的部位时，会因承受不了高压而破灭，产生局部的液压冲击，发出噪声并引起振动，当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥落，使表面粗糙，或出现海绵状的小洞穴。这种固体壁面的腐蚀、剥蚀的现象称为气蚀。

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1.4 流体力学基本知识

（ 2 ）为了防止气穴，可采取下列措施：• 系统中应减小流经节流小孔、缝隙的压力降，一般希望小孔前后的压力比 <3.5 ；

• 使用、安装泵时应注意以下几点：尽量降低吸油高度，吸油管路应有足够的管径并避免吸油管内有急弯和局部狭窄处，接头应有良好的密封，滤油器应及时清洗或更换滤芯等，必要时可采取低压辅助泵向吸油口供油；

• 正确选择液压系统各管段的管径，对流速要加以限制；• 整个系统的管道应尽可能做到平直，避免急弯和局部窄缝。

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