第一章液压传动基础知识

这张图是关于液压传动基础知识的思维导图，涵盖液体动力学、液压流、液压静力学等核心内容，适合用于学习和复习相关知识点。

液压传动基础知识

• 液压油液
  • 液压油液的性质
    • 密度和重度：
      • 密度ρ：单位 Kg/m3 对匀质液体：单位体积内液体的质量ρ= m/V 重度γ：单位N/m3 对匀质液体：单位体积内液体的重量。γ=G/V
    • 可压缩性
      • 体积压缩系数κ：受压液体在单位压力变化下的液体体积相对变化量
      • 液体体积弹性模量K：产生单位体积相对变化量所需要的压力增量 K=1/κ
    • 粘性
      • 粘性：液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力为了阻碍分子的相对 运动而产生的一种内摩擦力。液体只在流动时才会出现粘性，静止液体是不 呈现粘性的
      • 衡量粘性大小是粘度 表示粘度有三种方法
      • 粘度与压力、温度的关系
        • 油液粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏 量，因此希望粘度随温度的变化越小越好
        • 压力增加，粘度增大。但在液压系统使用的 压力范围内，增大数值很小，可忽略不计。
        • 温度升高，粘度下降。不同的油液有不同的 粘度温度变化关系，这种关系叫做油液的粘 温特性。
      • 动力粘度µ
        • 指它在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。
      • 子主题
      • 相对粘度
        • 相对粘度又称条件粘度。它是采用特定的粘度计在规定的条件 下测出来的液体粘度.
      • 运动粘度v
        • 工程中常用运动粘度来标志液体的粘度。如液压油的牌号，就是这种油液 在40℃时的运动粘度的平均值，如L-HL32液压油即表示这种油在40℃时 的运动粘度的平均值为32cSt.
        • 液体动力粘度与其密度的比值，称为运动粘度。v=μ/ρ
  • 对液压传动工作介质的要求
    • 粘度适宜，粘温特性要好；油液纯净，不含杂质（化学及机械杂质）； 凝固点要低，以防寒冷凝固；闪点和燃点要高，以防燃烧；润滑性能好。
    • 工作介质的选用原则:1)工作压力 高-选粘度大的，低-选粘度小的； 2)环境温度 高-选粘度大的，低-选粘度小的； 3)工作部件的运动速度 高-选粘度小的；低-选粘度大的。
• 液体静力学
  • 液压静压力及其特性
    • 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。
      • 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.
    • 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。
    • 表面力作用于所研究液体的表面上，如法向力、切向力。
    • 静压力：静止液体单位面积上所受的法向力，用p表示
    • 两个重要特性
      • 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。
      • 静止液体中，任何一点所受到的各方向的静压力都相等。
    • 压力的表示方法及单位
      • 压力的法定计量单位为Pa（帕）1Pa=1N/m 1 KPa=1000 Pa 1 MPa=1×106Pa 常见压力单位有KPa、MPa
      • 绝对压力：以绝对真空为基准度量 相对压力：以标准大气压为基准度量
      • 真空度：绝对压力比大气压小的那部分数值
    • 静压力作用在平面上的总作用力
      • 根据静压力的特性，流体对固体壁面产生的压力是垂 直压向作用面的，固体壁面上各点所受静压力作用的 总和便是液体作用在固体壁面上的总作用力。 当固体壁面为平面时，静压力在该平面上的总作用力 等于液体工作压力 （忽略质量力）与该平面面积的乘积， 即F=pA
    • 静压力作用在曲面上的总作用力
      • 当固体壁面为一曲面时，液压力作用在曲面某一方向上的 总作用力等于液体压力与曲面在该方向垂直平面上投影面 积的乘积。
    • 帕斯卡原理（静压传递原理）
      • 液压系统的压力是由外负载决定的。
      • 帕斯卡原理：在密闭容器内，施加于静止液体表面上的压力 将等值地同时传递到液体内各点。P2=F2/A2=F1/A1=P1
• 液体动力学
  • 理想液体、定常流动和一维流动
    • 理想液体：无粘性且不可压缩的液体。
    • 定常流动：流动液体中任一空间点处的压力、速度和密度等都不随 时间变化。反之，称为非定常流动。
    • 一维流动：液体整个作线形流动。一般把封闭容器内的流动按一维 流动处理，再用实验数据修正
  • 流线、流束和通流截面
    • 流线：某一瞬时液流中一条条标志其各处质点运动状态的曲线。流线上各点瞬时 液流方向与质点运动的切线方向重合，它是一条条光滑曲线。 流线不能相交，也不能拐折线弯
    • 流束：通过某截面流线的集合构成流束。
    • 通流截面：流束中与所有流线正交的截面。
  • 流量和平均流速
    • 流量：单位时间内流过流束通流截面的液体体积。
    • 平均流速： 假设通流截面上各点的流速均匀分布，液体以此均布流速流过通流截面的流量等于以实际流速 流过的流量
  • 连续性方程
    • 根据质量守恒定律，单位时间内流入流束的质量应该等于流出的质量。q=vA=常数 不可压缩液体作定常流动时的连续性方程。
    • 【物理意义】在稳定流动的情况下，当不考虑液体的压缩性时，通过管道各通流截面的流量相等。
  • 伯努利方程
    • 根据能量守恒定律，理想流体在任意截面上能量守恒。 V2/2+p/ρ+gh=常数
    • 【物理意义】理想液体作恒定流动时，在同一流束内的动能、压力 能和位能这三种能量的总和等于常数，三种能量之间可以相互转换。
    • 液压泵吸油口处的真空度由三部分组成：把油液提升到高度h所需的压力、 将静止液体加速到V2所需的压力、吸油管路的压力损失
  • 动量方程
    • 动量方程是动量定律在流体力学中的具体运用。动量定律：作用在物体上全部外力的矢量和等于物体动量的变化率。∑F=d（mv）/dt=ρq（V2-V1）上式即为不可压缩液体作恒定流动时的动量方程，等式左边为作用于控制体积上的全部外力之和，等式右边为液体动量的变化率。
    • 【物理意义】作用在液体控制体积上的外力总和等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体动量之差
  • 液体的流动状态
    • 分类
      • 层流：液体质点在管道中沿轴向方向流动，没有横向运动，质点互不混杂，层次分明流动。
      • 絮流：又称为湍流。液体各质点做不规则紊乱运动，质点具有横向的脉动速度， 也具有纵向的脉动速度。
    • 雷诺数
      • Re=Vd/v V：平均流速 d：管径 v：液体的运动粘度
      • 物理意义：雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比
      • 当雷诺数较大时，说明惯性力起主导作用，这时液体流动处于絮流状态； 当雷诺数较小时，说明粘性力起主导作用，这时液体流动处于层流状态。
    • 液体在直管中流 动时的压力损失
      • 沿程压力损失：液体在直管中流动时产生的压力损失。
      • 沿程压力损失与液体粘度、管长、流速成正比，与管径的平方成反比
      • 局部压力损失：液体流经管径突然变化处或流动方向突变产生的压力损失。
      • 流体流经阀口、弯管及突变截面时，产生的能量损失称为局部压力损失。 因为当流体流经这些局部阻力区时，流速大小及方向发生急剧变化， 局部区域形成旋涡、冲击等现象，使流体质点互相碰撞和摩擦等而产生能量损失。
      • 总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和
      • 减小流速，缩短管路长度，减少管截道面突变，提高管壁加工质量等都可以 减小压力损失，但在这些因素中，流速影响最大，因此在液压传动系统中， 管路的流速不应过高。
      • 管内流速分布情况：在半径方向上按抛物线规律分布，最大流速 在轴线上(r=0)，最小流速在管壁
      • 流量与液体粘度、截面面积、压力差有关。在压力差不变的 情况下，改变截面面积可控制流量。
• 孔口流动
  • 薄壁小孔：小孔长度l和小孔直径d之比 l/d≤0.5的孔。
  • 细长孔：小孔长度l和小孔直径d之比 l/d＞4的孔
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