《液气压传动》第二章

2 液压传动中的工作液体工作液体是液压能的载体，其基本功能是进行能量的转换和传递。

此外，它还对液压元件和系统进行润滑和冷却。

2.1液体的主要物理性质 2.1.1液体的压缩性液体体积随作用压力的变化而体积发生相应变化的性质称为液体的压缩性。

压缩性大小用压缩系数β表示，即dpdVV p V V β1)ΔΔlim(-== (Pa -1) (2-1)其平均值：)(1//pp VV V β---= （2-2）式中： p 、p ′—压力（Pa ）；V 、V ′—压力为p 和p ′的液体体积（m 3）；dp —压力增量（Pa ）；dV —压力增加到p + dp 时的液体体积减少量（3m ）； 既然液体具有压缩性这一物理性质，那么当液体受到压缩时，它必然产生一种向外膨胀的力，当液体受到压缩时，所产生的这种向外膨胀的力，可以看成是一种弹性力，其大小用弹性系数K 来表示。

υd dp V βK -==1（Pa ） （2-3）6 液压传动与控制2.1.2 粘性粘性是液体阻止自身发生剪切变形的一种特性，它存在于液体的内部。

由于液体粘性的存在，液体在流动过程中，因克服自身的内摩擦力必然要做功。

（1如图定，u不动，邻流速较慢的液体层，有一个加速作用，流速较慢的液体层，对相邻流速较快的液体层，有一个减速的作用，在流速不同的液体层之间，粘性引起的内摩擦力是成对出现的。

经过实验得知，两平板间各层液体的速度变化如图中所示，各层间产生的内摩擦力F，与接触面积A，相对速度差du成正比，而与垂直距离dy成反比，即F∞Adu/dy，如乘以比例常数，则有：液压传动中的工作质 7dyduA μF ±= (2-4)令τ为单位面积上的内摩擦力，即内摩擦应力（或切应力），于是：dyduμA F τ±==(N/m 2) (2-5) 式（2-4），（2-5）中的du /dy 称为速度梯度，即速度在垂直于该速度方向上的变化率。

（2）动力粘度式（2-4），（2-5）中的比例系数μ，它代表着液体的一种物理性质—粘性，称为绝对粘度或动力粘度。

（液气压传动与控制）课程教案主讲教师：职称：所在部门：机电工程学院机械电子工程系学年学期：2007 —2008 学年第下学期专业班级：机械工程与自动化2006课程总学时：48 总学分： 3其中讲课学时: 42 ；实验学时： 6 ；上机学时：“气压传动与控制”课程教案一、专业名称与班级机械工程及自动化专业20XX级二、培养目标《液气压传动与控制》是机械工程及自动化学科本科生必修的公共课程。

通过对该课程的学习，使学生掌握液气压传动系统及元件的工作原理、结构、特性及其应用；掌握液气压传动系统设计方法，了解液气压伺服控制的基础理论，并能将“液气压传动”应用于机电系统设计。

三、课程名称、总学时、讲课学时《液气压传动与控制》，总学时48学时，讲课学时42学时，实验学时6学时。

四、课程在本专业培养中的地位，课程与其它相关课程的联系本课程是四年制机械制造及自动化专业、机械电子工程专业的公共基础课程，它是以《机械原理》、《机械设计》、《机电传动控制》、《电工及电子技术》等多门基础课为基础的专业技术基础课。

通过对本课程的学习，不仅能进一步巩固上述课程的理论知识，而且能将所学的理论知识应用到实际系统的设计问题中。

五、学习本课程的目的和要求达到的目标本课程主要讲授液气压传动技术的理论、设计及应用。

通过本课程的学习要求学生掌握液气压传动的基本知识，掌握液气压传动的特点；掌握液气压元件的工作原理及工作特性；掌握一定数量液气压传动基本回路和熟悉几种典型的液气压系统；能正确阅读液气压传动系统图；了解液气压传动比例伺服控制技术的基本理论，能阅读和拟定简单的系统原理图，能计算系统的主要参数和合理选用元件，以及学会正确使用和维护液气压传动设备的方法。

六、课程的总体安排、教学重点、难点学习要求及教学方式教材：《液气压传动与控制》袁子荣主编重庆：重庆大学出版社，20XX年3月第1版；第一章液气压技术的基础知识讲课2学时。

内容：了解液压与气压传动的优缺点及应用发展；掌握液压与气压传动的特点、原理和组成。

2、5液体流经孔口和缝隙流量—压力特性2、6液压冲击和气穴现象目的任务:⏹了解流量公式、特点、两种现象产生原因⏹掌握薄壁孔流量公式及通用方程、两种现象危害及消除2、5液体流经孔口和缝隙流量—压力特性2、6液压冲击和气穴现象重点难点:⏹薄壁小孔流量公式及特点⏹流量通用方程及各项含义⏹平行平板缝隙和偏心圆环缝隙流量公式之结论⏹两种现象危害及消除方法提问作业:1 动力学三大方程各是什么？分别是刚体力学中哪些定律在流体力学中的具体应用?2 液压传动中液体的流态和压力损失有哪几种？其判别方法和产生原因各是什么？3 液压传动油管中为何种流态？产生什么损失?2、5、1流经孔口和缝隙的流量—压力特性概述：孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础，因此：小孔虽小（直径一般在1mm以内），缝隙虽窄（宽度一般在0、1mm 以下），但其作用却不可等闲视之。

小孔流量—压力特性⏹薄壁小孔流量压力特性⏹短孔和细长孔的流量压力特性⏹流量通用方程小孔流量—压力特性薄壁小孔l/d ≤ 0·5孔口分类｛细长小孔 l/d > 4短孔0.5 < l/d ≤4薄壁小孔流量压力特性如图取孔前通道断面为1—1断面，收缩断面为2—2断面，管道中心为基准面，z1 = z2，列伯努利方程如下：p 1+ρα1v12 /2= p2+ρα2v22/2 +△pw∵ v 1 << v 2 v 1可忽略不计，收缩断面流动是紊流 α2=1； 而△p w 仅为局部损失 即 △p w =ζρv 22/2 ∴ v 2 =√2/ρ·(p 1-p 2)/√α2+ξ = C v √2△p /ρ故 q = A 2v 2 = CcA T v 2 = C v CcA T √2△p/ρ = C q A T √2△p/ρ Cq = C v Cc Cc = A 2/A T = d 22/d 2 A = πd 2/4 液流完全收缩情况下（D/d ≥ 7）： 当Re ≤105 Cq = 0、964Re -0、05 当Re > 105 Cc = 0.61 ∽ 0.63 Cv = 0.97 ∽ 0.98 Cq = 0.6 ∽ 0.62 液流不完全收缩时（D/d < 7），结论：∵ q ∝√△p ，与μ无关。

液气压传动和控制课程教学大纲课程中文名称：液气压传动和控制课程英文名称： Hydrpenumatic & Control课程类别：专业基础课程编号: 0803102013课程归属单位：机械工程学院制定时间：2007年7月一、课程的性质、任务一）课程的性质和任务本课程是机械类各专业的一门专业基础课，主要内容包括液压传动、气压传动和伺服控制等。

其目的是使学生在已有的基本知识的基础上，掌握液气压传动和控制技术方面的基本理论、基本原理及特点和使用方面的知识，以便具有阅读分析、合理选择使用和设计液气压传动和控制系统的能力。

本课程的任务主要是让学生在掌握液气压传动这项专门技术的同时，为后续的相关课程机械加工设备、机电传动和控制、工业机器人、铸造机械化、金属和塑料成形设备、模具制造工艺及设备、农业机械等专业课程提供必要的液气压传动及控制技术基础。

二）课程的基本要求1、掌握液气压传动和控制的流体力学基础和使用范围。

2、掌握液气压传动和控制的基本原理、组成和特点。

了解液压油的性能和选用原则。

3、了解各种标准液气压元件的工作原理、结构特点、工作性能及使用范围，并能根据要求正确选用和使用。

4、掌握缸的结构特点、工作性能和设计计算方法。

5、了解辅助元件的类型、工作原理及使用。

6、掌握各种基本回路的特点，在进行液压系统设计时，能根据工艺要求合理选用。

7、了解液压伺服控制系统原理及使用。

8、能根据工艺要求进行液压系统的设计，并具有阅读和分析中等复杂程度液压原理图的能力。

三）课程的适用专业和学时数1、适用专业：机械类本科机械制造及其自动化、材料成形和控制工程、农业机械等专业。

2、学时安排：总学时为46学时。

其中理论教学38学时，实验教学12学时（课内8学时，课外4学时）。

四）课程和其他课程关系1、先修基础课程：流体力学或材料成形冶金传输原理、工程力学、机械设计、电工学；2、后续专业课程：机械加工设备、机电传动和控制、工业机器人、铸造机械化、金属和塑料成形设备、模具制造工艺及设备、农业机械等。

第二章　流体力学基础液气压传动的工作介质流体静力学气体状态方程流体动力学液压系统的压力损失孔口及缝隙的流量压力特性充、放气温度与时间的计算2.2流体静力学 流体静力学主要是讨论静止流体的力学特性及其基本方程，以及在流体传动中的应用。

所谓“静止流体”指的是流体内部质点间没有相对运动（处于平衡状态），不呈现粘性而言。

一、液体静压力及其特性1. 作 用 于 流 体 上 的 力作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。

① 质量力:指与流体质量成正比的力。

如：重力、惯性力直线：离心：F ma=F mrω=② 表面力:指与流体的作用面积成正比的力。

如：固体壁面对液体的作用力，液体表面上气体的作用力等 外力从液体内部取出的分离体所受的力内力流体处于静止（或平衡）状态时，单位面积上所受到的法向力，称为静压力（p ）。

2. 流体静压力及其特性F1F2F3F 4F 5F 3F 4△F △A ① 若包含液体某点的微小面积ΔA 上所作用的法向力为ΔF ， 则该点的静压力p 定义为：0lim A F p A ∆→∆=∆Fp A重要性质流体静压力的方向必然是沿作用面的内法线方向；由于液体质点间的凝聚力很小，微小的切力作用就会引起 质点的相对运动，这就破坏了流体的静力平衡。

因此平衡 条件下的流体只能承受压应力，而压力即为内法线方向。

？静止流体内任一点的流体静压力在各个方向上都相等，即：作用于一点的流体静压力的大小与该点的作用面在空间的方位无关。

方向大小♂ 虽然同一点的各方向压力相等，但不同点的压力却不是一样的， 因流体是连续介质，所以压力是空间坐标的连续函数， 即： P = f ( x. y. z )二、重力作用下静止液体的压力分布1. 静 压 力 基 本 方 程如图所示：容器中静止液体所受的力有：液体重力（F G ）、液面上压力（p0）及容器壁面作用在液体上的反压力。

该液体中任意一点的静压力可从液体中取微元体进行研究，微元体在垂直方向上的力的平衡方程为：00G p A p A F A p A gh A ρ⋅∆=⋅∆+⋅∆=⋅∆+⋅∆0p p gh ρ=+⇒静压力的基本方程2. 结 论① 液体内任意一点的压力由两部分组成表面力：p 0质量力：ρgh② 静止液体中压力随液体深度呈线性分布；③压力相等的所有点组成的面积称为等压面。