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机械工程学院 李硕 液压与气压传动 本次课的教学内容 上次课重点内容复习 上次课主要讲授了:1、液压与气压传动的定义、工作原理、特点及系统的组成;2、液压油液的性质、要求与分类、选用时应考虑的因素等。 本次课教学重点与难点 本次课基本要求 本次课教学方法 本次课的新内容 液体静力学 液体动力学 第 2 次 课 静压力基本方程式 帕斯卡原理 流量连续性方程 伯努利方程 掌握理想液体、帕斯卡原理等基本概念与理论;掌握静压力基本方程、流量连续性方程、伯努利方程、动量方程及它们的应用 讲授法 液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门 学科。 液体静力学 研究液体在静止状态下的力学规律及其应用 液体动力学 研究液体流动时流速和压力的变化规律 管道中液流的特性 用于计算液体在管路中流动时的压力 损失 孔口及缝隙的压力流量特性 是分析节流调速回路性能和 计算元件泄漏量的理论依据 液压冲击和气穴现象 概 述 第二章 液压传动基础 第二节 液体静力学基础 液体的静压力 定义:静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。 表达式: (ΔA→0) 若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时,静压力可表示为: 液体静压力在物理学上称为压强,工程实际应用中习惯称为压力。 液体静压力的特性 液体静压力垂直于承压面,方向为该面内法线方向。 液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。 一、静压力及其特性 第二章 液压传动基础 二、静压力基本方程式 静压力基本方程式 表达式及其推导:p=p0+ρgh (推导过程见图1-3) 重力作用下静止液体压力分布特征: 1)压力由两部分组成:液面压力p0,自重形成的压力ρgh。 2)液体内的压力与液体深度成正比。 3)离液面深度相同处各点的压力相等,压力相等的所有点组成等压面,重力作用下静止液体的等压面为水平面。 4)静止液体中任一质点的总能量 保持不变,即能量守恒。 5)一般P ρgh ,可忽略 ρgh 项 第二章 液压传动基础 第二节 液体静力学基础 二、静压力基本方程式 压力的表示法及单位 绝对压力 以绝对真空为基准进行度量 相对压力或表压力 以大气压为基准进行度量(P-P0) 真空度 绝对压力不足于大气压力的那部分压力值。此时相对压力为负值,又称负压。 法定单位 帕 Pa ( N / m2) (其他非法定单位及换算关系 详见P17-18)。 静压力基本方程式的应用 例1-1 第二章 液压传动基础 第二节 液体静力学基础 三、帕斯卡原理 在密闭容器内,施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点,这就是帕斯卡原理。也称为静压传递原理。 图示是应用帕斯卡原理的实例 作用在大活塞上的负载F1形成液体压力 p= F1/A1 为防止大活塞下降,在小活塞上应施 加的力 F2= pA2= F1A2/A1 由此可得:液压传动可使力放大,可使力缩 小,也可以改变力的方向。(千斤顶放大力) 液体内的压力是由负载决定的。 第二章 液压传动基础 第二节 液体静力学基础 四、静压力对固体壁面的作用力 液体和固体壁面接触时,固体壁面将受到液体静压力的 作用 1)当固体壁面为平面时,液体压力在该平面的总作用 力 F = p A ,方向垂直于该平面。 2)当固体壁面为曲面时,液体压力在曲面某方向上的 总作用力 F = p Ax , Ax 为曲面在该方向的投影面积(适 用于任何曲面)。 例1-2 第二章 液压传动基础 第二节 液体静力学基础 第三节 液体动力学方程 主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。流 动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流 动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映了 液体的压力、流速与流量之间的关系,动量方程用来解 决流动液体与固体壁面间的作用力问题。 基本概念 流量连续性方程 伯努利方程 动量方程 第二章 液压传动基础 一、基本概念 理想液体 假设的既无粘性又不可压缩的液 体称为理想液体。(相对为实际液体) 恒定流动 液体流动时,液体中任一点处的 压力、速度和密度都不随时间而变化的流 动,亦称为定常流动或非时变流动。 通流截面 垂直于流动方向的截面,也称为过流截面。 流量 单位时间内流过某一通流截面的液体体积,流量以q表示,单位为 m3 / s 或 L
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