【正文】 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 第三章 液壓流體力學(xué)基礎(chǔ) ?第一節(jié) 液體靜力學(xué) 討論液體的平衡規(guī)律以及規(guī)律的應(yīng)用。 一、壓力及其性質(zhì) 液體上的力 質(zhì)量力（重力、慣性力） — 液體的所有質(zhì)點(diǎn) 表面力（法向力、切向力等） — 作用于液體的表面 重要性質(zhì)：靜止液體各向壓力相等 。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 靜壓力基本方程 靜壓力是指液體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其單位面積上所收的法向作用力。液壓傳動(dòng)中稱為壓力，而在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。可表示為： P=F/A 二、重力作用下靜止液體壓力分布 壓力單位為牛頓 /米 2(N/m2)，帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕 (Pa)。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 如圖所示，液面壓力為 P0， 求 A點(diǎn)壓力： 取小液柱底面 ?A，高為 h。 平衡狀態(tài)時(shí)力平衡方程為 P=p0+ρgh=p 0+γh ρ —— 液體的密度 γ —— 液體的重度 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 1）靜壓力的沿著作用面的法線方向。 —— 因液體不能承受拉力和剪切力。 2)壓力隨深度呈梯度變化。 3)靜止液體中同一深度任何一點(diǎn)所受到各個(gè)方向壓力都相等。 —— 有一向壓力不等，液體就會(huì)流動(dòng) ?靜壓力分布特性 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 如圖所示，液面壓力為 p0。選擇一基準(zhǔn)水平面 (OX)，距液面深度為 h處 A點(diǎn)的壓力 p， 即 p=p0+ρg h=p0+ρg (z0z) 整理得 P/ρg+z=p0/ρg+z0=常數(shù) 式中 z—— A點(diǎn)單位重量液體的位能。又稱為位置水頭、靜力頭。 靜壓力基本方程式的物理意義 ?結(jié)論：靜止液體有壓力能和位能，總和不變！ —— （能量守恒） School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) ● 絕對(duì)壓力：包含大氣壓力。 以絕對(duì)零壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為 絕對(duì)壓力 。 ● 相對(duì)壓力：又稱表壓力。 以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)所表示的壓力，稱為 相對(duì)壓力 。 ● 真空度：當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓力時(shí)，絕對(duì)壓力不足大氣壓力的那一部分值。 三、壓力的表示方法 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 絕對(duì)壓力＝大氣壓力＋相對(duì)壓力（表壓力） 相對(duì)壓力（表壓力）＝絕對(duì)壓力－大氣壓力 真空度＝大氣壓力－絕對(duì)壓力 pa ppa ppa p=0 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 我國(guó)法定壓力單位帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕，符號(hào) Pa， 1Pa = 1 N/m2。工程上常用兆帕（ MPa）來(lái)表示： 1MPa = 106 Pa 換算關(guān)系 : ? 1at（工程大氣壓） ≈ 1kgf/cm2= 104 Pa ? 1at m= 105Pa≈105Pa ≈ 1mH2O(米水柱 )= 103 Pa 1mmHg(毫米汞柱 )= 102 Pa 1bar(巴 ) = 105 Pa≈? 【 結(jié)論 】 1個(gè)大氣壓 ≈1kgf/cm2 【 說(shuō)明 】 在企業(yè)里，有時(shí)將 1kgf/cm2讀成 1公斤，雖不規(guī) 范，但約定俗成。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 由方程式 p=p0+ρgh 可知：液體中任何一點(diǎn)的壓力都包含有液面壓力 p0，或者說(shuō)液體表面的壓力 p0等值的傳遞到液體內(nèi)所有的地方。 這稱為帕斯卡原理或靜壓傳遞原理。 四 、 帕斯卡原理 通常在液壓系統(tǒng)的中，由外力所產(chǎn)生的壓力 p0要比液體自重所產(chǎn)生的壓力大許多倍。即對(duì)于液壓傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，一般不考慮液體位置高度對(duì)于壓力的影響 —— 【 結(jié)論 】 靜止液體內(nèi)壓力處處相等。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 例 31 圖 16所示為一充滿油液的容器，如作用在活塞上的力為F=1000N，活塞面積 A=1 10－ 3m2，忽略活塞的質(zhì)量。試問(wèn)活塞下方深度為 h=？油液的密度 ρ=900kg/m3 。 解： p=p0+ρgh，壓力 p0=F/A=1000/（ 1 10－ 3） N/m2=106N/m2，深度為 h=： p=p0+ρgh=（ 106+900 ） N/m2 = 106N/m2≈106Pa=1MPa 液體在受壓情況下 ，其液柱 高度所引起的壓力 ρgh相當(dāng)小 ， 可以忽略不計(jì) ，并認(rèn)為整個(gè)靜止液體內(nèi)部的壓力是相等的。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例 ——推力和負(fù)載間關(guān)系 帕斯卡原理應(yīng)用實(shí)例液壓缸截面積為 A A2；活塞上負(fù)載為 F F2。兩缸互相連通，構(gòu)成一個(gè)密閉容器，按帕斯卡原理，缸內(nèi)壓力到處相等，p1=p2，于是 F2＝ F1 . A2/A1，如果垂直液缸活塞上沒(méi)負(fù)載，則在略去活塞重量及其它阻力時(shí)，不論怎樣推動(dòng)水平液壓缸活塞，不能在液體中形成壓力。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 五、壓力對(duì)固體壁面的總作用 力 壓力作用在平面上的總作用力 當(dāng)承受壓力作用的面是平面時(shí)，壓力的方向互相平行?？傋饔昧?F等于壓力 p與面積 A的乘積。即 F= 。 圖示液壓缸，總作用力： F==p.?D2/4 式中 p－油液的壓力； D－活塞的直徑。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 液壓系統(tǒng)壓力形成 p = F/A F = 0 p = 0 F↑ p↑ F↓ p↓ 結(jié)論：液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負(fù)載， 并且 隨著負(fù)載的變化而變化。 F A p School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 當(dāng)承受壓力作用的表面是曲面時(shí)，作用在曲面上的所有壓力的方向均垂直于曲面（如圖所示），圖中將曲面分成若干微小面積 dA，將作用力 dF分解為 x、 y兩個(gè)方向上的分力， 即 Fx＝ ?= FY= ?= 式中， Ax、 Ay分別是曲面在 x 和 y方向上的投影面積。 所以總作用力 F=(Fx2+Fy2)1/2 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 作用在曲面上的總作用力 Fx = pAx 結(jié)論： 曲面在某一方向上所受的作用力 ， 等于液體壓力與曲面在該方向的垂直投影面積之乘積 。 作用在曲面上的總作用力 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 例 32 安全閥如 圖 37所示。閥心為圓錐形，閥座孔徑 d=10mm，閥心最大直徑 D=15mm。 當(dāng)油液壓力 p1=8MPa時(shí) ，壓力油克服彈簧力頂開(kāi)閥心而溢油，出油腔背壓 p2=。 求彈簧的預(yù)緊力 。 圖 32 安全閥示意圖 解 1）壓力 p p2向上作用在閥心錐面上的投影面積分別為 πd2/4和 π（ D2d2） /4,故閥心受到的向上的作用力為： 222121 44 pdDpdF )(ππ ???2）壓力 p2向下作用在閥心平面上的面積為 πD2/4，則閥心受到的向下作用力為： 222 4 pDFπ?School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué) 流體運(yùn)動(dòng)學(xué) 研究 流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 流體動(dòng)力學(xué) 研究 作用于流體上的力與流體運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系 。 流體動(dòng)力學(xué)的三個(gè)基本方程 : ?連續(xù)方程 —— 質(zhì)量守恒定律 ?能量方程 —— 能量守恒定律 ?動(dòng)量方程 —— 動(dòng)量守恒定律 在敘述這些基本方程時(shí)以液體為主要對(duì)象 。 School of Mechanical Engineering 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 第三章 流體力學(xué) 液壓傳動(dòng) 一、 基本概念 1. 理想液體、恒定流動(dòng)和一維流動(dòng) 實(shí)際液體具有粘性 ，研究液體流動(dòng)時(shí)必須考慮粘性的影響。 分析時(shí)先假設(shè)液體沒(méi)有粘性 且不可壓縮，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等辦法對(duì)理想化的結(jié)論進(jìn)行補(bǔ)充或修正。 既無(wú)粘性又不可壓縮的假想液體 稱為 理想液體 。 液體流動(dòng)時(shí) ，如液體中 任何一點(diǎn)的壓力 、 速度 和 密度 都不隨時(shí)間而變化，便稱液體是在作 恒定流動(dòng) ；反之，只要壓力、速度或密度中有一個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化，則液體的流動(dòng)被稱為 非恒定流動(dòng) 。研究液壓系統(tǒng)靜態(tài)性能時(shí) ，可以認(rèn)為流體作 恒定流動(dòng) ；但在 研究其動(dòng)態(tài)性能時(shí) ，則必須按 非恒定流動(dòng) 來(lái)考慮