【正文】 hanical 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) 2. 流經(jīng) 偏心環(huán)形縫隙 的流量 設(shè)內(nèi)外圓間的偏心量為 e，在任意角度 θ 處的縫隙為 h。因縫隙很小， r1≈r2≈r可把微元圓弧 db所對(duì)應(yīng)的環(huán)形縫隙間的流動(dòng)近似地看作是 平行平板縫隙 間的流動(dòng)。得 偏心環(huán)形 縫隙間的液流 偏心環(huán)形縫隙的 流量公式 0032212511 udhpldhq ππ).( 0 ???????當(dāng) 內(nèi)外圓之間沒有軸向相對(duì)移動(dòng) ， 即 u0=0時(shí) pldhq ???? ??? 12511 032 π).(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) 3. 流經(jīng) 圓環(huán)平面縫隙 的流量 圖 137所示為液體在 圓環(huán)平面縫隙 間的流動(dòng)。這里，圓環(huán)與平面之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，液體自圓環(huán)中心向外輻射流出。設(shè)圓環(huán)的大、小半徑為 r2和 r1，它與平面間的縫隙值為 h，則由式（ 1110），并令 u0=0，可得在半徑為 r、離下平面 z處的 徑向速度 為 rpzzhur dd)(21 ????流過的流量為 rprhzruqrhddπdπ?6230??? ?即 36rhqrpπdd ??? 圖 137 圓環(huán)平面縫隙間的液流 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) 對(duì)上式積分，有 Crhqp ??? ln63??當(dāng) r=r2時(shí)， p=p2，求出 C，代入上式得 2236 prrhqp ?? lnπ?又當(dāng) r=r1時(shí)， p=p1，所以 圓環(huán)平面縫隙的流量公式 為 （ 1119） prrhq ??1236 lnπ?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) 第五節(jié) 氣穴現(xiàn)象 氣穴現(xiàn)象 ：在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)流動(dòng)液體某處的壓力低于空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會(huì)游離出來，使液體中產(chǎn)生大量氣泡。 氣穴現(xiàn)象 使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，使金屬表面受到腐蝕。 1. 空氣分離壓和飽和蒸氣壓 液體的含氣量 ：液體中所含空氣體積的百分?jǐn)?shù)。 空氣可溶解在液體中，也可以氣泡的形式混合在液體之中。 空氣在液體中的溶解度與液體的絕對(duì)壓力成正比 。 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) 氣體溶解度以及從油液中放出的氣體體積與壓力間的關(guān)系 a）溶解度壓力間的關(guān)系 b）油液中放出氣體體積與壓力間的關(guān)系 常溫常壓下石油基液壓油的 空氣溶解度 約等于（ 6~12） %。 溶解在液體中的空氣對(duì)液體的 體積模量 沒有影響，但當(dāng)液體的壓力降低時(shí)，這些氣體就會(huì)從液體中分離出來 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) 在一定溫度下，當(dāng)液體壓力低于某值時(shí)，溶解在液體中的空氣將會(huì)突然地迅速從液體中分離出來，產(chǎn)生大量氣泡，這個(gè)壓力稱為液體在該溫度下的 空氣分離壓 。 有氣泡的液體其體積模量將明顯減小。氣泡越多，液體的體積模量越小。 當(dāng)液體在某一溫度下其壓力繼續(xù)下降而低于一定數(shù)值時(shí)，液體本身便迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣，這時(shí)的壓力稱為液體在該溫度下的 飽和蒸氣壓 。 一般說來，液體的飽和蒸氣壓比空氣分離壓要小得多。 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) 幾種液體的 飽和蒸氣壓 與 溫度 的關(guān)系如 圖 所示。 飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系 ①油 水乳化液 ②水 乙二醇液 ③氯化烴液 ④合成液 ⑤石油基油液 ⑥硅酸酯液 ⑦磷酸酯液 ⑧硅酮液 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) 2. 節(jié)流孔口的氣穴 氣穴的產(chǎn)生 ：當(dāng)液體流到 圖 示的節(jié)流口的喉部位置時(shí)，由于流速很高，根據(jù)能量方程，該處的壓力會(huì)很低。如那里的壓力低于液體工作溫度下的空氣分離壓，就會(huì) 出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象 。同樣，在 液壓泵的自吸 過程中，如果泵的吸油管太細(xì)、阻力太大，濾網(wǎng)堵塞，或泵安裝位置過高、轉(zhuǎn)速過快等，也會(huì)使其吸油腔的壓力低于工作溫度下的空氣分離壓，從而 產(chǎn)生氣穴 。 節(jié)流口的氣穴現(xiàn)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) 當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時(shí)，大量的氣泡使液流的流動(dòng)特性變壞，造成流量不穩(wěn)，噪聲驟增。特別是當(dāng)帶有氣泡的液流進(jìn)入下游高壓區(qū)時(shí)，氣泡受到周圍高壓的壓縮，迅速破滅，使局部產(chǎn)生非常高的 溫度 和 沖擊壓力 。這樣的局部高溫和沖擊壓力， 一方面 使金屬表面疲勞， 另一方面 又使工作介質(zhì)變質(zhì)，對(duì)金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，從而使液壓元件表面受到侵蝕、剝落，甚至出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。 因氣穴而對(duì)金屬表面產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為 氣蝕 。 氣蝕 會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷元件表面質(zhì)量，大大縮短其使用壽命，因而必須加以防范。 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) 3. 減小氣穴的措施 在液壓系統(tǒng)中，哪里壓力低于空氣分離壓，那里就會(huì)產(chǎn)生 氣穴現(xiàn)象 。為了防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，最根本的一條是 避免液壓系統(tǒng)中的壓力過分降低 。具體措施有： 1） 減小閥孔口前后的壓差，一般希望其壓力比 p1/p2＜ 。 2） 正確設(shè)計(jì)和使用液壓泵站 3） 液壓系統(tǒng)各元部件的連接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入。 4） 采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，提高零件的機(jī)械強(qiáng)度，減小零 件表面粗糙度值。 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) 第六節(jié) 液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)突然關(guān)閉或開啟液流通道時(shí)，在通道內(nèi)液體壓力發(fā)生急劇交替升降的波動(dòng)過程稱為 液壓沖擊 。 出現(xiàn)液壓沖擊時(shí)，液體中的瞬時(shí)峰值壓力往往比正常工作壓力高好幾倍 . 危害 :損壞密封裝置、管道和液壓元件，引起振動(dòng)和噪聲；有時(shí)使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成事故。 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. 管內(nèi)液流速度突變引起的液壓沖擊 有一 液位恒定 并能 保持液面壓力不變 的容器。容器底部連一管道，輸出端裝有閥門。管道內(nèi)的液體經(jīng)閥門 B出流。若將閥門突然關(guān)閉，則緊靠閥門的這部分液體立刻停止運(yùn)動(dòng)，液體的動(dòng)能瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，產(chǎn)生沖擊壓力，接著后面的液體依次停止運(yùn)動(dòng)，依次將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，在管道?nèi)形成壓力沖擊波，并以速度 c由 B向 A傳播。 根據(jù)能量守恒定律， 液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成液體的壓力能 圖 液流速度突變引起的液壓沖擊 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) 表 120 關(guān)閉液流通道時(shí)管內(nèi)液壓沖擊的壓力升高值 閥心關(guān)閉情況 液壓沖擊的壓力升高值 Δp 暖時(shí)全部關(guān)閉液流（ t≤tc）（ v＇ =0） 瞬時(shí)部分關(guān)閉液流（ t≤tc）（ v＇ ≠0） 逐漸全部關(guān)閉液流（ t≤tc）（ v＇ =0） 逐漸全部關(guān)閉液流（ t≤tc）（ v＇ ≠0） Δpmax=ρcv Δpr=ρc(vv＇ ) ttcvp c???? m axttvvcp c)(r ????? ?不論是哪一種情況，知道了液壓沖擊的壓力升高值 Δp后，便可求得出現(xiàn)沖擊時(shí)管道中的 最高壓力 ppp ???m a x式中， p為正常工作壓力 。 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) 2. 運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)引起的液壓沖擊 圖 141 運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng) 引起的液壓沖擊 原理： 活塞以速度 v驅(qū)動(dòng)負(fù)載 m向左運(yùn)動(dòng)，活塞和負(fù)載的總質(zhì)量為 Σm。當(dāng)突然關(guān)閉出口通道時(shí)，液體被封閉在左腔中。但由于運(yùn)動(dòng)部件的慣性而使腔內(nèi)液體受壓，引起液體壓力急劇上升。運(yùn)動(dòng)部件則因受到左腔內(nèi)液體壓力產(chǎn)生的阻力而制動(dòng)。 設(shè)運(yùn)動(dòng)部件在制動(dòng)時(shí)的 減速時(shí)間 為 Δt， 速度的減小值 為 Δv，則根據(jù) 動(dòng)量定律 可近似地求得 左腔內(nèi)的沖擊壓力 Δp，由于 vmtpA ?????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) 故有 （ 1126） tAvmp?????式中 Σm—— 運(yùn)動(dòng)部件（包括活塞和負(fù)載）的總質(zhì)量； A—— 液壓缸的有效工作面積； Δt—— 運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)間； Δv—— 運(yùn)動(dòng)部件速度的變化值， Δv=vv′； v—— 運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)前的速度； v′—— 運(yùn)動(dòng)部件經(jīng)過 Δt 時(shí)間后的速度。 上式的計(jì)算忽略了 阻尼 、 泄漏 等因素，其值比實(shí)際的要大些，因而是偏安全的。 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) 3. 減小液壓沖擊的措施 針對(duì)上述各式中影響沖擊壓力 Δp的因素，可采取以下措施來減小液壓沖擊； 1） 適當(dāng)加大管徑，限制管道流速 v，一般在液壓系統(tǒng)中把 v控制在 ，使 Δpmax不超過 5MPa就可以認(rèn)為是安全的。 2） 正確設(shè)計(jì)閥口或設(shè)置制動(dòng)裝置，使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較均 勻。 3） 延長閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采用換向時(shí)間可調(diào)的 換向閥。 4） 盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波的傳播時(shí)間，變直接沖擊為間 接沖擊。 5） 在容易發(fā)生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設(shè)置蓄能器，以吸收沖 擊壓力；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。