2 液压传动基础_液压与气压传动-QQ阅读男生轻小说网

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2　液压传动基础

2.1　液体静力学基础

液体静力学研究的是液体在静止状态下的平衡规律。静止状态指液体内部质点之间没有相对运动。

2.1.1　压力的概念

液压传动中所说的压力概念是指当液体相对静止时，液体单位面积上所受的法向力，常用符号p表示。

静止液体某点处微小面积ΔA所受的法向力为ΔF，则该点的压力为

　　（2-1）

式中　p——液体所受压力，Pa（N/m2）；

ΔF——液体所受法向外力，N；

ΔA——法向力的作用面积，m2。

若法向力F均匀地作用在面积A上，则压力可表示为：

　　（2-2）

2.1.2　压力的表示方法

压力有两种表示方法，即绝对压力和相对压力。以绝对真空为基准的压力为绝对压力；以大气压（Pa）为基准的压力为相对压力。大多数测量压力的仪表都受大气压的作用，所以，仪表指示的压力都是相对压力，也称表压力。在液压传动中，如不特别说明，压力均指相对压力。

如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力（Pa），那么，比大气压小的那部分数值叫做该点的真空度。由图2-1可知，以大气压为基准计算压力值时，基准以上的正值是表压力，基准以下的负值就是真空度。绝对压力、相对压力、真空度的关系为：

绝对压力=大气压力+相对压力

真空度=大气压力-绝对压力

图2-1　绝对压力、相对压力、真空度

压力的法定计量单位是Pa（帕），1Pa=1N/m2，工程上常使用kPa、MPa，1MPa=106Pa（兆帕）。工程单位制使用的单位有bar（巴）、at（工程大气压，即kgf/cm2）、atm（标准大气压）、液体高度等。各种压力单位之间的换算关系见表2-1。

表2-1　各种压力单位换算关系

2.1.3　液体静力学基本方程

如图2-2所示，密度为ρ的液体在容器内处于静止状态。为求任意深度h处的压力，可从液体内部取出如图2-2（b）所示垂直小液柱作为研究体，顶面与液面重合，截面积为ΔA，高为h。液柱顶面受外加压力p0作用，液柱所受重力G=ρghΔA，并作用于液柱的重心上，设底面上所受压力为p，液柱侧面受力相互抵消。由于液柱处于静止状态，相应液柱也处于平衡状态，于是有

p=p0+ρgh　　（2-3）

图2-2　静止液体压力分布规律

式（2-3）即为液体静力学基本方程。由基本方程可知，重力作用下的静止液体，其压力分布有如下特征。

①静止液体内任一点处的压力由两部分组成：一部分是液面上的压力p0；另一部分是该点以上液体自身形成的压力ρgh。

②静止液体内的压力随液体深度h的增加而增大。

③离液面深度相同处各点的压力相等。压力相等的所有组成的面称为等压面（等压面为一水平面）。

2.1.4　压力的传递

液体受外力作用的情况下，外力作用产生的压力p0和液体自重所产生的压力ρgh相比大很多，可将压力ρgh忽略不计，近似地认为在整个液体内部的压力是相等的。

【例2-1】　如图2-3所示，一垂直安装的密封容器内充满液压油液，密度ρ=900kg/m3。有效作用面积A=10×10-4m2的活塞上放一重物，重物重力G=3kN（活塞及活塞杆自重忽略不计）。试用静压力基本方程式计算容器内A、B、C三点的静压力并进行比较。

图2-3　静压力计算

解：静力学基本方程：p=p0+ρgh

式中　

对于A点　hA=0，pA=p0=30×105Pa

对于B点　hB=（2.8-1.4）m=1.4m

pB=p0+ρghB=（30×105+900×9.81×1.4）Pa=30.12Pa

对于C点　hC=2.8m，pC=p0+ρghC=（30×105+900×9.81×2.8）Pa=30.24Pa

由此可见，pA≈pB≈pC，可不计液面高度对静压力影响，认为容器内静止液体的压力处处相等。

压力的传递遵循帕斯卡原理或静压传递原理。即在密闭容器内，施加于静止液体上的压力可以等值传递到液体内各点。液压传动就是在这一原理的基础上建立起来的。

2.1.5　工作压力形成

在图2-4中，液压泵连续地向液压缸供油，当油液充满后，由于活塞受到外界负载F的阻碍作用，使活塞不能向右移动，若液压泵继续强行向液压缸中供油，其挤压作用不断加剧，压力也不断升高，当作用在活塞有效作用面积A上的压力升高到足以克服外界负载时，活塞便向右运动，这时系统的压力为。

图2-4　液压系统压力的形成

如果F不再改变，则由于活塞的移动，使液压缸左腔的容积不断增加，这正好容纳了液压泵的连续供油量，此时油液不再受到更大的挤压，因而压力也就不会再继续升高，始终保持相应的p值。

如果用压力表实测如图2-4（b）和图2-4（c）所示的两种情况，则测得如图2-4（b）所示状态时的压力等于零。这是因为此时外界的负载为零（不计管道的阻力），油液的流动没有受到阻碍，因此建立不起来压力。在图2-4（c）的情况下，当活塞移至缸体的端部时，由于液压泵连续供油，而液压缸左腔的容积却无法增加，所以系统的压力急剧升高，假如系统没有保护措施，系统的薄弱环节将被破坏。

由上述分析得知，液压系统中的压力是由于液体受到各种形式的外界载荷的阻碍，使油液受到挤压，其压力的大小决定于外界载荷的大小。

2.1.6　液体静压力对固体壁面的作用力

静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受静压作用力的总和，就是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。

（1）液体静压力对平面的作用力　在液压传动中，略去了液体自重产生的压力，液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。当固体壁面为一平面时，平面上各点处的静压力大小相等，作用在固体壁面上的力F等于静压力p与承压面积A的乘积，其作用力方向垂直于壁面，即

F=pA　　（2-4）

（2）液体静压力对曲面的作用力　当固体壁面为曲面时，如图2-5所示的球面和圆锥面，液压作用力在某方向（如垂直方向）上的总作用力F等于液体压力p和曲面在该方向投影面积A的乘积，即

　　（2-5）