第7章液体在缝隙中的流动.ppt

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1、 在机械设备中相对运动的两个零件其接触面必然有一 定的间隙（缝隙），间隙的合理确定直接影响到机械的性能。液压系统中泵、马达和换向阀等液压元件都是利用元件的相对运动进行工作的，处处存在着缝隙流动问题。缝隙过小则增加了摩擦，缝隙过大又增加了泄漏。正确分析液体在缝隙中的流动情况，合理地确定间隙的大小，是非常重要的问题。由于缝隙流动对液压传动的影响极为显著，在液压传动和机械润滑等方面，经常需要利用缝隙流的理论计算泄漏量和阻力损失。第七章 液体在缝隙中的流动 孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地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，系的容积效率，更位，它涉及液压元件的密

2、封性，系的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础。为重要的是它是设计计算的基础。因此：因此：小孔虽小（直径一般在小孔虽小（直径一般在1mm1mm以内），以内），缝隙虽窄（宽度一般在缝隙虽窄（宽度一般在0 0、1mm1mm以下），但其作用却以下），但其作用却不可等闲视之。不可等闲视之。学习重点：q 小孔的类型和流量压力特性q缝隙流形成和类型；q 不同缝隙流的速度分布和压力分布规律；q 不同缝隙流的流量压力特性；q 缝隙流理论在工程中的应用。基本要求：q 掌握缝隙流的基本理论（包括重要概念，重要公式和重要结论）；q 能应用缝隙流理论解决机械工程中的实际问题。1）小孔类型 (1)细长孔：孔长比孔径

3、大的多，L4d;(2)薄壁孔:孔长比孔径小的多，L0.5d;(3)厚壁孔（短孔）：长径比介于细长孔和薄壁孔之间。在细长孔中，流体流动为层流，薄壁孔中流体流动为完全紊流，而短孔中的流动为过渡流动。节流阀阀口形式2）小孔流量压力特性 特性方程:(m为由节流口形状决定的指数,m=0.51）(1)薄壁孔（m=0.5)：(2)细长孔(m=1)：(3)厚壁小孔（0.5m p2）流体靠两端的压力差来产生流动的压差流或泊肃叶流。边界条件：y h/2，u0 代入式 中得 速度分布：*平行平面缝隙流中任意过水断面上的流体速度u 是按 抛物线规律分布的。2122CyCylpu过水断面处最大流速 umax（y=0）通

4、过缝隙的流量缝隙流基本方程缝隙断面上的平均流速v：平均流速与最大流速之比：缝隙中压力分布：plbhQ.123xlppxlpppxp1211)(缝隙中压力分布：xlppxlpppxp1211)(p1p2lxuxP2p1通过缝隙的流量：缝隙流基本方程流过缝隙的压力降（压力损失）：沿程阻力系数：其中 plbhQ.123 缝隙流计算的一般步骤：（1）选择流体单元（dxdyb），p(x)，（y）；（2）建立受力平衡方程得 dp/dxd/dy（3）牛顿内摩擦定律：（4）速度分布 u=f(y)，平均速度，最大速度；（5）缝隙流量：（6）压力分布：p(x)线性变化。plbhQ.123yuddlppxpyu21

5、22dd1dd7.1.2 上平面以速度上平面以速度U移动，下平面固定不动，移动，下平面固定不动，p=0（p1 p2）流体靠上平面移动而产生流动剪切流或库艾特流。边界条件：yh/2时，u U/2；y h/2时，u=0。流体靠上平面移动而产生流动剪切流或库艾特流。边界条件：yh/2时，u U/2；y h/2时，u=0。代入 ，得断面流速：缝隙间流速按直线规律分布。缝隙流量：基本方程2122CyCylpuyhUu2122222d212dhhhhyyhUbyubQhbUQ22/,/21UChUC 7.1.3 上平面以速度上平面以速度U移动，下平面不动，移动，下平面不动，p 0 缝隙流为压差流与剪切流叠

6、加。边界条件：时，；时，。代入 ，得 断面流速：缝隙流量：2hy0uhUC13282hlpUC2hyUu2122CyCylpu1224 222yhUyhlpubhUlphyubQhh2 12d322p1p2 两平面互不平行，流道高度沿流道方向缓慢变化，形成锲形缝隙，缝隙的高度逐渐减小的缝隙为渐缩缝隙，缝隙高度逐渐增大的缝隙为渐扩缝隙。7.2 流经倾斜平面缝隙的流动微元缝隙为平行平面缝隙，满足如下方程：对y进行积分得 边界条件：代入方程求得C1和C2后得 速度分布 抛物线，随X不同xpyudd1dd22212dd 21CyCyxpuUuhyuy,;00，hyhyxphhyUu1dd212 速度分

7、布：缝隙流量（某一过流断面）：*xpbhbhUyubQhdd122d30hyhyxphhyUu1dd212压强梯度：由于 ，所以dx上的压力降：积分并利用边界条件确定积分常数，得距原点x处的压强：32126ddbhQhUxptan1xhhhxdtan1d)(tan112hhlhhUhbhQpdtan6dtan12d23)11(tan611tan612121hhUhhbQpp缝隙出口处（h=h2，p=p2）的压强：L长度上缝隙压强降：缝隙流量：)11(tan611tan612212212hhUhhbQpp21212221222121tan 6tan 6hhhhUhhhhbQpppUhhhbhph

8、hhhlbQ21212122216上下平板均固定不动，上述各式分别变为UhhhbhphhhhlbQ21212122216212111tan6hhbQpp2221222121tan6hhhhbQppp在收缩断面(h1h2)中：或 压力分布曲线为上凸，比平行平面缝隙中呈线性分布的压力为高,上凸程度随h1/h2的增加而增大。212111tan6hhbQpp11221211hhhhppp在扩展断面(h12121eheheheh2121动画1动画2eh1-eh1+eh2-eh2+eeheheheh2121 22 2121221212212121212121hheheheehehhheehehhheheh

9、eheheheheheheh1-eh1+eh2-eh2+e液压卡紧：当圆柱体与孔两相配时存在偏心且间隙沿流动方向增加时，由于间隙中压力沿圆周方向分布不均，使圆柱体偏向一侧并与孔壁接触，产生摩擦力阻止圆柱体轴向运动。产生条件：1.偏心 2.入口间隙小于出口间隙危害：1.增加圆柱体（如阀芯）运动阻 力，使其出现卡死；2.增加了泄漏量。液压卡紧力计算：K：卡紧系数，K随(h1-h2)/e变化,Kmax=0.27 )(21ppdlKFk14422212112ehhhhehhK)(27.021ppdlFk如：阀芯直径d16mm，l12mm，p21MPa，h1+h2=0.01mm，2(h2-h1)=0.0

10、02mm。液压卡紧力：Fk906N摩擦力：Ff0.15906146N。防止液压卡紧的措施：在圆柱体上开若干环形槽，使环形槽内的压力相等（沿周向均布），以减小不平衡径向力。又称径向力平衡槽，简称均压槽。开一道均压槽：卡紧力减小到40%；开三道均压槽：卡紧力减小到6.3%；开七道均压槽：卡紧力减小到2.7%。缝隙流小结1缝隙流主要有剪切流和压力流两种基本形式。由于缝隙厚度远很小和油液粘性较大，缝隙流一般为层流。平行平面缝隙的流量公式 是缝隙流基本公式。流经缝隙的流量与缝隙厚度h的3次方成正比。在随渐缩或渐扩楔形缝隙中，压力分布曲线的凹凸向是不 同的，凹凸程度与缝隙进出口高度的比值有关。plbhQ.123小孔流动小结小孔主要有细长孔、薄壁孔和短孔三种类型。细长孔中液体流动为层流，流量与进出口压差的1次方成正比。薄壁孔中液体流动为紊流，流量与进出口压差的1/2次方成正比。温度变化时，通过细长孔的流量变化大而薄壁孔的流量变化小。进出口压差变化时，通过细长孔的流量变化大而薄壁孔的流量变化小。缝隙流小结2偏心环形缝隙的泄漏量大于同心环形缝隙的泄漏量，最大 偏心时的泄漏量为同心时的2.5倍。在偏心圆锥环形缝隙中，压力流由小入口间隙流向大出口 间隙时，会产生液压卡紧，在圆柱体上开均压槽可减小液压卡紧力。缝隙过大，泄漏损失增加；缝隙过小，摩擦损失加大，为使功率损失最小，应确定最佳间隙。