小孔与缝隙流量ppt课件.ppt

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1、第五节小孔和缝隙流量液压传动中常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制流量和压力，达到调速和调压的目的，另外液压元件的泄漏也属于缝隙流动。因而研究小孔和缝隙的流量计算，了解其影响因素，对于合理设计液压系统，正确分析液压元件和系统的工作性能，以及系统的故障诊断都是非常重要的。一、小孔流量根据小孔的长度l和d直径的比值不同可将小孔可分为三种：当小孔的长径比l/d≤0.5时，称为薄壁孔；当l/d＞4时，称为细长孔，当0.5〈l/d≤4时，称为短孔。下面讨论液体通过三种形式小孔的流量计算公式。（一）薄壁小孔如图2-19所示为进口边做成锐缘的典型薄壁孔口。由于惯性作用，液流通过小孔

2、时要发生收缩现象，然后在扩散，在靠近孔口的后方出现收缩最大的过流断面2—2。对于薄壁圆孔，当孔前通道直径与小孔直径之比d1/d≥7时，流束的收缩作用不受孔前通道内壁的影响，这时的收缩称完全收缩；反之，当d1/d＜7时，孔前通道对液流进入小孔起导向作用，这时的收缩称不完全收缩。图2-19薄壁小孔液流现对孔前通道断面1—1和收缩断面2—2之间列伯努利方程式中，h1=h2；因v1<

3、实验确定，在液流完全收缩的情况下，Re≤105时，可由下式计算当Re＞105时，可以认为是不变的常数，计算时按Cd=0.60～0.61选取。当液流不完全收缩时，这时由于管壁对液流进入小孔起导向作用，可增至0.7～0.8。薄壁小孔液流因其流程短，沿程阻力损失非常小，通过小孔的流量对油温变化不敏感，所以薄壁小孔多被用作调节流量的节流器使用。（二）短孔和细长孔短孔的流量表达式同细长孔的计算公式，但流量系数应按相关的曲线来查，并且通过该曲线可知，当雷诺数较大时，流量系数基本稳定在0.8左右。由于短孔加工比薄壁孔容易的多，因此短孔常用作固定节流器。流经细长孔的液流，由于粘性而

4、流动不畅，故流动状态多为层流。其流量计算可以应用前面推出的圆管层流流量公式。细长孔的流量和油液的粘度有关，当油温变化时，油的粘度变化，因而流量也随之发生变化。这是和薄壁小孔不同的。纵观各小孔流量公式，可以归纳出一个通用公式式中，AT、ΔP—分别为小孔的过流断面面积和两端压力差；C—由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数。对细长孔C=d2/(32μL)；对薄壁孔和短孔参阅其流量公式；φ—由孔的长径比决定的指数。对薄壁孔取0.5，对细长孔取1。通用公式常作为分析小孔的流量压力特性之用。二、缝隙流量液压元件的各零件之间，特别是有相对运动的各零件之间，一般都存在缝隙（或称间隙

5、），例如齿轮泵的齿轮端面和侧板之间、柱塞和柱塞孔间、圆柱滑阀阀芯和阀体之间等都有间隙。油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。液压元件的相对运动零件之间必须保持合适的缝隙，缝隙太小，会卡紧，缝隙过大，又会使泄漏增大，影响容积效率。由于缝隙通道狭窄，液流受壁面的影响较大，故缝隙液流的流动状态均为层流。缝隙流动有两种状况：一种是由缝隙两端的压力差造成的流动，称为压差流动；另一种是形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动，称为剪切流动。这两种流动经常会同时存在。常见液压元件的缝隙形式有平行平板缝隙和环形缝隙两种。（一）平行平板缝隙的流量平行平板缝隙可以由固定的两平行平板所

6、形成，也可由相对运动的两平行平板所形成。1、流过固定平行平板缝隙的流量图2-25所示为固定平行平板缝隙液流。设缝隙厚度为δ，宽度为b，长度为l，两端的压力为P1和P2。从缝隙中取出一微小的平行六面体，其左右两端面所受的压力为P和P+dP，上下两侧面所受的摩擦切应力为τ和τ+dτ，则受力平衡方程为整理后得由于，将其代入上式可得将上式对进行积分可得上式中，C1、C2为积分常数。根据边界条件，当Y=0,U=0;Y=δ,U=0，分别代入上式可得此外，在缝隙液流中，压力p沿x方向的变化率dp/dx是一个常数，故有将C1、C2、dp/dx带入上式可以得出速度的表达式由此可得出液

7、体在固定平行平板缝隙中作压差流动的流量为有压差流量的公式可以看出：在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙宽度b、压力差Δp、缝隙厚度δ的三次方成正比，而与液体的动力粘度μ、缝隙长度l成反比。这说明液压元件内缝隙的大小是影响其泄漏量的主要因素。在液压系统的使用过程中，随着时间的延长缝隙的厚度会发生变化、液体的粘度也会随油液的温度而变化、压力差由负载决定，这些因素的变化对系统泄漏的综合影响往往会造成执行元件动作缓慢无力的故障。2、流过相对运动平行平板缝隙的流量当一平板固定，另一平板以速度u0作相对运动时，由于液体存在粘性，紧贴于动平板的油液以速度u0运动，紧