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第2章
液压流体力学基础

本章学习目标

★ 了解液压油黏度的物理意义、表示方法以及液压油的选用;

★ 理解静止液体的力学性质和静力学基本方程;

★ 掌握流动液体的基本方程,即连续性方程、能量方程(伯努利方程)和动量方程;

★ 了解液体流动时的节流压力损失,即局部和沿程节流压力损失的分析和计算;

★ 掌握液体流经各类小孔及缝隙的流量计算方法;

★ 了解液压冲击、气穴现象及其危害。

本章教学要点

本章学习方法

本章所涉及的基本概念、基本方程、压力以及流量的计算是液压传动技术的基础,对正确理解和掌握液压传动的基本原理是十分重要的。首先要掌握静止液体的力学性质,如静压力及其性质、压力的表示方法及单位;其次要掌握流动液体的一些基本概念,如理想液体与实际液体、稳定流动与非稳定流动、流量与流速等,理解液体流动时所具有的能量形式、单位以及相互转换关系,区分理想液体的能量方程与实际液体的能量方程的异同及产生差异的原因,掌握沿程压力损失与局部压力损失的概念及计算方法,正确分析并计算液体流经小孔及缝隙的流量,并利用所学的高等数学理论知识,掌握基本数学模型的建立和推导过程。

导入案例

汽车液压筒式减振器特性及影响因素分析

目前汽车上广泛使用的减振器为液压筒式减振器,如图2.1所示。

图2.1 液压减振器在汽车上的装配图

液压筒式减振器与弹簧以及导向杆组成车辆悬架系统,如图2.2所示。

图2.2 车辆悬架系统示意图

悬架系统决定和影响车辆的乘坐舒适性、操作平顺性和驾驶安全性,其中,液压筒式减振器是车辆悬架系统的重要部件,其特性主要是指当车身振动带动活塞上、下运动时,在不同速度下油液流经节流阀所产生的节流阻尼力大小不同。减振器阻尼特性是由减振器结构、节流阀结构和油液参数所决定的,其中,液压筒式减振器断面图如图2.3所示。

图2.3 液压筒式减振器断面图

1-活塞杆;2-内缸筒;3-活塞;4-流通阀;5-外缸筒;6-补偿阀;7-压缩阀;8-复原阀;9-导向器;10-密封圈;11-防尘罩

液压筒式减振器大都采用双筒式结构,有四个阀,分别是复原阀、补偿阀、压缩阀和流通阀,其中,复原阀和压缩阀对减振器特性起决定性作用。节流阀是由节流阀体、常通节流孔、节流阀片(一般为多片叠加)和限位挡圈组成的。减振器节流阀的结构原理如图2.4所示。

图2.4中, r a 为节流阀片内半径; r k 为阀口位置半径; r b 为节流阀片外半径; f k0 为节流阀片预变形量,是由阀片安装结构决定的; d h 为活塞孔直径; p 为节流阀片所受压力; δ k 为阀口开度。

图2.4 减振器节流阀的结构原理图

在减振器复原运动过程中,在活塞上腔的油液流经相应活塞孔,然后流经常通节流孔和节流阀片与活塞下端面之间的节流缝隙,流到活塞下腔而产生节流压力,在某一速度下节流压力与相应面积的乘积,即为减振器在该速度下的复原阻尼力。

因此,要根据减振器速度与油液流量、节流压力、阀片变形之间关系,建立精确的减振器阀系参数设计和特性仿真数学模型,不仅需要精确的阀片变形解析计算公式,还必须对减振器油液特性及其流经各处的节流损失特性进行分析,即应对以下几方面进行分析:

(1)减振器油液黏度随温度和压力的变化规律及其特性;

(2)减振器临界速度的建立,即当减振器运动速度大于临界速度时,减振器油液流经活塞孔时为紊流;

(3)减振器油液流经活塞孔(细长孔)时的非线性沿程节流损失解析计算;

(4)减振器油液从活塞上腔流到下腔,由于方向改变、面积突然变大和变小所引起的各局部节流损失;

(5)各局部节流损失叠加及其等效沿程损失、活塞孔等效长度的计算;

(6)减振器油液流经常通节流孔、节流缝隙的节流压力与流量之间的关系;

(7)减振器初次开阀速度和最大开阀速度,以及开阀前、后的油路。

问题:

1.减振器内缸筒直径为 D ,活塞孔直径和个数分别为 d h n h ,油液临界雷诺系数为 Re ,如何确定减振器临界速度 v c 的数值?

2.减振器内部有油液,为何活塞杆却会出现灼伤?

3.减振器阻尼力是怎么形成的?

4.节流阀片厚度为 h 1 ,常通节流孔的宽度和个数分别为 b A0 n A0 ,则常通节流孔的总面积为多少?

5.为何有的减振器使用一段时间后会出现反弹现象? dvkQuMLL/4Oh6Y4u4qkoMpswWIhuL3OiEyBXe2Mx3QzeSSehgNtbAMe1PVYp6ItG

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