液壓傳動(dòng) 課件 縫隙流動(dòng)

孔口和縫隙液流主講人：任好玲華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院2026年8月10日第三章流體力學(xué)基礎(chǔ)2內(nèi)容提要孔口液流特性液流流經(jīng)縫隙的流量12在液壓元件中，普遍存在液體流經(jīng)小孔和縫隙的現(xiàn)象。液流通道上其通流截面有突然收縮處的流動(dòng)稱為節(jié)流，節(jié)流是液壓技術(shù)中控制流量和壓力的一種基本方法。能使流動(dòng)成為節(jié)流的裝置，稱為節(jié)流裝置。例如，液壓閥的孔口是常用的節(jié)流裝置，通常利用液體流經(jīng)液壓閥的孔口來(lái)控制壓力或調(diào)節(jié)流量；而液體在液壓元件的配合間隙中的流動(dòng)，造成泄漏而影響效率。因此，研究液體流經(jīng)各種孔口和間隙的規(guī)律，了解影響它們的因素，對(duì)于理解液壓元件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能是很重要的問(wèn)題。1、流經(jīng)薄壁小孔的流量

一、孔口液流特性當(dāng)小孔的通流長(zhǎng)度l與孔徑d之比l/d小于等于0.5時(shí)稱為薄壁小孔。如圖所示。當(dāng)管道直徑D與小孔之直徑的比值D/d>7時(shí)，收縮作用不受大孔側(cè)壁的影響，稱為完全收縮。圖3-19通過(guò)薄壁小孔的液流

一、孔口液流特性現(xiàn)對(duì)孔前通流斷面1―1和收縮斷面2―2之間的液體列出伯努利方程：式中，h1=h2；因

1<<

2

，則

1可以忽略不計(jì)，認(rèn)為是零；因?yàn)槭湛s斷面的流動(dòng)是湍流，則

2=1；而僅為局部損失，即，代入上式后可得：由此可得通過(guò)薄壁孔口的流量公式為：Cd是流量系數(shù)，A0是小孔的截面積

一、孔口液流特性完全收縮情況下，當(dāng)Re≤105時(shí)，各參數(shù)關(guān)系如圖示。且可按下式計(jì)算。當(dāng)Re>105時(shí)，Cd可以認(rèn)為是不變的，取值為：Cd=0.6~0.61.雷諾數(shù)按下式計(jì)算。不完全收縮情況下，流量系數(shù)Cd可增大至0.7~0.8.當(dāng)小孔不是刃口，而是帶棱邊或者小倒角時(shí)，Cd的值更大。

一、孔口液流特性由薄壁小孔的流量公式看出，流過(guò)薄壁小孔的流量q與小孔前后的壓差Δp的平方根以及小孔的面積A0成正比，而與液體的粘度無(wú)關(guān)。因此薄壁小孔具有沿程壓力損失小、流量對(duì)溫度不敏感等特性，常備用作調(diào)節(jié)流量的元件。因此液壓傳動(dòng)中常采用與薄壁小孔性質(zhì)相近的閥口作為可調(diào)孔口.

一、孔口液流特性必須指出，當(dāng)液流通過(guò)控制閥口時(shí)，要確定其收縮斷面的位置，測(cè)定收縮斷面的壓力pc是十分困難的，也無(wú)此必要.一般總是用閥的進(jìn)、出油口兩端的壓力差

來(lái)代替

。故上式可改寫為：

由伯努利方程可知，故

要比

略大一些，一般在計(jì)算時(shí)取

，

稱為流量系數(shù)。

一、孔口液流特性

一、孔口液流特性2、流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量所謂細(xì)長(zhǎng)小孔，一般是指長(zhǎng)徑比l/d>4的小孔。在液壓技術(shù)中常作為阻尼孔。如圖所示，油液流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)一般為層流，因此可用液流流經(jīng)圓管的流量公式，即：

從上式可看出，油液流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)小孔的流量和小孔前后壓差成正比，而和動(dòng)力粘度μ成反比，因此流量受油溫影響較大，這是和薄壁小孔不同的。圖3-20細(xì)長(zhǎng)小孔

一、孔口液流特性液壓元件各零件間如有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就必須有一定的配合間隙。液壓油就會(huì)從壓力較高的配合間隙流到大氣中或壓力較低的地方，這就是泄漏。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏。二、液流流經(jīng)縫隙的流量圖3-21泄漏示意圖泄漏量與壓力差的乘積便是功率損失，因此泄漏的存在將使系統(tǒng)效率降低。同時(shí)功率損失也將轉(zhuǎn)化為熱量，使系統(tǒng)溫度升高，進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。通常來(lái)講，縫隙流動(dòng)有三種狀況：一種是由縫隙兩端壓力差造成的流動(dòng)，稱為壓差流動(dòng)；另一種是形成縫隙的兩壁面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)所造成的流動(dòng)，稱為剪切流動(dòng)；還有兩種流動(dòng)的組合——壓差剪切流動(dòng)。圖示為平行平板縫隙間的液體流動(dòng)情況。設(shè)縫隙高度為h，寬度為b，長(zhǎng)度為l，一般有b

h和l

h，設(shè)兩端的壓力分別為p1和p2，其壓差為

p=p1–p2。從縫隙中取出一微小的平行六面體bdxdy，其左右兩端面所受的壓力分別為p和p+dp，上下兩側(cè)面所受的摩擦切應(yīng)力分別為

和

+d

，則在水平方向上的力平衡方程為：pbdy+(

+d

)bdx=(p+dp)bdy+

bdx1、流經(jīng)平行平板縫隙的流量二、液流流經(jīng)縫隙的流量經(jīng)過(guò)整理后得:對(duì)y積分兩次得：式中，C1、C2為積分常數(shù)。當(dāng)平行平板間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為u0時(shí)，利用邊界條件：y=0處，u=0；y=h處，u=u0

，得

，C2

=0；此外，液流作層流時(shí)壓力p只是x的線性函數(shù)，即：整理后可得：由此得液體在平行平板縫隙中的流量為：1、流經(jīng)平行平板縫隙的流量二、液流流經(jīng)縫隙的流量當(dāng)平行平板間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)（u0=0），其值為：當(dāng)平行平板兩端沒(méi)有壓差時(shí)（

p=0），其值為：如果將上面這些流量理解為液壓元件縫隙中的泄漏流量，則可以看到，在壓差作用下通過(guò)縫隙的流量與縫隙值的三次方成正比，這說(shuō)明液壓元件內(nèi)縫隙的大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的。此外，如果將泄漏所造成的功率損失寫成：由此，便可得出如下結(jié)論：縫隙h愈小，泄漏功率損失也愈小。但是，并不是h愈小愈好。h的減小會(huì)使液壓元件中的摩擦功率損失增大，縫隙h

有一個(gè)使這兩種功率損失之和達(dá)到最小的最佳值。二、液流流經(jīng)縫隙的流量

（1）流經(jīng)同心圓柱環(huán)形間隙的流量如圖所示可得出流經(jīng)同心圓柱環(huán)形間隙的流量為

2、流經(jīng)圓柱環(huán)形間隙的流量上式即為通過(guò)同心圓環(huán)間隙的流量公式。它說(shuō)明了流量與Δp和δ3成正比，即間隙稍有增大，就會(huì)引起泄漏大量增加。圖3-22同心圓柱環(huán)形間隙二、液流流經(jīng)縫隙的流量在實(shí)際工作中，圓柱與孔的配合往往有一定偏心量為e，通過(guò)偏心圓柱形間隙的泄漏量為:（2）流經(jīng)偏心圓環(huán)形間隙的流量從上式可知，通過(guò)同心圓環(huán)形間隙的流量公式是?=0時(shí)偏心圓環(huán)形間隙流量公式的特例。當(dāng)完全偏心時(shí)?=1，

完全偏心時(shí)的泄漏量是同心時(shí)的2.5倍。圖3-23偏心圓環(huán)間隙二、液流流經(jīng)縫隙的流量均壓槽槽的深度和寬度至少為間隙的10倍，通常取寬度0.3~0.5mm，深度0.8~1mm，槽距為1~5mm。槽的位置盡可能靠近高壓側(cè)（2）流經(jīng)偏心圓環(huán)形間隙的流量避免出現(xiàn)偏心環(huán)形縫隙流的措施：1、提高加工精度和裝配精度2、其他措施——開(kāi)均壓槽