矿山机械教案.doc
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1、课程名称矿山机械班 级教学时间章节教材页数课型讲授教学目的与要求教学内容提要使用教具布置作业教学讲义首页安顺职业技术学院备课笺第一章 流体力学基础重点:流体静力学基本方程式;连续性方程式;伯努利方程式难点:流体静力学基本方程式;绝对压力定义;连续性方程式;伯努利方程式方法:讲授液体和气体,常称为流体。流体力学是研究流体平衡和运动规律及这些规律在实际工程应用的一门学科。第一节 流体的主要物理性质一、密度与重度(一)密度 (1-1)(二)重度 (1-2) (1-3)二、压缩性和膨胀性流体的压缩性是指流体的体积随压力的增加而缩小的性质。流体的膨胀性是指流体的体积随温度的升高而增大的性质。图1-1 水
2、在圆管中的流速分布u三、粘性1粘性的概念粘性是指流体流动时,流层(或内部质点)间因相对运动产生内摩擦力而阻碍相对运动的性质。粘性是流体本身的物理性质,但静止流体不显示粘性,只有流体运动时才有内摩擦力,才显示其粘性。安顺职业技术学院备课笺2牛顿内摩擦力定律牛顿内摩擦力定律数学表达式为: (1-4) (1-5)3.流体粘性的度量不同的流体,其粘性一般也不同。粘性的大小用粘度表示,粘度通常有动力粘度、运动粘度和相对粘度三种度量方法。(1)动力粘度动力粘度是表征流体动力特性的粘度,表征流体抵抗变形的能力,用表示。由公式(1-5)可得 (1-6)的法定单位是Pas或Ns/m2。(2)运动粘度 (1-7)
3、运动粘度的法定单位是m2/s、mm2/s。我国用40时运动粘度(mm2/s)值表示润滑油的牌号。例如,32号L-HH液压油,就是指这种油在40时运动粘度为32 mm2/s。(3)相对粘度恩氏粘度是把加热并保持恒定温度(一般为50)的200 cm3被测液体,靠自重从恩氏粘度计中流出需要的时间,与同体积20蒸馏水从该恩氏粘度计中流出的时间t(约为51s)的比值,用E表示。 (1-8)恩氏粘度与运动粘度的换算关系:t (1-9)上式中的t和Et,分别为试验温度为t时的运动粘度和恩氏粘度。t的单位为mm2/s。4压力、温度对流体粘性的影响温度升高时,液体分子之间的内聚力减弱,而液体的粘性主要是由液体分
4、子之间的内聚力引起的。气体则相反,温度升高时,气体的粘性增大。因为,气体分子之间的距离较大,其粘性主要是由气体分子的热运动使分子之间产生碰撞引起的,温度越高,气体分子的热运动加剧,分子之间的碰撞加剧,粘性增大。课程名称矿山机械班 级教学时间章节教材页数课型讲授教学目的与要求教学内容提要使用教具布置作业教学讲义首页安顺职业技术学院备课笺第二节 流体静力学一、流体静压力及其特征(一)流体静压力 (1-10) (1-11)(二)流体静压力的特性流体静压力有两个重要特性。(1)流体静压力的作用方向总是沿作用面的内法线方向,即垂直指向作用面。(2)静止流体内任一点各方向的静压力均相等。说明在静止流体中,
5、任一点的流体静二、流体静力学基本方程 (1-12)公式(1-12)为流体静力学基本方程式。在静止液体中,由压力相等各点组成的面称为等压面。在静止、同种、连续的流体中,水平面就是等压面,如果不能同时满足这三个条件,水平面就不是等压面。三、流体静压力的度量(一)静压力的计算基准压力的计算基准有两种:一是以绝对真空为基准,二是以大气压力为基准。绝对压力:以绝对真空为基准(零点)算起的压力称为绝对压力,用p表示。相对压力:以大气压力pa为基准(零点)算起的压力称为相对压力,用pb表示。绝对压力、相对压力和大气压力三者之间的关系为:=+ (1-13)=-=- (1-14)(二)静压力的度量单位1应力单位
6、液柱高度大气压单位用标准大气压(atm)或工程大气压(at)表示。1 atm = 101325Pa =10.33mH2O = 760mmHg。1 at = 98100Pa=10mH2O = 735mmHg。安顺职业技术学院备课笺(三)液柱式测压计常用的测压计有液柱式、弹簧金属式、电测式三种。(四)金属测压计金属测压计共有两种:弹簧式和薄膜式。在使用压力计时,为了保证读数和仪表的安全可靠,使用压力通常不宜到达压力表测量上限的2/3以上;但是,为了减少读数误差,使用压力也不宜小于测量上限上的1/3。这点,是选择压力表量程的依据。四、流体静压力的传递(帕斯卡定律)由流体静力学基本方程式p= p0+h
7、可知,p0与h无关,属于表面力。p0会等值传递到液体内的各点上,使任意一点的压力发生相应的改变。由此可知,静止液体表面上的压力变化将等值传递到液体中的任意点。这就是静压力的等值传递规律,也称帕斯卡定律。第三节 流体动力学流体动力学是研究流体运动时的力学规律及这些规律在工程上的应用。一、基本概念(一)稳定流和非稳定流流体质点在流经某一空间坐标点时,它的运动要素不随时间改变称这种运动为稳定流。否则称之为非稳定流。(二)过流断面过流断面是指与流体流动方向垂直的横断面,用符号A表示,单位m2。(三)流量与断面平均流速图1-11 连续方程式的推证二、流体流动的连续性方程流体的连续性方程是质量守恒定律在流
8、体力学中的一种应用型式。如图1-11所示,在单位时间内流入断面1-1的流体质量应等于流出断面2-2的流体质量。即两边同除得 (1-20)或 式(1-20)称为连续性方程式。安顺职业技术学院备课笺三、流体的能量方程(伯努利方程)(一)能量方程的推导根据动能定理,外力在dt时间内所做的功等于该时间段的动能的增量。压力所做的功:重力所做的功:动能的增量:所以 +=整理并移项得 (1-21)上式为理想流体的能量方程,即理想流体的伯努利方程式。对于实际流体,由于粘性的存在,流动中必然产生摩擦阻力,消耗一部分能量。另外以断面平均流速代替实际流速计算动能时,需乘以修正因素,如果用hw表示单位重力流体从一断面
9、流到另一断面的能量损失,则实际流体总流的能量方程为 (1-22)式中 动能修正因素近似等于1。(二)能量方程式的意义从物理学的观点来看,能量方程式中的各项表示流体的某种能量,其单位是焦耳/牛顿(J/N),或米(m)。如果用E1和E2分别表示两个断面的总能量,则公式可写成E1= E2+hw可见,E1 E2。这说明流体总是从高能量的断面流向低能量断面。安顺职业技术学院备课笺(三)能量方程的应用条件(1)流体的流动必须是稳定流。实际上稳定流很少,但只要各运动要素变化较小,或者在较长时间内平均值是稳定不变的,便可视为稳定流;(2)流体不可压缩。适用于压缩性很小的液体,也适用于无压缩性或压缩性很小的气体
10、;(3)所选的两过流断面为缓变流;(4)两断面间没有能量输入或输出。如果有能量输入或输出,能量方程应写为:式中 单位重力流体获得或失去的能量,单位m。(5)所选两断面之间应没有分流或合流情况,即符合连续性方程,Q=常数;(6)两断面的压力可取为绝对压力,亦可取为相对压力,但二者的基准应统一。(四)能量方程应用举例安顺职业技术学院备课笺第四节 流动状态与能量损失一、流体的流动状态雷诺通过大量试验发现:流体流动时存在层流和紊流两种不同的状态,并产生不同的能量损失。图1-16为雷诺实验装置,主要由水箱B、液杯K及其上阀门L、玻璃管C及其上的两根细玻璃管1与2和阀门D、量杯E等组成。图1-16 雷诺实
11、验装置由紊流转变为层流时的流速称为下临界流速,用vk表示。实践证明,vk。通常把下临界流速vk作为判别流态的界限。 (1-23)Rek2320 层流Rek2320 紊流二、能量损失能量损失有两种形式,一是沿程阻力损失,二是局部阻力损失。1沿程阻力损失,m (1-24)安顺职业技术学院备课笺2局部阻力损失 (1-28)3流体流动的总能量损失管路系统中的总能量损失等于沿程阻力损失与局部阻力损失之和,即 (1-29)安顺职业技术学院备课笺第五节 水击与气蚀现象一、水击现象液体压力在瞬间突然升高现象称为水击。水击所产生的增压波和减压波交替进行,对管壁或阀门的作用有如锤击一样,故又称为水锤。二、气蚀现象
12、压力降低到有气泡形成的现象统称为气穴现象。因气穴现象而产生的机械剥蚀和化学腐蚀现象称为气蚀现象。安顺职业技术学院备课笺第二章 液压传动基础重点:液压传动的工作原理;液压元件的结构原理;液压元件的职能符号难点:液压元件的职能符号方法:挂图讲解液压元件的结构原理;作图讲解液压元件的职能符号第一节 概述一、液压传动的工作原理液压传动的定义:液压传动是利用液体的压力能传递能量的一种传动方式。其工作原理是:液压泵将输入的机械能变为液压能,经密封的管道传递给液压缸(或液压马达),再转变为机械能输出,带动工作机构做功。通过对液体的方向、压力和流量的控制,可使工作机构获得所需的运动形式。由于能量的转换是通过密
13、封工作容积的变化实现的,故又称容积式液压传动。二、液压传动系统的组成1能源装置。它是供给液压系统压力油,把机械能转换成液压能的装置。最常见的形式是液压泵。2执行装置。它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸,有作回转运动的液压马达,它们又称为液压系统的执行元件。3控制调节装置。它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。4辅助装置。上述三部分之外的其他装置,例如油箱,滤油器,油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。5工作液体它是传递能量的载体,也是液压元件的润滑剂。三、液压传动系统图的图形符号 “液压系统图图形符号(GB78
14、676)”。我国制订的液压系统图图形符号(GB78676)中,对于这些图形符号有以下几条基本规定。(1)符号只表示元件的职能,连接系统的通路,不表示元件的具体结构和参数,也不表示元件在机器中的实际安装位置。(2)元件符号内的油液流动方向用箭头表示,线段两端都有箭头的,表示流动方向可逆。(3)符号均以元件的静止位置或中间零位置表示,当系统的动作另有说明时,可作例外。安顺职业技术学院备课笺四、液压传动的特点和基本参数 (一)力比例关系在液压传动中工作压力取决于负载,而与流入的液体多少无关。注意:负载包括有效负载、无效负载(如摩擦力)以及液体的流动阻力等。(二) 运动关系基本特征之二: 运动速度(或
15、转速)的传递是按照容积变化相等的原则进行的。(三) 功率关系 P=Fv=Wv=pQ 总结上述: 在液压传动中压力p和流量Q是最基本最重要的两个参数。 五、液压传动的优缺点 安顺职业技术学院备课笺第二节 液压泵一、液压泵的工作原理及特点图2-4 液压泵工作原理图(一)液压泵的工作原理(二)液压泵的特点 (1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。(2)具有相应的配流机构,将吸油腔和排液腔隔开(3)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类;按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。 (二)液压泵的主要性能参数二、
16、 齿轮泵按结构不同,齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵(一)齿轮泵的工作原理和结构图2-5 外啮合型齿轮泵工作原理安顺职业技术学院备课笺(二)齿轮泵存在的问题齿轮泵存在三个共性问题,即困油现象、径向不平衡力和间隙泄漏。1齿轮泵的困油现象困油现象是指液压泵中的闭死容积,在某一段时间内,既不和吸油腔相通,也不和排油腔相通,而其大小却在起变化,造成其内液体压力急剧上升或降低的现象。2齿轮泵的径向不平衡力3齿轮泵的间隙泄漏在齿轮泵工作时,存在三处可能产生内泄漏的部位,即轴向间隙、径向间隙、啮合处的齿面间隙。这使得压力液体从排液腔向吸液腔泄漏。三、叶片泵 根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数
17、的不同,叶片泵分为两类,即完成一次吸、排油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵(一)单作用叶片泵1单作用叶片泵的工作原理 单作用叶片泵的工作原理如图2-10所示,单作用叶片泵由转子1、定子2、叶片3、配油盘和端盖等组成。定子具有圆柱形内表面,定子和转子间有偏心距。叶片装在转子槽中,并可在槽内滑动,当转子回转时,由于离心力的作用,使叶片紧靠在定子内壁,这样在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间,当转子按图示的方向回转时,在图的右部,叶片逐渐伸出,叶片间的工作空间逐渐增大,从吸油口吸油,这是吸油腔。在图的左部,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,工作空间逐渐缩小,将油液从
18、压油口压出,这是压油腔,在吸油腔和压油腔之间,有一段封油区,把吸油腔和压油腔隔开,这种叶片泵在转子每转一周,每个工作空间完成一次吸油和压油,因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转,泵就不断地吸油和排油。图中所示e为转子与定子之间的偏心矩,若改变偏心距的大小,则可以调节泵的排量,所以单作用式叶片泵通常作为变量泵使用,变量方式有手动和自动调节两种。2单作用叶片泵的特点(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。偏心反向时,吸油压油方向也相反;(2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内。为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触,压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通
19、。吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通,这里的叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上;(3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压。安顺职业技术学院备课笺(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出,而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角,称后倾角,一般为24。图2-10 单作用叶片泵的工作原理(二)双作用叶片泵1双作用叶片泵的工作原理 双作用叶片泵的工作原理如图2-11所示,泵也是由定子1、转子2、叶片3和配油盘(图中未画出)等组成。转子和定子中心重合,定子内表面近似为椭圆柱形,该椭圆形由两段长半径R、两段短半径r和四段过渡曲线所组成。当转子转动时,叶片在离心力和根部压力油
20、(建压后)的作用下,在转子槽内作径向移动而压向定子内表面,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封空间,当转子按图示方向旋转时,处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油液从压油口压出,因而,当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自的中心夹角是对称的,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向力完全平衡,
21、密封空间数(即叶片数)是双数。安顺职业技术学院备课笺图2-11 双作用叶片泵的工作原理1-定子2-转子3-叶片2双作用叶片泵的结构特点四、柱塞泵柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同,可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。(一)径向柱塞泵径向柱塞泵由定子、转子(缸体)、柱塞和配油轴组成。其工作原理如图2-14所示,柱塞1径向排列装在缸体2中,缸体由原动机带动连同柱塞1一起旋转,所以缸体2一般称为转子,柱塞1在离心力的(或在低压油)作用下抵紧定子4的内壁,当转子按图示方向回转时,由于定子和转子之间有偏心距e,柱塞绕经上半周时向外伸出,柱塞底部的容积逐渐增大,形成部分真空,因此便经过衬套3(衬套3是压紧在
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