Ю.С. Ткаченко В.М. Пачевский
МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Учебное пособие
Воронеж 2015
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»
Ю.С. Ткаченко В.М. Пачевский
МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
В
УДК 530.1 (075.8)
Ткаченко Ю.С. Механика жидкостей и газов: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,87 Мб) / Ю.С. Ткаченко, В.М. Пачевский. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; MS Word 2007 или более поздняя версия; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.
Учебное пособие содержит вопросы, относящиеся к рабочим жидкостям гидросистем, методы описания их движения, основные законы гидростатики и гидродинамики жидкостей. Освещены проблемы образования кавитации гидравлического удара, рекомендации по фильтрации рабочих жидкостей.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 150700.62 «Машиностроение», профилю «Технологии, оборудование, автоматизация машиностроительных производств», дисциплине «Механика жидкостей и газов».
Пособие предназначено для студентов 2 - 3 курсов всех форм обучения.
Табл. 4. Ил. 34. Библиогр.: 16 назв.
Рецензенты: кафедра естественных дисциплин
Воронежского государственного
университета инженерных технологий
(зав. кафедрой д-р техн. наук,
проф. А.С. Борсяков);
д-р техн. наук, проф. В.В. Пешков
Ткаченко Ю.С., Пачевский В.М., 2015
Оформление. ФГБОУ ВПО
«Воронежский государственный
ВВЕДЕНИЕ
Механика жидкости и газа - наука, входящая в цикл механических дисциплин, изучающая законы равновесия и движения жидких и газообразных тел и применение этих законов для решения технических задач.
Дисциплина базируется на высшей математике (теория поля, дифференциальные уравнения), физике (механика, свойства жидкостей и газов), теоретической механике.
Специфика механики жидкости и газа обусловлена легкой деформируемостью материала тел, являющихся объектом изучения. Отсюда следует специфическая форма записи общих законов сохранения массы, импульса, энергии и соответствующие специфические методы их решения. Многие численные методы решения нелинейных уравнений в частных производных разработаны и разрабатываются применительно к задачам механики жидкости и газа.
В качестве приводов металлорежущих станков и кузнечно-прессового оборудование широкое распространение получили объемные гидравлические и пневматические приводы. Гидро- и пневмоприводы очень удобны также для использования в устройствах периферийного (вспомогательного) оборудования гибких производственных систем и роботизированных участков.
Настоящее учебное пособие соответствует требованиям, предъявляемым ФГОС по направлению подготовки бакалавров 150700.62 «Машиностроение», профилю «Технологии, оборудование, автоматизация машиностроительных производств», дисциплины «Механика жидкостей и газов».
1. Гидропривод как фактор автоматизации станков и станочных комплексов
В общем случае под приводом понимается механизм (устройство), приводящее в действие рабочие органы станков и технологического оборудования. По принципу действия различают:
1. ступенчатое регулирование скорости – обеспечивается коробками скоростей или подач, а также электроприводом переменного тока;
2. бесступенчатое (плавное) регулирование выходных звеньев – обеспечивается электроприводом постоянного тока и гидроприводом.
На гидропривод распространяется требование вакуумной техники, то есть, обеспечение герметичности гидросистемы.
Гидропривод состоит из источника гидравлического потенциала (насос), аппаратуры, регулирующей давление и расход жидкости, выходного гидроцилиндра (гидродвигателя), осуществляющего перемещение рабочего органа технологического оборудования, коммутационных магистралей (трубопровод, гибкие шланги), связывающих узлы гидропривода и вспомогательные устройства (контрольно – измерительная аппаратура, система фильтров очистки минерального масла, и т.п.).
В гидравлических приводах для получения механического движения используют давление жидкости. Высокая подвижность и малая сжимаемость жидкостей позволяют с помощью простого по конструкции двигателя поступательного движения – гидроцилиндра – выполнить практически все требования, предъявляемые к движению рабочих органов в станках: по скорости, равномерности движения, усилиям, частоте переключений и др. Рабочее давление жидкости в гидроприводах станков значительно выше, чем давление сжатого воздуха в пневмопритводах, поэтому габаритные размеры гидравлических исполнительных механизмов соответственно меньше, чем пневматических, и они легче встраиваются в станок. Гидравлические двигатели вращательного движения также имеют меньшие размеры и массу на единицу мощности по сравнению с электродвигателями.
Гидравлический привод удобно сочетается с другими типами приводов, электронными системами управления станками, а также имеет и другие преимущества, благодаря которым гидропривод является эффективным средством автоматизации станков и устройств, способствующих их более эффективному использованию (промышленных роботов, автоматизированных магазинов инструментов и складов продукции; устройства контроля размеров заготовок, деталей и др.).
К преимуществам гидропривода, по сравнению, например, с механическими и электроприводами, следует отнести возможность реализации автоматического циклового действия, компактность, малую металлоемкость, способность бесступенчатого регулирования скорости рабочих органов, лучшие динамические свойства реверсирование прямолинейного движения, обеспечение надежной смазки. Гидроприводам присущи: надежная защита от перегрузок, перестройка технологического оборудования на различные режимы работы, возможность автоматизации, высокая энергоемкость, то есть, получение больших сил и мощностей при сравнительно небольших габаритах и собственной массе гидродвигателей. Например, габариты и масса современных гидродвигателей составляют около 20% по сравнению с электродвигателями аналогичной мощности. Для гидросистем характерна высокая энергоемкость рабочей среды. Давление жидкости достигает 35 – 100 Мпа и более. Диапазон бесступенчатого регулирования скоростей для поступательных движений лежит в пределах от 3 мм/мин до 90 м/мин, для вращательных от 0,1 мин-1 до 50000 мин-1. Малая инерционность гидродвигателей дает возможность частых и быстрых переключений. Так, для гидроцилиндров частота переключений составляет 400 мин-1, для гидромоторов – 500 мин-1. Например, время реверса гидромотора мощностью 3,75 квт составляет 0,02 сек.
Недостатками гидропривода, ограничивающими его применение являются: нестабильность работы из – за неизбежности температурных колебаний рабочей жидкости, более низкий к.п.д. из-за утечек рабочей жидкости, и особенностей работы насосов постоянной и нерегулируемой подачи; невозможность точного соблюдения передаточного отношения при согласовании движений рабочих органов станка, необходимость применения устройств очистки и охлаждения жидкости, повышенная пожароопасность при работе с минеральными маслами.