液壓壓力計算機
根據作用力、面積、密度及流體深度,計算施加的液壓壓力、靜水壓力與合計壓力。
壓力計算參數
使用一致的 SI 單位輸入活塞負載及液柱條件。
關於液壓壓力
液壓壓力是受限流體中分布於一定面積上的力。帕斯卡原理指出,對密閉且近似不可壓縮的流體施加壓力變化,會將該變化傳遞至整個流體。這項特性讓小活塞上的適度輸入力,能在較大的活塞上產生更大的輸出力。煞車、壓床、升降設備、轉向系統及工業致動器都運用這項關係。壓力等於法向力除以受力面積,其 SI 單位為帕斯卡,相當於每平方公尺一牛頓。
本計算機將外加力產生的壓力與液柱產生的壓力分開計算。施加的液壓壓力等於力除以面積。靜水壓力等於流體密度乘以重力加速度及垂直液柱高度。顯示的總壓力是這兩項表壓貢獻的總和。例如,活塞在一公尺水柱上方施加 100,000 帕斯卡的壓力,使用標準重力加速度時,下方觀測點的壓力約為 109,806.65 帕斯卡。
面積必須是垂直於作用力的有效面積。圓形活塞應依工作直徑計算面積,分析液壓缸的有桿側環形面積時,還需扣除活塞桿面積。液柱高度是垂直深度,而非管長或傾斜距離。密度應符合工作流體與操作溫度。許多估算中水的密度約為每立方公尺 1,000 公斤,液壓油通常密度較低。預設重力加速度為地球標準重力,也可依當地數值或概念題目需求調整。
這些方程式描述靜態或準靜態的理想行為。動態系統還會受到管路摩擦、加速效應、閥件損失、壓力突波、泵浦脈動、密封摩擦及元件變形影響。絕對壓力另外包含大氣壓力,而本計算機的施加壓力與靜水壓力通常代表表壓。請勿混淆力與質量:質量值必須先利用重力加速度換算為重量。安全關鍵設備應比較最大瞬態壓力與額定工作壓力,採用適當設計係數,並遵守適用液壓標準。本計算機提供清楚的工程估算,也可用於核對帕斯卡定律及靜水壓力計算,但不能取代個別元件的設計分析。
液壓壓力範例
| 輸入參數 | 壓力結果 | 應用情境 |
|---|---|---|
| 1,000 N; 0.01 m²; 1 m 水柱 | 施加壓力 100,000 Pa;總壓力 109,806.65 Pa | 水頭下方的小型液壓活塞。 |
| 500 N; 0.05 m²; 2 m 水柱 | 施加壓力 10,000 Pa;總壓力 29,613.3 Pa | 面積越大,施加的壓力越低。 |
| 2,000 N; 0.02 m²; 0 m 深度 | 施加壓力與總壓力皆為 100,000 Pa | 深度為零時沒有靜水壓力貢獻。 |
如何計算液壓壓力
- 輸入作用於活塞或流體受力面積上的法向力。
- 輸入有效面積、流體密度及垂直液柱高度。
- 確認計算使用的重力加速度。
- 選擇「計算液壓壓力」,比較施加壓力、靜水壓力與總壓力。
常見問題
什麼是帕斯卡定律?
帕斯卡定律指出,受限流體中的外加壓力變化會不減弱地傳遞至整個流體。這說明液壓系統如何運用不同活塞面積放大作用力。
力與壓力有什麼不同?
力是以牛頓量測的推力或拉力,壓力則是分布於單位面積上的力。同樣的力作用在較小面積上時,會產生較大的壓力。
靜水壓力是依管長計算嗎?
不是。它取決於流體表面與目標點之間的垂直高程差。靜止流體連接管的形狀、坡度及總長度不會改變該壓力。
結果顯示的是表壓還是絕對壓力?
計算出的壓力貢獻通常視為相對於流體表面壓力的表壓。需要絕對壓力時,請加上當地大氣壓力。
可以用油取代水嗎?
可以。將預設密度換成油在操作溫度下的密度即可。準確的密度資料可改善結果中靜水壓力部分的精度。