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《液压》第二章 液压油液

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2.液压油液

2.液压油液

12
二、液压油的性质
1.液体的密度和重度 （1）密度： 对于匀质液体， 单位体积的 质量称为液体的密度。通常用ρ表示，对 于均质液体 式中 kg/m³ V—液体的体积，m³ ； m—体积V所包含的液体质量，kg。
ρ= m/v
13
二、液压油的性质
液体的密度随着温度的升高而下降， 随压力的增大而增大。 对于液压传动中常用的温度和压力 范围内，密度变化很小，可视为常数。 在计算时，常取15 ℃时的液压油密 度ρ=900 kg/m³ 。
34
•温度tKk可压缩性（容易 被压缩） •压力pKk可压缩性
19
注 意
压力增大时，Ｋ值增大，但这种变化不
呈线性关系。当p3Ｍpa时，Ｋ值基本上 不再增大。 若液压油中混有气泡时，Ｋ值将大大减 小。 液压油液的可压缩性对在动态下工作的 液压系统来说影响很大，但当液压系统 在静态下工作时，一般可以不予考虑。
实验测定指出
液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ｆf 与 液层接触面积Ａ、液层间的速度梯度 du/dy 成正比，即：
式中：—比例常数，称为粘度或粘性 系数（动力粘度）。
22
单位：Pa ·s 或 P（泊）
1 Pa ·s ＝10 P = 103 cP (厘泊） ２、运动粘度：液体动力粘度与其密度的 比值，称为液体的运动粘度。即： =/ 单位：m2/s、st（沲）、cst（厘沲） 1 m2/s = 104 st = 106 cst. 物理意义：不是一个粘度的量，但习惯上 常用它来标志液体粘度。
11
例如：聚四氟乙烯-SF—常用密封材料
高度化学稳定性和热安定性，在高温下不会氧 化、硬化或软化泄漏，在潮湿环境下亦能防止 腐蚀，设计用于长期高温条件下作业或重负载 的轴承、齿轮、导轨以及滑动机械装置的润滑。 适用温度范围：-45～+300℃。 优佳的抗磨润滑性和承载能力，极低的摩擦系 数与蒸发损失； 对金属材料良好防腐蚀保护， 与绝大多数塑胶和弹胶体相容； 优异高温抗 氧化、硬化或软化性能，具有高化学惰性； 优良的耐水、蒸气、温和酸性或碱性液体的冲 洗，使用寿命极长。
第二章.液压流体力学基础

第二章.液压流体力学基础


等值传递。
压力传递的应用
图示是应用帕斯卡原理的实例，假设作用在小活塞上
施加压力F1时，则在小活塞下液体受的压力为p= F1/A1 根据帕斯卡原理，压力p等值的 传 递到液体内部各点，即大活塞下面 受到的压力也为p，这时，大活 塞 受力为F2= pA2。为防止大活塞下 降，则在小活塞上应施加的力为：
6.3 液体流经缝隙的流量
环形缝隙流量
活塞与缸体的内孔之间、阀芯与阀孔之间都存在环形缝隙。
πdh qV p 12 l
同心环形缝隙
3
6.3 液体流经缝隙的流量
环形缝隙流量
流过偏心圆环缝隙的流量， 当e = 0时，它就是同心圆环缝 隙的流量公式；当e =1时，即 在最大偏心情况下，其压差流 量为同心圆环缝隙压差流量的
压力有两部分：液面压力p0及自重形成的压力ρgh；
静压力基本方程式 p=p0+ρgh
3.3 重力作用下静止液体压力分布特征
液体内的压力与液体深度成正比；
离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的 所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压 面为水平面； 压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压
6.1 液体流经薄壁小孔的流量
当小孔的长径比 l /d < 0.5时，称为薄壁孔 。
qV Cq K
2

p
6.3 液体流经缝隙的流量
平面缝隙流量
在液压装置的各零件之间，特别是有相对运动的各 零件之间，一般都存在缝隙（或称间隙）。油液流过缝 隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。由于缝隙通道狭窄， 液流受壁面的影响较大，故缝隙液流的流态均为层流。 压差流动：由缝隙两端的压力差造成的流动。 剪切流动：形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动。
第二章 液压传动基础知识

第二章 液压传动基础知识


F p A
式中 F——法向作用力（N）； A——承压面积（m2）。 在这里压力与压强的概念相同，物理学中称为压强，工程实际中称为 压力。
。 静止液体压力具备两个重要特性：
1)压力的方向总是垂直指向承压表面； 2)流体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。
第2章
2.液体静压力 液体处于静止状态下的压力称为液体静压力。
与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h = 1m，设液 体的密度为ρ= 1000㎏/m3，试求容器内的真空度。
解：以液面为等压面，由液体静压力基本方程得
p +ρgh = pa 所以真空度为
pa－p = ρgh =1000×9.8×1 =9800（Pa）
如图所示，密闭容器中充满了密度为ρ的液体，柱塞直径为d， 重量为FG，在力F作用下处于平衡状态，柱塞浸入液体深度为h。
§2.1 液压油
一、 液压油的主要性质
1.密度
单位体积液体的质量称为液体的密度。液体的密度为
m ρ V
式中
m：液体的质量(kg)； V：液体的体积（m3）； 液压油的密度ρ=900 kg/ m3
液压油的密度随压力的升高而增大，随着温度的升高而减小。但 在通常的使用压力和温度范围内对密度的影响都极小，一般情况下可视 液压油的密度为常数，其密度值为900 kg/m3。
• 作用在大活塞上的负载F1形成
液体压力 p= F1/A1
• 为防止大活塞下降，在小活 塞上应施加的力
•
F2= pA2= F1A2/A1
由此可得
• 液压传动可使力放大，可使力
缩小，也可以改变力的方向。
• 液体内的压力是由负载决定 的。
如图：已知活塞1的面积A1=1.13X10-4m2，液压缸活塞2的面积
2 液压油

2 液压油

第二章 液压油
液压油既是工作介质，又是润滑剂和冷却液。 液压油既是工作介质，又是润滑剂和冷却液。油液的特性将 会影响液压传动性能（如工作可靠性、灵敏性、 会影响液压传动性能（如工作可靠性、灵敏性、系统效率及零件 寿命等） 寿命等）
第一节 第二节 第三节
液压油的种类及代码 液压油主要特性 液压油液的选择和使用
5
2. 液压传动的工作介质
2.1 液压介质的种类 （4）L-HV液压油 液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高 液压油 粘度指数液压油）： 用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、 防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。 其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行 和低速不稳定现象。 适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。 （5）其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮用 液压油、舰用液压油等。
2
2. 液压传动的工作介质
液压系统对工作介质的要求 所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低，粘温特性 所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低 好是指工作介质的粘度随温度变化小，粘温特性通常用粘度 指数表示。 一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得 较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油； 低温时或泵的吸入条件不好时（压力低，阻力大），应采用 低牌号液压油。 (2) 氧化安定性和剪切安定性好。 (3) 抗乳化性、抗泡沫性好。 (4) 闪点、燃点要高，能防火、防爆。 (5) 有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。 (6) 对人体无害，成本低。
粘度与温度的关系
T ↑
影响：
μ↓
μ 大，阻力↑ ，能耗↑ μ 小，油变稀，泄漏↑
限制油温： T↑，加冷却器
T↓，加热器
粘 温 图
液压第二章液压流体力学基础

液压第二章液压流体力学基础

液压传动
主讲教师：张凡
第二章液压流体力学基础
液体是液压传动的工作介质。因此，了 解液体的基本性质，研究液体的静力 学、运动学和动力学规律；对于正确 理解液压传动原理，合理设计并使用 液压传动系统都是非常必要的。
教学目的
了解液压油的性质及作用 领会液体静力学的有关知识 综合应用三个方程解决液体动力学相关
——动量方程
应用动量方程解题的步骤：
a. 建立坐标系，一般坐标轴的方向与所 求的力的方向一致
b. 列方程、投影 c. 求解
例：P20求滑阀阀心所受的轴向稳态液动力。
课堂练习： P30 2-5 2-6 作业： P33 2-15 2-19
第四节液体流动时的压力损失
由于粘性摩擦而产生的能量
Pw
损失——沿程压力损失
由于管道形状、尺寸突变而产 生的能量损失——局部压力损 失
1.沿程压力损失（与液体的流动状态有关） 层流时沿程压力损失
p

l d
2
2
— 沿程阻力系数
金属圆管： 75
Re
橡胶圆管： 80
Re
紊流时沿程压力损失
p

l d
2
2
0.3164Re0.25
2.局部压力损失（与管道形状有关）
q CAT p
c—是由孔的形状、尺寸和液体性质决定
的系数
细长孔
c d2
32l
薄壁孔 短孔
c cq 2 /
—由孔的长度决定的指数
细长孔 1
薄壁孔
短孔 0.5
3. 结论： 1) 流过小孔的流量与孔径、和压力有关 2) 油液流经小孔时会产生压降（即两端
v22 )
第二章 液压传动基础知识1

第二章 液压传动基础知识1

第二章 液压传动基础知识
1、液压油 2、液体静力学 3、液体动力学
目的任务：
了解油液性质、静压特性、方程、传递规律
掌握静力学基本方程、压力表达式和结论
重点难点：
液压油的粘性和粘度 粘温特性 静压特性 压力形成 静力学基本方程
第一节 液压传动的工作介质—液压油
油液的物理性质
常用液压油及其选用
三、液压油的合理使用
（一）防止污染
（1）加强油液库存及现场管理，建立严格 的油料管理制度和化验制度。 （2）保持液压元件的清洁，特别是油箱周 围的清洁 （3）经常清洗滤网，滤芯，换油。 （4）油液要定期检查更换。
（二）防止油温过高
（1）油液黏度降低，泄漏量增加。
（2）油液的氧化加快，油液变质 （3）元件受热膨胀，配合间隙减小 （4）密封胶圈迅速老化变质 （三）防止空气混入液压油 （1）在油箱中，防止空气被油液带入系统中
结论： 液体在管道中流动时，流过各个断面的流量 是相等的，因而流速和过流断面成反比。
三、伯努利方程及其应用
能量守恒定律：理想液体在管道中稳定流 动时，根据能量守恒定律， 同一管道内任一截面上的总 能量应该相等。 或：外力对物体所做的功应该等 于该物体机械能的变化量。
理想液体伯努利方程的推导
理想液体伯努利方程
Pa
测压两基准
绝对压力—以绝对零压为基准所测 相对压力—以大气压力为基准所测
三种压力之间的相互关系
四、静压传递原理
（一）液压系统压力的形成
p = F/S F=0 p=0 F↑ p↑ F↓ p↓ 结论：液压系统的工作压力取决 于负载，并且 随着负载的变化而变 化。
F
（二）静压传递原理（帕斯卡原理）
0E
第二章 液压油与液压流体力学基础

第二章 液压油与液压流体力学基础


液体单位面积上所受的法向力，称为压力，以p表示，单位Pa、Mpa
F p lim A 0 A

静止液体的压力称为静压力。
性质： （1）液体的压力沿内法线方向作用于承压面上； （2）静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。
二、重力作用下静止液体中的压力分布 间内流过某一通流截面的液体体积称为流量。 流量以q表示，单位为m³ /s或L/min。
q = V/t = Al/t = Au

当液流通过微小的通流截面dA时，液体在该截面上各 点的速度u可以认为是相等的，所以流过该微小断面的 流量为 dq=udA 则流过整个过流断面A的流量为
m V
(kg / m 3 )
式中：V——液体的体积，单位为m3；
m——液体的质量，单位为kg。
液体的密度随压力或温度的变化而变化，但变化量很 小，工程计算中忽略不计。
（二）液体的可压缩性 液体受压力作用而使体积减小的性质称为液体的可 压缩性。通常用体积压缩率来表示：
1 V k p V0

单位：㎡/s 1㎡/s=104㎝2/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt）
液压油牌号：
国际标准按运动粘度对油液的粘度等级（即牌号）进行 划分。常用它在某一温度下（40℃）的运动粘度平均值来表 示，如VG32液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度 的平均值为32mm2/s（cSt）。
2、粘度 粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力 粘度、运动粘度和相对粘度。 ⑴动力粘度 动力粘度又称绝对粘度
du / dy

动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动 时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。 单位： N· s/㎡或Pa· s
第二章 液压油的性质

第二章 液压油的性质

第二章液压油的性质（Properties of Hydraulic Fluids）2.1概述（INTRODUCTION）在液压系统中唯一最重要的材料是工作流体本身。

液压油的性质对设备的正常工作和使用寿命有着决定性的影响。

为了液压系统能够高效地完成其工作使用清洁、高质量的液压油是非常重要的。

为了满足工作要求现代大多数液压油都是经过特殊合成的化合物。

除了有一种基本的流体，液压油还包含一些添加物来得到所希望的性质。

1.液压油的主要功能实质上，液压油有四个主要功能：✵传递能量；✵润滑运动部件；✵密封两部件之间的配合间隙；✵散热。

2.液压油的特性为真正地实现上述这些主要功能并从安全和成本上考虑，液压油应具有以下特性：✵良好的润滑性；✵理想的粘度；✵化学和环保稳定性；✵与系统其它材料的相容性；✵较大的体积模量；✵耐火性；✵良好的传热能力；✵低密度；✵抗泡性；✵无毒；✵低挥发性。

✵低成本；✵容易得到。

单一的液压油不具有所有这些希望的性质。

为了实际使用，流体传动设计者必须选择最接近所有这些理想性质的流体。

液压油必须定期更换，其周期不仅取决于流体本身还与其使用环境有关。

实验室分析是确定液压油更换周期的最好方法。

通常说，由于油液分解或被污染而导致其粘度和酸度增大时，它就应被更换。

更好地是当系统处于工作温度时更换油液。

用这种方法，大多数杂质都处于悬浮状态并且容易排除。

2.2 流体：液体（FLUIDS: LIQUIDS）‚流体‛一词是液体和气体的总称。

液体是这样一种流体，具有已知的质量，它具有明确的、与它的容器形状无关的体积。

这个意思是即使液体呈现其容器的形状，容器中充满液体部分的体积等于液体的体积。

液体被认为是不可压缩的以致于压力变化时，液体的体积不会变化。

这并不绝对准确，但是由于压力变化引起的体积变化是很小的，在大多数工程应用中可忽略不计。

2.3 重量、密度、比重（WEIGHT,DENSITY, SPECIFIC GRA VITY ）1.重量所有物质，不论固体或流体，都受到地心引力的作用。

液 压 油 液

液 压 油 液


式中，ν 的单位为m2/s。
6.31 6 7.31 E 10 E
(2.12)
3. 对液压油液的要求及选用 对液压油液的要求 不同的液压传动系统、不同的使用条件对液压工作介质 的要求也不相同，为了更好地传递动力和运动，液压传动系 统所使用的工作介质（液压油液）应具备以下的基本性能： （1）合适的粘度，润滑性能好，并具有较好的粘温特性； （2）质地纯净、杂质少，并对金属和密封件有良好的相 容性； （3）对热、氧化、水解和剪切有良好的稳定性； （4）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小； （5）体积膨胀系数小，比热容大，流动点和凝固点低， 闪点和燃点高； （6）对人体无害，对环境污染小，成本低，价格便宜。
液压油液的物理性质(4/9)
封闭在容器内的液体在外力作用 下的情况极像一根弹簧，外力增大，体 积减小；外力减小，体积增大。在液体 承压面积A不变时（见图2.1），可以通 过压力变化 p F / A（ F 为外力变 化值）、体积变化 V Al （l 为液 柱长度变化值）和体积模量求出它的液 压弹簧刚度 kh ，即： F A2 K kh (2.6) l V 液压油液的可压缩性对液压传动 系统的动态性能影响较大，但当液压传 动系统在静态（稳态）下工作时，一般 可以不予考虑。 在液压传动技术中，液压油液最 重要的特性是它的可压缩性和粘性。
液压油液的物理性质(7/9)
（b）运动粘度 液体的动力粘度 μ 与其密度 的 比值被称为液体的运动粘度，即： (2.11)


液体的运动粘度没有明确的物理意义，但它在工 程实际中经常用到。因为它的单位只有长度和时间的 量纲，类似于运动学的量，所以被称为运动粘度。它 的法定计量单位为m2/s，以前沿用的单位为St（斯）， 它们之间的关系是： 1 m2/s = 104St = 106cSt（厘斯） 我国液压油的牌号就是用它在温度为40℃时的运 动粘度（厘斯）平均值来表示的。例如32号液压油， 就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32 mm2/s。
第二章 液压流体力学

第二章 液压流体力学


l
作用在曲面上的力示意图
求：作用在液压缸右半壁x方向的力 解：在θ处取dθ所对应的微小面积ds· l作用在此微小面积上的各 点的力的方向是相同的，所以
dP plds dPx pldscos plrd cos Px plr 2 plr
/2
/ 2
cosd plrsin
y uy uz z ux x
y u x
若液流的各个运动要素，只在二维空间（平面） 发生变化，则这样的平面运动形式称为二元流动或 二维流动，图2-3-3。
若液流的各个运动要素仅沿一个坐标方向发生变 化，则这样的运动形式称为一元流动或一维流动。
一元流动法以元流和总流为研究对象。一元流动 是指垂直于流线、元流方向无液体流进流出，因而 无速度分量。一元流动法在分析元流和总流的运动 情况时认为，流速和压力近似地只是沿流程一个坐 标的函数，虽然一般情况下这是个曲线坐标函数。 一元流动法的“一元”的意思就是这样来的。
/2 / 2
可见：静止液体作用在曲面上某一方向的力， 等于液体的压力与曲面在该方向的垂直面上 的投影面积的乘积。
第三节 流体动力学
流体运动学和流体动力学所研究的内容：
1.流体运动学是研究流体宏观运动规律的科 学； 2.流体动力学是研究作用于流体上的力与流 体运动之间的关系。
本节所推证的两个方程：流体的连续性方程、 柏努力方程是流体运动学和流体动力学的两个 基本方程。
静压基本方程 条件：1.重力场 2.不可压缩性流体
p表
h
p表 dω G=ρghdω a dω pa dω
由图可知：因为液体处于静止状态，所以
p 表 d ghd p a d 0 p a p 表 gh
2、液压流体力学知识

2、液压流体力学知识


⒋黏度指数提高剂 用来提高油液的黏度，使其使用的温度范围 扩大。 其他添加剂在此不多介绍。 四、液压传动用油的要求、选择 在液压传动中，油液是传递动力或力矩的工 作介质，所选用油液的性质将直接影响到液 压传动系统工作的好坏。必须正确选择液压 油。
（一）对液压传动用油的基本要求 ①合适的黏度和良好的粘温特性； ②润滑性能好； ③对密封材料的相容性； ④对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性，长 期工作不易变质； ⑤抗泡沫性好、腐蚀性小； ⑥清洁度高，质地纯洁，杂质少； ⑦燃点高、凝固点低； ⑧对人无害，成本低。
（二）油液的选择 在具体选择液压油的粘度时，一般应考虑下 列具体因素： 1.液压系统中工作压力的高低。 2.液压系统中运动速度的快慢。 3.液压系统周围环境温度。 有时也从以下几个因素考虑： ①液压系统所处的环境； ②液压系统的工作条件； ③液压油的性质； ④经济性；
P6表1-1是液压泵使用油液的粘度范围。
第二章 液压流体力学基础知识 主要掌握的知识点是：
液压流体力 学基础知识
工作液体 -介质 (液压油)
静止液体 的性质
流动液体 的性质
液体流动时 液体流动时 的压力损失 的泄漏
液压冲击 气穴现象
§2-1 液压油的性质
（Working medium of hydraulics— hydraulic oil）
动力粘度的物理意义： 液体在单位速度梯度 （|dv/dy|=1）下流动时，相邻液层单位面积 上的内摩擦力。 动力粘度µ的单位： 帕· 秒（Pa· s）帕=N/㎡ （帕· 秒 —N · S/㎡， 1Pa· s=1N· S/㎡） 通过动力粘度的公式得知：在静止液体中，由 于速度梯度等于零内摩擦力为零，故液体在 静止液体状态下不显粘性。

液压传动第二章 液压油液

第二章 液压油液
第二章 液压油液
第一节 液压油液的性质 一、液压油液的粘性 1.牛顿液体内摩擦定律
图2-1 液体的粘性示意图
第二章 液压油液
2.粘度 (1)动力粘度 表征流体粘性的内摩擦因数或绝对粘度，用μ表示。
(2)运动粘度 动力粘度μ与其密度ρ的比值，称为运动粘度，用ν表 示。
第二章 液ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ油液
图2-4 静止液体内压力分布规律
第二章 液压油液
式称为液体静力学基本方程。由上式可知： 1)静止液体中任一点处的静压力是作用液面上的压力p0和液体重力 所产生的压力ρgh之和。 2)液体静压力随液深呈线性规律分布。 3)离液面深度相同的各点组成了等压面，此等压面为一水平面。
第二章 液压油液
如图2-5所示，密封容器内液面上的压力为p0，取一基准平面M-M 为相对高度的起始点，则A点的压力，按式(2-13)可写成
3.伯努利方程 伯努利方程是能量守恒定律在液体力学中的一种表达形式。 (1)理想液体伯努利方程 图2-13所示为一液流管道，为了理论研 究方便，假定其为理想液体，并稳定流动。
第二章 液压油液
图2-13 伯努利方程示意图
第二章 液压油液
(2)实际液体伯努利方程 实际液体在管道中流动时，由于液体有粘性，会产生内摩擦力；
图 2-5
第二章 液压油液
4.压力的传递 例2-1图2-6所示为相互连通的两个液压缸，已知大缸内径D=100m m，小缸内径d=20mm，大活塞上放一重物G=20000N。问在小活 塞上应加多大的力F才能使大活塞顶起重物? 解 根据帕斯卡原理，由外力产生压力在两缸中相等即
故顶起重物时在小活塞上应加的力为
图2-7 绝对压力、相对压力及真空度

第二章 液压油


(二)粘性 液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时，分子间的内 聚力要阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫 做液体的粘性。
注意
液体流动或有流动趋势时，才有粘性，静止液体无粘性。 • 粘度是衡量液体粘性的指标； • 常用的粘度为动力粘度，运动粘度，相对粘度；
(1)动力粘度 是用液体流动时所产生的内摩接力大小来表示的粘度。
du A dy
du F f A dy
Ff
f
dz z
v v+dv
图2-1 牛顿剪切实验
式中：—比例常数，称为粘度或粘性系数（动力粘度）。 单位:Pa· s或P(泊，dyne.s／m2)，1Pa· s＝10P＝1000cP(厘泊)。
—剪切应力，即单位面积的内摩擦力。
(2)运动粘度 在相同温度下，液体的动力粘度η与它的密度ρ之 比，称为运动粘度，用ν表示， 即 ν= η/ρ
说明：在一般液压系统使用的压力范围内，增大的数值很小，可以忽略。
三.
选用的液压油应满足的基本要求
①粘温性能应在使用的温度范围内，油液粘度随温度的变化应 比较小。 ②具有良好的润滑性能。工作油液不仅是传递能量的介质，也 是相对运动零件之间的润滑剂，油液应当能在零件的滑动表面 上形成强度较高的油膜，以便形成液体润滑，避免干摩擦。 ③质地应当纯净，不含有各种杂质。如果含有酸碱，会使机件 和密封装臵受腐蚀，如含有机械杂质，容易使油路堵塞。如果 含有挥发性物质，在长期使用后就会使泊液变稠，同时容易在 油液中产生气泡。 ④不易氧化。油液在使用过程中，由于温度升高可能氧化而产 生胶质和沥青质，使油液变质，同时这些物质容易使油路堵塞 以及附着在相对运动机体表面上而影响工作。 ⑤在需要防火的地方，油液的闪点要高，在气候寒冷的条件下 工作时，凝固点要低。

04-02 液压油液习题及答案

第二章 液压油液2.1什么是液体的粘性？常用的粘度表示方法有哪几种？并分别述说其粘度单位。

分子间内聚力阻止分子相对运动产生的一种内摩擦力。

表示方法：1、动力粘度η，单位Pa ·S2、 动粘度ν，单位m 2/s3、 相对粘度2.2 机械油的牌号与粘度有什么关系？机械油的牌号以40℃的运动粘度(cSt)的平均值来定义1 cSt= 10－6m 2/s2.3 已知油液的运动粘度)(cst v 需要求相应的动力粘度η(Pa·s)，试导出计算公式。

η(Pa·s)＝ρ(kg/m 3) ·ν(cSt)·10－6 2.4 求20号机械油40℃时的平均动力粘度，用Pa·s 及泊)(2cm s dyn ⋅表示。

η＝ρ·ν=900 kg/m 3×20×10－6m 2/s=0.018 Pa·s=0.18P(注：dyn =10-5N)2.5 填空1) 某液压油的密度ρ=900kg/m 3= 900 N·s 2/m 4= 0.9 dyn·s 2/cm 4= 0.9×10－6 kgf·s 2/cm 4。

2) 20#机械油的密度ρ=900kg/m 3，其粘度为20cst= 0.2 cm 2/s = 0.018 Pa·s= 0.18 P= 18 cP2.6 图示液压缸，D=63mm ，d=45mm 油的体积弹性模量k=1.5×109Pa 载荷变化量△F=10000N 。

当1) L=0.4m 时2) L=1.2m 时求：在不计缸体变形和泄漏的情况下，由于油液的压缩性，当载荷变化时，活塞将产生的位移。

A L LF A L LA A F V Vp K ⋅∆⋅∆-=⋅∆⋅⋅∆-=∆⋅∆-=/K A LF L ⋅⋅∆-=∆)(4/22d D A -⋅=π L=0.4m ，ΔL=-1.7mmL=1.2m ，ΔL=-5.2mm负号表示压缩2.7 油的体积弹性模量k=1.30×109Pa ，装于L=5m 长的圆管内(在大气压下)，管内径d=20mm ，当管内油压升至△p=20MPa 时，试求管内油液的变化容积。

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液体如果混有气泡时，K值将大大减小。
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（三）粘性 1、粘性的概念 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚 力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象叫做 液体的粘性。 液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止 液体是不呈现粘性的。粘性使流动液体内部各处速度不相等。 由于粘性使流动的液体内部各处的速度不相等。 例如： 图2-1
(2-6)
国标单位pa· s（帕· 秒）或用N· s/m2（牛· 秒/米2）表示。

若动力粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关， 这种液体称为牛顿液体，否则为非牛顿液体，石油基 液压油一般为牛顿液体。
8
b.运动粘度υ
液体动力粘度与其密度之比称为该液体的运动粘度。 即
(2-7)
国标单位 ㎡/s 。
运动粘度的单位换算：1 ㎡/s =104cm2/s=104St（斯）=106cSt（厘斯）
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6）选用合适的液压油品种。 机械油最为普遍，选用石油基液压油和难燃液压油可参照 图2-3
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第二节 液压油液的污染及其控制
第二节 液压油液的污染及其控制 污染原因 工作介质遭受的原因是多方面的，首先是液压装置组装时留 下的污染物，主要指切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈 等；其次是从环境混入的污染物，如空气、尘埃、水滴等； 在工作中产生的污染物，如金属微粒、锈斑、涂料和密封件 的剥离片、水分、气泡等。 污染度的等级 工作介质的污染度是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物 的含量，即工作介质中所含固体颗粒的浓度。为了定量地描 述和评价工作介质的污染程度，制定了污染度的等级标准。 国际标准ISO4406-1999污染度等级标准。
5） 保持系统所有部件的密封性。
空气侵入系统将直接影响工作介质的物理化学性质。因此， 一旦发现泄漏，应立即排除。
6） 定期检查和更换工作介质并形成制度。
每隔一定时间，对系统中的工作介质进行抽样分析，如发现 污染度超过标准，必须立即更换。更换新工作介质前，整个 系统必须先清洗一次。 20
• over
3） 采用高性能的过滤器 过滤器必须经常检查、清洗和更换滤芯。
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4） 控制工作介质的温度 工作介质的抗氧化、热稳定性决定了其工作温度的界限。因 此，液压装置必须设立良好的散热条件，使工作介质长期处 在低于它开始氧化的温度之下工作。一般液压系统的工作温 度最好控制在65°C 以下，机床液压系统还应更低一些。
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（二）可压缩性
液压油液在压力增大时体积缩小的性质称为液体的可压缩性。它 用体积压缩率k来表示，即
液体压缩率的倒数称为液体的体积模量，以K表示。即
液体的体积模量K与温度和压力关系 温度升高，K值减小，可压缩性增大，一般有5%-25%的变化；
压力升高，K值增大，但不呈线性变化，当p>=3Mpa时，K值基本 不再加大。
3
二 液压油液的物理性质
（一）密度 单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度，即 =m/V ——液体的密度(kg/m3)； m——液体的质量(kg)； V——液体的体积(m3)。 液体的密度随压力和温度的变化关系为： = 0[1+K（p-p0）- t（T-T0）] K——液体的压缩比 t——液体的膨胀系数。 可见密度随压力 p 的增加而增加，随温度 T的增大而减小， 但数值很小，在工程计算中可以忽略。一般液压油的密度为 4 900kg/m3。
(8) 流动点和凝固点低，闪点和燃点高；
(9) 对人体无害，成本低。
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四 液压油液的选用
选用液压油考虑的重要因素是粘度，粘度大，液压传动流的压 力损失和发热大，使系统效率下降，粘度太小，泄漏增大也影 响系统效率。通常按以下几方面选用： 1） 按工作机械的不同要求选用 精密机械与一般机械对粘度的要求不同，精密机械宜选用较 低粘度的液压油。 2） 按液压泵的类型选用 在液压系统所有元件中，液压泵的工作条件最为严峻，不但 压力高、转速高和温度高，而且工作介质在被液压泵吸入和压 出时要受到剪切作用，所以一般要根据液压泵的要求来确定介 质的粘度。见推荐表。
石油基液压液
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2、液压油液特性
• 目前 90% 以上的液压设备采用石油基液压油液，石油基液压 油以机械油为基料 , 精炼后按需要加入适当添加剂而成。这 种油液的润滑性好,但抗燃性差。 • 添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、 防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘 剂、抗泡剂、抗磨剂、防爬剂等。 • 乳化液有两大类：一类是少量油（5%--10%）分散在大量水 中，称为水包油乳化液，也称高水基液（O/W）；另一类是 水 分 散 在 大 量 油 中 （ 油 约 占 60% ） ， 称 为 油 包 水 乳 化 液 （W/O）。后者的润滑性比前者好。 • 水—乙二醇液适用于要求防火的液压系统。 • 磷酸酯液自燃点高，氧化安定性好，润滑性好，使用温度宽， 对大多数金属不腐蚀，但能溶解许多非金属材料，必须选择 合适的橡胶密封材料。这种液体有毒。
类别 组成与特性 无添加剂的石油基液压液 HH+抗氧化剂、防锈剂 HL+抗磨剂、HL+增粘剂 HM+增粘剂、HM+防爬剂 高含水 液压液 工 作 介 质 难燃 液压液 含水 液压液 水包油液压液 水的化学溶液 油包水乳化液 水-乙二醇 磷酸脂 合成 液压液 氯化烃 HFDR+HFDS 其他合成液压液 L-HFB L-HFC L-HFDR L-HFDS L-HFDT L-HFDU 代号 L-HH、 L-HL L-HM、L-HR L-HV、L-HG L-HFA L-HFAE L-HFAS
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三 对液压油液的要求
为了很好地传递运动和动力，液压系统使用的液压油液 应具备如下性能： (1) 合适的粘度，较好的粘温特性； (2) 润滑性能好； (3) 质地纯净，杂质少； (4) 对金属和密封件有良好的相容性； (5) 对热，氧化，水解和剪切都有良好的稳定性。 (6) 抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好； (7) 体积膨胀系数小，比热容大；
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3、温度对粘度的影响
温度升高，粘度下降，这一 特性称为液体的粘－温特性。 粘温特性常用粘度指数Ⅵ来表 示。Ⅵ表示该液体的粘度随温 度的变化程度与标准液的粘度 变化程度之比。粘度指数高， 说明粘度随温度变化小，其粘 －温特性好。
一般要求工作介质的粘度指 数应在 90 以上。精制的液压油 及加有添加剂的液压油，其Ⅵ 值大于100。/ 4、粘度随压力的变化 压力增大，粘度增大。但低压时并不明显， 当压力高于50Mpa时，其影响才趋于显著。
第二章 液压油液
在液压系统中，液压油液是传递动力和信号的
工作介质。同时它还起到润滑、冷却和防锈的作用。 液压系统能否可靠、有效地工作，很大程度上取决 于系统中所用的液压油液。 因此，在掌握液压系统之前，必须先对液压油 液有一清晰的了解。
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第一节：液压油液的特性及选择
一、液压油液的分类及特性 1、液压油液的分类： 液压系统中使用的工作介质按国际标准组织（ISO）的分类如表 所示： 表1-1 液压传动工作介质的种类
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实验测定，液体流动时相邻液层间的内摩擦力 Ff与液 层接触面积A，液层间的速度梯度 du 成正比。即
dy
(2-4) 其中μ 称为粘性系数或动力粘度。
若以τ 表示液层间的切应力，即单位面积上的内摩擦 力，则上式可表示为 :
(2-5)
这就是牛顿的内摩擦定律。
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2、粘性的度量 度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度有三 种：即动力粘度、运动粘度、相对粘度。 a. 动力粘度μ 是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。由公式 （2-5）得
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根据标准，工作介质的污染度用三个数码表示，前一个数码 代表单位毫升工作介质中不小于4μ m 的颗粒数等级，第二 个数码代表单位毫升工作介质中不小于 6μ m 的颗粒等级， 第三个数码代表单位毫升工作介质中不小于14μ m 的颗粒等 级，三个数码之间用斜线分隔。颗粒浓度越大代表的等级数 码越大。如22/18/13。 工作介质的污染控制： 为了有效的控制液压系统的污染，以保证液压系统的工作可 靠性和元件的使用寿命，必须制定必要的管理规范和实施细 则。
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3） 按工作压力选用 压力较高的场合，为防泄漏宜选用粘度较 高的油液，如工程机械；压力较低的场合，为 防压力损失，宜选用粘度较低的油液，如一般 机械。 4） 按运动速度选用 工作部件运动速度高，油液流速高，摩擦 损失较大，宜选用粘度较低的油液。 5） 按环境温度选用 温度较高时选用粘度较大的油液，反之采 用较低的油液。
c.相对粘度 相对粘度是根据特定的测量条件制定的，故又称为条 件粘度。我国采用恩氏粘度°E。 恩氏粘度°E，是用恩氏粘度计测量的。
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被测液体
蒸馏水20°c， 51s
恩氏粘度计
工业常用20º C、50º C 、100º C 作为测定恩氏粘度的 标准温度，其恩氏粘度分别°E20、 °E50、 °E100。 恩氏粘度与运动粘度的换算关系式为：
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常用的控制工作介质的污染的措施有： 1） 严格清洗元件和系统。
液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后再仔细清洗 ，以清除在加工和组装过程中残留的污染物。
2） 防止污染物从外界侵入。
工作介质必须经过过滤器注入系统，设计时可在油箱呼吸孔 上装设空气过滤器或采用密封油箱，防止运行时尘土、磨料 和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端部应装防尘密 封，并经常检查定期更换。