第二章 液压油与液压流体力学基础

1. 液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此，了解液体的物理性质，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规律，对于正确理解液压传动的基本原理，合理设计和使用液压系统都是非常必要的。液压传动是以液体作为工作介质进行能量传递的，因此，了解液体的物理性质，掌握液体在静止和运动过程中的基本力学规律，对于正确理解液压传动的基本原理，合理设计和使用液压系统都是非常必要的。 液 压 传 动 第二章 液压油与液压流体力学基础

2. 一、液体的密度 单位体积液体的质量称为液体的密度，通常用“ρ”表示 式中：V——液体的体积，单位为m3； m——液体的质量，单位为kg。 液 压 传 动 §2-1 液体的物理性质

3. 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。通常用体积压缩系数来表示： 式中k——液体的体积压缩系数； V——液体的体积； ΔV——体积变化量； Δp——压力增量。 液 压 传 动

4. k的倒数称为液体的体积弹性模量，以K表示 ： 纯净液压油的体积弹性模量K=（1.4～2.0）×109Pa， 常用等效体积弹性模量K′表示，K′=（0.7～1.4）×109Pa 液 压 传 动

5. 液压弹簧刚度 液 压 传 动

6. 三、液体的粘性 1、粘性的意义 液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力会阻碍其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，这种性质称为液体的粘性。 液 压 传 动 上式称为牛顿液体内摩擦定律。

7. 1、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μ动力粘度又称绝对粘度 液 压 传 动 • 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。单位为： • N·s/㎡或Pa·s • ⑵运动粘度ν动力粘度与该液体密度的比值叫运动粘度，用ν表示 • 单位：㎡/s • 1㎡/s=104㎝2/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt）

8. 液 压 传 动 液压油牌号，常用它在某一温度下的运动粘度平均值来表示，如N32号液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度的平均值为32mm2/s（cSt）。旧牌号20号液压油是指这种液压油在50℃时的运动粘度平均值为20mm2/s（cSt）。⑶相对粘度 相对粘度又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。

9. 恩氏粘度用恩氏粘度计测定，即将200 ml被测液体装入恩氏粘度计中，在某一温度下，测出液体经容器底部直径为φ2.8㎜小孔流尽所需的时间t1，与同体积的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需的时间t2（通常t2=52s）的比值，便是被测液体在这一温度时的恩氏粘度。 液 压 传 动

10. 恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系式为： 液 压 传 动 • 上式中ν的单位是mm2/s（cst）。 • ⑷调合油的粘度 • 选择合适粘度的液压油，对液压系统的工作性能起着重要的作用。当能得到的液压油的粘度不合要求时，可把两种不同粘度的液压油按适当的比例混合起来使用，这就是调合油。调合油的粘度可用下列经验公式计算：

11. 液 压 传 动 • 式中 ºE1、ºE2——混合前两种油液的粘度，取ºE1＞ºE2； • ºE ——混合后的调合油粘度； • a、b——参与调合的两种油液所占的百分数（a+ b=100）； • c——实验系数，见表2-1。

12. 表2-1系数c的数值 a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 b 90 80 70 60 50 40 30 20 10 c 6.7 13.1 17.9 22.1 25.5 27.9 28.2 25 17 液 压 传 动 • 3、粘度与压力的关系 • 液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度亦随之增大。 • 4、粘度与温度的关系 • 油液的粘度对温度的变化极为敏感，温度升高，油的粘度即显著降低。油的粘度随温度变化的性质称粘温特性。

13. 抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介电性、相容性、纯洁性抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介电性、相容性、纯洁性 液 压 传 动 四、其它性质

14. 1、液压油的种类 石油型 乳化型 合成型 液 压 传 动 五、液压油的种类及选用

15. 矿物油 缺点：具有可燃性 液 压 传 动 石油型

16. 油+乳化剂→乳化油 乳化油+水→乳化液 乳化剂：具有两个分子基团，一个具有亲水性，一个具有亲油性 液 压 传 动 乳化型

17. 磷酸脂液 水—乙二醇液 液 压 传 动 合成型

18. 2、液压油的选用 （1）根据液压系统的环境与工作条件选用合适的液压油类型 （2）确定牌号即粘度等级 液 压 传 动

19. 考虑： a.系统的工作压力 压力高→粘度大，以减少泄漏 b.环境温度 温度高→粘度大 c.运动速度 速度高→粘度低，以减少摩擦损失 液 压 传 动

20. 1、污染的危害 （1）堵塞 （2）加速液压元件的磨损，擦伤密封件，造成泄漏增加 （3）水分和空气的混入会降低液压油的润滑能力，并使其变质，产生气蚀，使液压元件加速损坏，使液压系统出现振动、噪音、爬行等现象。 液 压 传 动 六、液压油的污染及控制

21. 2、污染的原因 （1）残留物的污染 液压元件内残留物 （2）侵入物的污染 环境侵入 （3）生成物的污染 金属微粒、密封件磨损、液压油变质等。 液 压 传 动

22. 3、污染的控制 （1）消除残留物的污染 （2）力求减少外来污染 （3）滤除系统产生的杂质 （4）定期检查更换液压油 液 压 传 动

23. 静止液体的压力称为静压力。 液 压 传 动 §2-2静止液体力学 • 一、液体的压力 • 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

24. 特点： （1）液体的压力沿内法线方向作用于承压面上； （2）静止液体内任一点的压力，在各个方向上都相等。 液 压 传 动

25. 二、重力作用下静止液体中的压力分布 液 压 传 动

26. 重力作用下的静止液体，其压力分布有如下特征：重力作用下的静止液体，其压力分布有如下特征： ⑴静止液体内任一点处的压力都由两部分组成：一部分是液面上的压力po，另一部分是该点以上液体自重所形成的压力，即ρg与该点离液面深度h的乘积。当液面上只受大气压力pa作用时，则液体内任一点处的压力为： 液 压 传 动

27. ⑵静止液体内的压力随液体深度变化呈直线规律分布。 ⑶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。 三、压力的表示方法和单位 根据度量基准的不同，液体压力分为绝对压力和相对压力两种。 如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时，比大气压力小的那部分数值叫做真空度。 液 压 传 动

28. 绝对压力=大气压力+相对压力 真空度=大气压力-绝对压力 压力的常用单位为Pa（帕，N/㎡）、MPa（兆帕，N/㎜²），bar（巴） 常用压力单位之间的换算关系为：1MPa=106 Pa，1bar=105 Pa。 液 压 传 动

29. 在密闭容器内，施加于静止液体的压力将以等值传递到液体各点，这就是帕斯卡原理，或称静压力传递原理。在密闭容器内，施加于静止液体的压力将以等值传递到液体各点，这就是帕斯卡原理，或称静压力传递原理。 液 压 传 动 四、静止液体内压力的传递

30. 五、液体对固体壁面的作用力 dFx=dFcosθ=pdAcosθ=plrcosθdθ 液 压 传 动 可见，液体内的压力是由外界负载作用所形成的，即系统的压力大小取决于负载。

31. §2-3 液体动力学基础 本节主要讨论液体动力学的基本概念，三个基本方程——连续性方程、伯努利方程和动量方程。 一、基本概念 1.理想液体、恒定流动、一维流动 理想液体：一种假想的既无粘性又不可压缩的液体。 液 压 传 动 曲面在某一方向上所受的液压力，等于曲面在该方向的投影面积和液体压力的乘积。

32. 恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度等参数都不随时间而变化。 （或称定常流动、非时变流动） 反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间变化，就称非恒定流动（或称非定常流动、时变流动）。 一维流动：液体的流动参数仅仅是一个坐标的函数。 液 压 传 动

33. 流线是某一瞬间液流中一条条标志其质点运动状态的曲线，在流线上各点的瞬时液流方向与该点的切线方向重合 液 压 传 动 2.流线、流管、流束、通流截面

34. 在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面称为流管，流管内所有流线的集合称为流束。根据流线不能相交的性质，流管内外的流线均不能穿越流管表面。在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面称为流管，流管内所有流线的集合称为流束。根据流线不能相交的性质，流管内外的流线均不能穿越流管表面。 垂直于流束的的截面称为通流截面（或过流断面），通流截面上各点的运动速度均与其垂直。因此，通流截面可能是平面，也可能是曲面。 液 压 传 动 由于液流中每一点在每一瞬间只能有一个速度，因而流线既不能相交，也不能转折，它是一条条光滑的曲线。

35. 通流面积无限小的流束称为微小流束。 3.流量和平均流速 单位时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。 液 压 传 动

36. 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 液 压 传 动

37. 液流是分层的，层与层之间互不干扰，液体的这种流动状态称为层流液流是分层的，层与层之间互不干扰，液体的这种流动状态称为层流 液流不分层，处于紊乱状态，称为紊流 雷诺数Re 液 压 传 动 4.层流、紊流、雷诺数

38. 对通流截面相同的管道来说，若液流的雷诺数Re相同，它的流动状态就相同。对通流截面相同的管道来说，若液流的雷诺数Re相同，它的流动状态就相同。 液流由层流转变为紊流时的雷诺数和由紊流转变为层流时的雷诺数是不同的，后者的数值较前者小，所以一般都用后者作为判断液流状态的依据，称为临界雷诺数，记作Rec。当液流的实际雷诺数Re小于临界雷诺数Rec时，为层流；反之，为紊流。 雷诺数的物理意义：雷诺数是液流的惯性力对粘性力的无因次比。当雷诺数较大时，液体的惯性力起主导作用，液体处于紊流状态；当雷诺数较小时，粘性力起主导作用，液体处于层流状态。 液 压 传 动

39. Re=4Rv/ν R为液体的水利半径，R=A/χ A——通流截面的面积； χ ——湿周长度，即通流截面上与液体相接触的管壁周长。 液 压 传 动 对于非圆截面的管道

40. ρ1v1A1=ρ2v2A2 当忽略液体的可压缩性时，ρ1=ρ2，则得 v1A1=v2A2 或写成 q =vA=常数 这就是液流的连续性方程。 液 压 传 动 二、连续性方程

41. 液 压 传 动

42. 在密闭管路内作恒定流动的理想液体，不管平均流速和通流截面沿流程怎样变化，流过各个截面的流量是不变的。在密闭管路内作恒定流动的理想液体，不管平均流速和通流截面沿流程怎样变化，流过各个截面的流量是不变的。 三、伯努利方程 1、理想液体微小流束的伯努利方程 液 压 传 动 结论：

43. 液 压 传 动

44. W=p1dA1ds1-p2dA2ds2 = p1dA1 u 1 dt -p2dA2 u 2 dt 由连续性方程：dA1 u 1 =dA2 u 2=dq 代入得：W= dqdt(p1-p2) (2)液体机械能的变化 动能的变化： ΔEk=ρdqdtu22/2-ρdqdt u12/2 位能的变化：ΔEp=ρgdqdth2-ρgdqdth1 机械能的变化：ΔE=ΔEk+ΔEp 液 压 传 动 ⑴外力对液体所作的功

45. 外力对液体所作的功，应等于其机械能的变化，外力对液体所作的功，应等于其机械能的变化， 即：ΔE=W 液 压 传 动 根据能量守恒定律： 物理意义：在密闭管道内作恒定流动的理想液体，具有三种形式的能量。即压力能、动能和位能，它们之间可以相互转化，但在管道内任一处，单位重量的的液体所包含的这三种能量的总和是一定的。

46. 式中，hw为能量损失。 α1 、α2是动能修正系数， 其值与液体的流态有关， 紊流时等于1，层流时等于2。 液 压 传 动 2、实际液体总流的伯努利方程

47. 刚体力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动量变化量，即：刚体力学动量定理指出，作用在物体上的外力等于物体在单位时间内的动量变化量，即： 液 压 传 动 四、动量方程 • β1、β2——动量修正系数， • 紊流时β=1， • 层流β=4/3。

48. 上式表明： 作用在液体控制体积上的外力的总和，等于单位时间内流出控制表面与流入控制表面的液体动量之差。 液 压 传 动 作用在固体壁面上的力是：

49. 液 压 传 动 求滑阀阀芯所受的轴向稳态液动力。

50. 一、沿程压力损失 液体在等径直管中流动时因粘性摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失。 1.层流时的沿程压力损失 ⑴通流截面上的流速分布规律 液 压 传 动 §2-4 液体流动时的压力损失