第2章液压流体力学1

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液压油液的选用
选择时 要注意
选用液压油液首 先考虑的是粘度
液压系统的工作压力 压力高，要选择粘度较大的液压油液。 压力高，要选择粘度较大的液压油液。 环境温度 温度高，选用粘度较大的液压油液。 温度高，选用粘度较大的液压油液。 运动速度 速度高，选用粘度较低的液压油液。 速度高，选用粘度较低的液压油液。 液压泵的类型 各类泵都有与之相适宜的粘度范围
流体抵抗剪切变形的能力。 流体抵抗剪切变形的能力。
du dy
µ=
τ （切应力）
（切应变） du / dy
注意：流体只有在流动时才呈现出粘性，静止时不呈现粘性。 注意：流体只有在流动时才呈现出粘性，静止时不呈现粘性。
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粘性的度量——粘度 粘性的度量——粘度
⒋粘性的度量——粘度 粘性的度量 粘度 粘度 概念
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含气量对压缩性的影响
一般矿物油的体积弹性模量为： 一般矿物油的体积弹性模量为： K=（1.4~ Mpa。 K=（1.4~1.9) ×103Mpa。 可压缩性是钢的100~150倍 可压缩性是钢的100~150倍 100 实际使用中，由于液体中不可避免地混入空气， 实际使用中，由于液体中不可避免地混入空气，其抗压 缩能力显著降低，会影响液压系统的工作性能。--系统 缩能力显著降低，会影响液压系统的工作性能。--系统 不稳定， 不稳定，噪声大
动力粘度、 动力粘度、 绝对粘度μ 运动粘度ν
不含力、质量单位，只含运动学单 不含力、质量单位， 厘斯） 位。m2/s(斯）、mm2/s（厘斯） µ ν= ρ ，故采用作为一个参数。我 故采用作为一个参数。 理论计算中常出现 国机械油牌号就是相应的运动粘度——厘斯数值。 厘斯数值。 国机械油牌号就是相应的运动粘度 厘斯数值
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体积弹性系数（弹性模量）概念 体积弹性系数（弹性模量）
流体受压力作用，体积减小的性质称为压缩性。 流体受压力作用，体积减小的性质称为压缩性。
工程上常用体积压缩系数κ的倒数来表示压缩性， 的倒数用 工程上常用体积压缩系数 的倒数来表示压缩性， κ的倒数用 的倒数来表示压缩性 k表示，称为体积弹性系数，即 表示， 表示 称为体积弹性系数，
ρ = ρ ( p, T )
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二
流体的可压缩性
∂ρ（p，T） ∂ρ（p，T） （p − p 0） − T0 p（T − T0） 0 ∂p ∂T
处展成一次泰勒级数近似式： 在给定点 ρ（p0，T0） 处展成一次泰勒级数近似式： 0
ρ = ρ（p 0，T0） + 0
k= 1 ∆p dp ） −V = ∆V dV
κ
= lim − V （
∆V → 0
单位
MPa
物理 意义
对于液压油有： 当温度不变时， 当温度不变时，产生一个单位 对于液压油有： 体积的相对变化率所需要的压 κ = 5 ~ 7） 10 −5 1 （ × bar 力变化量。 越大（ 越小 越小） 力变化量。 k 越大（ κ越小） k = 1.4 ~ 1.9） 10 3 Mpa （ × 表示流体越不容易被压缩。 表示流体越不容易被压缩。 注意 三个 问题 含气量对压缩性的影响 等效体积弹性系数的计算。 等效体积弹性系数的计算。 液压弹簧的概念、刚度系数计算、影响。 液压弹簧的概念、刚度系数计算、影响。
ρ0
1 ∂ρ ρ 0 ∂p
T0 dp −
1 ∂ρ ρ 0 ∂T
p0
dT = κdp + βT dT
在质量不变时， 在质量不变时，即
∂V ∂ρ =− V0 ρ0
定 义
1 ∂ρ 1 dV =− κ= ρ 0 ∂p V0 dp
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体积 压缩 系数
当温度不变时，在压力的 当温度不变时， 变化下，流体密度（体积） 变化下，流体密度（体积） 所产生的相对变化量
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一
定义
流体的密度
一般液压油的密度 为900 Kg / m 3
严格的定义：流体质量在空间点上密集的程度。 严格的定义：流体质量在空间点上密集的程度。 ∆m 单位： 单位： Kg / m 3 ρ = lim ∆V → 0 ∆ V 物理上指体积趋向于空间中的一个点。 数学上的 ∆V → 0，物理上指体积趋向于空间中的一个点。 一般的定义：单位体积流体内所含流体的质量。 一般的定义：单位体积流体内所含流体的质量。 m ρ= 对于均质流体 V 密度是空间点坐标和时间的函数： ρ = ρ ( x, y , z , t ) 密度是空间点坐标和时间的函数： 密度与流体压力、 温度有关， 随压力增加减小， 密度与流体压力 、 温度有关 ， 随压力增加减小 ， 随温度增高减小。 换言之， 密度还是压力、 随温度增高减小 。 换言之 ， 密度还是压力 、 温度的 函数，这个函数称为流体的状态方程： 函数，这个函数称为流体的状态方程：
写成增量形式： 写成增量形式： ρ − ρ 0 = dρ =
dρ =
∂ρ ∂p
T0 dp −
∂ρ ∂T
式中负号表示温度 增加密度下降。 增加密度下降。
p0
dT
密度对压力、温度的变化率不便于测量，采用相对量， 密度对压力、温度的变化率不便于测量，采用相对量，有
m = ρV = const 有 0 = ρ 0 ∂V + V0 ∂ρ 当压力不变时， 当压力不变时，在温度的 1 ∂ρ 1 dV 体积 βT = = 变化下，流体密度（体积） 变化下，流体密度（体积） 膨胀 ρ 0 ∂T V0 dT 所产生的相对变化量 系数
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第2章 液压流体力学基础
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 液压油的主要物理性质 液压油的主要物理性质 液体静力学基础 流动液体力学 液体流动时的压力损失 孔口和缝隙流量 空穴现象和液压冲击
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2.1 液压油主要的物理性质
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液压油液分类
机械油 汽轮机油 普通液压油（YA） 石油型 工 业 液 压 油 液 难燃型 合成型 专用液压油 抗磨液压油（YB） 低温液压油（YC） 液压-导轨油 高粘度指数液压油（YD） 其它专用液压油 水包油乳化液（YRA） 油包水乳化液（YRB） 水-乙二醇液（YRC） 磷酸酯液（YRD） 其它
表示粘性大小的物理量。 表示粘性大小的物理量。流体抵抗剪切变形能 力的度量，粘度大，这种能力强。 力的度量，粘度大，这种能力强。 单位速度梯度下，单位面积上 单位速度梯度下， 的内摩擦力。 的内摩擦力。直接表示粘性的 大小。单位： 大小。单位： Pa ⋅ s，（ N ⋅ s / m 2）
，
表 示 方 法
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对液压油液 的要求
合适的粘度，具有较好的粘 温性能 温性能。 合适的粘度，具有较好的粘—温性能。 具有良好的润滑性能和足够的油膜强度， 具有良好的润滑性能和足够的油膜强度，使系统中的各摩擦表面获得 足够的润滑而不致磨损。 足够的润滑而不致磨损。 不得含有蒸气、空气及容易汽化和产生气体的杂质，否则会起气泡。 不得含有蒸气、空气及容易汽化和产生气体的杂质，否则会起气泡。 气泡是产生剧烈振动和噪声的主要原因之一。 气泡是产生剧烈振动和噪声的主要原因之一。 对金属和密封件有良好的相容性。不含有水溶性酸和碱等， 对金属和密封件有良好的相容性。不含有水溶性酸和碱等，以免腐蚀 机件和管道，破坏密封装置。 机件和管道，破坏密封装置。 对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性， 对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性，在贮存和使用过程中不 变质。 变质。 抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。 抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好。 热膨胀系数低，比热高，导热系数高。 热膨胀系数低，比热高，导热系数高。 凝固点低，闪点和燃点高。一般液压油闪点在130℃ 150℃之间 130℃～ 之间。 凝固点低，闪点和燃点高。一般液压油闪点在130℃～150℃之间。 质地纯净，杂质少。 质地纯净，杂质少。 对人体无害，成本低。 对人体无害，成本低。
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三 流体的粘性
⒈粘性的概念
流体流动时， 流体流动时，分子之间 产生内摩擦力的性质。 产生内摩擦力的性质。
⒉牛顿内摩擦定律 du du F f = µA dy dy ⒊粘性的物理实质
切应力 τ =
Ff A =µ
速度梯度： 速度梯度：在垂直速度 方向上的速度变化率。 方向上的速度变化率。
连续介质假设
由于流体力学研究流体宏观表象的运动，并不 由于流体力学研究流体宏观表象的运动， 顾及它的内部微观结构，因此， 顾及它的内部微观结构，因此，我们以宏观的质点 作为介质的基本单位，一个质点可包含着一群分子， 作为介质的基本单位，一个质点可包含着一群分子， 质点的运动参数即为该群分子运动参数的统计平均 并且认为介质质点与质点间没有间断的空隙， 值，并且认为介质质点与质点间没有间断的空隙， 而是连绵不断组成的，即把流体看成具有绵续性的 而是连绵不断组成的， 连续介质。这样， 连续介质。这样，在流体中的运动参数将是空间点 座标和时间的连续函数， 座标和时间的连续函数，这样就能采用数学工具来 处理解决问题。 处理解决问题。
相对粘度
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我国采用恩氏粘度
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粘度与温度、 粘度与温度、压力的关系
⒌粘度与温度、 粘度与温度、 压力的关系 粘温特性 粘压特性
流体的粘性给 液压系统带来 了什么影响？ 了什么影响？
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粘性摩擦——在管道中造成压力损失 在管道中造成压力损失 粘性摩擦 能量损失） （能量损失）在液压阀中增加了阀芯运 动的阻力。粘度低时，增大泄漏， 动的阻力。粘度低时，增大泄漏，造成 流量损失（能量损失） 流量损失（能量损失）。