第二章 液压传动中的工作液体

2 液压传动中的工作液体

工作液体是液压能的载体，其基本功能是进行能量的转换和传递。此外，它还对液压元件和系统进行润滑和冷却。

2.1液体的主要物理性质

2.1.1液体的压缩性

液体体积随作用压力的变化而体积发生相应变化的性质称为液体的压缩性。压缩性大小用压缩系数β表示，即

dp

dV V p

V V β1)ΔΔlim(

-

== (Pa -1

) (2-1)

其平均值：

)(V 1//

p

p V

V β---= （2-2）

式中： p 、p ′—压力（Pa ）；

V 、V ′—压力为p 和p ′的液体体积（m 3）；

dp —压力增量（Pa ）；

dV —压力增加到p + dp 时的液体体积减少量（3m ）；

既然液体具有压缩性这一物理性质，那么当液体受到压缩时，它必然产生一种向外膨胀的力，当液体受到压缩时，所产生的这种向外膨胀的力，可以看成是一种弹性力，其大小用弹性系数K 来表示。

υ

d dp V

βK -==

1 （Pa ） （2-3）

2.1.2 粘性

“人往高处走，水往低处流”这一句古话。但水为什么往低处流呢？这是因为高处的水在重力的作用下，沿着水的表面方向产生了剪切力，破坏了水的静止状态，水在剪切力的作用下开始滑动，从而产生了水的流动。

水之所以流动，其原因是水对其剪切力的抗阻很小，即抵抗剪切力的能力很小。同样，其它液体也具有这种特性。

但是，如果把水和油放置在两个同样的流道中，会发现二者的流动速度是不同的，即二者流动的快慢程度不同。这说明二者承受切应力的能力是不同的。液体承受切应力大小的能力反映了液体的一种物理性质—粘性。即粘性是液体承受切应力大小的能力。

粘性是液体阻止自身发生剪切变形的一种特性，它存在于液体的内部。由于液体粘性的存在，液体在流动过程中，因克服自身的内摩擦力必然要做功。因此，液体的粘性是液体中产生机械能量损失的根源。

（1）牛顿内摩擦定律

dy

du A

μF ±= (2-4)

令τ为单位面积上的内摩擦力，即内摩擦应力（或切应力），于是：

dy

du μ

A F τ±==

(N/m 2) (2-5)

式（2-4），（2-5）中的du /dy 称为速度梯度，即速度在垂直于该速度方向上的变化率。 （2）动力粘度 式（2-4），（2-5）中的比例系数μ，它代表着液体的一种物理性质—粘性，称为动力粘度。它表示两层相距1m ，具有相对速度为1s /m 的相对滑动的液体，在其12m 的接触面上所发生的内摩擦力的大小。其单位为N .s /m 2。

（3）运动粘度

动力粘度与密度的比值，即运动粘度。运动粘度用υ表示： ρ

μυ=

（s /m 2

） （2-6）

液压油的牌号一般都以运动粘度 υ的6

10-倍的运动粘度值来表示。比如：20号机械

油，指的就是这种油在50℃时的运动粘度的平均值为s /m 10202

6-⨯。

（4）相对粘度（条件粘度）

由于液体的动力粘度和运动粘度直接测量比较困难，因此，在工程上常采用另一种可用仪器直接测量的粘度表示方法，即相对粘度。各国采用的相对粘度的单位有所不同。我国同欧洲一些国家采用恩氏粘度E 0

。

恩氏粘度的测定方法是：在一定温度下，将200 mL 的被测液体从恩氏粘度计流出所

液压传动中的工作质 7 需时间t 于同体积20℃下的蒸馏水从该恩氏粘度计中流出所需时间t B 之比称为恩氏粘度，用符号E 0表示。

B

t t E =

0 （2-7）

一般均以50℃ 为测量时的标准温度，记符号500E 。从上式看出，恩氏粘度只是一个

比值，没有因次。

恩氏粘度E 0与运动粘度 ν之间的换算关系为： 4

010

)0731

.00731.0(-⨯-

=E

E ν (s /m 2) （2-8）

（5）油液粘性与压力、温度的关系

一般而言，油液所受压力增大，其粘性变大。在压力不高且变化不大时，压力对粘性的影响可以忽略不计。在压力较高或变化较大时，需要考虑压力对粘性的影响。

油液粘性对温度十分敏感，当油液温度升高时，粘性下降。油液的粘度与温度之间的关系称为油液的粘温特性。一般可用粘温计算图、经验公式或粘度指数来描述粘温特性。

油液的动力粘度与压力、温度的关系可用如下公式表示： )

(00t t λp αe

μμ--= （2-9）

2.2.1（1）表2-1粘度。

变化量越小。

（2）良好的抗磨性。

8 液压传动与控制

表2-1 液压泵的适用粘度与推荐用液压油牌号

抗磨性是指减少液压元件零部件磨损能力。因此希望工作介质的润滑性好，其抗磨性就愈好。但在工作介质的选用中，应首先满足系统要求—粘性的性能要求，即应兼顾两者的需要。

（3）抗氧化安定性好。

工作介质抵抗空气中氧的氧化作用的能力，称为抗氧化安定性。

工作介质在储运和使用过程中，与空气接触就会被氧化变质，其粘度发生变化，酸值也会增加，从而可能改变传动系统的工作性质，腐蚀液压元件。严重时，会造成一些粘稠的液态和固态物质，堵塞系统中的工作小孔和运动副间隙，加速零件磨损，破坏液压传动系统正常工作。

研究发现，工作介质的温度愈高，其氧化过程愈快。对于一般的液压系统，当采用矿物油类的工作介质时，其工作温度不应超过65℃，短期运转不得超过80℃；机床液压系统的工作温度一般为55℃。

国家专业标准ZBE341014 规定了润滑油抗氧化安定性的测定方法。

（4）抗剪切安全性好。

工作介质通过液压元件内部时，由于受到运动零部件表面反复的剪切作用，其粘度与粘度指数都会下降，严重时会产生永久性下降，而使工作介质失去工作能力。工作介质抵抗剪切的能力称为抗剪切安全性好，用粘度下降的百分数来表示。它的测试方法可以参考ASTMD 2603中的规定。

（5）良好的防锈蚀性能