液压与气压传动 第一章

在静止液体中，速度梯度 du 0 ，故其内摩擦力为零，因此，液体静止时不 dy 呈现黏性，流动时才显示其黏性。
第一章 液压传动基础
3）液体的黏度 第 一 节
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液压油的黏性是用黏度来度量的，黏度是选择液压油的主要指标，是影响流 动液体的重要物理性质。黏度分为动力黏度μ 、运动黏度 和相对黏度3种。 1）动力黏度μ 动力黏度又称为绝对黏度。式（1-3）中的比例系数 就表示了液体抵抗变形的 能力，称为液体的动力黏度，其单位为 N· s/m2，或为 Pa· s（帕秒）。
第一章 液压传动基础
③ 油液质地纯净，含杂质量少。 第 一 节
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④ 对金属和密封件有良好的相容性。
⑤ 对金属材料具有防锈性和防腐性。 ⑥ 比热、热传导率大，热膨胀系数小。
液压 传 动 的 工 作 介 质
⑦ 抗泡沫性好，抗乳化性好。
⑧ 良好的化学稳定性，即对热、氧化、 水解、相容都具有良好的稳定性。
第一章 液压传动基础
第 一 节
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由于压力增加时液体的体积减小，因此式（1-2）的右边须加一负号，以使k为正值。 1 液体压缩系数k的倒数，称为液体的体积模量K，即 K 。表1-2列出了各种液压传动工作 k 介质的体积模量的数值。
液压 传 动 的 工 作 介 质
表1-2 各种液压传动工作介质的体积模量（20℃，大气压）
图1-1 液压油
第一章 液压传动基础
一、 液压油的物理特性 第 一 节 液压 传 动 的 工 作 介 质
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1
密度
液体单位体积的质量，称为该液体的密度。体积为V，质量为m的液体的密度������为
ρ
m V
（1-1）
式中，������ ——液体的密度，kg/m3ຫໍສະໝຸດ Baidu； m ——液体的质量，kg； V ——液体的体积，m3。 我国采用20℃时的密度作为油液的标准密度，以������20 表示。常用液压油的密度数值如表1-1 所示。 表1-1 常用液压油的密度
液压 传 动 的 工 作 介 质
（1-3）
第一章 液压传动基础
第 一 节
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若以 表示液层间的切应力，即单位面积上的内摩擦力，则式（1-3）可表示为 F du τ μ （1-4） A dy 由此可见，液体黏性的物理意义是液体在流动时抵抗变形能力的一种度量。
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图1-3 黏度和温度之间的关系
第一章 液压传动基础
5）压力对黏度的影响 第 一 节
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当油液所受的压力增加时，其分子间的距离就缩小，内聚力增加，黏度也有所变大。但 在一般情况下，压力对黏度的影响很小，可以不考虑。
液压 传 动 的 工 作 介 质
第一章 液压传动基础
二、 压系统对工作介质的要求 第 一 节 液压油是液压传动系统的重要组成部分。液压油除了用来传递能量外，
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表1-4 按液压泵类型推荐液压油的黏度
液压泵类型 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 齿轮泵 叶片泵
第一章 液压传动基础
第 一 节
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液压油的密度随温度的升高而略有减小，随工作压力的升高而略有增加，但变 动值很小，通常忽略不计。一般计算中，液压油的密度可取为 ������=900Kg/m3。
液压 传 动 的 工 作 介 质
第一章 液压传动基础
2
第 一 节 可压缩性 液体因所受压力增大而发生体积减小的性质称为
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实例应用
在液压传动系统中，一般以矿物油作为工作介质，因此，通常把液压传动介质称为液压油，如图 1-1所示。 液压系统能否正常工作，很大程度上取决于系统所用的液压油。因此，了解工作介质的种类、基 本性质和主要力学特性，以便选用合适的液压油；同时对于正确理解液压传动原理及其规律，以及正 确使用液压系统都是非常必要的。这些内容也是液压系统设计和计算的理论基础。
要的时间 之比 ，即为被测液体在 t℃下的恩氏黏度，即 t2
° E t1 t2
（1-6）
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温度t℃时的恩氏黏度用符号 表示，在液压传动系统中一般以50℃作为测定恩氏黏度的 标准温度，用 ° E50 表示。
恩氏黏度与运动黏度间的换算关系为
6.31 6 2 ν 7.31 E 10 (m /s) ° E
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第一章 液压传动基础
2）运动黏度 第 一 节 运动黏度是绝对黏度μ 与密度 ������的比值，即
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ν
μ ρ
（1-5）
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运动黏度 的单位是m2 /s，运动黏度 无明确的物理 意义，因为在它的单位中只有长度和时间的量，所 以称为运动黏度。但在工程中常用它来标志液体的 黏度。液压油的牌号就是采用它在40℃时运动黏度 的平均值。例如，YA-N32液压油是指这种液压油在 40℃时运动黏度的平均值为 32mm2/s。
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用而产生一种阻碍液体分子之间进行相对运动的内摩擦力，这种性质称为液体
的黏性。液体只有在流动或有流动趋势时才会呈现出黏性，静止的液体是不会 呈现出黏性的。
第一章 液压传动基础
2）牛顿的液体内摩擦定律 第 一 节 当液体流动时，由于液体与固体壁面 的附着力及液体本身的黏性使液体内各处 的速度大小不等。以图1-2所示为例，若 两平行平板间充满液体，设上平板以速度 u0向右运动，下平板固定不动。紧贴于上 平板上的液体黏附于上平板上，其速度与 上平板相同。紧贴于下平板上的液体黏附 于下平板，其速度为零。中间各液层的速 度则视它距下平板的距离按曲线规律或线 性规律变化。我们把这种流动看成是许多 无限薄的液体层在运动，当运动较快的液 体层在运动较慢的液体层上滑过时，两层 间由于黏性就产生内摩擦力的作用。
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还起着润滑运动部件和保护金属不被锈蚀的作用。因此，液压油的质量及其各 种性能将直接影响液压系统的工作。
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不同的机械、不同的环境和不同的使用情况对液压传动工作介质的要求 也不相同。液压油应具备如下性能。 ① 适宜的黏度和良好的黏温性能。在正常的工作温度变化范围内，液压 油的黏度随温度的变化要小。 ② 润滑性能好。在液压传动机械设备中，除液压元件外，其他一些有相 对滑动的零件也要用液压油来润滑，因此，液压油应具有良好的润滑性能。
液压传动工作介质种类 石油基液压油 水包油乳化液 水-乙二醇液 磷酸酯液 体积模量K/（ N m2 ） （1.4～2.0）× 109 1.95× 109 3.15× 109 2.65× 109
第一章 液压传动基础
第 一 节
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液压传动工作介质的体积模量和温度、压力有关：温度增加时，K值减小；压
力增大时，K值增大。由于空气的可压缩性很大，所以当液压传动工作介质中混有
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可压缩性。液体可压缩性的大小可以用体积压缩系数
k来表示，它是指液体所受的压力每增加一个单位压
液压 传 动 的 工 作
介 质
力时，其体积的相对变化量，其计算公式为
k
1 ΔV ΔV Δp V0 ΔpV0
（1-2）
式中， V0 ——液体的初始体积；
p ——压力变化值；
V ——在 p 作用下，液体体积的变化值。
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国商用），有的用恩氏黏度 ° E（中国、俄国、德国）。
第一章 液压传动基础
第 一 节
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恩氏黏度用恩氏黏度计来测定，其方法是将一定量的试样，在规定温度（如 50℃，80℃，
t1 100℃）下，从恩氏黏度计流出200 mL试样所需的时间 与蒸馏水在 20℃流出相同体积所需
单位：Kg/m3
液压油种类 ������20 L-HM32液 压油 0.87 ×103 L-HM46液 压油 0.875×103 油包水 乳化液 0.932×103 水包油 乳化液 0.997 7×103 水- 乙 二醇 1.06×103 通用 磷酸酯 1.15×103 飞机用 磷酸酯 1.05 ×103
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第一章 液压传动基础
主要内容
如何选用液压传动系统中的工作介质？液压油的特性有哪些？ 什么是液体的静力学基本方程？ 液体动力学有哪3个基本方程，它们分别用来解决哪些问题？ 实际液体在管道中流动时，会损耗一部分能量，如何计算这部分损失？ 如何计算液体流经小孔或配合间隙的流量？
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关键词
工作介质；特性；静力学基本方程；动力学基础； 压力损失；流量；液压冲击；空穴现象。
合成型 乳化型
第一章 液压传动基础
2 工作介质的选择原则
第 一 节
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选择液压系统的工作介质一般需考虑以下几点。 ① 液压系统的工作条件。液压系统主要根据液压泵来确定液压油的黏度，如表1-4所 示。同时，还要考虑压力范围（润滑性、承载能力），对金属和密封件的相容性，防锈、 防腐蚀能力，抗氧化稳定性等要求。
第一章 液压传动基础
3）相对黏度 第 一 节
动力黏度和运动黏度是理论分析和推导中经常使用的黏度单位，难以直接测量， 因此工程上常采用相对黏度来表示液体黏性的大小。
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相对黏度又称为条件黏度，由于测量仪器和条件不同，各国所采用的相对黏度的单
位也不同：有的用赛氏黏度SUS（美国、英国通用），有的用雷氏黏度 R1 S （美国、英
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第一章 液压传动基础
4）温度对黏度的影响 第 一 节
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液压油黏度对温度的变化是十分敏感的，当温度升高时，其分子之间的内聚力减小，黏 度就随之降低，这一特性称为液体的黏温特性。不同种类的液压油，其黏度随温度变化的规 律也不同。如图1-3所示为几种常用液压介质的黏温特性曲线。
液压 传 动 的 工 作 介 质
液压 传 动 的 工 作 介 质
表1-3 液压系统工作介质分类
分 类 名 称 低温液压油 抗磨液压油 石油型 高黏度指数 液压油 普通液压油 精制矿物油 液压导轨油 其他液压油 水-乙二醇液 磷酸酯液 油包水乳化液 水包油乳化液 代 号 L-HV L-HM L-HR L-HL L-HH L-HG L-HFC L-HFDR L-HFB L-HFAE 组成和特性 HL油，并改善其黏温特性 HL油，并改善其抗磨性 HL油，并改善其黏温特性 HH油，并改善其防锈和抗氧性 无抗氧性 HM油，并具有黏-滑特性 加入多种添加剂 应 用 能在-20℃ ～ -40℃的低温环境中工作，用于户外工作 的工程机械和船用设备液压系统 低﹑中﹑高液压系统，特别适用于有防磨要求带叶片 泵的液压系统 黏温特性优于L-HV油，用于数控机床液压系统和伺服 系统 一般液压系统 循环润滑油，低压液压系统 适用于导轨和液压系统共用一种油品的机床，对导轨 有良好的润滑性和防爬性 用于高品质的专用液压系统 需要难燃料的场合
⑨ 流动点和凝固点低，闪点（明火能使
油面上油蒸气内燃，但油本身不燃烧的温度） 和燃点高。
⑩ 对人体无害，价格便宜。
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三、 工作介质的选择 第 一 节
正确合理地选用液压油，是保证液压设备高效率正常运转的前提。
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工作介质的分类
液压系统工作介质的品种以代号和数字组成，代号中L表示石油产品的总分类号，H表示 液压系统用的工作介质，数字表示该工作介质的黏度等级。液压系统工作介质分类如表1-3所示。
气泡时，K值将大大减小。
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一般情况下，液压传动工作介质的可压缩性对液压系统的性能影响不大。但在
研究系统的动态性能时，可压缩性对液压系统的性能影响较大，必须予以考虑。
第一章 液压传动基础
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第 一 节 黏性
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1）黏性的含义
液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，会因液体分子间内聚力的作
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图1-2 液体的黏性示意图
第一章 液压传动基础
第 一 节
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根据实际测定的数据所知，当液体内部的液层之间存在相对运动时，相邻液层
间的内摩擦力F的大小与液层的接触面积A及液体层的相对流速du成正比，而与此二 液体层间的距离dy成反比；同时，还和液体的性质μ有关，即 du F μA dy 式中，μ——比例系数，也称为液体的黏性系数或黏度； du/dy ——相对运动速度对液层间距离的变化率，也称为速度梯度。 这就是牛顿液体内摩擦定律。若液体的动力黏度μ只与液体种类有关而与速度梯 度无关，则这样的液体称为牛顿液体。一般石油基液压油都是牛顿液体。