第二章 液压流体力学 第一节 液压油液的物理性质

第二章液压流体力学第一节液压油液的物理性质

第一节液压油液的物理性质

一、密度

单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V、质量为m的液体的密度ρ为

ρ＝ m/V （1-1）

矿物型液压油的密度随温度和压力而变化的，但其变动值很小，可认为其为常数，一般矿物油系液压油在20℃时密度约为850～900 kg/m3 左右 2．可压缩性液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。液体的压缩性可用体积压缩系数κ表示。

液体体积压缩系数的倒数，称为液体的体积弹性模量，以β表示，

即β＝1/κ

液压油的体积弹性模量和温度、压力以及含在油液中的空气有关。一般在分析时取β=700--1000MPa。

∙封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧（称为液压弹簧）：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。

∙液体的可压缩性很小，在一般情况下当液压系统在稳态下工作时可以不考虑可压缩的影响。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，就需要考虑液体可压缩性的影响。

二、粘性

1）粘性的概念

液体在外力作用流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，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。如图：

液体的粘度示意图（大演示图）

μ为比例常数，有时称为粘性系数或粘度。以τ表示切应力，即单位面积上的内摩擦力，则

τ=μdu / dy （1-5）

这就是牛顿的液体内摩擦定律。 2）粘度

液体的粘性大小可用粘度来表示。粘度的表示方法有动力粘度μ、运动粘度ν、相对粘度。

（1）动力粘度μ

式（1-5）中μ为由液体种类和温度决定的比例系数，它是表征液体粘性的内摩擦系数。

如果用它来表示液体粘度的大小，就称为动力粘度，或称绝对粘度。

动力粘度μ的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为Pa·s（帕·秒，N·s/m2 ）。

以前沿用的单位为P（泊，dyne·s/c m2）。单位换算关系为

1Pa·s = 10P（泊）= 1000 cP（厘泊）

2）运动粘度ν

液体的动力粘度μ与其密度ρ的比值，称为液体的运动粘度ν，

即ν=μ/ρ（1-6）

运动粘度的单位为m2 /s。以前沿用的单位为St（斯）。单位换算关系为

1 m

2 /s=104 St（斯）=106 cSt（厘斯）

就物理意义来说，ν不是一个粘度的量，但习惯上常用它来标志液体粘度，液压油液的粘度等级是以40℃时运动粘度（以mm2/s计）的中心值来划分的。

例如，牌号为L—HL22的普通液压油在40℃时运动粘度的中心值为22 mm2/s（L表示润滑剂类，H表示液压油，L表示防锈抗氧型）。

（3）相对粘度

相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度°E、赛氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我国和德国等国家采用恩氏粘度。

2）粘度的影响因素

液体的粘度随液体的压力和温度而变。

对液压油来说，压力增大时，粘度增大，但影响很小，通常忽略不计。液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度下降。在液压技术中，希望工作液体的粘度随温度变化越小越好。

粘度随温度变化特性，可以用

比热容（单位质量的物质作单位温度变化时所需要的热量）、导热系数、流动点（比凝固点低2.5℃的温度叫做流动点）与凝固点、闪点（明火能使油面上油蒸气闪燃，但油本身不燃烧的温度）与燃点（使油液能自行燃烧的温度）、润滑性（在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力）等。

四、对液压油液的要求

（1）合适的粘度和良好的粘度－温度特性，一般液压系统所选用的液压油，其运动粘度大多为（13～68 cSt）（40℃下）或2～5.8。

（2）良好的化学稳定性。

（3）良好的润滑性能，以减小元件中相对运动表面的磨损。

（4）质地纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。

（5）对金属和密封件有良好的相容性。

（6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，抗锈性好。

（7）体积膨胀系数低，比热容高。

（8）流动点和凝固点低，闪点和燃点高。

（9）对人体无害、成本低。

五、液压油液的分类和选用

1、分类

目前，我国各种液压设备所采用的液压油液，按抗燃烧特性可分为两大类：一类为矿物油系；一类为不燃或难燃油系。大多数设备的液压系统采用是矿物油系。

不燃或难燃油系可分为水基液压油和合成液压油两种。液压技术中广泛采用石油基液压油作为工作液体，特殊情况下可采用抗燃液压油。

2、液压油液的选用原则

选择液压油时，首先考虑其粘度是否满足要求，同时兼顾其它方面。选择时应考虑如下因素：

（1）液压泵的类型

（2）液压系统的工作压力

（3）运动速度

（4）环境温度

（5）防污染的要求

（6）综合经济性

总之，选择液压油时一是考虑液压油的品种，二是考虑液压油的粘度。比热容（单位质量的物质作单位温度变化时所需要的热量）、导热系数、流动点（比凝固点低2.5℃的温度叫做流动点）与凝固点、闪点（明火能使油面上油蒸气闪燃，但油本身不燃烧的温度）与燃点（使油液能自行燃烧的温度）、润滑性（在金属摩擦表面形成牢固油膜的能力）等。