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1、1 液压与气压传动 第二章 第二章 液压传动基础知识 第一节 液压传动的工作介质 1、密度 单位体积液体所具有的质量为该液体的密度. 严格来说,液体的密度随压力和温度而变化,但变化量很小,通常取液 压油的密度为900kg/m3。 2 液压与气压传动 第二章 第一节 液压传动的工作介质 2 、可压缩性 可压缩性液体受压力的增大而体积缩小的性质称液体的可压缩性 。 压缩系数k（m2/N）表示液体在单位压力变化下的体积相对变化量。 压缩系数k的倒数称为液体的体积弹性模量 3 液压与气压传动 第二章 2 、可压缩性 液体的体积弹性模量K与温度、压力有关。温度升 高，K值减小；压力增大，K值增大。但是增
2、大不呈线 性关系。 在研究液压系统静态（稳态）条件下工作性能时， 可不考虑工作介质的可压缩性。但在高压下或动态研 究性能及计算远距离操纵的液压系统时，必须予以考 虑。 4 液压与气压传动 第二章 5 液压与气压传动 第二章 所以只有垂直于速度 方向的速度变化率 ，才能从分表征流层 间速度差异的程度， 把 称为速度梯 度。 3 、粘性 （1）粘性的定义 液体在外力作用下流动（或有流动趋势 ）时，液体分子间的内聚力要阻止分 子间的相对运动，在液层相互作用的 界面之间会产生一种内摩擦力，把这 一特性称为液体的粘性。 内摩擦力与液体粘性和流层速度差异的 层度有关。流层速度差du相同而流层 的间距dz不
3、同，情况也不同， 6 液压与气压传动 第二章 （1）粘性的定义 牛顿总结：液体在运动时，阻滞剪切变 形的内摩擦力与流体运动的剪切变形 角速度（速度梯度）成正比，与接触 面积成正比，与流体的性质（粘性） 有关，而与液体内的压强无关。 处于静止状态的液体不存在剪切变形，因而也不存在对变形的 抵抗，只有当运动流液体流层间发生相对运动时，流体对剪切 变形的抵抗，也就是粘度才表现出来，所以静止的液体是不呈 出粘性的。 7 液压与气压传动 第二章 （2）粘性的度量 度量粘性大小的物理量称为粘度。 常用的粘度有：动力粘度；运动粘度；相对粘度。 1）动力粘度 内摩擦力Ff除以接触面积A，得流体内的切应力 这里
4、是表征液体粘性的比例系数，称为动力粘度（也称绝对粘度），在国际 单位制和我国计量中单位是牛顿秒每平方米（ ），或帕 秒（ ） （C.G.S）中的单位为P（泊）或cP（厘泊） 动力粘度的物理意义：液体在单位速度梯度下，单位面积上的内摩擦力 大小。 8 液压与气压传动 第二章 2）运动粘性 运动粘度：在同一温度下，液体的动力粘度与其密度的比值称为 运动粘度 在国际单位制和我国计量中运动粘度的单位是平方米每秒（ /），（C.G.S）中的单位为St（斯），斯的百分之一为cSt （厘斯） 常用运动粘度来表示油液的粘度，如40号全损耗系统用油是指该油在 40时的运动粘度的平均值为40106m2/s 液压油
5、的牌号：在字母N的后面，加上该油品在40 时的运动粘度（ 厘沲）来表示的。 9 液压与气压传动 第二章 3）相对粘度 相对粘度是在特定条件下制定的又称条件粘度。 恩氏粘度的测定方法：将200mml温度为t的被测液体装入恩氏粘度计的容器 中，让此液体从底部2.8mm的小孔流尽所需的时间t1，再测出相同体积温度 为20 的蒸馏水在同一粘度计流尽所需的时间t2，这两个时间之比即为被 测液体在t温度下的恩氏粘度， 即 恩氏粘度与运动粘度（m2/s）的换算关系为 各国使用粘度单位不同： 使用恩氏粘度的国家有：中国、德国、俄罗斯 使用赛氏秒（SUS）或商用雷氏秒（R1S）：美国、英国 巴士度B：法国 11
6、 液压与气压传动 第二章 （3）粘度与温度的关系 温度对油液的粘度影响很大，当 温度升高时，其粘度显著下降 ，这一特性称为油液的粘温特 性。 VI表示液体粘度随温度变化的程 度与标准液体粘度变化程度之 比。 粘度指数越高，表示粘度随温度 变化越小，其粘温特性越好。 12 液压与气压传动 第二章 压力对粘度的影响 当油液所受的压力增大时，分子间的距离减小，内聚力增加，粘度 增大。 这种变化在低压时不明显，可以忽略不计；但在高压时（大于50MPa ），这种变化不可忽略。压力对粘度的影响可用下式计算： 式中：p_液体的压力（MPa） Vp压力为p时油液的运动粘度（106m2/s） Va0.1MPa压
7、力下油液的运动粘度（106m2/s） e 自然对数的底 c 系数，对于石油基液压油，c=0.150.35 13 液压与气压传动 第二章 4液压系统对工作介质的性能要求 工作介质主要具备以下性能 1）要有合适的粘度和较好的粘温特性,要有良好的润滑性能; 2）防腐性、防锈性要好；抗泡沫性、抗乳化性、抗磨性要好； 3）抗氧化性、抗剪切稳定性、抗空气释放性、抗水解安定性要好， 抗低温性要好； 4）与金属和密封件、橡胶软管、涂料等的相容性要好； 5）流动点和凝固点要低，闪点和燃点高，比热容和导热率要大，体 积膨胀要小。 14 液压与气压传动 第二章 5、工作介质的类型与选用 液压油可以从不同的角度进行分
8、类 按工作的压力、温度、制做的方法、化学组成、用途以及易燃、难燃和不 燃等进行分类 5、工作介质的类型与选用 常用液压油代号及常用名称： 代号： 名称： HH 基础油 HL 普通液压油 HM 抗磨液压油 HR 高粘度指数液压油 HV 高粘度指数抗磨油 HG 液压导轨油 16 液压与气压传动 第二章 5、工作介质的类型与选用 （2）工作介质的选用 1）液压系统的环境条件 2）液压系统的工作条件。（如压力范围、液压泵的类 型、转速、温度范围等） 3）液压油的性质 4）经济性和供货情况 液压油的选用 1）按压力选择 主要对液压油的润滑性即抗磨性提出要求，高压系统的液压元件，特别是液压泵中处于边界 润
9、滑状态的摩擦副，其摩擦条件由于压力加大、运动加快而趋于苛刻，必须选择润滑性即 抗磨性、极压性优良的HM油。 2）按工作温度选用 指液压油工作时的环境温度和工作温度。 3）按工作环境选择 如果液压系统附近有300以上高温表面热源或有明火场所，要选用抗燃液压油。 4）按液压元件及系统特点选用 液压油的润滑性（抗磨性）对三大泵类的减磨效果顺序是：叶片泵柱塞泵齿轮泵。凡是 叶片泵为主泵的液压系统不论压力大小，均应选用HM油。 5）按摩擦副形式和与系统其它材料形容性选择 6）选择适合液压系统要求的粘度。 18 液压与气压传动 第二章 第二节 液压油的污染及其控制 一、污染产生的原因 1）外界侵入物的污染
10、 主要是指液压油在运输过程中带进的和从周围环境中混入的空气 、水滴、尘埃等，还有液压系统在制造、安装和维修过程残留 下来的沙石、铁屑、型砂、磨粒等。 2）工作过程的污染 主要是指液压元件相对运动磨损时产生的金属微粒、锈斑、密封 材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、压力变化产生的气泡、液 压油和密封材料等变质后产生的胶粘生成物等。 19 液压与气压传动 第二章 第三节 流体静力学 所谓静止液体是指液体宏观质点之间没有相对运动，达到相 对平衡。 一、液体静压力（压强）的性质和单位 作用在液体上的力 质量力作用于任一质点上 的力，与质量成正比，如惯 性力、重力、离心力作用 表面力作用于液体外表面的 力，
11、与所受液体作用的表面积 成正比。有法向应力和切应力 20 液压与气压传动 第二章 一、液体静压力（压强）的性质和单位 单位面积上所受的法向力称为静压力。 （液体传动中称静压力为压力，物理学中称为压强） 压力的单位： 国际单位：Pa（帕）、N/m2,兆帕（MPa），1MPa=106Pa 工程制单位：Kgf/cm2，国外也有用bar（巴）,1bar=105Pa 标准大气压，1个大气压101325Pa 21 液压与气压传动 第二章 2、液体静压力的几个重要特性 1）液体静压力的作用方向始终指向作用面的内法线方向 。由于液体质点间内聚力很小，液体不能承受拉只能压 。 2）静止液体中，任何一点所受到各个
12、方向的静压力相等 。如果液体中某点受到各方向的压力不等，那么液体将产生运动， 这就破坏了静止的条件。所以任意点处的静压力，其大小与作用面 在空间的方向无关，而与该点在空间的位置有关。 3）在密封容器内，施加于静止液体上的压力将以等值传 递到液体中所有各点，这就是帕斯卡原理，或称静压传 递原理。 22 液压与气压传动 第二章 二、液体压力的表示方法 压力根据度量的基准不同有两 种表示方法： 绝对压力：以零压力为基准所表示的 压力 绝对压力表压力大气压力 相对压力：以当地大气压为基准所表 示的压力 真空度大气压力绝对压力 23 液压与气压传动 第二章 三、静压力方程及其物理本质 1、静压力方程 静
13、止液体在自重作用下任何一点的压力随液体深度呈线性规律 递增。 液体中压力相等的液面叫等压面。 上式为静压力基本方程 如上表面受到大气压力Pa作用，则 24 液压与气压传动 第二章 2、静压力方程的物理本质 物理本质：静止液体内任何一点具有位能和压力能两种 能量形式，且总和在任意位置保持不变，但两种形式可 以互相转换。 25 液压与气压传动 第二章 四、液体静压力对固体壁面的作用力 当固体壁面为平面时，作用在该平 面上的静压力大小相等，方向垂 直于该平面； 当固体壁面为曲面时，作用在该曲面 上各点的静压力作用线彼此不平行。 静压力在某一方向上的总力F1为压力 p与曲面在该方向投影面积A1的乘积
14、，即： 26 液压与气压传动 第二章 四、液体静压力对固体壁面的作用力（曲面 ） 先在液压缸壁上取一狭长微小 面积 受力分析 受力沿X方向投影 积分求合力 27 液压与气压传动 第二章 第四节 流体动力学 在液体的动力学研究中，由于重力、惯性力、粘性摩擦力的 影响，液体中不同质点的运动状态是变化的，同一质点的 运动状态也随时间、空间的不同而不同，速度、压力、密 度都是时间、空间位置的函数。 液体的状态还与液体的温度、粘度等参数有关，为便于 研究，一般简化为：温度为常数，不考虑惯性力、粘性 摩擦力的影响。 28 液压与气压传动 第二章 一、基本概念 1、理想液体 既无粘性又不可压缩的假想液体理想
15、液体 2、恒定流动、非恒定流动、一维流动、二维流动、三维流动 恒定流动（定常流动）如果流场中空间点上的运动参数p、v、等 ，在不同时间内都有确定的值，即它只随空间点而变，不随时间t而 变，则这个流场是恒定（定常）的，这种运动称为恒定流动或定常 流动，恒定流动时 ，如果流场中流体的运动参数既 随空间点变也随时间而变，这种运动称为非恒定流动或不定常流动 。 29 液压与气压传动 第二章 一维流动、二维流动、三维流动 整个液体在管道中作线形流动 的称为一维流动。（如图a、 b) 整个流体在管道中作两坐标平 面流动的称为二维流动。（ 如图c、d、e） 整个流体在管道中作三坐标空 间流动的称为三维流动。（ 如图 f） 30 液压与气压传动 第二章 3、流线、流管、流束、缓变流动、通流截面 迹线：是流体质点空间运动的轨迹，是在某 时间间隔t内质点运动所遗留的痕迹 流线：是流场空间各点在同一瞬时的流动概 念。 流线表示了在某一瞬时一群流体质点的 流速方向。 如果流动是恒定的，流线不随时间而变，它 与流体质点的迹线相重复； 如果流动是非恒定的，流场中各质点的流速 （大小，方向）随时间而变，因此流线随 时间变幻不定，流线只存在于某一瞬时。 3、流线、流管、流束、缓变流动、通流 截面 流管：在流场的空间划出一任意封 闭曲线，此封闭曲线本身不是流线 ，则经过该封闭
