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1、第2章 液压传动基础,2.1 液压油 2.2 液体静力学基础 2.3 液体动力学基础 知识拓展 本章小结,2.1 液压油,下一页,返回,2.1.1液压油的主要性质 1.密度单位体积液体的质量称为该液体的密度，用表示。即式中 m液体的质量;V液体的体积。 密度是液体的一个重要物理性质，它会随温度的升高而下降，随压力的增加而增大。对于液压传动中常用的液压油(矿物油)来说，一般情况下，密度变化很小，可视为常数在计算时，常取15时的液压油密度= 900 kg/m3。,2.1 液压油,2.可压缩性 可压缩性指液体受压力作用而发生体积减小的特性。在常温下，液体的可压缩性很小，故认为液体是不可压缩的。只有在
2、研究液压系统的动态特性和高压情况下，才考虑油液的可压缩性。但是，如果液压油中混入空气及其他挥发物质，其压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，所以应尽量减少。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,3.黏性 液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生内 摩擦力的特性称为黏性。液体在管内流 动时，它和固体壁面间的附着力和液体 本身分子间的内聚力，导致液体内部各 液层间的速度不相等。如图2-2所示，两平行平板间充满液体，下平板不动， 而上平板以速度u0，向右运动。由于液体的黏性，紧靠下平板和上平板的液体层 速度分别为0和u0，而中间各液层在内聚力的牵制下，从上到下速
3、度逐渐递减。 当两平板间的距离较小时，各液层的速度按线性规律分布。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,黏性是液体的重要物理性质，也是选择液压用油的主要依据。液体的黏性大小用黏度来表示，常用的黏度有三种:动力黏度、运动黏度和相对黏度。 1)动力黏度 动力黏度又称绝对黏度，是表征液体黏性的内摩擦系数，可由式(2-3)导出，即液体动力黏度的物理意义是当速度梯度等于1时，流动液体液层间单位面积上的内摩擦力。 在SI单位中，动力黏度的法定计量单位为Pas(帕秒)或Ns/m2在CGS中，的单位为P(泊)。单位换算关系为1 Pas =10P(泊)=1000cP(厘泊
4、),上一页,下一页,返回,2.1 液压油,2)运动黏度 运动黏度。是动力黏度与液体密度之比，即运动黏度v在其单位中只有长度和时间的量纲，没有明确的物理意义，所以称为运动黏度，其在液压分析和计算中是一个经常遇到的物理量。工程中常用运动黏度来标志液体黏度。机械油的牌号就是用机械油在40时运动黏度的平均值来表示的。如10号机械油就是指其在40时的运动黏度的平均值为10cSt牌号为L-HL22的普通液压油在40时运动黏度的平均值为22 mm2/s ( L表示润滑剂类，H表示液压油，L表示防锈抗氧型)。 在SI单位中，运动黏度的单位为m2 /s。在CGS中，运动黏度的单位为St(斯)。单位换算关系为1
5、m2/s =104St(斯)= 106cSt(厘斯)。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,3)相对黏度 相对黏度又称条件黏度，是采用特定的黏度计，在规定的条件下测量出来的液体黏度。根据测量的方法不同，可分为恩氏黏度E、赛氏黏度SSU和雷氏黏度Re等。中国和德国等国家采用恩氏黏度。 恩氏黏度用恩氏黏度计测定。即，将200 mL的被测液体装入底部有小2. 8 mm小孔的恩氏黏度计的容器中，在某一特定温度t()时，测定全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间t1与同体积的蒸馏水在20时流过同一小孔所需的时间t2之比值，便是该液体在t()时的恩氏黏度。 恩氏黏度和运动黏度之间的经验换算公式为,上一页
6、,下一页,返回,2.1 液压油,4)温度对黏度的影响 液压油的黏度对温度变化十分敏感，黏度会随着温度的升高而减小，这种液体黏度随温度变化的性质称为黏温特性。黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此，黏度随温度的变化越小越好。如图2-3所示为几种国产液压油的黏温特性曲线。 5)压力对黏度的影响 当压力增加时，液体分子间距离减小，内聚力增加，其黏度也有所增加。在液压系统中，当压力不高且变化不大时，压力对黏度的影响较小，一般可以忽略不计。当压力高于50MPa或压力变化较大时，需要考虑这种影响。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,4.液压油的其他性质 液压油的其他一些物理化学性质，如抗燃性、
7、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性和抗磨性等，都对它的选择和使用有重要影响。这些性质需要在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得，具体应用时可查阅液压油类产品相关手册。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,2.1.2液压油的选用 1.液压油的使用要求 液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，液压系统对工作介质的基本要求如下: (l)黏温性好。所有工作介质的黏度都随温度的升高而降低。黏温特性好是指工作介质的黏度随温度变化小。 (2)质地纯净，杂质少。避免油液中的机械杂质堵塞油路。 (3)化学稳定性好。在贮存和工作过程中不易氧化变质，以防胶质沉淀物影响系统正常工作。防止油液变酸，腐蚀金属表面
8、。 (4)抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其他元件的长,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环会产生异常的噪声、振动，所以要求工作介质具有良好的抗泡沫性和空气释放能力。 (5)闪点、燃点高，凝固点低。高闪点和燃点能防火、防爆。一般液压系统中所用的液压油的闪点约为130150;在温度低的环境下工作时，要求低凝固点一般液压系统中所用的液压油的凝固点约为-
9、10-15。 (6)润滑性能好。在规定的范围内有足够的油膜强度，以免产生干摩擦。 (7)对人体无害，成本低。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,2.液压油的种类 液压油的品种很多，主要可分为三大类:矿物油型、合成型和乳化型。常见液压油的代号、特性和用途详见表2-1、表2-1 (续表)。 矿物型液压油的特点是润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性高，所以约90 %以上的液压系统采用此类液压油。乳化型液压油价格便宜，抗燃性好，但润滑性能差，腐蚀性大，适用温度范围小，因此一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成型液压油润滑性好、凝固点低、抗燃性好，但价格昂贵且有毒，一般用于防火要求高的钢铁厂、
10、火力发电厂等场合。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,3.液压油的选择 合理液压油的选择，对液压系统的运动平稳性，工作可靠性，灵敏性有显著影响。选用液压油时根据系统要求选择适当的油液品种和黏度，选择时一般考虑以下几个方面: (1)液压系统的工作压力。工作压力较低时，宜用黏度较低的油，以减少压力损失。工作压力较高时，宜选用黏度较高的液压油以免系统泄漏过多，效率过低。 (2)液压泵的类型。在液压系统的所有元件中，液压泵对液压油的性能最敏感，因此，在一般情况下，可将液压泵要求的黏度作为选择液压油的基准，见表2-2。 (3)液压系统的工作环境。主要是环境温度的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃性等
11、要求。还要考虑环境污染、毒性和气味等因素,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,(4)运动速度。液压系统执行元件速度较高时，选用黏度较低的液压油，以减小液流的功率损失。 (5)经济性分析。选择工作介质时要通盘考虑价格和使用寿命，高质量的液压油从一次购置的角度来看花费较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率等方面的提高上看，总的经济效益是非常合算的。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,2.1.3液压油的污染与控制 1.污染的主要原因 (1)已被污染的新油。虽然液压油和润滑油是在比较清洁的条件下精炼和调和的，但油液在运输和储存过程中会受到管道、油桶和储油罐的污染。其污染物为灰尘、砂土、
12、锈垢、水分和其他液体等 (2)残留污染。液压系统和液压元件在装配和冲洗中的残留物，如毛刺、切屑、型砂、涂料、橡胶、焊星和棉纱纤维等,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,(3)侵入污染。液压系统运动过程中，由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏而由系统外部侵入的污染物，如灰尘、砂土、切屑以及水分等 (4)内部生成污染。液压系统运行中系统本身所生成的污染物。其中既有元件磨损剥离、被冲刷和腐蚀的金属颗粒或橡胶末，又有油液老化产生的污染物等，这一类污染物最具有危险性。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,2.污染的危害 (1)固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器，使液压泵吸油不畅、运转困难、产生噪声。堵
13、塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件失灵。 (2)微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液压元件不能正常工作，同时还会划伤密封件，使泄漏增加。 (3)水分和空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速损坏，并使液压传动系统出现振动和爬行等现象。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,3.污染的控制措施 (1)减少外来的污染。系统在组装前，油箱和管道必须清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后要进行全面清洗，用系统工作时使用的工作液体(加热后)清洗，不可用煤油。系统冲洗时应设置高效滤油器，并启动系统使元件动作，用铜锤敲打焊口和连接部位
14、。在油箱通气孔上装设空气滤清器或采用隔离式油箱给油箱加油要用滤油装置，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压系统传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。 (2)滤除系统产生的杂质。应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。,上一页,下一页,返回,2.1 液压油,(3)控制液压油的工作温度。系统工作时，一般应将工作液体的温度控制在65以下。工作液体温度过高会加速氧化，产生各种生成物。 (4)定期检查，更换液压油液。应根据液压设备使用说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。,上
15、一页,返回,2.2 液体静力学基础,液体静力学主要是研究静止液体所具有的力学规律以及这些规律的应用。所谓“静止液体”，指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现黏性。至于盛装液体的容器，不论它是静止还是匀速、匀加速运动都没有关系，液体整体则可以随同容器一起作各种运动。,下一页,返回,2.2 液体静力学基础,2.2.1液体的静压力及其特性 作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力作用于液体的所有质点上，如重力和惯性力等。表面力是作用于液体表面上的力。单位面积上作用的表面力称为应力，它是一种外力，有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面
16、力只有法向力。液体在单位面积上所受的法向力称为压力，用P表示。液体内某点处单位面积上所受到的法向力F与单位面积A之比即为压力P(静压力)，可表示为,上一页,下一页,返回,2.2 液体静力学基础,如法向力F均匀地作用于面积A上，则压力可表示为液体静压力具有两个重要特性: (1)液体静压力垂直于其受压平面，且方向与该平面的内法线方向一致。 (2)静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等液体静力学基本方程。,上一页,下一页,返回,2.2 液体静力学基础,2.2.2液体静力学基本方程 在重力作用下静止液体的受力情况可用图2-4所示。在液体中任取一点A,若要求得液体内A点处的压力，可从液体中取出一
17、个底部通过该点的垂直小液柱。设液柱的底面积为dA，高度为h，液柱质量为G=ghdA，由于液柱处于平稳状态，则平衡方程如下所示。,上一页,下一页,返回,2.2 液体静力学基础,式中P0为作用在液面上的压力，上式为液体静压力的基本方程。 由液体静压力基本方程可知，静止液体内任意点处的压力由两部分组成，即液面上的外压力P0和液体自重对该点的压力gh。当液面上只受大气压力P0作用时，点A处的静压力则为P = P0 +gh。静止液体内的静压力随液体深度h的增加而线性地增加。静止液体内同一深度的各点压力都相等，压力相等的所有点组成的面称为等压面。在重力作用下，静止液体中的等压面是一个水平面压力的表示方法。,
