《液压流体力学知识》ppt课件

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1、第二章 液压流体力学基础知识 主要掌握的知识点是：,2-1 液压油的性质 （Working medium of hydraulics hydraulic oil） 液压传动是以液体为工作介质来传递能量的。因此要了解液体工作介质液压油和液体的力学性质是必要的，它有助于正确理解液压传动的原理和规律，为正确使用和维修液压元件和液压系统打下良好的基础。 液压油的类型：,矿物油（石油型）包括有 （1）机械油； （2）普通液压油（其中加入抗氧剂，防锈剂，抗泡剂等添加剂）； （3）专用液压油（航空液压油，炮用液压油，舰用液压油等）； （4）汽机油； （5）柴油机油等。 乳化油油包水乳化液、水包油乳化液。 它

2、们是由两种互不相容的液体（如水和油）构成，其中一种液体成为小液滴并均匀地分散在另一种液体中。,乳化型分两大类： 一类乳化型分又称高水基液（少量油分散在大量水中）； 另一类油包水乳化液（水分散中）。 合成型油 磷酸酯基液压油、 水-一、二元醇基液压油。,一、液压油物理性质,（一）液压油的密度（mass density） 密度- 用符号表示， 即 =m/v （kg / m） m 液体的质量（kg）； V 液体的体积（m）。 一般机械油和液压油的密度 =850900kg/m。,单位体积内所含液体质量的多少。,（二） 液体的压缩性,液体的压缩性： 压缩性的大小可用压缩系数k来表示，它是指温度不变时，每

3、产生一个单位压力变化时，液体体积的减小量。 即：液体所受压力增大一个压力时，所发生的体积的相对变化值， K=-（1/）（V/V0 ）,是指液体受到压力作用时 体积将缩小，密度将有所增加。,式中 K：液体的压缩系数； ：压力变化值； V：液体体积的变化量； V0 ：正常压力时的液体体积。 从压缩系数可以看到油液的可压缩性很小，一般可以忽略不计，但在分析液体元件或系统的动态性能时，却是一个不可忽略的因素。,（三）液体的膨胀性,液体的膨胀性是指：液体的温度升高而体积增大的性质。体积膨胀性的大小用体积膨胀系数表示。 其物理意义是：,温度每升高1度时，所发生的 体积v的相对变化值。,（四）液体的粘性(v

4、iscosity),1.液体运动的 当液体在外力作用下流动时，一般液体各层的运动速度不相等，这是由于液体与固体壁间的附着力和液体分子间的内聚力造成的。,特点,液体流时 速度的布：,通过分析得知运动较快的液层带动运动较慢的液层，而运动较慢的液层却阻滞运动较快的液层。这样，运动较快的液层在运动较慢的液层上滑过时，就类似固体的摩擦过程。 由于液体与固体（容器）界壁的附着力和液体本身的内聚力而使液体各处的速度产生差异。 如管道中的液体流动（参见图），紧贴管壁的液体流动速度为零，愈接近轴心的液体流动速度愈大，轴心处的液体流动速度最大。,液体只有流动时才显现出粘性，而静止液体不显现出粘性。 液体具有一定的

5、体积 而无一定的形状，因此很容易改变其形状。 从工程角度看液体几乎不能抵抗拉力和切力的作用，即使在一个微小的拉力和切力作用，液体都不能保持其原来的平衡状态，产生变形，这种性质称为液体的流动性。,液体的流动性,2.粘性的定义 液体的粘性：液体流动时，各液层之间产生的内摩擦力（或称切应力），液体的这种性质称液体的粘性。 表现液体粘性大小程度的物理量称粘度。 在液压传动中所用液压油主要是根据粘度来选择的。 3.粘性的度量 表现流体粘性大小程度的物理量称粘度。,表现形式有动力粘度和运 动粘度。 一般在理论计算、理论分析和推导时经常使用的计算公式。但较难接测量。 在工程上常用该粘度表示油液的粘度大小。可

6、在实际中测量出来。,绝对粘度：,相对粘度,（1）动力粘度（dynamic viscosity) 牛顿在实验中发现液体流动时相邻液层单位面积上的内摩擦力（或切应力）与液体运动时的速度梯度成正比，并与液体的性质有关： -表示内摩擦力； -比例系数； -速度梯度。,上式即为著名的牛顿液体内摩擦定律的数学表达式-通过实验测定得出的结果： 液体流动时相邻液层之间的内摩擦力F与液层接触的面积A、液层间的速度梯度dv/dy成正比。 式中的 称比例系数，称其为动力粘度。 dv/dy速度梯度，表示液层之间的相对滑动的梯度。,动力粘度的物理意义：液体在单位速度梯度（|dv/dy|=1）下流动时，相邻液层单位面积上

7、的内摩擦力。 动力粘度的单位： 帕秒（Pas）帕=N/ （帕秒NS/， 1Pas=1NS/） 通过动力粘度的公式得知：在静止液体中，由于速度梯度等于零内摩擦力为零，故液体在静止液体状态下不显粘性。,（2）运动粘度,运动粘度（kinematic viscosity) 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，用表示， 即 =/ 单位：/S ，mm/S （ 1/S=106mm/s） 在液压传动计算中和液压油的牌号上，一般不用动力粘度，而用运动粘度。,（3）相对粘度（又称条件粘度）,相对粘度： 美国采用赛氏粘度SSU; 英国采用雷氏粘度ReI; 我国采用的是恩氏粘度。 恩氏粘度用恩氏粘度

8、器来测定。,以被测液体的粘度相对于水的粘度的相比较的相对值。,恩式粘度测量- （动画2-1恩式粘度.swf） 通过刚才的演示，其测量过程为： （1）在某温度下，取被测液体200cm放入容器中，从其底部的小孔（直径2.8mm）全部流出，用了t1秒时间； （2）取标准温度（20C）时蒸馏水200cm放入同一容器中，从底部的小孔全部流出，用了t2秒时间；,ET=t1/t2 。 工业上一般以20c、50c、100c为测定恩氏粘度的标准温度，用E20、E50、E100 表示。 影响粘度的因素有,温度,压力,4.粘度与温度的关系 粘度与温度的关系：油液的粘度随温度的增高而变小，又随温度的降低而变大。 油液

9、粘度的变化将直接影响到液压传动系统的性能和泄漏，所以液压用油的粘度随温度变化愈小愈好。 液体粘性随温度变化的性质称粘温特性。 （见下图液压油的粘温特性曲线）,液压油的粘温特性曲线,由于矿物油的组成、炼制方法等不同，各种矿物油的粘度与温度的关系也不一样，有时用粘度指数（VI）来表示。 粘度指数：被测液体的粘度随温度变化的程度同标准油液的粘度随温度变化程度比较的相对值。 通过粘温曲线图可知，粘度指数高其粘温曲线平缓，粘度随温度变化小，粘温性能好，液压传动用油一般要求粘度指数在90以上，最好的在100以上。,5.粘度与压力的关系 粘度与压力的关系：油液的压力增大时其密度加大，分子间的距离缩小，粘度变

10、大（粘度变稠）。 但粘度压力变化程度并不大。也就是说，压力对粘度的影响在低压时不明显： 当压力大于50MPa时，其影响趋于显著； 压力升到70Mpa时，液体的粘度将比常压下增加410倍。 当压力在050Mpa的范围内时，可用经验公式计算其粘度。,当压力在32MPa以下时，可不考虑压力对粘度的影响。 二、液压油的化学性质,1.闪点和燃点 （1） 是指油液加热后会产生可燃性体，这些可燃性气体与空气混合在油面上，接触火焰的瞬间，会产生一闪一闪的燃烧，这时最低温度称油液的闪点。 （2） 如果油液的温度继续上升，便会出现连续性燃烧，此时的温度称油液的燃点。,闪点,燃点,闪点高的油液挥发性小，燃点高的油液

11、难以着火燃烧。油液防火性能的指标是闪点和燃点。 一般液压传动用油的闪点为130210C。 随着液压传动技术的迅速发展，液压系统的工作压力和工作温度会不断提高，这样对液压油的防火性能要求将会越高。,2.凝固点和流动点 （1）凝固点 当温度降低到一定程度时，油液失去了流动性，此时的温度称为液体的凝固点。,是指油液在试验条件下，冷却到失去流动时 的最高温度，即油液的粘度 随着温度的降低而增大。,（2）流动点 液体的低温流动性与凝固点有关，一般液压传动用的油液其凝固点为：-10至-15。 凝固点在-10C时，液压油的流动性最好的。,比凝固点高出2.5C时的温度称 液体的流动点,3.化学稳定性和热稳定性

12、 (1)化学稳定性 油液与空气或其他氧化剂接触会发生化学反应生成酸性物质，使油液变质。 油液温度越高，酸化速度越快，油液的使用寿命缩短，并且腐蚀金属表面，损坏橡胶密封圈，影响密封效果，使系统不能正常工作。,是指油液抵抗与含氧物质、 特别是与空气起化学反应的能力。,(2)热稳定性 当温度升高时，油液的化学反应加快，油分子裂化并产生沥青、焦油等树状的物质。这些物质粘附在油路的各处，堵塞液压元件的小孔和缝隙并抱咬阀芯，影响系统的正常工作。,油液在高温时，抵抗化学反应的能力。,三、液压油的添加剂 液压传动用的油液应具有较高的粘度指数，有较好的化学性质，而普通矿物油不具备这些性质，往往需要添入适当的添加

13、剂来改善他们的性能。 常见的添加剂类型有两类 一类用来改善基础油液的化学性质； 另一类用来改善基础油液的物理性质。,改善化学性质的有： 抗氧化剂、防腐剂、防锈剂、防霉剂等。 改善物理性质的有： 增粘剂、抗泡剂、降凝剂、油性剂等。 使用时根据需要组合，在选用时，应注意添加剂与基础油液之间的相互作用，不能影响和改变油的性质，各自的作用不能抵消与减弱。,防止氧化剂 能抑制氧化生酸，又能在金属表面形成防蚀保护层，以避免酸性物质直接接处金属。 防锈剂 当油中混入水分后，会侵蚀金属表面引起生锈。在金属表面形成一层保护膜，能达到防锈目的。 减摩剂 防止相对滑动表面的磨损。,黏度指数提高剂 用来提高油液的黏度

14、，使其使用的温度范围扩大。 其他添加剂在此不多介绍。 四、液压传动用油的要求、选择 在液压传动中，油液是传递动力或力矩的工作介质，所选用油液的性质将直接影响到液压传动系统工作的好坏。必须正确选择液压油。,（一）对液压传动用油的基本要求 合适的黏度和良好的粘温特性； 润滑性能好； 对密封材料的相容性； 对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性，长期工作不易变质； 抗泡沫性好、腐蚀性小； 清洁度高，质地纯洁，杂质少； 燃点高、凝固点低； 对人无害，成本低。,（二）油液的选择 在具体选择液压油的粘度时，一般应考虑下列具体因素： 1.液压系统中工作压力的高低。 2.液压系统中运动速度的快慢。 3.液压系统周

15、围环境温度。 有时也从以下几个因素考虑： 液压系统所处的环境； 液压系统的工作条件； 液压油的性质； 经济性；,P6表1-1是液压泵使用油液的粘度范围。 五、液压油的合理使用（污染与控制） 液压油受到污染，常常是系统发生故障的主要原因，因此控制液压系统的污染是十分重要的。,（一）液压油污染的危害 什么是液压油的污染 使系统不断地发生故障，液压元件的寿命也大大降低。,是指液压油中含有的水分、空气、 微小固体颗粒及胶状生物等杂质。,污染对系统造成的主要危害： 固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器液压泵运转困难，产生噪声；堵塞元件的小孔或缝隙，使元件动作失灵； 微小固体颗粒会加速零件磨损，磨伤密封元件，使

16、系统出现泄漏； 水分和空气的混入，降低液压油的润滑能力，并使其氧化变质，产生气蚀，加剧元件的损坏；使液压系统出现振动、爬行等现象。,（二）污染产生的原因,（1）残留物污染 液压元件在制造、储存、运输、安装、维修过程中带入的沙粒、铁削、焊杂、灰土等等，虽经清洗，但还会留有，造成液压油的污染。 （2）侵入物污染 环境中的污物（水滴、空气、尘埃等）。 （3）生成物污染 系统工作时产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、油液变质后产生的胶状生成物等。,（三）污染的控制措施 （1）力求减少外来污染； （2）滤除系统产生的杂质； （3）定期检查更换液压油。,2-2节 静止液体的力学基础知识,静止液体（或相对静止的液体）： 是指液体处于相对静止。 当液体处于相对静止状态时，各液体之间没有相对