液壓技術(shù)課程學(xué)習(xí)

2023年2月11日第二章液壓油與液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)傳遞能量的。液壓系統(tǒng)中的液壓油既是傳遞功率的介質(zhì)，又是液壓元件的冷卻、防銹和潤滑劑。在工作中產(chǎn)生的磨粒和來自外界的污染物，也要靠液壓油帶走。液壓油的物理、化學(xué)特性將直接影響液壓系統(tǒng)的工作。第1頁/共22頁第一頁，共23頁。2023年2月11日工業(yè)液壓油液可分為：石油型和難燃型（1）石油型：是以機(jī)械油為基礎(chǔ)，精煉后按需要加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┒?。這類油液的潤滑性好，但抗燃性差。我國目前大量采用的石油型液壓油液為：機(jī)械油和汽輪機(jī)油。

機(jī)械油－－是一種工業(yè)用潤滑油，價格低，但物理化學(xué)性質(zhì)較差，使用時易產(chǎn)生黏稠膠質(zhì)，堵塞元件，影響系統(tǒng)性能。因此，只在壓力低和要求不高的場合使用。

汽輪機(jī)油－－與機(jī)械油相比，氧化穩(wěn)定性好，使用壽命長，與水混合能迅速分離，純凈度高，使用廣泛。第一節(jié)液壓油第2頁/共22頁第二頁，共23頁。2023年2月11日（2）難燃型：包括乳化型和合成型1）乳化型－有兩類為：水包油乳化液和油包水乳化液。

水包油乳化液－為少量油分散在大量水中，也稱為高水基液。

油包水乳化液－為水分散在大量油中。潤滑性比前者好。2）合成型－有水－乙二醇液和磷酸酯液

水－乙二醇液－適用于防火的液壓系統(tǒng)。

磷酸酯液－自然點(diǎn)高，氧化穩(wěn)定性好，潤滑性好，使用溫度寬，對絕大多數(shù)金屬不腐蝕，但能溶解非金屬材料，因此，必須選擇合適的密封材料。注意：該液體有毒。第3頁/共22頁第三頁，共23頁。2023年2月11日（3）油液添加劑為了改善液壓油液的性能，往往在油液中加入各種不同的添加劑。添加劑分為改善化學(xué)性質(zhì)和物理特性兩類：

1）改善油液化學(xué)性質(zhì)的添加劑： 有抗氧化劑、防腐劑、防銹劑等。

2）改善油液物理特性的添加劑： 有增粘劑、抗泡劑和抗磨劑等。第4頁/共22頁第四頁，共23頁。2023年2月11日一、液壓油液的物理性質(zhì)1.液體的密度ρ

單位體積液體的質(zhì)量稱為液體的密度。體積為V、質(zhì)量為m的液體的密度ρ為ρ＝m/V

一般ρ=890～900kg/m3

注意：

γ＝G/V

G為重量

2.液體的可壓縮性

(1)壓縮性：液體受壓后體積變小的性質(zhì)，用壓縮系數(shù)描述。

k=-(ΔV/V)/Δpm2/kg

壓縮系數(shù)的物理意義：指液體所受壓力增加一個工程大氣壓時所發(fā)生的體積相對變化率,其中V為壓縮前的體積，ΔV為體積為V的液體壓力變化Δp時體積變化量。第5頁/共22頁第五頁，共23頁。2023年2月11日（2）液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)，稱為液體的體積彈性模量，以E表示，即E＝1/k

液壓油的體積彈性模量和溫度、壓力以及含在油液中的空氣有關(guān)。一般在分析時取E=700~1400MPa。（3）封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況極像一個彈簧（稱為液壓彈簧）：外力增大，體積減小；外力減小，體積增大。液壓彈簧的剛度：

液體的可壓縮性很小，在一般情況下當(dāng)液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下工作時可以不考慮可壓縮性的影響。但在高壓下或受壓體積較大以及對液壓系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析時，就需要考慮液體可壓縮性的影響。第6頁/共22頁第六頁，共23頁。2023年2月11日熱膨脹－液體受熱，體積膨脹的性質(zhì)，用體積膨脹系數(shù)βt

來表示：βt=(ΔV/V)/Δt1/℃

物理意義：溫度改變1℃時，液體體積的相對變化率。一般，βt=0.000651/℃

例如：油溫從20℃升到40℃，體積由14000cm3將變?yōu)?4182cm2。由此可見，液壓傳動中，由于溫度變化引起的體積變化，是不能忽視的，尤其是對閉式系統(tǒng)。3.熱膨脹性第7頁/共22頁第七頁，共23頁。2023年2月11日4.粘度液體在外力作用流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子間的相對運(yùn)動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性。液體只有在流動（或有流動趨勢）時才會呈現(xiàn)出粘性，靜止液體是不呈現(xiàn)粘性的。（1）粘度定義實(shí)驗(yàn)測得：F＝Aμdu/dz式中，μ為動力粘度。若以τ表示切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則

τ=F/A=μdu/dz

上式即為牛頓液體內(nèi)摩擦定律。

第8頁/共22頁第八頁，共23頁。2023年2月11日（2）動力粘度μ

μ＝τ/(du/dz)

物理意義：液體在單位速度梯度下,單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。動力粘度的單位為Pa·s（帕·秒，N·s/m2）（3）運(yùn)動粘度ν

液體的動力粘度μ與其密度ρ的比值，稱為液體的運(yùn)動粘度ν，即ν=μ/ρ。運(yùn)動粘度的單位為m2/s。

（4）恩氏粘度°E

相對粘度又稱條件粘度，它是按一定的測量條件制定的。根據(jù)測量的方法不同，可分為恩氏粘度°E、賽氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我國和德國等國家采用恩氏粘度。

°Et＝t1/t2第9頁/共22頁第九頁，共23頁。2023年2月11日式中，t2為200ml溫度為20°C水流經(jīng)直徑為2.8mm小孔所用時間；t1為200ml溫度為t°C油液流經(jīng)直徑為該小孔測得的時間。恩氏粘度和運(yùn)動粘度的轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)式

ν=（7.31°E－6.31/°E）×10－6

（m2/s）

油液粘度對溫度變化十分敏感。在液壓技術(shù)中，希望油液粘度隨溫度變化越小越好。溫度升高時，粘度下降?？捎孟率奖硎荆菏街?，λ為溫粘指數(shù)。粘度隨溫度變化特性，可以用粘度－溫度曲線表示。（5）溫度對粘度影響第10頁/共22頁第十頁，共23頁。2023年2月11日（5）壓力對粘度影響

式中，a、b—兩種油占的百分比，a＋b＝100；c—實(shí)驗(yàn)系數(shù)。（7）其他特性

油液還有其他特性，例如：穩(wěn)定性（包括：熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性）；抗泡沫性、抗乳化性、防銹性以及相容性（對所接觸的金屬和密封材料不起作用）。這些特性對油液的選擇和使用都具有重要影響。（6）兩種混合油液的恩氏粘度式中，k—隨液壓油而異的壓粘指數(shù)

油液粘度隨壓力增大而增大，但影響很小，可用下式表示：第11頁/共22頁第十一頁，共23頁。2023年2月11日例題1：某液壓油體積為200cm3，密度ρ＝900kg/m3,在50°時流過恩氏粘度計所需時間t1＝153s，而20°的200cm3蒸餾水流過所需時間t2＝51s，求該油的恩氏粘度、運(yùn)動粘度和動力粘度。解：根據(jù)恩氏粘度定義，在50°時該油的恩氏粘度為

°E50＝t1/t2=3

利用恩氏粘度和運(yùn)動粘度的換算關(guān)系，可得

ν=7.31°E50-6.31/°E50

=7.31*3-6.31/3=19.83×10－6（m2/s）由動力粘度和運(yùn)動粘度之間關(guān)系，可得油液動力粘度為

μ=νρ=19.83×10－6×890

＝178.5×10－4（Pa.s）第12頁/共22頁第十二頁，共23頁。2023年2月11日例題2：如圖，一圓盤直徑為200mm，與固定圓盤之間間隙為0.02mm。其間充滿潤滑油，密度ρ＝900kg/m3,運(yùn)動粘度為3*10-5m2/s,圓盤轉(zhuǎn)速為1500r/min,求驅(qū)動該圓盤所需要的力矩。第13頁/共22頁第十三頁，共23頁。2023年2月11日

礦物油基液壓油含水液壓油合成液壓油液壓油5.液壓油分類普通液壓油耐磨液壓油數(shù)控液壓油潔凈液壓油乳化液水一二元醇液壓油油包水水包油磷酸脂基液壓油合成液壓油(如硅酮，鹵化物等)第14頁/共22頁第十四頁，共23頁。2023年2月11日最常用的液壓油名稱及代號是：6.液壓油的代號基礎(chǔ)油（HH）普通液壓油（HL）抗磨液壓油（HM）低溫液壓油（HV）第15頁/共22頁第十五頁，共23頁。2023年2月11日(1)適當(dāng)?shù)恼扯龋哼^大，造成水力損失增加，效率低；粘度小，漏失大，容積效率低。選擇液壓油還與具體使用條件有關(guān)。如夏天，粘度要大些，冬天則選用粘度?。荒戏?，用高號液壓油，北方則選用低號液壓油。(2)具有良好的潤滑性能，這與形成油膜有直接關(guān)系。(3)對機(jī)件無腐蝕作用，也不會引起密封件的膨脹。(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性，要加添加劑。(5)不得含有空氣、蒸氣、水和雜質(zhì)(含有氣體會造成氣蝕，空穴會引起振動、噪音；水等引起乳化）。(6)閃點(diǎn)高，凝點(diǎn)低。一般使用的油溫在40～50℃之間，當(dāng)油溫超過80℃，氧化加劇，油溫低于10℃時，粘度增大，啟動困難。7.液壓油的要求第16頁/共22頁第十六頁，共23頁。2023年2月11日(1)簡單的就是根據(jù)液壓元件生產(chǎn)廠樣本和說明書所推薦的來選用液壓油。(2)初步根據(jù)液壓系統(tǒng)的使用性能和工作環(huán)境確定液壓油的類型（品種）。系統(tǒng)要求條件不高：選用普通液壓油；系統(tǒng)要求條件高：選用各種專用液壓油。(3)根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、環(huán)境溫度及工作部件的運(yùn)動速度確定油的具體牌號，即確定液壓油粘度。

工作壓力高：選擇粘度較高的油液。

環(huán)境溫度高：選擇粘度較高的油液。

運(yùn)動速度高：運(yùn)動速度高，宜采用粘度較低的油液。8.液壓油的選用第17頁/共22頁第十七頁，共23頁。2023年2月11日（1）油箱中的液面應(yīng)保持一定高度。（2）正常工作時油箱的溫升不應(yīng)超過液壓油所允許的范圍，一般不得超過65℃。（3）為防止系統(tǒng)中進(jìn)入空氣，要做到：所有回油管都在油箱液面以下，管口切成斜斷面。（4）油泵吸油管應(yīng)嚴(yán)格密封。（5）油泵吸油高度應(yīng)盡可能小些，以減少油泵吸油阻力；可能情況下。（6）在系統(tǒng)最高點(diǎn)設(shè)置放氣閥。（7）定期檢查油液質(zhì)量和油面高度，以便及時更換和添加。9.液壓油使用注意事項：第18頁/共22頁第十八頁，共23頁。2023年2月11日(1)用過濾的方法濾掉液壓油中的雜質(zhì)，不同液壓元件對過濾精度有不同要求。液壓元件名稱過濾精度要求柱塞泵與馬達(dá)5-20葉片泵與馬達(dá)30液壓缸50齒輪泵和馬達(dá)50普通液壓控制閥30伺服閥、比例閥5-2010.液壓油的污染與控制第19頁/共22頁第十九頁，共23頁。2023年2月11日(2)為了避免或減少系統(tǒng)運(yùn)行中的液壓油再污染，運(yùn)行中要注意油溫和油箱的油位，油溫過高，將加速液壓油老化變質(zhì)；油位過低會使吸油困難，引起噪音和氣蝕，加劇液壓油的污染。(3)液壓系統(tǒng)的密封性能良好。在油箱的通氣孔及液壓缸活塞桿處加防塵裝置；外漏油不得直接流回油箱。(4)液壓系統(tǒng)投入運(yùn)行前應(yīng)按有關(guān)的規(guī)定嚴(yán)格沖洗，運(yùn)行中要按規(guī)定及時更換新油，換油時新油必須經(jīng)過過濾后才能加入系統(tǒng)中使用。第20頁/共22頁第二十頁，共23頁。2023年2月11日作業(yè)：

（1）什么是液壓油的壓縮性？（2）什么是液壓油的運(yùn)動黏度、動力黏度以及相對