1-液壓油及其特性

第一章液壓傳動基礎(chǔ)知識第一頁，共58頁。

本章主要介紹液壓傳動的工作介質(zhì)—--油液的種類及其物理性質(zhì)，研究油液的靜力學和動力學的規(guī)律。

第二頁，共58頁。本章主要內(nèi)容一、傳動工作介質(zhì)二、液體靜力學三、液體動力學四、定常管流的壓力損失計算五、孔口和縫隙流動六、空穴現(xiàn)象七、液壓沖擊第三頁，共58頁。一、傳動工作介質(zhì)液壓油的物理性質(zhì)，液體粘度的物理特性。二、液體靜力學液體靜壓力的特性和靜力學基本方程。三、液體動力學流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程。第四頁，共58頁。四、定常管流的壓力損失計算液體流動時的沿程壓力損失和局部壓力損失。五、孔口流動液體流經(jīng)小孔時的壓力損失以及壓力損失與流量關(guān)系。第五頁，共58頁。1、液壓油在液壓系統(tǒng)的作用2、液壓油的分類3、液壓油的物理性質(zhì)4、液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求一、液壓傳動工作介質(zhì)第六頁，共58頁。①有效地傳遞能量和信號。②吸收和傳送系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量。③潤滑運動部件，減少摩擦和磨損。④防止銹蝕。1、液壓油在液壓系統(tǒng)的作用第七頁，共58頁。工業(yè)液壓油乳化型（水乳化型）2、液壓油的分類水---二醇基液壓油磷酸酯基液壓油專用液壓油（抗磨、低溫、高粘度指數(shù)）機械油汽輪機油通用液壓油石油型（礦油型）合成型難燃型高水基油第八頁，共58頁。GB

11118.1-94礦物油型和合成烴型液壓油產(chǎn)品標準第九頁，共58頁。L-HH液壓油是一種無氧化劑的精制礦油，這種油品雖列入分類中，但液壓系統(tǒng)不宜使用，我國不設(shè)此類油品，也無產(chǎn)品標準。石油基液壓油第十頁，共58頁。L-HL液壓油是由精制深度較高的中性油作為基礎(chǔ)油，加入抗氧、防銹和抗泡添加劑制成，適用于機床等設(shè)備的低壓潤滑系統(tǒng)。目前我國L-HL油品種有15、22、32、46、68、100共六個粘度等級，只設(shè)一等品產(chǎn)品。石油基液壓油

HL液壓油具有較好的抗氧化性、防銹性、抗乳化性和抗泡性等性能。使用表明，HL液壓油可以減少機床部件的磨損，降低溫升，防止銹蝕，延長油品使用壽命。第十一頁，共58頁。L-HM液壓油是在防銹、抗氧液壓油基礎(chǔ)上改善了抗磨性能發(fā)展而成的抗磨液壓油。L-HM液壓可滿足中、高壓液壓系統(tǒng)油泵等部件的抗磨性要求，適用于使用性能要求高的進口大型液壓設(shè)備。

從抗磨劑的組成來看，L-HM液壓油分含鋅型(以二烷基二硫代磷酸鋅為主劑)和無灰型(以硫、磷酸酯類等化合物為主劑)兩大類。第十二頁，共58頁。1）密度2）可壓縮性3）粘性3、液壓油的物理性質(zhì)第十三頁，共58頁。

1）液壓油的密度

單位體積流體的質(zhì)量稱為密度。ρ=m/V

㎏/m3第十四頁，共58頁。常用工作介質(zhì)的密度(kg/m3)種類

ρ20種類ρ20石油基液壓油850～900增粘高水基液1003水包油乳化液

998水—乙二醇液1060油包水乳化液932磷酸酯液1150該密度是在20℃時測定的。

用ρ20來表示。

P↑

ρ↑

T↑ρ↓由于在常溫、常壓下變化較小，在液壓傳動的靜態(tài)分析中都把它們作為常數(shù)處理。第十五頁，共58頁。

液體具有可壓縮性，即當液體所受壓力變化時，它的容積也具有相應的變化。

①體積壓縮系數(shù)k②體積彈性模量K2）液壓油的可壓縮性第十六頁，共58頁。密閉容器液體的受壓狀態(tài)

體積為Ｖ0的液體，如壓力增大△p時，體積減小△V,則此液體的可壓縮性可用體積壓縮系數(shù)κ來表示。①體積壓縮系數(shù)k第十七頁，共58頁。體積壓縮系數(shù)k：單位壓力變化下體積相對變化量壓力增大液體體積減小，上式右邊加“負號”，以使k成為正值。

第十八頁，共58頁。

液體體積壓縮系數(shù)k的倒數(shù)，稱為體積彈性模量Ｋ，簡稱體積模量。Ｋ=1/k。②體積彈性模量K第十九頁，共58頁。常溫下純凈液壓油的體積彈性模量：(1.4～2.0)×109N/m2

K鋼

=100～150K油

第二十頁，共58頁。

T↑K↓

正常工作溫度范圍內(nèi)，K值會有5～25％的變化。

P↑K↑

當P≥3MPa時，K值基本上不再增大。工作介質(zhì)的體積模量和溫度、壓力有關(guān)第二十一頁，共58頁。

液壓傳動工作介質(zhì)的可壓縮性對動態(tài)工作的液壓系統(tǒng)來說影響大；但當液壓系統(tǒng)在靜態(tài)下（穩(wěn)態(tài)）工作時，一般可以不予考慮。

通常狀況下近似認為，液壓油是不可壓縮的。

注意:一旦液壓油中混有空氣，其可壓縮性將大大加強，此時便不能再將液壓油看作是不可壓縮的。第二十二頁，共58頁。

3）粘性液體在外力作用下流動或有流動趨勢時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運動而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力，這種現(xiàn)象就叫粘性。第二十三頁，共58頁。水、軸承油、液壓油流動性比較水軸承油液壓油第二十四頁，共58頁。實驗名稱：液體在運動平板中的層流現(xiàn)象實驗方法：當下平板平移速度為零，上平板以速度μ0向右平動。第二十五頁，共58頁。實驗結(jié)果：由于液體的粘性（液體在外力作用下流動或有流動趨勢時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運動而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力），緊靠下平板的液體層流速度為零，緊靠上平板的液體層流速度為μ0，而中間各液層的速度則視它距下平板的距離按曲線或線性規(guī)律變化。第二十六頁，共58頁。

Ff

:

內(nèi)摩擦力

μ:

動力粘度

A

:

液層接觸面積du/dy:液層間的速度梯度通過實驗測定得出：

液體流動時，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比。第二十七頁，共58頁。液體流動時，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比。牛頓的液體內(nèi)摩擦定律

Ff:內(nèi)摩擦力；μ:動力粘度

A:液層接觸面積；du/dy:液層間的速度梯度

τ:切應力（單位面積上的內(nèi)摩擦力）第二十八頁，共58頁。①靜止的液體，du/dy=0，F(xiàn)=0，所以靜止的液體不呈粘性。

②液體只有在流動或有流動趨勢時才會呈現(xiàn)粘性。

③粘性只能阻礙、延緩液體內(nèi)部的相對運動，但不能消除這種運動。對液體粘性的認識第二十九頁，共58頁。①動力粘度μ②運動粘度υ③

相對粘度

粘性是反映液體流動性大小的物理量粘性的大小用粘度來表示。工程上粘度的三種表示方式：液體粘性的表示方式第三十頁，共58頁。

液體的粘度是指它在單位速度梯度下流動時單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。г:切應力；μ：動力粘度。du/dy；

液層間的速度梯度

①動力粘度μ第三十一頁，共58頁。

動力粘度μ國際單位：Pa·s（帕斯卡·秒）常用單位：P（泊，dyn·s/cm2)

1

Pa·s=10P=1000cP（厘泊）第三十二頁，共58頁。ρ：液體密度國際單位：㎡/s常用單位：St(斯)

1St=10-4㎡/scSt(厘斯)1cSt=10-6㎡/s液體的動力粘度與其密度的比值，稱為液體的運動粘度。

②

運動粘度υ第三十三頁，共58頁。

就物理意義上來說，運動粘度不是一個粘度的量，它是液體的動力粘度與其密度的比值，但習慣上常用它來標志液體粘度。

例如：液壓傳動工作介質(zhì)的粘度等級是以40℃時運動粘度的中心值來劃分的。40號機械油就是指它的運動粘度中心值在40℃時是40厘斯（mm2/s)。第三十四頁，共58頁。

相對粘度又稱條件粘度，是采用特定粘度計在規(guī)定條件下測出的液體粘度。相對粘度恩氏粘度（中國）雷氏度（英國）賽氏通用秒（美國）

③相對粘度第三十五頁，共58頁。恩氏粘度定義：

200ml溫度為t(℃)的被測液體流經(jīng)恩氏粘度粘度計的Φ2.8mm小孔的時間為t1

；200ml溫度為20℃蒸餾水流經(jīng)恩氏粘度粘度計的Φ2.8mm小孔的時間為t2

，則被測液體在t℃下的相對粘度為：φ=2.8mm200ml第三十六頁，共58頁。動力粘度μ運動粘度ν相對粘度（恩氏粘度）Et標準單位Pa·s㎡/s常用單位P（泊)cP（厘泊）St(斯)cSt(厘斯)單位換算1Pa·s=10P=1000cP（厘泊）1St=10-4㎡/s1cSt=10-6㎡/s相互換算第三十七頁，共58頁。

液體粘度與壓力之間的關(guān)系壓力增大時，粘度增大。但在一般液壓系統(tǒng)使用的壓力范圍內(nèi)，增大的數(shù)值很小，可以忽略不計。一般在32MPa以上時才考慮。第三十八頁，共58頁。第三十九頁，共58頁。液體粘度與溫度之間的關(guān)系溫度升高時，粘度下降。油液的粘度對溫度的變化十分敏感，這個變化率的大小直接影響油液的使用，其重要性不亞于粘度本身。第四十頁，共58頁。第四十一頁，共58頁。

液壓油粘性的大小影響運動副間摩擦力的大小以及通過縫隙的泄漏量。

液壓缸和活塞之間是有間隙的，液壓油粘度適當時，起潤滑作用；液壓油粘度極低時，從這些空隙中流出的油量多，裝置就不能充分發(fā)揮效力。

液壓油粘度對活塞運行的影響第四十二頁，共58頁。

液壓油粘度對液壓泵吸油有很大影響，液壓油粘性的大小影響液體流動時的阻力。液壓油粘度非常大時，泵的吸入能力下降，吸入泵的吸入量小于送出液壓油的量，會出現(xiàn)“空穴”現(xiàn)象。液壓油粘度對液壓泵吸油的影響第四十三頁，共58頁。

工作介質(zhì)是液壓系統(tǒng)十分重要的組成部分，它在液壓系統(tǒng)中要完成許多重要的功能。因此，液壓系統(tǒng)能否可靠、有效、安全而經(jīng)濟地運行，與選用的工作介質(zhì)的性能密切相關(guān)。4、液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求第四十四頁，共58頁。液壓傳動工作介質(zhì)應具備的性能1）合適的粘度；2）潤滑性能好，質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少；3）對金屬和密封件有良好的相容性；4）體積膨脹系數(shù)小，比熱容大；5）流動點和凝固點低，閃點和燃點高；6）對人體無害，與產(chǎn)品和環(huán)境相容。第四十五頁，共58頁。①系統(tǒng)的工作條件液壓傳動工作介質(zhì)的選用按系統(tǒng)中液壓元件類型來確定工作介質(zhì)的粘度，同時需考慮工作壓力、油膜承載力、潤滑性、系統(tǒng)溫升、工作介質(zhì)與密封材料和涂料是否相容。高溫、高壓、低速情況下，選用粘度較大的液壓油低溫、低壓、高速情況下，選用粘度較小的液壓油第四十六頁，共58頁。第四十七頁，共58頁。系統(tǒng)工作壓力較高環(huán)境溫度較高高粘度液壓油工作部件運行速度較高低粘度液壓油第四十八頁，共58頁。液壓油運動粘度推薦使用范圍環(huán)境溫度5℃～40℃40℃～80℃粘

度40℃粘度(mm2/s)40℃粘度(mm2/s)液壓泵類型齒輪泵30～70110～54葉片泵p≤7MPa30～5043～77葉片泵p＞7MPa54～7065～95軸向式柱塞泵43～7770～172徑向式柱塞泵30～12865～270第四十九頁，共58頁。液壓傳動工作介質(zhì)的選用①系統(tǒng)的工作條件高溫、高壓、低速，選粘度較大的液壓油低溫、低壓、高速，選粘度較小的液壓油②系統(tǒng)的工作環(huán)境③綜合經(jīng)濟分析第五十頁，共58頁。②系統(tǒng)的工作環(huán)境

環(huán)境溫度的變化范圍、有無明火和高溫熱源、抗燃性等，此外還要考慮環(huán)境污染、毒性和氣味等。第五十一頁，共58頁。P∠7MPaT∠50℃P：7～14MPaT∠50℃P：7～14MPaT：50～80℃P≥14MPaT:80～100℃室內(nèi)、固定液壓設(shè)備HLHL或HMHMHM露天、寒冷或嚴寒區(qū)HR或HVHV或HSHV或HSHV或HS高溫或明火附近，井下HFAS或HFAMHFB、HFC或HFAMHFDRHFDR根據(jù)環(huán)境及工況條件選擇液壓油第五十二頁，共58頁。③綜合經(jīng)濟分析

選擇工作介質(zhì)時要通盤考慮價格和使用壽命。

例如高質(zhì)量的液壓油一次投資可能較大，但從使用壽命、元件更換、運行維護、生產(chǎn)效率的提高上講，又是經(jīng)濟的。第五十三頁，共58頁。1、液壓油在液壓系統(tǒng)的作用2、液壓油的分類3、液壓油的物理性質(zhì)4、液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求一、液壓傳動工作介質(zhì)第五十四頁，共58頁。液體流動時，相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比。牛頓的液體內(nèi)摩擦定律動力粘度μ運動粘度ν標準單位Pa·s㎡/s常用單位P（泊)cP（厘泊）St(斯)cSt(厘斯)單位換算1