液壓油的性質(zhì)

液壓油的性質(zhì)第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日

?潤滑運(yùn)動(dòng)部件；

?密封兩部件之間的配合間隙；

?散熱。2.液壓油的特性為真正地實(shí)現(xiàn)上述這些主要功能并從安全和成本上考慮，液壓油應(yīng)具有以下特性：

?良好的潤滑性；

?理想的粘度；

?化學(xué)和環(huán)保穩(wěn)定性；

?與系統(tǒng)其它材料的相容性；

?較大的體積模量；

?耐火性；

?良好的傳熱能力；

?低密度；

?抗泡性；第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日

?無毒；

?低揮發(fā)性。

?低成本；

?容易得到。

單一的液壓油不具有所有這些希望的性質(zhì)。為了實(shí)際使用，流體傳動(dòng)設(shè)計(jì)者必須選擇最接近所有這些理想性質(zhì)的流體。液壓油必須定期更換，其周期不僅取決于流體本身還與其使用環(huán)境有關(guān)。實(shí)驗(yàn)室分析是確定液壓油更換周期的最好方法。通常說，由于油液分解或被污染而導(dǎo)致其粘度和酸度增大時(shí)，它就應(yīng)被更換。更好地是當(dāng)系統(tǒng)處于工作溫度時(shí)更換油液。用這種方法，大多數(shù)雜質(zhì)都處于懸浮狀態(tài)并且容易排除。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.2流體：液體（FLUIDS:LIQUIDS）“流體”一詞是液體和氣體的總稱。液體是這樣一種流體，具有已知的質(zhì)量，它具有明確的、與它的容器形狀無關(guān)的體積。這個(gè)意思是即使液體呈現(xiàn)其容器的形狀，容器中充滿液體部分的體積等于液體的體積。液體被認(rèn)為是不可壓縮的以致于壓力變化時(shí)，液體的體積不會(huì)變化。這并不絕對(duì)準(zhǔn)確，但是由于壓力變化引起的體積變化是很小的，在大多數(shù)工程應(yīng)用中可忽略不計(jì)。第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.3重量、密度、比重（WEIGHT,DENSITY,SPECIFICGRAVITY）

1.重量

所有物質(zhì)，不論固體或流體，都受到地心引力的作用。這個(gè)力稱為物體的重力，并與物體的質(zhì)量成正比，定義為：（2－1）

F－力（N）；

W－流體的重量（N）；

m－流體的質(zhì)量（kg）；

g－重力加速度（9.8m/s2）。

2.重度

重度被定義為單位體積流體的重量，即：（2－2）第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日

γ－重度（N/m3）；

W－重量（N）；

V－體積（m3）；利用式（2－2）我們能夠計(jì)算出水的重度：大多數(shù)油液的重度大約為8792N/m3。然而，根據(jù)油液種類的不同，其重度在8635N/m3和9106N/m3之間變化。

3.比重

給定流體的比重（Sg）是流體的重度與4℃純水的重度之比，即油液的比重：（2－3）第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日代入已知數(shù)值得：

注：比重是無量綱（無單位）參數(shù)。

4.密度

其定義是單位體積的質(zhì)量：（2－4）

ρ－密度（kg/m3）

m－質(zhì)量（kg）

V－體積（m3）由于質(zhì)量與重量成正比，密度也等于給定流體的密度除以水的密度。第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日密度與重度有如下關(guān)系：（2－5）那么水的密度為：第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.4壓力（PRESSURE）

1.流體壓力

⑴壓力

在流體傳動(dòng)系統(tǒng)中壓力或者說得更確切些是力以相等的數(shù)值向各個(gè)方向傳遞。壓力用單位面積上所受的力來表示。因此，壓力是單位面積上作用的力的總和，即：（2－6）

p－壓力；

F－力；

A－面積。

如果F和A的單位分別是N和m2，那么p的單位就是Pa。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

靜止流體中的壓力稱為流體靜壓力，它有兩個(gè)重要性質(zhì)：

?靜止流體中任一點(diǎn)上壓力大小與所受力面的方位無關(guān)，即靜止流體中任一點(diǎn)的壓力在各個(gè)方向相等。

?靜止流體中壓力作用方向是垂直于表面并指向該表面，即沿表面內(nèi)法線方向。

⑵靜壓力的基本方程

如圖所示，從流體中劃出一個(gè)底面積為ΔA的液柱，在流體表面上，外力產(chǎn)生的壓力pe＝Fe/A，液柱所受質(zhì)量力為γhΔA，設(shè)液柱下表面上作用的壓力為p，其方向向上，則沿垂直方向的力平衡方程為

peΔA+γhΔA＝pΔA，由此得

p＝pe+γh（2－7）第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日

式中，p是離液面h深處的壓力。由式（2－7）可知：

?靜壓力是外力產(chǎn)生的壓力pe和自重產(chǎn)生的壓力γh之和；

?靜止流體壓力隨深度線性地增加；

?靜壓力相等的各點(diǎn)組成的面稱為等壓面，在靜止流體中等壓面是水平面；

?在一般液壓系統(tǒng)中工作壓力（pe）比自重產(chǎn)生的壓力γh大得多，故在液壓系統(tǒng)中γh可忽略，即p＝pe。2.壓力的計(jì)算基準(zhǔn)和單位

⑴壓力計(jì)算基準(zhǔn)

?絕對(duì)壓力pabs：以絕對(duì)真空為計(jì)算基準(zhǔn)的壓力；

?大氣壓pa：由大氣產(chǎn)生的壓力；

?相對(duì)壓力（表壓）p：以大氣壓為基準(zhǔn)的壓力，壓力表所指示的壓力均為相對(duì)壓力。第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日

?真空度pv：壓力比大氣壓低的數(shù)值。它們之間關(guān)系如圖所示：

pabs＝pa+p

pv＝pa－pabs。

⑵壓力的單位

壓力有多種單位。在SI制中，壓力的單位是Pa，1Pa=1N/m2，由于Pa太小，工程上常用MPa，目前也可用bar。1MPa＝106Pa，1bar＝105Pa。

在工程上還有以下壓力單位被應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm），工程大氣壓（at），mH2O（米水柱高），mmHg（毫米汞柱高），kgf/cm2。1atm＝1.033kgf/cm2＝10.33mH2O＝760mmHg＝第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日1.013×105Pa。1at＝1kgf/cm2＝10mH2O＝735.5mmHg＝9.8×104Pa。第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.5帕斯卡原理（PASCAL’SLAW）

帕斯卡原理揭示了流體傳動(dòng)的基本原理。它表明了作用在密閉流體上的壓力等值地向各個(gè)方向傳遞。如圖所示，在小活塞上施加力F1時(shí)，在液體中將產(chǎn)生壓力p＝F1/A1，它以相同大小傳向液體各部分，在大活塞上將產(chǎn)生力F2＝pA2。它們的關(guān)系是F1/F2＝A1/A2或F2＝（A2/A1）F1，由此可看出，由于A2＞A1，故F2＞F1，即進(jìn)行了力的放大，發(fā)大比為A2/A1。在上圖中，如果大活塞上無重物，那么在液體中不會(huì)產(chǎn)生壓力。由此可知，在密閉容器流體系統(tǒng)中的壓力是由外界負(fù)載決定的。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.6帕斯卡原理的應(yīng)用（APPLICATIONSOFPASCAL’SLAW）

在這一節(jié)中我們將探討一個(gè)帕斯卡原理的基本應(yīng)用：液壓千斤頂。這個(gè)系統(tǒng)使用一個(gè)活塞式手動(dòng)泵來驅(qū)動(dòng)一個(gè)單作用液壓缸，如圖。其工作原理如下。一手動(dòng)力作用在手柄ABC的A點(diǎn)，手柄可繞C點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，手動(dòng)泵的活塞桿與手柄的B點(diǎn)鉸接。手動(dòng)泵實(shí)際上是一個(gè)內(nèi)有可自由上下運(yùn)動(dòng)活塞的液壓缸。活塞和活塞桿是固連在一起的。當(dāng)用手提起手柄時(shí)，活塞上升并在其下腔產(chǎn)生真空。其結(jié)果是，油箱中的油液在大氣壓的作用下經(jīng)過單向閥1流入第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日手動(dòng)泵的下腔。這是吸油過程。單向閥是僅允許油液單向通過的元件，用箭頭表示。

當(dāng)用手壓下手柄時(shí)，油液被從手動(dòng)泵中擠出并通過單向閥2進(jìn)入負(fù)載缸的下腔。負(fù)載缸在結(jié)構(gòu)上與手動(dòng)泵相似，也是內(nèi)有一個(gè)活塞和活塞桿的液壓缸。當(dāng)油液被擠出油泵并在流入下腔時(shí)受到阻力，在負(fù)載活塞下就產(chǎn)生壓力。由帕斯卡原理我們可知作用在負(fù)載活塞上的壓力等于油泵下腔產(chǎn)生的壓力。因此，手柄的每一次上下循環(huán)，一定體積的油液就從油泵中被擠出從而克服負(fù)載阻力使負(fù)載缸升高一定距離。放油閥是一個(gè)手動(dòng)閥，當(dāng)它打開時(shí)，從負(fù)載缸放油回油箱使負(fù)載下行。應(yīng)該注意油液從每一個(gè)液壓缸第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日里流入和流出都僅在其一端。這樣的液壓缸稱為‘單作用’，因?yàn)橐簤候?qū)動(dòng)僅向一個(gè)方向。在圖中的液壓千斤頂中，當(dāng)放油閥打開時(shí)活塞的縮回是靠負(fù)載的自重。第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.7體積彈性模量（BULKMODULUS）

具有較高功率－重量比和剛度的液壓系統(tǒng)經(jīng)常被用于大功率的場(chǎng)所。液壓系統(tǒng)的剛度與油液的不可壓縮性有直接關(guān)系。體積彈性模量是不可壓縮性的度量值。體積彈性模量越高，流體的壓縮性越小或流體的剛性越大。體積彈性模量的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（2－7），負(fù)號(hào)說明隨著壓力的增加，體積減?。海?－7）其中：β－體積彈性模量（MPa）；

V－初始體積（m3）；

Δp－壓力變化值（MPa）；

ΔV－體積變化值（m3）。油液的體積彈性模量隨其壓力和溫度的變化而變第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日化，但是，在大多數(shù)流體傳動(dòng)系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)，這些變化因素均可忽略不計(jì)。第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.8粘性和粘度指數(shù)（VISCOSITYANDVISCOSITYINDEX）

粘性或許是液壓油最重要的特性。它是運(yùn)動(dòng)流體流動(dòng)性的度量值。當(dāng)粘性小時(shí)，流體容易流動(dòng)因?yàn)樗窍〉囊约罢扯鹊?。高粘性的流體因具有高粘度而看起來很濃，所以流動(dòng)困難。事實(shí)上，一個(gè)液壓系統(tǒng)的理論粘度是適中的，過高的粘度會(huì)導(dǎo)致：

?流動(dòng)阻尼高，導(dǎo)致粘滯出現(xiàn)；

?由于摩擦損失，增大功率消耗；

?通過液壓閥及管路的壓降增加；

?摩擦使油溫升高。另一方面，粘度太低，又會(huì)導(dǎo)致：

?泄漏增加；

?由于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間的油膜被破壞而導(dǎo)致過第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日度磨損。

1.絕對(duì)粘度（動(dòng)力粘度）粘度的概念可以通過研究圖中的兩個(gè)相距為油膜厚度y的平行平板來了解。下面的平板固定，上面的平板因受推力F的作用而以速度v移動(dòng)。由于粘性，油液附著在兩個(gè)平板的表面。與下面平板接觸的油層流速為零，而與上面平板接觸的油層流速為v。其結(jié)果是呈線性變化的速度分布，其斜率為v/y。油液的絕對(duì)粘度（或動(dòng)力粘度）可由下式表示：