1-液壓油及其特性

第一章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)第一頁，共58頁。

本章主要介紹液壓傳動(dòng)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(xué)和動(dòng)力學(xué)的規(guī)律。

第二頁，共58頁。本章主要內(nèi)容一、傳動(dòng)工作介質(zhì)二、液體靜力學(xué)三、液體動(dòng)力學(xué)四、定常管流的壓力損失計(jì)算五、孔口和縫隙流動(dòng)六、空穴現(xiàn)象七、液壓沖擊第三頁，共58頁。一、傳動(dòng)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(xué)液體靜壓力的特性和靜力學(xué)基本方程。三、液體動(dòng)力學(xué)流動(dòng)液體的連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程。第四頁，共58頁。四、定常管流的壓力損失計(jì)算液體流動(dòng)時(shí)的沿程壓力損失和局部壓力損失。五、孔口流動(dòng)液體流經(jīng)小孔時(shí)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(duì)工作介質(zhì)的要求一、液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)第六頁，共58頁。①有效地傳遞能量和信號(hào)。②吸收和傳送系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量。③潤滑運(yùn)動(dòng)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(jī)械油汽輪機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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(jī)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(gè)粘度等級(jí)，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(jī)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(jìn)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(shí)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(dòng)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(dāng)液體所受壓力變化時(shí)，它的容積也具有相應(yīng)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(shí)，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(duì)變化量壓力增大液體體積減小，上式右邊加“負(fù)號(hào)”，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(huì)有5～25％的變化。

P↑K↑

當(dāng)P≥3MPa時(shí)，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(dòng)工作介質(zhì)的可壓縮性對(duì)動(dòng)態(tài)工作的液壓系統(tǒng)來說影響大；但當(dāng)液壓系統(tǒng)在靜態(tài)下（穩(wěn)態(tài)）工作時(shí)，一般可以不予考慮。

通常狀況下近似認(rèn)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(qiáng)，此時(shí)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(dòng)或有流動(dòng)趨勢時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)性比較水軸承油液壓油第二十四頁，共58頁。實(shí)驗(yàn)名稱：液體在運(yùn)動(dòng)平板中的層流現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)方法：當(dāng)下平板平移速度為零，上平板以速度μ0向右平動(dòng)。第二十五頁，共58頁。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由于液體的粘性（液體在外力作用下流動(dòng)或有流動(dòng)趨勢時(shí)，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力粘度

A

:

液層接觸面積du/dy:液層間的速度梯度通過實(shí)驗(yàn)測定得出：

液體流動(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(dòng)力粘度

A:液層接觸面積；du/dy:液層間的速度梯度

τ:切應(yīng)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(dòng)或有流動(dòng)趨勢時(shí)才會(huì)呈現(xiàn)粘性。

③粘性只能阻礙、延緩液體內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但不能消除這種運(yùn)動(dòng)。對(duì)液體粘性的認(rèn)識(shí)第二十九頁，共58頁。①動(dòng)力粘度μ②運(yùn)動(dòng)粘度υ③

相對(duì)粘度

粘性是反映液體流動(dòng)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(dòng)時(shí)單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。г:切應(yīng)力；μ：動(dòng)力粘度。du/dy；

液層間的速度梯度

①動(dòng)力粘度μ第三十一頁，共58頁。

動(dòng)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(dòng)力粘度與其密度的比值，稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度。

②

運(yùn)動(dòng)粘度υ第三十三頁，共58頁。

就物理意義上來說，運(yùn)動(dòng)粘度不是一個(gè)粘度的量，它是液體的動(dòng)力粘度與其密度的比值，但習(xí)慣上常用它來標(biāo)志液體粘度。

例如：液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的粘度等級(jí)是以40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的中心值來劃分的。40號(hào)機(jī)械油就是指它的運(yùn)動(dòng)粘度中心值在40℃時(shí)是40厘斯（mm2/s)。第三十四頁，共58頁。

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

③相對(duì)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(jì)的Φ2.8mm小孔的時(shí)間為t1

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

，則被測液體在t℃下的相對(duì)粘度為：φ=2.8mm200ml第三十六頁，共58頁。動(dòng)力粘度μ運(yùn)動(dòng)粘度ν相對(duì)粘度（恩氏粘度）Et標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，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(jì)。一般在32MPa以上時(shí)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(shí)，粘度下降。油液的粘度對(duì)溫度的變化十分敏感，這個(gè)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(yùn)動(dòng)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(dāng)時(shí)，起潤滑作用；液壓油粘度極低時(shí)，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(duì)活塞運(yùn)行的影響第四十二頁，共58頁。

液壓油粘度對(duì)液壓泵吸油有很大影響，液壓油粘性的大小影響液體流動(dòng)時(shí)的阻力。液壓油粘度非常大時(shí)，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(huì)出現(xiàn)“空穴”現(xiàn)象。液壓油粘度對(duì)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(jì)地運(yùn)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(duì)工作介質(zhì)的要求第四十四頁，共58頁。液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)應(yīng)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(duì)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(dòng)點(diǎn)和凝固點(diǎn)低，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)高；6）對(duì)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(dòng)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(shí)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(yùn)行速度較高低粘度液壓油第四十八頁，共58頁。液壓油運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jì)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?zé)嵩?、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(yán)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(jì)分析

選擇工作介質(zhì)時(shí)要通盤考慮價(jià)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(yùn)行維護(hù)、生產(chǎn)效率的提高上講，又是經(jīng)濟(jì)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(duì)工作介質(zhì)的要求一、液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)第五十四頁，共58頁。液體流動(dòng)時(shí)，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(dòng)力粘度μ運(yùn)動(dòng)粘度ν標(biāo)準(zhǔn)單位Pa·s㎡/s常用單位P（泊)cP（厘泊）St(斯)cSt(厘斯)單位換算1