第2讲 液压流体力学基础

1、第二章第二章 液压流体力学基础液压流体力学基础2、1 液压油液压油 2、2 液体静力学液体静力学目的任务目的任务 了解油液性质、静压特性、方程、传递规律了解油液性质、静压特性、方程、传递规律 掌握静力学基本方程、压力表达掌握静力学基本方程、压力表达 式和结论式和结论 重点难点重点难点 液压油的粘性和粘度液压油的粘性和粘度 粘温特性粘温特性 静压特性静压特性 压力形成压力形成静力学基本方程静力学基本方程提问作业提问作业1、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？、什么叫液压传动？液压传动的特点是什么？2、液压传动系统的组成和作用各是什么？、液压传动系统的组成和作用各是什么？液压油液压油2、1、2

2、对液压油的要求及对液压油的要求及选用选用2、1、1 液压油的物理性质液压油的物理性质2、1、1 液压油的物理性质液压油的物理性质 一一 液体的密度液体的密度 二二 液体的粘性液体的粘性 三 液体的可压缩液体的可压缩四四 其他性质其他性质液体的密度液体的密度密度密度单位体积液体的质量单位体积液体的质量 =m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化密度随着温度或压力的变化而变化，但变化不大，通常忽略，而变化，但变化不大，通常忽略，一般取一般取=900kg/m 3的大小。的大小。粘性的物理本质 液体在外力作用下流动时液体在外力作用下流动时,由于液体分由于液体分子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着子

3、间的内聚力和液体分子与壁面间的附着力力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩导致液体分子间相对运动而产生的内摩擦力擦力,这种特性称为粘性这种特性称为粘性. 或或: 流动液体流层之间产生内部摩擦阻流动液体流层之间产生内部摩擦阻力的性质力的性质. 粘性的物理本质粘性的物理本质内摩擦力表达式内摩擦力表达式 F = A du/dy 液体静止时液体静止时,du/dy = 0 静止液体不呈现粘性静止液体不呈现粘性动画演示动画演示牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律液层间的内摩擦力与液层接触液层间的内摩擦力与液层接触面积及液层之间的速度成正比。面积及液层之间的速度成正比。粘 度 衡量粘性大小的物理量衡量粘性大

4、小的物理量粘度 动力粘度动力粘度 运动运动粘度粘度 相对粘度相对粘度0E 动力粘度公式公式: =F/A=du/dy（N/m2） =dy/du （Ns/m2）动力粘度物理意义液体在单位速度梯度下流动时，液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力接触液层间单位面积上内摩擦力。动力粘度单位 国际单位（国际单位（SI制）中：制）中： 帕帕秒（秒（PaS）或牛顿）或牛顿秒秒/米米2（NS/m2）；）；以前沿用单位（以前沿用单位（CGS制）中：制）中： 泊（泊（P）或厘泊（）或厘泊（CP） 达因达因秒秒/厘米厘米2dynS/cm2）换算关系：换算关系： 1PaS = 10P =103 CP运

5、动粘度 动力粘度与液体密度之比值动力粘度与液体密度之比值 运动粘度公式 = / （m2/S）运动粘度物理意义无无（只是因为只是因为/在流体力学中经常出现在流体力学中经常出现 用用代替（代替（/）运动粘度单位 SI制：制： m2/S CGS制：制： St（斯）、（斯）、 CSt（厘斯）（厘斯） （Cm2/S） （mm2/S）换算关系：换算关系：1m2/S = 104St =106 CSt运动粘度单位说明 单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标注称运动粘度，常用于液压油牌号标注液压油牌号标注老牌号老牌号20号液压油，指这种油在号液

6、压油，指这种油在50C 时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为20 cst。新牌号新牌号LHL32号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在 40C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32cst。相对粘度相对粘度0E 、不易直接测量，只用于理论计算不易直接测量，只用于理论计算 常用相对粘度常用相对粘度相对粘度（条件粘度）恩氏度0E 中国、德国、前苏联等用赛氏秒SSU 美国用雷氏秒R 英国用巴氏度0B 法国用 换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系 =（7、310E-6、31/0E）10-6液体的可压缩性定义液体的可压缩性定义 液体受压力作用而发生体积缩小性质。液体

7、受压力作用而发生体积缩小性质。液体的体积压缩系数定义液体的体积压缩系数定义定义：定义： 体积为体积为v的液体，当压力增大的液体，当压力增大 p时，体积减小时，体积减小v,则液体则液体 在单位压力变化下体积的相在单位压力变化下体积的相 对变化量对变化量。液体的体积压缩系数公式液体的体积压缩系数公式 = - v / p v = （5-7）x10-10 m2/N液体的体积压缩系数物理意义液体的体积压缩系数物理意义 单位压力所引起液体体积的变化单位压力所引起液体体积的变化 p v为保证为保证为正值，式中须加负号为正值，式中须加负号液体的体积弹性模数定义液体的体积弹性模数定义液体压缩系数的倒数液体压缩系

8、数的倒数液体的体积弹性模数公式 k = 1/= - p v /v液体的体积弹性模数物理意义表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。 一般认为油液不可压缩（因压缩性很小），计算时取： k = （1、4-1、9）*109 N/m2 若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。液体的其它性质液体的其它性质 1、粘度和压力的关系粘度和压力的关系 P，F， 随随p而而，压力较小时，压力较小时 忽略，忽略，32Mpa以上才考虑以上才考虑液体的其它性质液体的其它性质2、粘度和温度的关系 温度，内聚力， 粘度随温度变化的关系叫粘 温特性，粘度随温度的变化 较小，即粘温特性较好

9、。2、1、2 对液压油的要求及选用对液压油的要求及选用 对液压油的要求对液压油的要求 液压油的选择液压油的选择液压油的任务液压油的任务 工作介质工作介质传递运动和动力传递运动和动力 润滑剂润滑剂 润滑运动部件润滑运动部件对液压油的要求对液压油的要求 （1）合适的粘度和良好的粘温特性；）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；）良好的润滑性；（3）纯净度好，杂质少；）纯净度好，杂质少；（4）对系统所用金属及密封件材）对系统所用金属及密封件材 料有料有 良好的相容性。良好的相容性。对液压油的要求对液压油的要求 （5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；）对热、氧化水解都有良好稳定性，

10、使用寿命长；（6）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；（7）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和 燃点高，流动点和凝固点低。燃点高，流动点和凝固点低。 （凝点（凝点 油液完全失去其流动性的最高温度）油液完全失去其流动性的最高温度）（8）对人体无害，对环境污染小，成本低，）对人体无害，对环境污染小，成本低， 价格便宜价格便宜 总之：粘度是第一位的总之：粘度是第一位的液压油的选择液压油的选择 1 选择液压油品种选择液压油品种2 选择液压油粘度选择液压油粘度液压油的类型液压油的类型机械油机械油精密机床液压油精

11、密机床液压油气轮机油气轮机油变压器油等变压器油等 液压油选择液压油选择首先根据工作条件首先根据工作条件 （v、p 、T）和元件类型）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号选择油液品种，然后根据粘度选择牌号 慢速、高压、高温：慢速、高压、高温：大（以大（以q）通常通常 快速、低压、低温：快速、低压、低温：小（以小（以P）2、2 液体静力学液体静力学研究内容研究内容：研究液体处于静止状态的力：研究液体处于静止状态的力 学规律和这些规律的实际应用。学规律和这些规律的实际应用。静止液体指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。2、2 液体静力学液体静力学 2、2、

12、1 液体的静压力及特性液体的静压力及特性 2、2、2 液体静力学基本方程式液体静力学基本方程式 2、2、3 压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位 2、2、4 静压传递原理静压传递原理 2、2、5 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力液体的静压力及特性液体的静压力及特性 质量力（重力、惯性力）质量力（重力、惯性力） 作用于液体作用于液体 的所有质点的所有质点作用于液体上的力作用于液体上的力 表面力（法向力、切向力、其它物体或表面力（法向力、切向力、其它物体或 容器对液体、一部分液体作用容器对液体、一部分液体作用 于令一部分液体等）于令一部分液体等）作用于作用于 液体的表面液体的表面

13、液体的静压力定义液体单位面积上所受的法向力，物理液体单位面积上所受的法向力，物理学中称压强，液压传动中习惯称压力。学中称压强，液压传动中习惯称压力。液体静压力特性液体静压力特性（1）垂直并指向于承压表面）垂直并指向于承压表面 液体在静止状态下不呈现粘性液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有内部不存在切向剪应力而只有 法向应力法向应力（2）各向压力相等）各向压力相等 有一向压力不等，液体就会流动有一向压力不等，液体就会流动 各向压力必须相等各向压力必须相等液体静力学基本方程液体静力学基本方程例：计算静止液体内任意点例：计算静止液体内任意点A处的压力处的压力p pdA = p0dA

14、+G = p0dA+ghdA p = p0+gh h GPP0AdA重力作用下静止液体压力分布特征重力作用下静止液体压力分布特征（1）静止液体中任一点处的压力由两部分）静止液体中任一点处的压力由两部分 液面压力液面压力p0 组成组成 pa p = pa p pa p = 0 2、2、4 静压传递原理静压传递原理 帕斯卡原理（静压传递原理帕斯卡原理（静压传递原理） 液压系统压力形成液压系统压力形成帕斯卡原理（静压传递原理）在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。 根据帕斯卡原理： p = F/A液压系统压力形成液压系统压力形成 p = F/A F = 0 p = 0 F p F p 结论：液压系统的工作压力取决于负载，结论：液压系统的工作压力取决于负载， 并且并且 随着负载的变化而变化。随着负载的变化而变化。FA2、2、5 液体对固体壁面的作用力液体对固体壁面的作用力 作用在平面上的总作用力作用在平面上的总作用力 作用在曲面上的总作用力作用在曲面上的总作用力 作用在平面上的总