液压与气压传动第二章液压油及液压流体力学基础

第二章液压油及液压流体力学基础第一节液压油的性质及选用一、液体密度定义：ρ=M/V单位：kg/m3密度与压力、温度的关系：二、液体的压缩性1、液体的压缩性较小2、表示方法：压缩性系数定义：受压液体在变化单位压力时引起的液体体积的相对变化量三、液体的粘性和粘度1、粘性

液体分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生的一种内摩擦力。2、粘度

绝对粘度、运动粘度、相对粘度（1）绝对粘度

（动力粘度）

液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ff与液层的接触面积A、液层间的相对速度du成正比，与液层间的距离dy成反比，即（2）运动粘度比例系数μ

即为粘性系数、粘度，称为动力粘度（绝对粘度）

μ=（Ff

/A）（dy/du）单位：帕·秒Pa·S1Pa·S=10P(泊）定义：动力粘度与其密度的比值

υ=μ/ρ单位：m2/s=104cm2/s1cm2/s=1St(斯）1m2/s=104St(斯）液压油的牌号就是以这种油液在40°C时运动粘度的平均值来命名的如：20号液压油，则υ40=20CSt（厘斯）

（3）相对粘度液体粘度的测定可用旋转粘度计直接测定，也可先测出液体的相对粘度，然后再根据关系式换算出动力粘度或运动粘度。相对粘度又称条件粘度，是根据一定的测量条件测定的，中国、德国、前苏联等都采用恩氏粘度°E，美国用赛氏粘度SSU，英国用雷氏粘度R

恩氏粘度用恩氏粘度计测定，将200ml温度为t的被测液体装入粘度计的容器内，通过下部直径为2.8mm的小孔流出，测出液体流尽所需的时间t1，与温度为20°C的200ml蒸馏水在同一粘度计中流尽所需的时间t2(标定位)之比定义为被测液体在t下的恩氏粘度。

°E＝t1／t2

一般以20℃、50℃和100℃作为测定液体粘度的标准温度，由此而得到的恩氏粘度分别用°E20、°E50和°E100标记。3、粘度与温度的关系4、粘度与压力的关系四、油液中的空气

油液中所含空气的体积百分数叫做含气量。空气在油液中以两种形式存在，即混入和溶解。在液压系统中，油液在工作循环中不断的经受变化的压力，空气在油液中的溶解量和混入量也在不稳定的变化之中，这会影响液压系统和附件的正常工作，甚至产生振动和噪音。五、液压油的化学性质1、稳定性液压油在温度升高时发生化学变化的程度叫热稳定性，如不发生变化或变化很少则稳定性好。2、氧化稳定性液压油与空气或其他氧化物发生反应的程度叫氧化稳定性。3、水解稳定性液压油遇水分解变质的程度叫水解稳定性。4、相容性液压油不与系统中其他材料起化学反应的能力叫相容性。六、对液压油的性能要求从液压系统使用油液的要求来看，对液压油的性能要求可归纳成下面几点：1、适宜的粘度和良好的粘温特性。2、具有对热、氧化、水解的良好稳定性，油液的使用寿命要长。3、具有良好的润滑性及很高的油膜强度，能使系统中的各摩擦表面获得足够的润滑而不致磨损。4、与液压系统所用的各种材料，包括金属、塑料、油漆等具有良好的相容性。5、满足防火、安全的要求，油的闪点要高。6、不得含有蒸气、空气及其他容易气化和产生气体的杂质，空气溶解度要小，起泡性小而消泡容易。7、尽量减少油中的杂质，不允许有沉淀，以免磨损机件，堵塞通道，影响系统正常工作。

为了使液压油能满足各种不同要求，往往添加各种添加剂来改善油液的性能，以提高油液的抗氧化、抗磨损、防泡沫、防锈蚀、低凝固点和高粘度指数等性能。第二节液体静力学一、液体的静压力1、液体的压力及其性质作用在流体上的力质量力：重力表面力外力：其它物体作用在液体上的力内力：一部分液体作用在另一部分液体上的力压力定义：液体内某点处单位面积上所受到的法向力

单位：Pa（帕）压力性质：1、液体的静压力永远指向作用面的内法线方向

2、静止液体内任一点的压力沿各个方向都相等P=P0+ρgh2、重力作用下静止液体的压力分布3、压力的表示方法

绝对压力、表压力、真空度绝对压力：以绝对真空为基准进行度量得到的压力值表压力：以大气压为基准进行度量得到的压力值真空度：当绝对压力小于大气压时，绝对压力不足大气压的那部分数值叫真空度二、静止液体内压力的传递1、帕斯卡定律

在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将等值、同时传到液体内所有各点。2、液压系统中压力的形成

液压系统的压力是由外界负载决定的。三、液体压力对固体壁面的作用力1、作用在平面上的力F=PA2、作用在曲面上的力

液体压力作用在曲面某一方向上的力等于液体压力与曲面在该方向投影面积的乘积。第三节液体动力学

——重点探讨三个基本定律：质量守恒定律、能量守恒定律、动量定律一、基本概念1、两个假设

①假设液体为没有粘性又没有压缩性的理想液体

——液体流动时不存在内摩擦力

②假设液体流动时作定常流动:液体流动时，液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化

③一维流动:液体整个地作线形流动2、概念

①流线:某一瞬时液流中各处质点运动状态的一条条曲线

②流管

③流束

④通流截面:流束中与所有流线正交的截面称为通流截面

⑤流量:单位时间内通过某通流截面的液体的体积称为流量

⑥平均流速二、连续性方程——质量守恒定律质量守恒——单位时间内流过管道任意通流截面的液体质量一定是相等的流过通流截面1与流过通流截面2的液体质量相等A1v1dtρ=A2v2dtρ=constA1v1=A2v2=const三、伯努利方程——能量守恒定律W=ΔE1、理想液体外力作的功：推力：F1=P1A1阻力：F2=P2A2外力作的功：W=F1S1-F2S2=F1v1dt-F2v2dt=P1A1v1dt-P2A2v2dt

由A1v1=A2v2

得A1v1dt=A2v2dt=V则W=P1V-P2V机械能：AB段时：E1=EAA’+EA’BA’B’段时：E2=EA’B+EBB’理想液体的伯努利方程：控制体积从AB运动到A’B’时，机械能的变化量为：

ΔE=E2-E1=EA’B+EBB’-EAA’-EA’B

=EBB’-EAA’

EBB’=1/2m2v22+m2gh2EAA’=1/2m1v12+m1gh1ΔE=1/2m2v22+m2gh2-1/2m1v12-m1gh1由W=ΔEP1V-P2V=1/2m2v22+m2gh2-1/2m1v12-m1gh1P1V+1/2m1v12+m1gh1=P2V+1/2m2v22+m2gh2PV+1/2mv2+mgh=常数P/ρg+v2/2g+h=常数P+1/2ρv2+ρgh=常数讨论1）各项含义

P/ρg：单位重量液体所具压力能——比压能

v2/2g：单位重量液体所具动能——比动能

h：

单位重量液体所具势能——比势能2）物理意义：理想液体作稳定流动时，其压力能、动能、势能可以相互转化，但总和一定3）量纲：长度4）h相等时，得到P与v的关系2、实际液体的伯努利方程P/ρg+v2/2g+h=常数引进能量损失hw和动能修正系数α后，实际液体的伯努利方程表示为四、动量方程作用在物体上的外合力等于物体在力作用方向上单位时间内动量的变化量对于恒定流动的液体：液体在不同控制表面上具有不同速度所引起的稳态液动力。第四节液体流动的压力损失计算一、流动状态1、雷诺实验1）层流2）紊流2、雷诺数雷诺数Re=vd/υ（圆管）

——液体流动时的雷诺数相同，则它的流动状态也相同临界雷诺数Reσ

Re<Reσ时层流

Re>Reσ时紊流3、非圆断面管道雷诺数

Re=4vR/υR:通流截面的水力半径R=A/x二、液体在直管中流动时的压力损失沿程能量损失1、层流沿程能量损失

hl=λ•l/d•v2/2gλ：沿层损失系数理论值：λ=64/Re2、紊流沿程能量损失

hl=λ•l/d•v2/2gλ：沿层损失系数，不同的雷诺数范围内其值不同。四、总能量损失hw=∑hl+∑hξ

=∑λ•l/d•v2/2g+∑ξ•v2/2g

三、局部压力损失

hξ=ξ•v2/2g△P=

ξρv2/2

ξ：局部损失系数A2——收缩断面的面积；

Cc————收缩系数，Cc=A2/ATAT————孔口的过流断面积，AT=πd2/4

Cq————流量系数，Cq=CvCc

，ρ——密度流量：q=A2v2=CvCcATq=CqAT图2.19薄壁小孔液流1、薄壁小孔的流量（适合做节流器）第五节孔口和缝隙流动孔薄壁小孔：通流长度l与孔径d之比l/d<=0.5的孔细长孔：通流长度l与孔径d之比l/d>4的孔2、细长孔的流量Q=3、缝隙液流特性一、冲击现象1、定义：液压系统中，由于某种原因引起压力在某一瞬间急剧升高，形成很高的压力峰值的这种现象。2、原因：

1）液流突然停止运动时——油液的能量

2）运动部件制动或换向时——运动部件的惯性

3）液压元件动作失灵或不灵敏。3、危害：

1）产生振动和噪声

2）液压元件产生误动作，损坏设备。4、防止措施：

1）减少油液动能2）采取缓冲措施

3）选择动作灵敏响应较快的元件第六节液压冲击和空穴现象二、空穴现象1、特性：压力低于当时温度下油液的空气分离压时压力低于当时温度下油液的饱和蒸气压时2、产生区域：

1）管细的地方

2）液压泵吸油管处