液压技术课程学习

2023年2月11日第二章液压油与液压流体力学基础液压传动是以液体作为工作介质传递能量的。液压系统中的液压油既是传递功率的介质，又是液压元件的冷却、防锈和润滑剂。在工作中产生的磨粒和来自外界的污染物，也要靠液压油带走。液压油的物理、化学特性将直接影响液压系统的工作。第1页/共22页第一页，共23页。2023年2月11日工业液压油液可分为：石油型和难燃型（1）石油型：是以机械油为基础，精炼后按需要加入适当的添加剂而成。这类油液的润滑性好，但抗燃性差。我国目前大量采用的石油型液压油液为：机械油和汽轮机油。

机械油－－是一种工业用润滑油，价格低，但物理化学性质较差，使用时易产生黏稠胶质，堵塞元件，影响系统性能。因此，只在压力低和要求不高的场合使用。

汽轮机油－－与机械油相比，氧化稳定性好，使用寿命长，与水混合能迅速分离，纯净度高，使用广泛。第一节液压油第2页/共22页第二页，共23页。2023年2月11日（2）难燃型：包括乳化型和合成型1）乳化型－有两类为：水包油乳化液和油包水乳化液。

水包油乳化液－为少量油分散在大量水中，也称为高水基液。

油包水乳化液－为水分散在大量油中。润滑性比前者好。2）合成型－有水－乙二醇液和磷酸酯液

水－乙二醇液－适用于防火的液压系统。

磷酸酯液－自然点高，氧化稳定性好，润滑性好，使用温度宽，对绝大多数金属不腐蚀，但能溶解非金属材料，因此，必须选择合适的密封材料。注意：该液体有毒。第3页/共22页第三页，共23页。2023年2月11日（3）油液添加剂为了改善液压油液的性能，往往在油液中加入各种不同的添加剂。添加剂分为改善化学性质和物理特性两类：

1）改善油液化学性质的添加剂： 有抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等。

2）改善油液物理特性的添加剂： 有增粘剂、抗泡剂和抗磨剂等。第4页/共22页第四页，共23页。2023年2月11日一、液压油液的物理性质1.液体的密度ρ

单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V、质量为m的液体的密度ρ为ρ＝m/V

一般ρ=890～900kg/m3

注意：

γ＝G/V

G为重量

2.液体的可压缩性

(1)压缩性：液体受压后体积变小的性质，用压缩系数描述。

k=-(ΔV/V)/Δpm2/kg

压缩系数的物理意义：指液体所受压力增加一个工程大气压时所发生的体积相对变化率,其中V为压缩前的体积，ΔV为体积为V的液体压力变化Δp时体积变化量。第5页/共22页第五页，共23页。2023年2月11日（2）液体体积压缩系数的倒数，称为液体的体积弹性模量，以E表示，即E＝1/k

液压油的体积弹性模量和温度、压力以及含在油液中的空气有关。一般在分析时取E=700~1400MPa。（3）封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧（称为液压弹簧）：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。液压弹簧的刚度：

液体的可压缩性很小，在一般情况下当液压系统在稳态下工作时可以不考虑可压缩性的影响。但在高压下或受压体积较大以及对液压系统进行动态分析时，就需要考虑液体可压缩性的影响。第6页/共22页第六页，共23页。2023年2月11日热膨胀－液体受热，体积膨胀的性质，用体积膨胀系数βt

来表示：βt=(ΔV/V)/Δt1/℃

物理意义：温度改变1℃时，液体体积的相对变化率。一般，βt=0.000651/℃

例如：油温从20℃升到40℃，体积由14000cm3将变为14182cm2。由此可见，液压传动中，由于温度变化引起的体积变化，是不能忽视的，尤其是对闭式系统。3.热膨胀性第7页/共22页第七页，共23页。2023年2月11日4.粘度液体在外力作用流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现出粘性，静止液体是不呈现粘性的。（1）粘度定义实验测得：F＝Aμdu/dz式中，μ为动力粘度。若以τ表示切应力，即单位面积上的内摩擦力，则

τ=F/A=μdu/dz

上式即为牛顿液体内摩擦定律。

第8页/共22页第八页，共23页。2023年2月11日（2）动力粘度μ

μ＝τ/(du/dz)

物理意义：液体在单位速度梯度下,单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的单位为Pa·s（帕·秒，N·s/m2）（3）运动粘度ν

液体的动力粘度μ与其密度ρ的比值，称为液体的运动粘度ν，即ν=μ/ρ。运动粘度的单位为m2/s。

（4）恩氏粘度°E

相对粘度又称条件粘度，它是按一定的测量条件制定的。根据测量的方法不同，可分为恩氏粘度°E、赛氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我国和德国等国家采用恩氏粘度。

°Et＝t1/t2第9页/共22页第九页，共23页。2023年2月11日式中，t2为200ml温度为20°C水流经直径为2.8mm小孔所用时间；t1为200ml温度为t°C油液流经直径为该小孔测得的时间。恩氏粘度和运动粘度的转换经验式

ν=（7.31°E－6.31/°E）×10－6

（m2/s）

油液粘度对温度变化十分敏感。在液压技术中，希望油液粘度随温度变化越小越好。温度升高时，粘度下降。可用下式表示：式中，λ为温粘指数。粘度随温度变化特性，可以用粘度－温度曲线表示。（5）温度对粘度影响第10页/共22页第十页，共23页。2023年2月11日（5）压力对粘度影响

式中，a、b—两种油占的百分比，a＋b＝100；c—实验系数。（7）其他特性

油液还有其他特性，例如：稳定性（包括：热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性）；抗泡沫性、抗乳化性、防锈性以及相容性（对所接触的金属和密封材料不起作用）。这些特性对油液的选择和使用都具有重要影响。（6）两种混合油液的恩氏粘度式中，k—随液压油而异的压粘指数

油液粘度随压力增大而增大，但影响很小，可用下式表示：第11页/共22页第十一页，共23页。2023年2月11日例题1：某液压油体积为200cm3，密度ρ＝900kg/m3,在50°时流过恩氏粘度计所需时间t1＝153s，而20°的200cm3蒸馏水流过所需时间t2＝51s，求该油的恩氏粘度、运动粘度和动力粘度。解：根据恩氏粘度定义，在50°时该油的恩氏粘度为

°E50＝t1/t2=3

利用恩氏粘度和运动粘度的换算关系，可得

ν=7.31°E50-6.31/°E50

=7.31*3-6.31/3=19.83×10－6（m2/s）由动力粘度和运动粘度之间关系，可得油液动力粘度为

μ=νρ=19.83×10－6×890

＝178.5×10－4（Pa.s）第12页/共22页第十二页，共23页。2023年2月11日例题2：如图，一圆盘直径为200mm，与固定圆盘之间间隙为0.02mm。其间充满润滑油，密度ρ＝900kg/m3,运动粘度为3*10-5m2/s,圆盘转速为1500r/min,求驱动该圆盘所需要的力矩。第13页/共22页第十三页，共23页。2023年2月11日

矿物油基液压油含水液压油合成液压油液压油5.液压油分类普通液压油耐磨液压油数控液压油洁净液压油乳化液水一二元醇液压油油包水水包油磷酸脂基液压油合成液压油(如硅酮，卤化物等)第14页/共22页第十四页，共23页。2023年2月11日最常用的液压油名称及代号是：6.液压油的代号基础油（HH）普通液压油（HL）抗磨液压油（HM）低温液压油（HV）第15页/共22页第十五页，共23页。2023年2月11日(1)适当的粘度：过大，造成水力损失增加，效率低；粘度小，漏失大，容积效率低。选择液压油还与具体使用条件有关。如夏天，粘度要大些，冬天则选用粘度小；南方，用高号液压油，北方则选用低号液压油。(2)具有良好的润滑性能，这与形成油膜有直接关系。(3)对机件无腐蚀作用，也不会引起密封件的膨胀。(4)良好的化学稳定性，要加添加剂。(5)不得含有空气、蒸气、水和杂质(含有气体会造成气蚀，空穴会引起振动、噪音；水等引起乳化）。(6)闪点高，凝点低。一般使用的油温在40～50℃之间，当油温超过80℃，氧化加剧，油温低于10℃时，粘度增大，启动困难。7.液压油的要求第16页/共22页第十六页，共23页。2023年2月11日(1)简单的就是根据液压元件生产厂样本和说明书所推荐的来选用液压油。(2)初步根据液压系统的使用性能和工作环境确定液压油的类型（品种）。系统要求条件不高：选用普通液压油；系统要求条件高：选用各种专用液压油。(3)根据液压系统的工作压力、环境温度及工作部件的运动速度确定油的具体牌号，即确定液压油粘度。

工作压力高：选择粘度较高的油液。

环境温度高：选择粘度较高的油液。

运动速度高：运动速度高，宜采用粘度较低的油液。8.液压油的选用第17页/共22页第十七页，共23页。2023年2月11日（1）油箱中的液面应保持一定高度。（2）正常工作时油箱的温升不应超过液压油所允许的范围，一般不得超过65℃。（3）为防止系统中进入空气，要做到：所有回油管都在油箱液面以下，管口切成斜断面。（4）油泵吸油管应严格密封。（5）油泵吸油高度应尽可能小些，以减少油泵吸油阻力；可能情况下。（6）在系统最高点设置放气阀。（7）定期检查油液质量和油面高度，以便及时更换和添加。9.液压油使用注意事项：第18页/共22页第十八页，共23页。2023年2月11日(1)用过滤的方法滤掉液压油中的杂质，不同液压元件对过滤精度有不同要求。液压元件名称过滤精度要求柱塞泵与马达5-20叶片泵与马达30液压缸50齿轮泵和马达50普通液压控制阀30伺服阀、比例阀5-2010.液压油的污染与控制第19页/共22页第十九页，共23页。2023年2月11日(2)为了避免或减少系统运行中的液压油再污染，运行中要注意油温和油箱的油位，油温过高，将加速液压油老化变质；油位过低会使吸油困难，引起噪音和气蚀，加剧液压油的污染。(3)液压系统的密封性能良好。在油箱的通气孔及液压缸活塞杆处加防尘装置；外漏油不得直接流回油箱。(4)液压系统投入运行前应按有关的规定严格冲洗，运行中要按规定及时更换新油，换油时新油必须经过过滤后才能加入系统中使用。第20页/共22页第二十页，共23页。2023年2月11日作业：

（1）什么是液压油的压缩性？（2）什么是液压油的运动黏度、动力黏度以及相对