液压传动基础知识课件

液压传动的基础知识2-1液压传动工作介质主要内容:液压油的种类；液压油的物理性质；

液压油的选用。2-1液压传动工作介质一、液压油的种类1、矿油型：主要成分是提炼后的石油制品加入各种添加剂精制而成，具有品种多、润滑性好、腐蚀性小、化学稳定性好、成本低、适用范围广等特点。缺点是易燃。2、乳化型：有两种互不相容的液体（如水和油）构成。分为水包油乳化液和油包水乳化液两大类。3、合成型：有水-乙二醇液和磷酸酯液两类。适用于有抗燃要求的中、高压系统。2-1液压传动工作介质二、液压油的主要物理性质1、密度ρ：单位体积液体的质量

式中m：液体的质量(kg)；

V：液体的体积（m3）；矿油型液压油密度ρ=900kg/m3

2-1液压传动工作介质2、可压缩性：液体受压力作用而发生体积变化的性质。可用体积压缩系数κ或体积弹性模量K表示体积压缩系数κ：单位压力变化所引起的体积相对变化量，（m2/N）

式中V：液体加压前的体积（m3）；

△V：加压后液体体积变化量（m3）；

△p：液体压力变化量（N/m2）；负号表示△p与△V的变化相反，即压力增加体积减小。2-1液压传动工作介质体积弹性模量K

（N/m2）：液体体积压缩系数κ的倒数，其值大小反映液体抵抗压缩的能力。

K表示产生单位体积相对变化量所需的压力增量,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），常温下，纯净液压油K=(1.4~2.0)×103N/mm2

若分析动态特性或p变化很大的高压系统,则必须考虑。实际计算时常取K=（0.7～1.0）×103N/mm2

2-1液压传动工作介质3、液体的粘性：液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的内摩擦力，叫做液体的粘性。特征：液体流动时才会呈现粘性——动有；液体静止时则不显示粘性

——静无。液体的粘度：液体粘性的大小可用粘度来衡量。粘度是液体的根本特性，也是选择液压油的最重要指标常用的粘度有三种：即动力粘度、运动粘度和相对粘度

2-1液压传动工作介质（1）动力粘度（绝对粘度）μ牛顿内摩擦定律：液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A、液层间相对速度du成正比，与液层间距离dy成反比,即式中μ:称为动力粘度系数（Pa·s）

τ:单位面积上的摩擦力（即剪切应力）

:速度梯度，即液层间速度对液层距离的变化率动力粘度的物理意义：在单位速度梯度下流动时接触液层间单位面积上的内摩擦力

法定计量单位：帕·秒（Pa·s）2-1液压传动工作介质（2）运动粘度ν定义：动力粘度μ与密度ρ之比称为液体的运动粘度，用ν表示，即

法定计量单位：m2/s

由于ν的单位中只有运动学要素，故称为运动粘度。液压油的粘度等级就是以其40ºC时运动粘度的某一平均值来表示，如L-HM32液压油的粘度等级为32，则40ºC时其运动粘度的平均值为32mm2/s

2-1液压传动工作介质（3）、相对粘度（恩式粘度ºΕ）恩氏粘度：它表示200mL被测液体在tºC时，通过恩氏粘度计小孔（ф=2.8mm）流出所需的时间t1，与同体积20ºC的蒸馏水通过同样小孔流出所需时间t2之比值工业上常用20ºC、50ºC和100ºC作为测定恩式粘度的标准温度，分别以ºΕ20、ºΕ50、ºΕ100表示恩式粘度与运动粘度（mm2/s）的换算关系：

2-1液压传动工作介质（4）影响粘度的因素：温度和压力①、粘度和压力的关系

∵P↑，F↑，μ↑∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑②、粘度和温度的关系

∵温度↑，内聚力↓，μ↓∴粘度随温度变化的关系叫粘温特性。2-1液压传动工作介质粘温特性

：粘度随温度变化的特性粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好,常用粘度指数（VI）表示。其值越大，表示粘度随温度的变化率越小，粘温特性越好。图1-2几种国产油液粘温图2-1液压传动工作介质三、液压油的选用1、液压油的使用要求：（1）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；（3）纯净度好，杂质少；（4）对系统所用金属及密封件材料有良好的相容性。（5）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；（6）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，闪点和燃点高，流动点和凝固点低。凝点——

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，价格便宜总之：粘度是第一位的2-1液压传动工作介质2、液压油的选用首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号。（表1-2）慢速、高压、高温：μ大（以↓△q）通常快速、低压、低温：μ小（以↓△P）{2-2液压油的污染及控制液压油的污染是液压系统发生故障的主要原因。因此，对液压油的正确使用及污染控制是提高液压系统综合性能的重要手段。1、污染的原因（1）残留污染：装配中的残留物，如毛刺、切屑、型砂、棉纱等。（2）侵入污染：因密封不完善由系统外部侵入的污染物。（3）生成污染：运行中本身生成的污染物。如腐蚀剥落的金属颗粒、油液老化后胶状生成物等。2-2液压油的污染及控制2、污染的危害（1）固体颗粒及胶状物。造成缝隙堵塞，过滤器失效，泵运转困难，阀动作失灵，产生噪声。（2）微小颗粒。加速零件磨损，擦伤密封件，泄漏增加。（3）水分和空气。降低油液润滑能力，加快油液氧化变质，在元件表面产生气蚀，系统出现振动和爬行现象。3、污染等级是指单位容积液体内固体颗粒污染物的含量。目前，等级标准有两个：（1）ISO4406国际标准，见表1-3。（2）NAS1638美国标准。2-2液压油的污染及控制4、污染控制措施（1）液压系统装配后、运转前必须用系统工作中使用的油液进行彻底清洗。（2）液压油在工作中保持清洁。尽量防止工作中空气、水分和灰尘的侵入。（3）采用合适的滤油器。并要定期检查和清洗滤油器和油箱。（4）定期更换液压油。（5）控制液压油的工作温度。一般系统控制在65℃以下，机床系统控制在55℃以下。液压流体力学液压流体力学是研究液体平衡和运动的力学规律的一门学科。液体静力学研究液体在静止状态下的力学规律及其应用液体动力学研究液体流动时流速和压力的变化规律管道中液流的特性用于计算液体在管路中流动时的压力损失孔口及缝隙的压力流量特性是分析节流调速回路性能和计算元件泄漏量的理论依据液压冲击和气穴现象2-3液体静力学静压力及其特性静压力基本方程式帕斯卡原理静压力对固体壁面的作用力（一）静压力及其特性液体的静压力静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为p=F/A

液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。液体静压力的特性液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。（二）静压力基本方程式静压力基本方程式

p=p0+ρgh

重力作用下静止液体压力分布特征：压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力ρgh。液体内的压力与液体深度成正比。离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面。静止液体中任一质点的总能量p/ρg+h

保持不变，即能量守恒。压力的表示法及单位

绝对压力以绝对真空为基准进行度量相对压力或表压力以大气压为基准进行度量真空度绝对压力不足于大气压力的那部分压力值单位帕Pa(N/m2)

（三）帕斯卡原理图示是应用帕斯卡原理的实例作用在大活塞上的负载F1形成液体压力p=F1/A1

为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力F2=pA2=F1A2/A1

由此可得液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。液体内的压力是由负载决定的。

在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值地传递到液体各点，这就是帕斯卡原理。也称为静压传递原理。（四）静压力对固体壁面的作用力

液体和固体壁面接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用当固体壁面为平面时，液体压力在该平面的总作用力F=pA

，方向垂直于该平面。当固体壁面为曲面时，液体压力在曲面某方向上的总作用力F=pAx

，Ax

为曲面在该方向的投影面积。2-4液体动力学

主要是研究液体流动时流速和压力的变化规律。流动液体的连续性方程、伯努利方程、动量方程是描述流动液体力学规律的三个基本方程式。前两个方程反映了液体的压力、流速与流量之间的关系，动量方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。基本概念流量连续性方程伯努利方程动量方程（一）液体动力学基本概念理想液体假设的既无粘性又不可压缩的流体称为理想流体。恒定流动液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动，亦称为定常流动或非时变流动。

通流截面垂直于流动方向的截面，也称为过流截面。

流量单位时间内流过某一通流截面的液体体积，流量以q表示，单位为m3

/

s

或L/min。

平均流速实际流体流动时，速度的分布规律很复杂。假设通流截面上各点的流速均匀分布，平均流速为v=q/A。（二）流量连续性方程流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表达方式。

液体在管内作恒定流动，任取1、2两个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，即：

ρ1v1A1=ρ2v2A2

不考虑液体的压缩性则得

q=vA=常量

流量连续性方程说明了恒定流动中流过各截面的不可压缩流体的流量是不变的。因而流速与通流截面的面积成反比。（三）伯努利方程

理想流体的伯努利方程

p1/ρg+Z1+v12/2g=p2/ρg+Z2+v22/2g在管内作稳定流动的理想流体具有压力能，势能和动能三种形式的能量，它们可以互相转换，但其总和不变，即能量守恒。实际流体的伯努利方程

p1/ρg+Z1+α1v12/2g=p2/ρg+Z2+α2

v22/2g+hw实际流体存在粘性，流动时存在能量损失，hw为单位质量液体在两截面之间流动的能量损失。用平均流速替代实际流速，α为动能修正系数。

伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表达方式。

液体在管内作恒定流动，任取两个截面1、2，有：伯努利方程应用举例如图示简易热水器，左端接冷水管，右端接淋浴莲蓬头。已知

A1=A2/4和A1、h值，问冷水管内流量达到多少时才能抽吸热水？解：沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程

p1/ρg+v12/2g=