液压油及其特性.pptx

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1、第一章第一章 液压传动基础液压传动基础知识知识 本章本章主要主要介绍液压传动介绍液压传动的的工作介质工作介质-油油液液的的种类种类及其及其物理性质物理性质，研究油液的静力学，研究油液的静力学和动力学的规律和动力学的规律。本章主要内容本章主要内容一、传动工作介质一、传动工作介质二、液体静力学二、液体静力学三、液体动力学三、液体动力学四、四、定常管流的压力损失计算定常管流的压力损失计算五、孔口和五、孔口和缝隙缝隙流动流动六、六、空穴空穴现象现象七、七、液压液压冲击冲击 一、传动工作介质一、传动工作介质 液压油的物理性质，液体粘度的物理特性。液压油的物理性质，液体粘度的物理特性。二、液体静力学二、液

2、体静力学 液体液体静压力的特性和静力学基本方程。静压力的特性和静力学基本方程。三、液体动力学三、液体动力学 流动流动液体的液体的连续性方程、伯努利方程和动连续性方程、伯努利方程和动量方程。量方程。四、定常管流的压力损失计算四、定常管流的压力损失计算 液体流动时的沿程压力损失和局部压力液体流动时的沿程压力损失和局部压力损失。损失。五、孔口流动五、孔口流动 液体流经小孔时的压力损失以及压力损液体流经小孔时的压力损失以及压力损失与流量关系。失与流量关系。1 1、液压油在液压系统的液压油在液压系统的作用作用2 2、液压油的、液压油的分类分类3 3、液压油的、液压油的物理性质物理性质4 4、液压液压系统

3、系统对对工作介质的要求工作介质的要求一、液压传动工作介质一、液压传动工作介质 有效地传递有效地传递能能量量和和信号信号。吸收和传送系吸收和传送系统所产生的热量。统所产生的热量。润滑运动部件，润滑运动部件，减少摩擦和磨损。减少摩擦和磨损。防止锈蚀。防止锈蚀。1 1、液压油在液压系统的、液压油在液压系统的作用作用 工业工业液压油液压油乳化型（水乳化型）乳化型（水乳化型）2 2、液压油的分类、液压油的分类水水-二醇基液压油二醇基液压油磷酸酯基液压油磷酸酯基液压油专用专用液压油（抗磨、液压油（抗磨、低温、高粘度指数）低温、高粘度指数）机械油机械油汽轮机油汽轮机油通用液压油通用液压油石油型（矿油型）石油

4、型（矿油型）合成型合成型难燃型难燃型高水基油高水基油GBGB11118.1-94 11118.1-94 矿物油型和合成烃型液压油产品标准矿物油型和合成烃型液压油产品标准 L-HH L-HH液压油液压油是一种是一种无氧化剂的无氧化剂的精制矿油精制矿油，这种油这种油品虽列入分类中，但液压系统不宜使品虽列入分类中，但液压系统不宜使用，我国不设此类油品，也无产品标准。用，我国不设此类油品，也无产品标准。石油基石油基液压油液压油 L-HL L-HL液压油液压油是由精制深度较高的中性油作为是由精制深度较高的中性油作为基础油，加入抗氧、防锈和抗泡添加剂基础油，加入抗氧、防锈和抗泡添加剂制成制成，适，适用于机

5、床等设备的低压润滑系统用于机床等设备的低压润滑系统。目前我国。目前我国L-HLL-HL油油品种品种有有1515、2222、3232、4646、6868、100100共共六六个粘度个粘度等等级，只设一等品产品。级，只设一等品产品。石油基石油基液压油液压油 HLHL液压油具有较好的抗氧化性、防锈性、液压油具有较好的抗氧化性、防锈性、抗乳化性和抗泡性等性能。使用表明，抗乳化性和抗泡性等性能。使用表明，HLHL液压油可以减少机床部件的磨损，降低液压油可以减少机床部件的磨损，降低温升，防止锈蚀，延长油品使用寿命温升，防止锈蚀，延长油品使用寿命。L-HM L-HM液压油液压油是在防锈是在防锈、抗、抗氧液压

6、油基础氧液压油基础上改善了抗磨性能发展而成的抗磨液压油上改善了抗磨性能发展而成的抗磨液压油。L-HML-HM液压可液压可满足中、高压液压系统油泵等部满足中、高压液压系统油泵等部件的抗磨性要求，件的抗磨性要求，适用于使用性能适用于使用性能要求高的要求高的进口大型液压设备进口大型液压设备。从从抗磨剂的组成来看抗磨剂的组成来看，L-HML-HM液压油液压油分含分含锌锌型型(以二烷基以二烷基二硫代磷酸锌为主二硫代磷酸锌为主剂剂)和和无灰无灰型型(以以硫硫、磷酸、磷酸酯类等化合物为主酯类等化合物为主剂剂)两两大类大类。1 1）密度密度2 2）可压缩性）可压缩性3 3）粘性）粘性3 3、液压油的物理性质、

7、液压油的物理性质 1 1）液压油的密度）液压油的密度 单位体积流体的质量称为密度单位体积流体的质量称为密度。=m/V /m3常用工作介质的密度常用工作介质的密度 (kg/m(kg/m3 3)种类种类 2020种类种类2020石油基液压油石油基液压油850850900900增粘高水基液增粘高水基液10031003水包油乳化液水包油乳化液 998998水水乙二醇液乙二醇液10601060油包水乳化液油包水乳化液932932磷酸酯液磷酸酯液11501150该密度是在该密度是在2020时测定的。时测定的。用用2020来表示来表示。P T 由于由于在在常温、常压常温、常压下变化较小，在液压传动的静态分析

8、中下变化较小，在液压传动的静态分析中都把它们作为常数处理。都把它们作为常数处理。液体具有可压缩性，即当液体所受压力液体具有可压缩性，即当液体所受压力变化时，它的容积也具有相应的变化。变化时，它的容积也具有相应的变化。体积体积压缩系数压缩系数k 体积弹性模量体积弹性模量K K2 2）液压油）液压油的可压缩性的可压缩性密闭容器液体的受压状态密闭容器液体的受压状态 体积为体积为0 0的液体，如压力增大的液体，如压力增大p p 时，体积减小时，体积减小V,V,则此液体的可压缩性可用则此液体的可压缩性可用体积压缩系数体积压缩系数来来表示表示 。体积压缩系数体积压缩系数k体积压缩系数体积压缩系数k：单位压

9、力单位压力变化变化下下体积体积相对变化相对变化量量压力增大液体体积压力增大液体体积减小减小，上，上式式右边加右边加“负负号号”，以以使使k k成为成为正值。正值。液体体积压缩系数液体体积压缩系数k k的倒数，称为体积的倒数，称为体积弹性模量，简称体积模量。弹性模量，简称体积模量。=1/k。体积弹性模量体积弹性模量K K常温下纯净液压油的体积弹性模量：常温下纯净液压油的体积弹性模量：(1.4 2.0)109 N/m2 K钢钢=100150 K油油 T K 正常正常工作温度范围内，工作温度范围内，K K值会有值会有5 52525的变化。的变化。P K 当当P3MPaP3MPa时，时，K K值基本上

10、不再增大。值基本上不再增大。工作介质的体积模量和温度、压力工作介质的体积模量和温度、压力有关有关 液压传动工作介质的可压缩性对动态工作的液压传动工作介质的可压缩性对动态工作的液压系统来说影响大；但当液压系统在静态下液压系统来说影响大；但当液压系统在静态下（稳态）工作时，一般可以不予考虑。（稳态）工作时，一般可以不予考虑。通常状况下近似认为，液压油是不可压缩的。通常状况下近似认为，液压油是不可压缩的。注意注意:一旦液压油中混有空气，其可压缩性将大大一旦液压油中混有空气，其可压缩性将大大加强，此时便不能再将液压油看作是加强，此时便不能再将液压油看作是不可压缩的不可压缩的。3 3）粘性）粘性 液体液

11、体在外力作用下流动或有流动趋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势时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，这种现象运动而产生的一种内摩擦力，这种现象就叫就叫粘性粘性。水、轴承油、液压油流动性比较水、轴承油、液压油流动性比较水水轴承油轴承油液压油液压油实验名称：实验名称：液体在运动平板中的层流现象液体在运动平板中的层流现象实验方法实验方法：当下平板平移速度为零，上平板以速度：当下平板平移速度为零，上平板以速度0 0向右平动。向右平动。实验实验结果结果：由于液体的：由于液体的粘性粘性（液体液体在外力作用下流动或有流动趋势在外力作用下流动或有流动趋势时，分子

12、间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力）力），紧紧靠下平板的液体层流速度为零，紧靠上平板的液体层流速度为靠下平板的液体层流速度为零，紧靠上平板的液体层流速度为0 0，而中间各液层的速度则视它距下平板的距离按曲线或线，而中间各液层的速度则视它距下平板的距离按曲线或线性规律变化性规律变化。Ff:内摩擦力内摩擦力 :动力粘度动力粘度 A A:液层接触面积液层接触面积 du/dy:du/dy:液液层间的速度梯度层间的速度梯度通过实验测定得出：通过实验测定得出：液体液体流动流动时，相邻时，相邻液层间的内摩擦力液层间的内摩擦力F Ff f与液

13、层接触面与液层接触面积积A A、液层、液层间的速度梯度间的速度梯度du/dydu/dy成正比成正比。液体液体流动时，相邻液层间的流动时，相邻液层间的内摩擦力内摩擦力F Ff f与液层接触面积与液层接触面积A A、液、液层间的速度梯度层间的速度梯度du/dydu/dy成正比。成正比。牛顿的液体内摩擦定律牛顿的液体内摩擦定律 Ff:内摩擦内摩擦力力 ；:动力粘度动力粘度 A:A:液液层层接触面积；接触面积；du/dydu/dy:液液层间的速度梯度层间的速度梯度 :切应力（单位面积上的内摩擦力）切应力（单位面积上的内摩擦力）静止静止的液体，的液体，du/dy=0du/dy=0，F=0F=0，所以静止

14、的液体所以静止的液体不呈粘性。不呈粘性。液体只有在流动或有流动趋势时才会呈现粘性。液体只有在流动或有流动趋势时才会呈现粘性。粘性粘性只能阻碍、延缓液体内部的相对运动，但不能只能阻碍、延缓液体内部的相对运动，但不能消除这种运动消除这种运动。对液体粘性对液体粘性的的认识认识 动力粘度动力粘度 运动粘度运动粘度 相对粘度相对粘度 粘性粘性是反映液体流动性大小的是反映液体流动性大小的物理量粘性物理量粘性的的大小用粘度来表示大小用粘度来表示。工程工程上粘度的三种表示上粘度的三种表示方式：方式：液体粘性的表示方式液体粘性的表示方式 液体的粘度是指它在单位速度梯度下流动时单位液体的粘度是指它在单位速度梯度下

15、流动时单位面积上产生的内摩擦力。面积上产生的内摩擦力。:切应力；切应力；：动力粘度。：动力粘度。du/dydu/dy；液液层间的层间的速度梯度速度梯度 动力粘度动力粘度 动力粘度动力粘度 国际单位：国际单位：PasPas（帕斯卡（帕斯卡秒）秒）常用单位：常用单位：P P（泊，（泊，dyn dyn s/cms/cm2 2)1 1 Pas=10P=1000cPPas=10P=1000cP（厘泊（厘泊）：液体密度：液体密度国际单位国际单位：/s s常用单位：常用单位：St St (斯斯)1St1St=10=10-4-4 /s/s cSt cSt(厘斯厘斯)1cSt1cSt=10=10-6-6/s s

16、 液体液体的动力粘度与其密度的比值，称为液体的的动力粘度与其密度的比值，称为液体的运动粘度运动粘度。运动粘度运动粘度 就就物理意义上来说，运动粘度不是一个粘度的物理意义上来说，运动粘度不是一个粘度的量，它是液体的动力粘度与其密度的比值，量，它是液体的动力粘度与其密度的比值，但习惯上但习惯上常用它来标志液体粘度常用它来标志液体粘度。例如：液压传动工作介质的粘度等级是以例如：液压传动工作介质的粘度等级是以4040时时运动粘度的中心值来划分的。运动粘度的中心值来划分的。4040号机械油就是指它的号机械油就是指它的运动粘度中心值在运动粘度中心值在4040时是时是4040厘厘斯（斯（mmmm2 2/s)

17、/s)。相对粘度相对粘度又称条件粘度，是采用特定粘度计又称条件粘度，是采用特定粘度计在规定条件下测出的液体粘度在规定条件下测出的液体粘度。相对粘度相对粘度恩氏粘度恩氏粘度（中国）（中国）雷氏度雷氏度（英国）（英国）赛氏通用秒赛氏通用秒（美国）（美国）相对粘度相对粘度恩氏粘度恩氏粘度定义定义：200ml200ml温度为温度为t()t()的被测液体的被测液体流经恩氏粘度粘度计的流经恩氏粘度粘度计的 2.8mm 2.8mm小孔小孔的时间为的时间为t t1 1 ；200ml200ml温度为温度为20 20 蒸馏蒸馏水流经恩氏粘度粘度计的水流经恩氏粘度粘度计的2.8mm2.8mm小小孔的时间为孔的时间为

18、t t2 2 ，则被测液体在，则被测液体在t t 下下的相对粘度为的相对粘度为：=2.8mm200ml动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度相对粘度相对粘度（恩氏粘度）（恩氏粘度）E Et t标准单位标准单位PasPas/s s常用单位常用单位P P（泊（泊)cPcP（厘泊）（厘泊）St St (斯斯)cSt cSt(厘斯厘斯)单位换算单位换算1 1 Pas Pas=10P=10P=1000cP=1000cP（厘泊）厘泊）1St1St=10=10-4-4 /s/s1cSt1cSt=10=10-6-6/s/s相互换算相互换算 液体粘度与压力之间的关系液体粘度与压力之间的关系压力增大时，粘度压力增大时，

19、粘度增大增大。但但在一般液压系统使用的压力范围内，增大的数在一般液压系统使用的压力范围内，增大的数值很小，可以忽略不计。一般在值很小，可以忽略不计。一般在32MPa32MPa以上时才考虑。以上时才考虑。液体粘度液体粘度与温度之间与温度之间的关系的关系温度升高时，粘度下降。温度升高时，粘度下降。油油液的粘度对温度的变化十分敏感，这个变化率的液的粘度对温度的变化十分敏感，这个变化率的大小直接影响油液的使用，其重要性不亚于粘度本身。大小直接影响油液的使用，其重要性不亚于粘度本身。液压油粘性液压油粘性的大小的大小影响运动副影响运动副间摩擦力的大间摩擦力的大小以及通过缝隙的泄漏量小以及通过缝隙的泄漏量。

20、液压缸液压缸和活塞和活塞之间是有间隙的，液压油之间是有间隙的，液压油粘度适当时，粘度适当时，起润滑作用起润滑作用；液压油；液压油粘度极低时，从这些空隙中流出的油量粘度极低时，从这些空隙中流出的油量多，装置就不能充分发挥效力多，装置就不能充分发挥效力。液压油粘度液压油粘度对活塞运行的对活塞运行的影响影响 液压油粘度对液压泵吸油有很大液压油粘度对液压泵吸油有很大影响，液压油粘性的影响，液压油粘性的大小影大小影响响液体流动时的阻力。液压油粘度非常液体流动时的阻力。液压油粘度非常大时，大时，泵的吸入能力泵的吸入能力下降，下降，吸入吸入泵的吸入量小于送出液压油的量，会出现泵的吸入量小于送出液压油的量，会

21、出现“空穴空穴”现象现象。液压油粘度液压油粘度对液压泵吸油的对液压泵吸油的影响影响 工作介质是液压系统十分重要的组成部分，工作介质是液压系统十分重要的组成部分，它在液压系统中要它在液压系统中要完成许多重要的功能。因此完成许多重要的功能。因此，液压系统能否可靠、有效、安全而经济地运行，液压系统能否可靠、有效、安全而经济地运行，与选用的工作介质的性能密切相关。与选用的工作介质的性能密切相关。4 4、液压、液压系统系统对对工作介质的要求工作介质的要求液压传动工作介质应具备的性能液压传动工作介质应具备的性能1 1）合适的粘度；）合适的粘度；2 2）润滑性能好，质地纯净，杂质少；）润滑性能好，质地纯净，

22、杂质少；3 3）对金属和密封件有良好的相容性；）对金属和密封件有良好的相容性；4 4）体积膨胀系数小，比热容大；）体积膨胀系数小，比热容大；5 5）流动点和凝固点低，闪点和燃点高；）流动点和凝固点低，闪点和燃点高；6 6）对人体无害，与产品和环境相容。）对人体无害，与产品和环境相容。系统系统的工作条件的工作条件液压传动工作介质液压传动工作介质的选用的选用 按按系统中液压元件类型来确定工作介质的系统中液压元件类型来确定工作介质的粘度粘度，同时需考虑工作压力、油膜承载力、润滑性、系统温同时需考虑工作压力、油膜承载力、润滑性、系统温升、工作介质与密封材料和涂料是否相容。升、工作介质与密封材料和涂料是

23、否相容。高温、高压、低速情况下，选用粘度较大的液压油高温、高压、低速情况下，选用粘度较大的液压油低温、低压、高速情况下，选用粘度较小的液压油低温、低压、高速情况下，选用粘度较小的液压油系统工作压力较高系统工作压力较高环境温度较高环境温度较高高粘度液压油高粘度液压油工作部件运行工作部件运行速度较高速度较高低粘度液压油低粘度液压油液压油运动粘度液压油运动粘度推荐使用范围推荐使用范围环境温度环境温度5 5 40 40 40 40 80 80 粘粘 度度40 40 粘度粘度(mm(mm2 2/s)/s)40 40 粘度粘度(mm(mm2 2/s)/s)液液压压泵泵类类型型齿齿 轮轮 泵泵 303070

24、 70 11011054 54 叶叶 片片 泵泵 p p 7 MPa 7 MPa 303050 50 434377 77 叶叶 片片 泵泵 p p7 MPa 7 MPa 545470 70 656595 95 轴轴 向向 式式 柱柱 塞塞 泵泵 434377 77 7070172 172 径径 向向 式式 柱柱 塞塞 泵泵 3030128 128 6565270 270 液压传动工作介质的选用液压传动工作介质的选用 系统的工作系统的工作条件条件 高温高温、高压、高压、低速，选粘度低速，选粘度较大的液压油较大的液压油 低温低温、低压、低压、高速，选粘度高速，选粘度较小的液压油较小的液压油 系统的

25、系统的工作环境工作环境 综合经济分析综合经济分析 系统系统的工作环境的工作环境 环境温度环境温度的变化范围、有无明火和高温热的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃性等源、抗燃性等，此外还要，此外还要考虑环境污染、毒性考虑环境污染、毒性和气味等。和气味等。P7MPaP7MPaT50T50P P：7 714MPa14MPaT50T50P P：7 714MPa14MPaT T：50508080P P14MPa14MPaT:80T:80100100室内、固定室内、固定液压设备液压设备HLHLHLHL或或HMHMHMHMHMHM露天、寒冷露天、寒冷或严寒区或严寒区HRHR或或HVHVHVHV或或HSHSH

26、VHV或或HSHSHVHV或或HSHS高温或明火高温或明火附近，井下附近，井下HFASHFAS或或HFAMHFAMHFBHFB、HFCHFC或或HFAMHFAMHFDRHFDRHFDRHFDR根据环境及工况条件选择液压油根据环境及工况条件选择液压油 综合综合经济分析经济分析 选择工作介质时要通盘考虑价格和使用寿命。选择工作介质时要通盘考虑价格和使用寿命。例如高质量的液压油一次投资可能较大，但例如高质量的液压油一次投资可能较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率的从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率的提高上讲，又是经济的。提高上讲，又是经济的。1 1、液压油在液压系统的液压油在液压系

27、统的作用作用2 2、液压油的、液压油的分类分类3 3、液压油的、液压油的物理性质物理性质4 4、液压液压系统系统对对工作介质的要求工作介质的要求一、液压传动工作介质一、液压传动工作介质 液体液体流动时，相邻液层流动时，相邻液层间的内摩擦力间的内摩擦力F Ff f与液层接触与液层接触面积面积A A、液层间的速度梯度、液层间的速度梯度du/dydu/dy成正比。成正比。牛顿的液体内摩擦定律牛顿的液体内摩擦定律动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度标准单位标准单位PasPas/s s常用单位常用单位P P（泊（泊)cPcP（厘泊）（厘泊）St St (斯斯)cSt cSt(厘斯厘斯)单位换算单位换算1 1

28、 Pas Pas=10P=10P=1000cP=1000cP1St1St=10=10-4-4 /s/s1cSt1cSt=10=10-6-6/s/s相互换算相互换算 例例1 1、液压缸缸筒内径、液压缸缸筒内径D=120mmD=120mm，活塞直径，活塞直径d=119.6mmd=119.6mm，活塞长度活塞长度L=140mmL=140mm，若油的动力粘度，若油的动力粘度=0.065Pas,=0.065Pas,活塞回活塞回程要求的稳定速度为程要求的稳定速度为v=0.5m/sv=0.5m/s，试求，试求不计油液压力不计油液压力时拉回时拉回活塞所需的力活塞所需的力F F。已知动力粘度已知动力粘度液液层层

29、接触面积：接触面积：活塞外圆周面活塞外圆周面液液层间的层间的速度梯度：速度梯度：液层接触面积：液层接触面积：A=A=dL=dL=0.11960.11960.14=0.0526 m0.14=0.0526 m2 2（活塞（活塞外圆周外圆周面）面）液层间的速度梯度：液层间的速度梯度：du/dy=(0.5-0)/(0.12-0.1196)/du/dy=(0.5-0)/(0.12-0.1196)/2 2=2500 s=2500 s-1-1不计油液压力时拉回活塞所需的力不计油液压力时拉回活塞所需的力F F（内摩擦力）：（内摩擦力）：F=F=Adu/dy=0.065Adu/dy=0.0650.05260.0

30、526 2500=8.55 N2500=8.55 N缸筒缸筒内径：内径：D=120 D=120 mmmm活塞直径活塞直径d=119.6 d=119.6 mmmm活塞长度活塞长度L=140 L=140 mmmm动力粘度动力粘度=0.065=0.065 PasPasv=0.5 v=0.5 m/sm/s求求不计油液压力不计油液压力时拉回活塞所需时拉回活塞所需的力的力F F计算时注意单位统一换算成国际单位计算时注意单位统一换算成国际单位 例例2 2、轴承如图所示，轴承和转轴间隙、轴承如图所示，轴承和转轴间隙=1mm=1mm，轴转，轴转速速n=180r/min,n=180r/min,轴径轴径d=15cm

31、d=15cm，轴承宽，轴承宽b=25cm,b=25cm,油液动力粘度油液动力粘度=0.25Pas=0.25Pas。试确定轴承表面摩擦力、轴承扭矩和消耗的。试确定轴承表面摩擦力、轴承扭矩和消耗的功率功率。(1)(1)轴表面速度轴表面速度 u=u=r=2r=2nr=nr=nd=0.141 m/snd=0.141 m/s 液液层间的速度梯度层间的速度梯度：du/dy=0.141/0.001=141 sdu/dy=0.141/0.001=141 s-1-1 液层液层接触面积接触面积：A=A=db=db=151525102510-4-4=0 0.118m118m2 2 轴承轴承表面表面摩擦力：摩擦力：F=F=Adu/dy=4.16 NAdu/dy=4.16 N(2)T=(2)T=FrFr=Fd/2=0.312 Nm=Fd/2=0.312 Nm(3)P=(3)P=T T=5.9 w=5.9 w轴承和转轴间隙轴承和转轴间隙=1=1 mmmm轴转速轴转速n=180 n=180 r/minr/min轴径轴径d=15 d=15 cmcm轴承宽轴承宽b=25 b=25 cmcm油液动力粘度油液动力粘度=0.25=0.25 PasPas求求轴承轴承表面摩擦力、轴承扭表面摩擦力、轴承扭矩和消耗的功率矩和消耗的功率。计算时注意单位统一换算成国际单位计算时注意单位统一换算成国际单位