液壓油及液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日§2-1液壓油的種類及代碼一、種類石油型難燃型機(jī)械油汽輪機(jī)油液壓油水-乙二醇液磷酸酯液水包油油包水乳化液合成型第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日二、液壓油的代號類別組成與特性代號石油基液壓油無添加劑的石油基液壓油L-HHHH+抗氧化劑、防銹劑L-HLHL+抗磨劑L-HMHL+增粘劑L-HRHM+增粘劑L-HVHM+防爬劑L-HG難燃液壓液含水液壓液高含水液壓液L-HFA油包水乳化液L-HFB水乙二醇L-HFC合成液壓液磷酸酯L-HFDR氯化烴L-HFDSHFDR+HFDSL-HFDT其他合成液壓液L-HFDU第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

作為液壓傳動介質(zhì)的液壓油主要有以下功能：l

傳動：把由泵產(chǎn)生的壓力能傳遞給執(zhí)行部件l

潤滑：對泵、閥、執(zhí)行元件等運(yùn)動部件進(jìn)行潤滑l

密封：保持由泵所產(chǎn)生的壓力l

冷卻：吸收并帶出液壓裝置所產(chǎn)生的熱量l

防銹：防止液壓系統(tǒng)中所用的各種金屬部件銹蝕l

傳遞信號：傳遞信號元件或控制元件發(fā)出的信號l

吸收沖擊：吸收液壓回路中產(chǎn)生的壓力沖擊§2-2液壓油的作用第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日§2-3液壓油主要特性一、可壓縮性

液壓油的體積將隨壓力的增高而減小。體積壓縮系數(shù)即單位壓力變化下的體積相對變化量體積變化初始體積壓力變化第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日體積彈性模量K

V一定，在同樣Δp下，K越大,ΔV越小說明K越大，液體的抗壓能力越強(qiáng)礦物油K=(1.4～2.0)×109N/m

2

鋼K=2.06×1011N/m

2k鋼

=100～150k油在靜態(tài)下工作時，不考慮液體的可壓縮性。第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日二、粘性附著力液體與固體表面內(nèi)聚力液體分子與分子之間液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，分子間的內(nèi)聚力要阻止分子相對運(yùn)動而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩檫力，它使液體各層間的運(yùn)動速度不等，這種現(xiàn)象叫做液體的粘性第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日粘性示意圖下板固定上板以u0運(yùn)動附著力

A點(diǎn)：u=0B點(diǎn)：u=u0內(nèi)摩擦力兩板之間液流速度逐漸小。BAxz根據(jù)實(shí)際測定的數(shù)據(jù)所知，流體層間的內(nèi)摩擦力T與流體層的接觸面積A及流體層的相對流速du成正比，而與此二流體層間的距離dz成反比第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日1、牛頓內(nèi)摩擦力

式中：μ—粘度系數(shù)

A—液層接觸面積du/dz—速度梯度—牛頓內(nèi)摩擦定律——兩液層的速度差——兩液層間的距離切應(yīng)力:當(dāng)速度梯度變化時，μ為不變常數(shù)的流體稱為牛頓流體，μ為變數(shù)的流體稱為非牛頓流體。第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

2、粘度三種表示方法2)運(yùn)動粘度

單位：Pa.S（帕秒）單位：m2/s1)動力粘度第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

機(jī)械油的牌號是用40℃時運(yùn)動粘度的平均值來標(biāo)志的例：20號機(jī)械油

ν=17～23cSt（厘斯）換算關(guān)系：

1m2/s=104St=106cSt(=106mm2/s)

斯(cm2/s)厘斯(mm2/s)第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日3)相對粘度(恩氏粘度)式中：t1

–油流出的時間

t2－20OC蒸餾水流出時間恩氏粘度與運(yùn)動粘度的換算關(guān)系

通常以20、50、100OC作為標(biāo)準(zhǔn)測定溫度，記為：200mlφ=2.8mm恩氏粘度計第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日3.粘度與壓力的關(guān)系第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日4.粘度與溫度的關(guān)系

T↑μ↓

影響：

μ大，阻力大，能耗↑

μ小，油變稀，泄漏↑限制油溫：T↑↑，加冷卻器

T↓↓，加熱器第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日粘溫圖第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日三、其他性質(zhì)穩(wěn)定性(熱、氧化、水解、剪切）抗泡沫性防銹性相容性（金屬、密封、涂料）通過添加劑控制第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日§2-4對液壓油的要求1.合適的粘度，粘溫性好2.潤滑性能好3.雜質(zhì)少4.相容性好5.穩(wěn)定性好6.抗泡性好、防銹性好7.凝點(diǎn)低,閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高8.無公害、成本低第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日§2-5液壓油液的選擇和使用一、液壓油液的選擇1.優(yōu)先考慮粘性

ν=11.5～41.3cSt即20、30、40號機(jī)械油2.按工作壓力p高，選μ大；p低，選μ小3.按環(huán)境溫度T高，選μ大；T

低，選μ小4.按運(yùn)動速度

v高，選μ小；v

低，選μ大5.其他（污染、抗燃、毒性）（相容性、穩(wěn)定性、防銹抗腐）（價格、使用壽命、更換）工作條件工作環(huán)境油液質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日二、液壓油的使用1.控制油溫2.防止污染3.定期抽檢、定期更換4.油箱儲油充分5.確保密封第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日三、液壓油污染的來源第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日液壓流體力學(xué)液壓流體力學(xué)是研究液體平衡和運(yùn)動的力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科。液體靜力學(xué)研究液體在靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用液體動力學(xué)研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律管道中液流的特性用于計算液體在管路中流動時的壓力損失孔口及縫隙的壓力流量特性是分析節(jié)流調(diào)速回路性能和計算元件泄漏量的理論依據(jù)

-液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象:-測量儀表第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日§2-6液體靜力學(xué)（1）、靜壓力及其特性（2）、靜壓力基本方程式（3）、帕斯卡原理（4）、靜壓力對固體壁面的作用力第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日（1）靜壓力及其特性液體的靜壓力靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。p=limΔF/ΔA（ΔA→0）若在液體的面積A上所受的作用力F為均勻分布時，靜壓力可表示為p=F/A

液體靜壓力在物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際應(yīng)用中習(xí)慣稱為壓力。液體靜壓力的特性液體靜壓力垂直于承壓面，方向為該面內(nèi)法線方向。液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的靜壓力在各個方向上都相等。第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日（2）、液體靜壓力基本方程

a、靜壓力基本方程

如圖所示容器中盛有液體，作用在液面上的壓力為P0，現(xiàn)在求離液面h深處A點(diǎn)壓力，在液體內(nèi)取一個底面包含A點(diǎn)的小液柱，設(shè)其底部面積為A，高為h。這個小液柱在重力及周圍液體的壓力作用下，處于平衡狀態(tài)。則在垂直方向上的力平衡方程為

P=p0+ρgh=p0+γh

其中ρ為液體的密度，γ為液體的重度。第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

如圖所示為盛有液體的密閉容器，液面壓力為p0。選擇一基準(zhǔn)水平面(0x)，根據(jù)靜壓力基本方程式可確定距液面深度為h處A點(diǎn)的壓力p即p=p0+γh=p0+γ(z0-z)整理后得

P/γ+z=p0/γ+z0=常數(shù)式中z實(shí)質(zhì)上表示了A點(diǎn)單位重量液體的位能。單位重量液體的位能為mgz/mg=z,z又稱為位置水頭。b、靜壓力基本方程式的物理意義hp第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

如果在與A點(diǎn)等高的容器上，接一根上端封閉并抽去空氣的玻璃管，可以看到在靜壓力作用下，液體將沿玻璃管上升hp,根據(jù)上式對A點(diǎn)有：

靜壓力基本方程式說明：靜止液體中單位重量液體的壓力能和位能可以相互轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)的總能量保持不變，即能量守恒。p/γ+z=z+hp，故p/γ=hp

這說明了A處液體質(zhì)點(diǎn)由于受到靜壓力作用而具有mghp的勢能，單位重量液體具有的勢能為hp。因為hp=p/γ，故p/γ為A點(diǎn)單位重量液體的壓力能。第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

（3）帕斯卡原理圖示是應(yīng)用帕斯卡原理的實(shí)例作用在大活塞上的負(fù)載F1形成液體壓力p=F1/A1為防止大活塞下降，在小活塞上應(yīng)施加的力F2=pA2=F1A2/A1

由此可得:

液壓傳動可使力放大，可使力縮小，也可以改變力的方向。

液體內(nèi)的壓力是由負(fù)載決定的。在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體的壓力可以等值地傳遞到液體各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理。也稱為靜壓傳遞原理。第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日§2-6液體動力學(xué)

主要是研究液體流動時流速和壓力的變化規(guī)律。流動液體的連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程是描述流動液體力學(xué)規(guī)律的三個基本方程式。前兩個方程反映了液體的壓力、流速與流量之間的關(guān)系，動量方程用來解決流動液體與固體壁面間的作用力問題。

基本概念流量連續(xù)性方程伯努利方程動量方程第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日(1)液體動力學(xué)基本概念

通流截面垂直于流動方向的截面，也稱為過流截面。流量單位時間內(nèi)流過某一通流截面的液體體積，流量以q表示，單位為m3

/

s或L/min。

平均流速實(shí)際流體流動時，速度的分布規(guī)律很復(fù)雜。假設(shè)通流截面上各點(diǎn)的流速均勻分布，平均流速為v=q/A。第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日理想液體假設(shè)的既無粘性又不可壓縮的流體稱為理想流體。恒定流動液體流動時，液體中任一點(diǎn)處的壓力、速度和密度都不隨時間而變化的流動，亦稱為恒定流動或非時變流動。當(dāng)液體流動時，可以將流動液體中空間任一點(diǎn)上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)，例如壓力p、流速v及密度ρ表示為空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，例如：

壓力p=p（x，y，z，t)速度v=v（x，y，z，t)密度ρ=ρ（x，y，z，t）=第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日(2)流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的表達(dá)方式。液體在管內(nèi)作恒定流動，任取1、2兩個通流截面，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在單位時間內(nèi)流過兩個截面的液體流量相等，即：

ρ1v1A1=ρ2v2A2

不考慮液體的壓縮性則得

q=vA=常量流量連續(xù)性方程說明了恒定流動中流過各截面的不可壓縮流體的流量是不變的。因而流速與通流截面的面積成反比。第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日(3)伯努利方程能量守恒是自然界的客觀規(guī)律，流動液體也遵守能量守恒定律，這個規(guī)律是用伯努利方程的數(shù)學(xué)形式來表達(dá)的。1)理想液體微小流束的伯努利方程

為研究的方便，一般將液體作為沒有粘性摩擦力的理想液體來處理。式中p/r（r=ρg）為單位重量液體所具有的壓力能，稱為比壓能，也叫作壓力水頭。Z為單位重量液體所具有的勢能，稱為比位能，也叫作位置水頭。（u2/2g）為單位重量液體所具有的動能，稱為比動能，也叫作速度水頭，它們的量綱都為長度。P1/ρg+Z1+u12/2g=P2/ρg+Z2+u22/2g

第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日(3)伯努利方程2)實(shí)際液體微小流束的伯努利方程實(shí)際流體存在粘性，流動時存在能量損失，hw為單位質(zhì)量液體在兩截面之間流動的能量損失。

3)實(shí)際液體總流的伯努利方程用平均流速替代實(shí)際流速，α為動能修正系數(shù)。

伯努利方程的物理意義：在管內(nèi)作穩(wěn)定流動的理想流體具有壓力能，勢能和動能三種形式的能量，它們可以互相轉(zhuǎn)換，但其總和不變，即能量守恒。第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日(4)動量方程動量方程是動量定理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，用來計算流動液體作用在限制其流動的固體壁面上的總作用力。

2)液體的動量方程1)動量定理（剛體）：作用在物體上的全部外力矢量和等于物體在力作用方向上的動量變化率。

應(yīng)用動量方程注意：F、u是矢量；流動液體作用在固體壁面上的力與作用在液體上的力大小相等、方向相反。∑F=Δ（mu）/Δt=ρq（u2-u1）∑F=Δ（mu）/Δt推論：作用在液體控制體積上的外力總和等于單位時間內(nèi)流出控制表面與流入控制表面的液體的動量之差。第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日在一般可以將液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為沿程壓力損失和局部壓力損失兩大類。沿程壓力損失：是指油液沿等直徑管流動時所產(chǎn)生的壓力損失。這類壓力損失是由于液體流動時各質(zhì)點(diǎn)間運(yùn)動速度不同，液體分子間及與管壁間存在內(nèi)外摩擦力導(dǎo)致液體流動必須消耗一部分能量來克服這部分阻力而造成的。圓管中的層流(5)流動液體的壓力損失第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日局部壓力損失：是油液流動時經(jīng)過局部障礙（如彎管、分支或管路截面突然變化）時，由于液體的流向和速度的突然變化，在局部形成渦流，引起油液質(zhì)點(diǎn)間以及質(zhì)點(diǎn)與固體壁面間相互碰撞和劇烈磨擦而產(chǎn)生的壓力損失。突然擴(kuò)大處的局部損失

第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日(6)流經(jīng)孔口的力學(xué)特性液體流經(jīng)小孔的情況可以根據(jù)孔長l與孔徑d的比值分為三種情況：l/d≤0.5時，稱為薄壁小孔；0.5＜l/d≤4時，稱為短孔；l/d＞4時，稱為細(xì)長孔。液體在薄壁小孔中的流動第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日1)流經(jīng)薄壁小孔的流量通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關(guān)，因而流量受液體溫度影響較小.但流量與孔口前后壓差的關(guān)系是非線性的。Cd稱為小孔流量系數(shù)，流量系數(shù)一般由實(shí)驗確定。Δp為小孔前后壓差。

第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日2)流經(jīng)細(xì)長孔和短孔的流量液體流經(jīng)細(xì)長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。但細(xì)長小孔的流量與孔前后的壓差關(guān)系是線性的。A是細(xì)長小孔的通流截面積第43頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日3)統(tǒng)一的經(jīng)過小孔的流量公式液流流經(jīng)短孔的流量仍可用薄壁小孔的流量計算式，但其中的流量系數(shù)不同。式中A:孔的通流截面積，Δp:孔前后壓差，m:由孔結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的指數(shù),0.5≤m≤1k:由孔口形式有關(guān)的系數(shù)

當(dāng)孔為薄