2.1液壓系統的工作介質2.1.1液壓工作介質的類型現在是1頁\一共有53頁\編輯于星期四2.1.2液壓工作介質的性能1.可壓縮性液體受壓力作用而發生體積變化的性質稱為液體的可壓縮性。

可用體積壓縮系數表示。

液體體積壓縮系數的倒數，稱為液體的體積彈性模量，以表示，即：

液壓油的體積彈性模量和溫度、壓力以及含在油液中的空氣有關。

液壓油的體積彈性模量一般取β=700--1000MPa。現在是2頁\一共有53頁\編輯于星期四2.粘性1)粘度的定義及其物理意義牛頓流體內摩擦定律：液體在外力作用下流動（或有流動趨勢）時，分子間的內聚力要阻止分子間的相對運動而產生一種內摩擦力，這種現象叫做液體的粘性。

現在是3頁\一共有53頁\編輯于星期四牛頓內摩擦定律的數學表達：

——單位面積上的內摩擦力（切應力）——比例常數，稱為粘性系數或動力粘度。

液體粘性的物理本質：液體在單位速度梯度下流動時，單位面積上產生的內摩擦力。表示油液抵抗變形的能力。現在是4頁\一共有53頁\編輯于星期四2)粘度的表示方法（1）動力粘度動力粘度的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動時單位面積上產生的內摩擦力。動力粘度的單位為Pa·s（帕·秒，N·s/m2

）。以前沿用的單位為P（泊，dyne·s/cm2）。單位換算關系為:1Pa·s=10P（泊）=1000cP（厘泊）

現在是5頁\一共有53頁\編輯于星期四（2）運動粘度定義：液體的動力粘度與其密度的比值，稱為液體的運動粘度，即:

運動粘度的單位為m2/s。

工程單位為St（沲，cm2/s）。

單位換算關系為：

1m2/s=104St（沲）=106cSt（厘沲）習慣上常用運動粘度來標志液體粘度，液壓油液的粘度等級是以50℃時運動粘度（以mm2/s計）的中心值來劃分的現在是6頁\一共有53頁\編輯于星期四（3）相對粘度相對粘度又稱條件粘度，它是在一定的測量條件測定的。根據測量的方法不同，可分為恩氏粘度°E、賽氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。我國和德國等國家采用恩氏粘度。

恩氏粘度測定方法：將200cm3溫度為t℃的被測液體裝入底部有2.8mm小孔的恩格勒粘度計的容器中，測出200cm3液體從小孔流出的時間t1與同體積的蒸餾水在20℃時從恩氏粘度計小孔流出時間t2的比值，為恩氏粘度。

恩氏粘度與運動粘度的換算關系：

現在是7頁\一共有53頁\編輯于星期四（4）影響粘度的主要因素液體的粘度隨液體的壓力和溫度而變。對液壓油來說，壓力增大時，粘度增大，但影響很小，通常忽略不計。液壓油的粘度對溫度變化十分敏感。溫度升高時，粘度下降。在液壓技術中，希望工作液體的粘度隨溫度變化越小越好。

粘度隨溫度變化特性，可以用粘度－溫度曲線表示。現在是8頁\一共有53頁\編輯于星期四圖2-2

幾種國產液壓油的粘度-溫度曲線

現在是9頁\一共有53頁\編輯于星期四2.1.3對液壓工作介質的要求

1)粘溫性能要好。2)良好的潤滑性能。3)質地純凈，雜質少。4)對熱、氧化、水解有良好的穩定性。5)對金屬和密封件有良好的相容性。6)抗泡沫性、抗乳化性好以及凝固點低、閃點高。

7)對人體無害，成本低。

對軋鋼機、壓鑄機、擠壓機和飛機等液壓系統則須突出耐高溫、熱穩定、不腐蝕、無毒、不揮發、防火等項要求。2.1.4液壓工作介質的選用現在是10頁\一共有53頁\編輯于星期四

流體力學-是研究液體平衡個運動的力學規律的一門科學。內容包括

液體靜力學液體動力學管道中液流的特性孔口及縫隙的壓力流量特性液壓流體力學現在是11頁\一共有53頁\編輯于星期四

液體靜力學－主要研究液體處于靜止狀態下的力學規律和這些規律的應用內容包括－靜壓力及其特性－靜壓力基本方程式－帕斯卡原理－靜壓力對固體壁面的作用力2.2液體靜力學基礎現在是12頁\一共有53頁\編輯于星期四

2.2.1壓力及其特性

作用在液體上的力有兩種，即質量力和表面力。液體內某點處單位面積△A上所受到的法向力△F，稱為壓力p（靜壓力）。

液體的靜壓力具有兩個重要特性：(1)液體靜壓力的方向總是作用在內法線方向上；(2)靜止液體內任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。現在是13頁\一共有53頁\編輯于星期四2.2.2液體靜力學方程在平衡狀態下，有:

FG為液柱的重量:

則：

上式即為液體靜壓力的基本方程。

現在是14頁\一共有53頁\編輯于星期四

由靜壓力基本方程得出的結論：靜止液體內任一點處的壓力由兩部分組成，一部分是表面壓力p0，另一部分是自重形成的壓力ρgh。當液面上只受大氣壓力pa作用時，該點處的靜壓力則為:

靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加；由壓力相等的組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面；現在是15頁\一共有53頁\編輯于星期四

2.2.3液體靜壓力的傳遞（帕斯卡原理）密閉容器內的平衡液體中，施加于液體在一點的壓力將等值地傳遞到液體各點。(靜壓傳遞原理)

力可以放大、可以縮小、可以改變方向現在是16頁\一共有53頁\編輯于星期四壓力是由負載F決定的

如果垂直液壓缸的活塞上沒有負載，則當略去活塞重量及其它阻力時，不論怎樣推動水平液壓缸的活塞，也不能在液體中形成壓力，這說明液壓系統中的壓力是由外界負載決定的。壓力的產生－負載F的作用現在是17頁\一共有53頁\編輯于星期四

2.2.4液體靜壓力對固體壁面的作用力

作用在平面上的靜壓力

F＝pA＝pπD2/4作用在曲面上，液體在某個方向的靜壓力等于液壓力與曲面在該方向的投影面積的乘積。

現在是18頁\一共有53頁\編輯于星期四2.1.3壓力的表示方法及單位壓力單位為帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa，1Pa=1N/m2。

1MPa=106Pa現在是19頁\一共有53頁\編輯于星期四2.3.1幾個基本概念1.理想液體和實際液體2.穩定流動和非穩定流動3.通流截面、流量和平均流速2.3液體動力學基礎現在是20頁\一共有53頁\編輯于星期四2.3.2液體連續性方程

假設液體作定常流動，且不可壓縮。根據質量守恒定律：現在是21頁\一共有53頁\編輯于星期四2.3.3伯努利方程

伯努利方程是能量守衡定律在流動液體中的表現形式。

1、理想液體的伯努利方程現在是22頁\一共有53頁\編輯于星期四物理意義：第一項為單位重量液體的位能，比位能（h）；第二項為單位重量液體的壓力能，比壓能（p/ρg）；第三項為單位重量液體的動能，比動能（v2/2g）。由于上述三種能量都具有長度單位，故又分別稱為壓力水頭、速度水頭和位置水頭。三者之間可以互相轉換，但總和(H稱為總水頭)為一定值。現在是23頁\一共有53頁\編輯于星期四2．實際液體的伯努利方程式中：hw---由液體粘性引起的能量損失；

α1，α2---動能修正系數。

一般在紊流時取α＝1，層流時取α＝2。

現在是24頁\一共有53頁\編輯于星期四3．伯努利方程的應用舉例

例1：計算泵吸油腔的真空度及允許的最大吸油高度泵吸油口的真空度為允許的最大安裝高度現在是25頁\一共有53頁\編輯于星期四例2：文丘利流量計條件：p1和p2

，h為高，以小孔中心線為基準。連續性方程：伯努利方程：現在是26頁\一共有53頁\編輯于星期四設液體和水銀的密度分別為和根據液體靜壓力方程有：即：將上兩式代入伯努利方程并整理得：現在是27頁\一共有53頁\編輯于星期四2.2.4動量方程

動量定量在流體力學中的具體應用

用來計算流動液體與限制其運動的固體壁面的相互作用力

動量定理：——作用在物體上的外力矢量和等于物體在力作用方向上的動量的變化率，即：現在是28頁\一共有53頁\編輯于星期四穩定流動液體的動量方程：

微元的動量變化是：作用在液體控制體積上的外力矢量和等于單位時間內液體控制體積的動量之差現在是29頁\一共有53頁\編輯于星期四動量方程的應用－計算液流流過滑閥時，對閥芯的軸向作用力作用在閥芯上的穩態液動力大小為：方向都是使閥芯關閉的方向現在是30頁\一共有53頁\編輯于星期四2.4液體在管道中的流動狀態和壓力損失2.4.1液體的流態及其判別液流狀態：層流與紊流現在是31頁\一共有53頁\編輯于星期四

層流

－液體分層流動，各層互不干擾

－粘性力起主導作用

紊流

－液體流動雜亂無章

－慣性力起主導作用現在是32頁\一共有53頁\編輯于星期四

雷諾實驗裝置1－溢流管；2－進水管；3－水杯；4－開關；5－細導管；6－水箱；7－波管；8－閥門現在是33頁\一共有53頁\編輯于星期四

雷諾實驗現在是34頁\一共有53頁\編輯于星期四

雷諾實驗層流狀態臨界狀態紊流狀態臨界狀態現在是35頁\一共有53頁\編輯于星期四

雷諾數Re

雷諾實驗結論：液體在管中的流動狀態與液流的平均流速v、液體的運動粘度ν、管道內徑d有關。－雷諾數是無量綱數。－如果液流雷諾數相同，它的流動狀態也相同。雷諾數的物理意義：－

Re是液流的慣性力與粘性力的無因次比。

－

Re較小時粘性力起主要作用，Re較大是慣性

力起主要作用。現在是36頁\一共有53頁\編輯于星期四臨界雷諾數Recr－液流由紊流轉變為層流時的雷諾數。流動狀態的判別

－當實際Re＜Recr時，為層流；

－當實際Re＞Recr時，為紊流。管道的形狀Recr管道的形狀Recr光滑的金屬圓管2000~2320帶環槽的同心環狀縫隙700橡膠軟管1600~2000帶環槽的偏心環狀縫隙400光滑的同心環狀縫隙1100圓柱形滑閥閥口260光滑的偏心環狀縫隙1000錐閥閥口20~100現在是37頁\一共有53頁\編輯于星期四2.4.2液體在管中流動的壓力損失－液體在管中流動時，將產生能量，這種損失可以用壓力損失來表示。

壓力損失分為兩類：沿程壓力損失－液體在等直徑管中流動時因粘性摩擦阻力引起的損失；－沿程壓力損失與液流流動狀態有關。

局部壓力損失

液體流經管道的彎頭、接頭、閥口等處時產生的損失。現在是38頁\一共有53頁\編輯于星期四層流時的沿程壓力損失計算受力平衡方程：對上式積分，邊界條件：r＝d/2時，u＝0由牛頓內摩擦定律：得：現在是39頁\一共有53頁\編輯于星期四層流時的沿程壓力損失計算λ－稱為沿程阻力系數。λ的理論值為64/Re。實際中，金屬圓管λ＝75/Re，橡膠管λ＝80/Re。沿程壓力損失紊流時的沿程阻力系數λ除了與雷諾數有關，還與管道的粗糙度有關，一般用經驗公式計算。紊流時的沿程壓力損失計算－公式與層流時的相同現在是40頁\一共有53頁\編輯于星期四局部壓力損失計算ξ稱為局部壓力損失系數現在是41頁\一共有53頁\編輯于星期四管路系統總的壓力損失壓力損失的危害Δp大部分轉變為熱能，造成系統溫度，泄漏，系統工作性能。影響Δp的因素v

，l

，ξ

，（Δ/d）Δp現在是42頁\一共有53頁\編輯于星期四2.5液體流經孔口及縫隙的特性2.5.1液體流經孔口的流量－壓差特性1．薄壁小孔（L/d≤0.5）現在是43頁\一共有53頁\編輯于星期四薄壁小孔流量公式上式表明，通過薄壁小孔的流量與液體粘度無關，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系是非線性的。Cc——截面收縮系數，Cc=Ac/A0；Cd——小孔流量系數Cd=CcCr完全收縮時，Cd＝0.61～0.62；不完全收縮時，Cd≈0.7～0.8。現在是44頁\一共有53頁\編輯于星期四2．細長小孔（L/d＞4）

是細長小孔的通流截面積。

液體流經細長小孔的流量將隨液體溫度的變化而變化。但細長小孔的流量與孔前后的壓差關系是線性的。現在是45頁\一共有53頁\編輯于星期四小孔流量通用公式

將上兩式統一寫成：系數，由孔口形狀、尺寸和液體性質決定孔口過流斷面面積小孔兩端壓力差指數，由孔的長徑比決定薄壁小孔

=0.5細長小孔

=1現在是46頁\一共有53頁\編輯于星期四小孔的流量特性曲線現在是47頁\一共有53頁\編輯于星期四零件配合存在間隙泄漏:當流體流經這些間隙時就會發生從壓力高處經過間隙流到系統中壓力低處或直接進入大氣的現象(前者稱為內泄漏，后者稱為外泄漏)。油液在間隙中的流動狀態一般是層流。流動狀況：壓差流動－由兩端壓力差造成的流動。剪切流動－由縫隙兩壁面相對運動造成流動。2.5.2液體流經縫隙的流量現在是48頁\一共有53頁\編輯于星期四1.液體流經平行平板縫隙的流量固定平行平板間隙流動流量（壓差流動）

在壓差作用下，q與h的三次方成正比。說明液壓元件內縫隙的大小對泄漏影響很大。縫隙尺寸：厚度h，寬度b，長度l