第二章液压流体力学基础 1、授课日期、班级 2、课题 3、教学目的要求 了解液压油的性质及选用;掌握及容积泵的工作原理;了解液压泵的分类及相关的性能参数。 4、教学内容要点 液压油的性质及选用;液压泵和液压马达的工作原理与性能参数:液压泵的分类。 5、重点、难点 对容积式泵工作原理进行阐述,对容积式泵的效率进行计算;容积式泵能正常工作的三 大条件 6、教学方法和手段 课堂教学为主,充分利用多媒体动画来表示抽象概念。 7、主要参考书目和资料 8、课堂教学 8.1复习提问 1、液压传动利用液体的压力能来传递动力(运动和力),与其他传动方式特点(如一般的 机械传动)不同? 2、液压系统的工作原理 3、液压传动的组成? 8.2讲授新课 第二章液压传动流体力学 21液压油( ydraulic oil的性质及选用 液压传动中的工作介质起着重要的作用,是能量传递的中间媒介。因此了解液体的基本 力学性质,掌握液体在平衡和运动状态下的力学规律,有助于正确理解液压传动原理,也是 合理地设计和使用液压系统的理论基础,有助于后续章节的学习和深入研究 工作介质的种类,其化学、物理性质和力学特性一直是被研究的课题,伴随着液压传动 技术发展的全过程 、液压油的主要性质
第二章 液压流体力学基础 1、授课日期、班级 2、课题 3、教学目的要求 了解液压油的性质及选用；掌握及容积泵的工作原理；了解液压泵的分类及相关的性能参数。 4、教学内容要点 液压油的性质及选用；液压泵和液压马达的工作原理与性能参数；液压泵的分类。 5、重点、难点 对容积式泵工作原理进行阐述，对容积式泵的效率进行计算；容积式泵能正常工作的三 大条件。 6、教学方法和手段 课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。 7、主要参考书目和资料 8、课堂教学 8.1 复习提问 1、液压传动利用液体的压力能来传递动力（运动和力），与其他传动方式特点（如一般的 机械传动）不同？ 2、液压系统的工作原理？ 3、液压传动的组成？ 8.2 讲授新课 第二章 液压传动流体力学 2-1 液压油(hydraulic oil)的性质及选用 液压传动中的工作介质起着重要的作用，是能量传递的中间媒介。因此了解液体的基本 力学性质，掌握液体在平衡和运动状态下的力学规律，有助于正确理解液压传动原理，也是 合理地设计和使用液压系统的理论基础，有助于后续章节的学习和深入研究。 工作介质的种类，其化学、物理性质和力学特性一直是被研究的课题，伴随着液压传动 技术发展的全过程。 一、液压油的主要性质
1、液体的密度 对于非均质的液体来说,密度是单位体积内空气的质量,取微分,用P表示: D= lim 4m AF→0△ 密度是液体的一个重要的物理参数,当液体温度或压力发生变化时,其密度也会发生 变化。但其变化量一般很小,所以常取密度为定值 液压油一般为均质的,对于矿物油,其密度一般取P=(850~960)kg/m3,对于机床、 船舶液压系统中常用的液压油(矿物油),在15°C其密度取P=900kg/m3 2、可压缩性 是指液体受压后其体积减小的性能 △ 其中,β称为液体的压缩系数,因压力变化方向与体积变化方向相反,压力增大时 体积减小,△F/V式中加一负号以保证B为正值。液压油的压缩系数一般在(5~7) 10-10m2/N β的倒数称为液体体积的体积弹性模量(又称容积弹性模数,简称容积模数),以K表 K K表示单位体积相对变化所需要的压力增量。实际应用中常用K值说明液体抵抗压缩能 力的大小。液压油的容积模数越大,液体的压缩性越小,其抗压性能越强,反之越弱 液压油的容积模数一般为(1.4-2.0)×10°N/m2=(1.4-2.0)×10MPa,而钢的弹性模数为 2.06×10N/m2=2.06×10MPa。可见前者与后者相比,压缩性差100-150倍。对于一般的 液压系统,可认为油液是不可压缩的,但当液压油中混入空气时,其可压缩性将显着增加, 这会严重影响液压系统的工作性能。在有较高要求要求或压力变化较大的液压系统中,就力 求减少油液中混入的气体及其它易挥发物质(汽油、煤油,乙醇、苯等)的含量。由于油液 中的气体难以完全排除,实际计算中常取K=0.7×103MPa 液压油的体积模数且与压缩过程、温度,压力等因素有关,等温压缩与绝热压缩下的 K值不同,但由于二者差别很小,故工程上使用时通常不加以区别。 二、液压系统对工作介质的要求 液压工作介质一般称为液压油(有部分液压介质已不含油的成份)。液压介质的性能对液 压系统的工作状态有很大影响,对液压系统对工作介质的基本要求如下: (1)有适当的粘度和良好的粘温特性。 粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性,对减少间隙的泄漏、保证液压元件的 密封性能都起着重要作用。粘度过高,各部件运动阻力增加,温升快,泵的自吸能力下降, 同时,管道压力降和功率损失增大。反之,粘度过低会增加系统的泄漏,并使液压油膜支承
1、 液体的密度 对于非均质的液体来说，密度是单位体积内空气的质量，取微分，用 表示： V m V = →0 lim 密度是液体的一个重要的物理参数，当液体温度或压力发生变化时，其密度也会发生 变化。但其变化量一般很小，所以常取密度为定值。 液压油一般为均质的，对于矿物油，其密度一般取 =（850～960）kg/m3，对于机床、 船舶液压系统中常用的液压油（矿物油），在 15°C 其密度取 =900 kg/m3。 2、可压缩性 是指液体受压后其体积减小的性能。 V V p = − 1 其中， 称为液体的压缩系数，因压力变化方向与体积变化方向相反，压力增大时 体积减小， V /V 式中加一负号以保证 为正值。液压油的压缩系数一般在（5～7）× 10-10m2/N。 的倒数称为液体体积的体积弹性模量（又称容积弹性模数，简称容积模数），以 K 表 示 V V p K = = − 1 K 表示单位体积相对变化所需要的压力增量。实际应用中常用 K 值说明液体抵抗压缩能 力的大小。液压油的容积模数越大，液体的压缩性越小，其抗压性能越强，反之越弱。 液压油的容积模数—般为(1.4-2.0)×109 N／m 2 =(1.4-2.0)×103 MPa，而钢的弹性模数为 2.06×1011N／m 2 =2.06×105 MPa。可见前者与后者相比，压缩性差 100—150 倍。对于一般的 液压系统，可认为油液是不可压缩的，但当液压油中混入空气时，其可压缩性将显着增加， 这会严重影响液压系统的工作性能。在有较高要求要求或压力变化较大的液压系统中，就力 求减少油液中混入的气体及其它易挥发物质（汽油、煤油，乙醇、苯等）的含量。由于油液 中的气体难以完全排除，实际计算中常取 K=0.7×103MPa。 液压油的体积模数且与压缩过程、温度，压力等因素有关，等温压缩与绝热压缩下的 K 值不同，但由于二者差别很小，故工程上使用时通常不加以区别。 二、液压系统对工作介质的要求 液压工作介质一般称为液压油(有部分液压介质已不含油的成份)。液压介质的性能对液 压系统的工作状态有很大影响，对液压系统对工作介质的基本要求如下： (l)有适当的粘度和良好的粘温特性。 粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减少间隙的泄漏、保证液压元件的 密封性能都起着重要作用。粘度过高，各部件运动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降， 同时，管道压力降和功率损失增大。反之，粘度过低会增加系统的泄漏，并使液压油膜支承
能力下降,而导致摩擦副间产生摩擦。所以工作介质要有合适的粘度范围,同时在温度、压 力变化下和剪切力作用下,油的粘度变化要小。 液压介质粘度用运动粘度U表示。在国际单位制中U的单位是m2/s,而在实用上油的 粘度用mm/s(cSt,厘沲)表示 粘度是液压油(液)划分牌号的依据。按国标GB/T3141-94所规定,液压油产品的牌号用 粘度的等级表示,即用该液压油在40℃时的运动粘度中心值表示。 表是常用液压油的新、旧粘度等级牌号的对照(注:82年以前的旧标准是以50℃时的粘 度值作为液压油的粘度等级牌号)。 常用液压油的牌号和粘度 IS0344892 GB/T3141-94 40℃的运动粘度 8-90年的82年以前相近的 粘度等级 粘度等级(现牌号) 过渡牌号 旧牌号 ISO VG15 15 13.5~16.5 N15 ISO VG22 19,8~24.2 15 ISO VG32 28.8~35.2 N32 20 ISO VG46 41.4~50.6 N46 ISO VG68 61.2~74.8 N68 ISO VGIOO 100 90~110 N100 60 所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低,粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变 化小,粘温特性通常用粘度指数表示。一般情况下,在高压或者高温条件下工作时,为了获 得较高的容积效率,不使油的粘度过低,应采用高牌号液压油:低温时或泵的吸入条件不好 时(压力低,阻力大),应采用低牌号液压油。 (2)氧化安定性和剪切安定性好 工作介质与空气接触,特别是在高温、高压下容易氧化、变质。氧化后酸值增加会增强 腐蚀性,氧化生成的粘稠状油泥会堵塞滤油器,妨碍部件的动作以及降低系统效率。因此, 要求它具有良好的氧化安定性和热安定性 剪切安定性是指工作介质通过液压节流间隙时,要经受剧烈的剪切作用,会使一些聚合 型增粘剂高分子断裂,造成粘度永久性下降,在高压、高速时,这种情况尤为严重。为延长 使用寿命,要求剪切安定性好。 (3)抗乳化性、抗泡沫性好 工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其它元件 的长期剧烈搅拌下,易形成乳化液,使工作介质水解变质或生成沉淀物,引起工作系统锈蚀 和腐蚀,所以要求工作介质有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气 泡,混有气泡的介质在液压系统内循环,会产生异常的噪声、振动,所以要求工作介质具有 良好的抗泡性和空气释放能力。 4)闪点、燃点要高,能防火、防爆。 (5)有良好的润滑性和防腐蚀性,不腐蚀金属和密封件。 (6)对人体无害,成本低 三、液压介质的种类 液压传动介质按照GB/T7631.2-87(等效采用IS06743/4)进行分类,主要有石油基液 压油和难燃液压液两大类。 1、石油基液压油 )L-皿液压油(又名普通液压油):采用精制矿物油作基础油,加入抗氧、抗腐、抗泡、 防锈等添加剂调合而成,是当前我国供需量最大的主品种,用于一般液压系统,但只适于 0℃以上的工作环境。其牌号有:H一32、H-46、H一68。在其代号LH中,L代表润 滑剂类,H代表液压油,L代表防锈、抗氧化型,最后的数字代表运动粘度 (2)L-HM液压油(又名抗磨液压油,M代表抗磨型):其基础油与普通液压油同,除加有
能力下降，而导致摩擦副间产生摩擦。所以工作介质要有合适的粘度范围，同时在温度、压 力变化下和剪切力作用下，油的粘度变化要小。 液压介质粘度用运动粘度 表示。在国际单位制中 的单位是 m /s 2 ，而在实用上油的 粘度用 mm /s 2 (cSt，厘沲)表示。 粘度是液压油(液)划分牌号的依据。按国标 GB/T3141-94 所规定，液压油产品的牌号用 粘度的等级表示，即用该液压油在 40℃时的运动粘度中心值表示。 表是常用液压油的新、旧粘度等级牌号的对照(注：82 年以前的旧标准是以 50℃时的粘 度值作为液压油的粘度等级牌号)。 常用液压油的牌号和粘度 ISO 3448-92 粘度等级 GB/T3141-94 粘度等级(现牌号) 40℃的运动粘度 厘施 83-90 年的 过渡牌号 82 年以前相近的 旧牌号 ISO VG15 15 13.5～16.5 N15 10 ISO VG22 22 19.8～24.2 N22 15 ISO VG32 32 28.8～35.2 N32 20 ISO VG46 46 41.4～50.6 N46 30 ISO VG68 68 61.2～74.8 N68 40 ISO VGI00 100 90～11O N100 60 所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低，粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变 化小，粘温特性通常用粘度指数表示。一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获 得较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好 时(压力低，阻力大)，应采用低牌号液压油。 (2)氧化安定性和剪切安定性好。 工作介质与空气接触，特别是在高温、高压下容易氧化、变质。氧化后酸值增加会增强 腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥会堵塞滤油器，妨碍部件的动作以及降低系统效率。因此， 要求它具有良好的氧化安定性和热安定性。 剪切安定性是指工作介质通过液压节流间隙时，要经受剧烈的剪切作用，会使一些聚合 型增粘剂高分子断裂，造成粘度永久性下降，在高压、高速时，这种情况尤为严重。为延长 使用寿命，要求剪切安定性好。 (3)抗乳化性、抗泡沫性好。 工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其它元件 的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀 和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气 泡，混有气泡的介质在液压系统内循环，会产生异常的噪声、振动，所以要求工作介质具有 良好的抗泡性和空气释放能力。 (4)闪点、燃点要高，能防火、防爆。 (5)有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。 (6) 对人体无害，成本低。 三、液压介质的种类 液压传动介质按照 GB/T7631.2-87(等效采用 ISO 6743/4)进行分类，主要有石油基液 压油和难燃液压液两大类。 1、 石油基液压油 (1)L-HL 液压油(又名普通液压油)：采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、 防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于 O ℃以上的工作环境。其牌号有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代号 L-HL 中，L 代表润 滑剂类，H 代表液压油，L 代表防锈、抗氧化型，最后的数字代表运动粘度。 (2)L-HM 液压油(又名抗磨液压油，M 代表抗磨型)：其基础油与普通液压油同，除加有
抗氧、防锈剂外,主剂是极压抗磨剂,以减少液压件的磨损。适用于-15℃以上的高压、高 速工程机械和车辆液压系统。其牌号有:-M-一32、HM-46、HM-68、HM-I00、HM-150 (3)L-HG液压油(又名液压一导轨油):其基础油与普通液压油同,除普通液压油所具有 的全部添加剂外,还加有油性剂,用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导 轨润滑合用的系统 4)L-Ⅳ液压油(又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油):用深度脱蜡的精 制矿物油,加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和増粘等添加剂调合而成。其粘温特性 好,有较好的润滑性,以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高 压系统及数控精密机床液压系统。 (5)其它专用液压油:如航空液压油(红油)、炮用液压油、舰用液压油等 2、难燃液压液 难燃液压液可分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类 (1)合成型抗燃工作液 ①水一乙二醇液(L-HC液压液):这种液体含有35%~55%的水,其余为乙二醇及各 种添加剂(增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等)。其优点是凝点低(-50℃),有一定的粘性,而且 粘度指数高,抗燃。适用于要求防火的液压系统,使用温度范围为-18~65℃。其缺点是 价格高,润滑性差,只能用于中等压力(20Mpa以下)。这种液体密度大,所以吸入困难。水 乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离,可换用环氧树脂或乙烯基涂料。 ②磷酸酯液(L-HDR液压液)这种液体的优点是,使用的温度范围宽(-54~~135℃) 抗燃性好,抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。其缺点是价格 昂贵(为液压油的5~8倍):有毒性:与多种密封材料(如丁氰橡胶)的相容性很差,而与丁 基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容 (2)油水乳化型抗燃工作液(L-HB、L-HAE液压液) 油水乳化液是指互不相溶的油和水,使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一 种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类 (3)高水基型抗燃工作液(L-HAS液压液 这种工作液不是油水乳化液。其主体为水,占95%,其余5%为各种添加剂(抗磨剂、 防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等)。其优点是成本低,抗燃性好,不 污染环境。其缺点是粘度低,润滑性差
抗氧、防锈剂外，主剂是极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于-15℃以上的高压、高 速工程机械和车辆液压系统。其牌号有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150。 (3)L-HG 液压油(又名液压一导轨油)：其基础油与普通液压油同，除普通液压油所具有 的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导 轨润滑合用的系统。 (4)L-HV 液压油(又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油)：用深度脱蜡的精 制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。其粘温特性 好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高 压系统及数控精密机床液压系统。 (5)其它专用液压油：如航空液压油(红油)、炮用液压油、舰用液压油等。 2、 难燃液压液 难燃液压液可分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。 (1)合成型抗燃工作液 ①水一乙二醇液(L-HFC 液压液)：这种液体含有 35％～55％的水，其余为乙二醇及各 种添加剂(增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等)。其优点是凝点低(－50℃)，有一定的粘性，而且 粘度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统，使用温度范围为- 18～ 65℃。其缺点是 价格高，润滑性差，只能用于中等压力(20Mpa 以下)。这种液体密度大，所以吸入困难。水 一乙二醇液能使许多普通油漆和涂料软化或脱离，可换用环氧树脂或乙烯基涂料。 ②磷酸酯液(L-HFDR 液压液)这种液体的优点是，使用的温度范围宽(-54～～135℃)， 抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。其缺点是价格 昂贵(为液压油的 5～8 倍)；有毒性；与多种密封材料(如丁氰橡胶)的相容性很差，而与丁 基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。 (2)油水乳化型抗燃工作液(L-HFB、L-HFAE 液压液) 油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一 种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液和油包水乳化液两大类。 (3)高水基型抗燃工作液(L-HFAS 液压液) 这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占 95％，其余 5％为各种添加剂(抗磨剂、 防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等)。其优点是成本低，抗燃性好，不 污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差