《液压与气压传动》第二章 液压油与液压流体力学基础
第2章 液压油与液压流体力学基础
1.对液压油的性能要求：
粘温性好、润滑性要好、化学稳定性好，不易氧化、质地纯净，抗 泡沫性好、闪点要高，凝固点要低
《液压与气压传动》
2.液压油的主要品种及其性质：
《液压与气压传动》
3.液压油的选用：
首先应根据液压系统的环境与工作条件选用合适的液压油类型， 然后对油液粘度等级选择。
《液压与气压传动》
2.1.3 液体的粘性
1.粘性的意义
牛顿液体内摩擦定律
Ff
A d
dy
d dy
μ—比例系数，称为动力粘度
《液压与气压传动》
2.粘度 ⑴动力粘度μ
du / dy
物理意义：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的 液层间单位面积上产生的内摩擦力。
法定计量单位：Pas （1Pas=1Ns/m2），以前沿用的单位为P（泊， dynes/cm），它们之间的关系是，1 Pas = 10 P。
；
Cq—流量系数 Cq=CvCc 。
液流完全收缩情况下（D/d ≥ 7）： 当 Re≤105 Cq = 0.964 Re-0、05
当 Re > 105 Cq = 0.61 ∽ 0.63 液流不完全收缩时（D/d < 7）， Cq = 0.7 ∽ 0.8
《液压与气压传动》
22..55..21液液体体流流过过缝小隙孔的的流流量量
《液压与气压传动》
2.污染的原因
生成物污染、侵入物污染、残留物污染
3．污染的控制
消除残留物污染、力求减少外来污染、滤除系统产生的杂质、定期 检查更换液压油
《液压与气压传动》
2.2 液体静力学基础
2.2.1液体的压力
液体的压力有如下特性：
液压与气压传动第2章习题解答
第2章 液压与气压传动流体力学基础思考题和习题2.1 什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关系？（答案略）2.2 解释下述概念：理想流体、定常流动、过流断面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。
（答案略）2.3 说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？（答案略）2.4 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别？（答案略）2.5 如图2.32所示，已知测压计水银面高度，计算M 点处的压力是多少？ 解：取B －C 等压面，C B p p ＝： Hg a C p p γ⨯+5.0＝ 因为D －B 为等压面，故 C B D p p p ＝＝。
取M 水平面为等压面，O H D M p p 2)5.05.1(γ-+＝O H Hg a p 20.15.0γγ++＝。
2.6 一个压力水箱与两个U 形水银测压计连接如图2.33，a ，b ，c ，d 和e 分别为各液面相对于某基准面的高度值，求压力水箱上部的气体压力p g 是多少？ 解：由等压面概念：)(0d e p p Hg d ∇-∇+γ＝ )(2d c p p O H c d ∇-∇+γ＝ )(b c p p Hg c b ∇-∇+γ＝ )(2b a p p p O H b a gas ∇-∇-γ＝＝整理：20()()gas Hg H O p p c e b d b d c a γγ+∇+∇-∇-∇+∇-∇+∇-∇＝ （a p 为e ∇处大气压力）2.7 如图2.34所示的连通器，内装两种液体，其中已知水的密度ρ1= 1 000 kg/m ，h1= 60 cm ，h1= 75 cm ，试求另一种液体的密度ρ是多少？ 解：取等压面1—1列方程： 11gh p p a ρ+＝左 ２２右＝gh p p a ρ+121ρρh h ＝２ 2.8 水池如图2.35侧壁排水管为0.5⨯0.5 m ⨯m 的正方形断面，已知，h = 2 m ，α = 45︒，不计盖板自重及铰链处摩擦影响，计算打开盖板的力Ｔ是多少？ 解：盖板所受的总压力，54.53385.05.0)245sin 5.02(81.91000＝＝＝⨯⨯︒⨯+⨯⨯A gh F G ρ（N ）压心位置，09.35.0)25.045sin 2(125.025.045sin 224＝）＝（＝⨯+︒++︒+A J G G G C ηηη（m ）对铰链力矩平衡，︒⨯⨯︒-45cos 5..0)45sin (T hF C ＝η 66.394945cos 5.0)45sin 209.3(54.5338＝＝︒⨯︒-⨯T （N ） 2.9 如图2.36所示的渐扩水管，已知d = 15 cm ，D = 30 cm ，p A = 6.86×10 4 Pa ，p B = 5.88×10 4 Pa ，h = 1 m ，υB = 1.5 m/s ，求（1）υA =？（2）水流的方向，（3）压力损失为多少？解：（1）A B d D q υπυπ2244＝＝0.65.1)1015()1030(222222＝＝＝⨯⨯⨯--B A d D υυ（m/s ） （2）A 点总能头83.881.920.681.910001086.62242＝＝⨯+⨯⨯+g g p A A υρ（mH 2O ） B 点总能头11.7181.925.181.910001088.52242＝＝+⨯+⨯⨯++h g g p B B υρ（mH 2O ） 故水流方向为由A 到B（3）能头损失为 72.111.783.8＝-（mH 2O ）压力损失为：41069.181.9100072.1⨯⨯⨯＝（Pa ） 2.10 如图2.37中，液压缸直径D = 150 mm ，活塞直径d = 100 mm ，负载F = 5×10N 。
液压与气压传动2第二章液压油及液压流体力学基础-周遐余
第二章 液压油液
二、对液压油的要求和选用
图1－3 国产液压油粘度温度曲线
表1－2 几种国产液压油的质量指标
第三章 液压流体力学基础
一、孔口流量公式
表3-5液压阀的流量系数
二、气穴现象
１、空气分离压
在一定温度下，当液压油液的压力低于某值时，溶解在 油液中的过饱和空气将会突然地从油液中分离出来，产生大 量气泡，这个压力称为液压油液在该温度下的空气分离压。
二、对液压油的要求和选用
1、要求： 粘度适当，粘温性好 可压缩性要小 润滑性好 较好的化学稳定性 杂质少，污染度低
对密封材料 的影响小
抗乳化性好
流动点、凝 固点低，燃点 高
第二章 液压油液
二、对液压油的要求和选用 ２、选用（主要考虑粘度） 考虑因素： 工作压力 环境温度 工作部件的运动速度 液压泵的类型 经济性
３、减小气穴现象的措施
第二章 液压油液
三、液压油液的污染及其控制
（自学）
作业
１、油液在液压系统中的作用是什么？ ２、什么是液体的体积压缩系数？体积弹性模量？ ３、液压油液的粘度有哪几种表示方法？ ４、液压系统对油液有哪些要求？ ５、如何选用液压油液？ ６、液压油液被污染后有哪些危害？如何防止油液被污染？ ７、什么是空气分离压？什么是气穴现象？ ８、液压系统中发生气穴现象有什么危害？ ９、可以采取哪些措施减少液压系统中气穴现象的发生？ 10、写出孔口流量公式，并对各项作解释。
⑶相对粘度（恩氏粘度） 运动粘度与恩氏粘度的换算关系
第二章 液压油液
６，液体的粘性 Ｂ．温度和压力对粘的影响
液压油的粘度随温度的增加而减小
液压油的粘度随压力的升高而变大
第二章 液压油液
国家开放大学《液压与气压传动》章节测试题参考答案
国家开放大学《液压与气压传动》章节测试题参考答案第1单元液压与气压传动概述一、单选题1.（）元件将油液的压力能转换为对外做功的机械能，完成对外做功。
A.执行B.动力C.控制D.辅助2.在液压传动中，工作液体不起（）的作用。
A.升温B.润滑液压元件C.传递速度D.传递动力3.（）元件向液压系统提供压力油，将电机输出的机械能转换为油液的压力能。
A.辅助B.控制C.执行D.动力二、判断题1．液压传动不易获得很大的力和转矩。
（×）2.液压传动系统中，压力的大小取决于负载的大小。
（√）第2单元液压传动流体力学基础一、单选题1.液体流动时，若液体中任一点处的（）称为恒定流动。
A.速度不随时间变化B.压力不随时间变化C.压力、速度和密度不随时间变化D.密度不随时间变化2.流量连续性方程是（）在流体力学中的表达形式。
A.能量守恒定律B.动量定理C.质量守恒定律D.万有引力定律3.伯努力方程是（）在流体力学中的表达形式。
A.能量守恒定律B.质量守恒定律C.动量定理D.万有引力定律4.油液在等径直管中流动时，油液分子之间、油液与管壁之间摩擦所引起的损失是（）。
A.流量损失B.沿程损失C.容积损失D.局部损失5.液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口时，所引起的损失是（）。
A.流量损失B.沿程损失C.容积损失D.局部损失二、判断题1.液体的体积压缩系数越大，表明该液体抗压缩的能力越强。
（√）2.动力粘度无物理意义，但却在工程计算时经常使用。
（×）3.真空度是以绝对真空为基准来测量的压力。
（×）4.液体的表压力是以大气压力为基准来测量的液体压力。
（√）5.液体真空度的数值接近于一个大气压时，液体的绝对压力接近于零。
（√）6.液压油对温度变化极为敏感，温度升高，粘度降低。
（√）7.一台工程机械，在严寒条件下工作，应当选用粘度较高的液压油。
（×）8.一般情况下，压力增大时，液压油粘度也增大。
第二章 液压油与液压流体力学基础
液体单位面积上所受的法向力，称为压力，以p表示，单位Pa、Mpa
F p lim A 0 A
静止液体的压力称为静压力。
性质： （1）液体的压力沿内法线方向作用于承压面上； （2）静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。
二、重力作用下静止液体中的压力分布 间内流过某一通流截面的液体体积称为流量。 流量以q表示，单位为m³ /s或L/min。
q = V/t = Al/t = Au
当液流通过微小的通流截面dA时，液体在该截面上各 点的速度u可以认为是相等的，所以流过该微小断面的 流量为 dq=udA 则流过整个过流断面A的流量为
m V
(kg / m 3 )
式中：V——液体的体积，单位为m3；
m——液体的质量，单位为kg。
液体的密度随压力或温度的变化而变化，但变化量很 小，工程计算中忽略不计。
（二）液体的可压缩性 液体受压力作用而使体积减小的性质称为液体的可 压缩性。通常用体积压缩率来表示：
1 V k p V0
单位：㎡/s 1㎡/s=104㎝2/s =104斯（St）=106mm2/s =106厘斯（cSt）
液压油牌号：
国际标准按运动粘度对油液的粘度等级（即牌号）进行 划分。常用它在某一温度下（40℃）的运动粘度平均值来表 示，如VG32液压油，就是指这种液压油在40℃时运动粘度 的平均值为32mm2/s（cSt）。
2、粘度 粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有三种，即动力 粘度、运动粘度和相对粘度。 ⑴动力粘度 动力粘度又称绝对粘度
du / dy
动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动 时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。 单位： N· s/㎡或Pa· s
第2章-液压流体力学基础ppt课件
.Hale Waihona Puke 四、绝对压力、相对压力和真空度
压力有两种表示方法：以绝对零压力作为基准所表示的压力， 称为绝对压力。
以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力。相对压 力也称表压力。
相对压力为负数时，工程上称为真空度。真空度的大小以此负 数的绝对值表示。
运动黏度。
单位：m2/s，（米2/秒）或 mm2/s 。1 m2/s=106 mm2/s
液体的运动黏度没有明确的物理意义，但它在工程 实际中经常用到。
我国液压油的牌号就是用它在温度为40℃时的运动 黏度平均值来表示的。例如N32号液压油，就是指这种油 在40℃时的运动黏度平均值为32 mm2/s。
h1=0.1m,h2=0.2m,汞的密度为 1.3 6130kg /m3
油液的密度为90k0g/m3。试计算A
点的绝对压力和真空度。
M
M
.
例5 如图所示，如图所示U形管测压计，已知汞的
密度是 g1.3613 0kg /，m 油3的密度
.
5. 油液的机械稳定性 指液体在长时间的高压作用（主要是挤压作用）下，
保持其原有的物理性质的能力。 液压油应具有良好的机械稳定性。
6. 油液的化学安定性 指液体抗氧化的能力。 液压油应具有良好的化学稳定性，并且不含杂质。
.
二、液压油的分类
.
.
三、液压油的选择
1、液压油的使用要求
➢ 粘温特性好 ➢ 有良好的润滑性 ➢ 成分要纯净 ➢ 对热、氧化水解都有良好的化学稳定性，使用寿命长 ➢ 比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点和燃点高，流
02液压传动第二章 液压传动的流体力学基础PPT课件
液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度 下降。在液压技术中，希望工作液体的粘度随温度变化越小 越好。 粘度随温度变化特性，可以用粘度－温度曲线表示。
（e） 压力对粘度的影响
对液压油来说，压力增大时，粘度增大，但影响很小， 通常将中低压系统中的压力变化对油液粘度的影响忽略不计。
21
2.2.4 帕斯卡原理
由静压力基本方程式 p=p0+γh 可知，液 体中任何一点的压力都包含有液面压力p0，或 者说液体表面的压力p0等值的传递到液体内所 有的地方。这称为帕斯卡原理或静压传递原理。
通常在液压系统的压力管路和压力容器中， 由外力所产生的压力p0要比液体自重所产生的 压力γh大许多倍。即对于液压传动来说，一般 不考虑液体位置高度对于压力的影响，可以认 为静止液体内各处的压力都是相等的。
P=p0+ρgh=p0+γh 其中ρ为液体的密度， γ为液体的 重度。
17
上式即为静压力基本方程式，它说明了：
（1）静止液体中任意点的静压力是液体表面上的压力和液柱重 力所产生的压力之和。当液面接触大气时，p0为大气压力pa， 故有
p=pa+γh （2）同一容器同一液体中的静压力随深度的增加线性地增加。
9
2.1.2 液压油的选用
❖ 对液压油的使用要求
（1）合适的粘度和良好的粘度－温度特性，一般液压系统 所选用的液 压油，其 运动粘度大多为（13～68 cSt）（40℃下）或2～8°E50。
（2）良好的化学稳定性。
（3）良好的润滑性能，以减小元件中相对运动表面的磨损。 （4）质地纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。 （5）对金属和密封件有良好的相容性。 （6）抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，抗锈性好。 （7）体积膨胀系数低，比热容高。 （8）流动点和凝固点低，闪点和燃点高。 （9）对人体无害、成本低。
《液压与气压传动》第二章 液压油与液压流体力学基础
液体所受的压力增大时，其分子间 的距离将减小，内摩擦力增大，粘 度亦随之增大。
4、粘度与温度的关系
油液的粘度对温度的变化极为敏感， 温度升高，油的粘度即显著降低。 油的粘度随温度变化的性质称粘温 特性。
四、其它性质
抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、 抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介 电性、相容性、纯洁性
dq=udA 则流过整个过流断面A的流量为
q
q
uuddAA
AA
A
(2 16)
q
A
4.层流、紊流、雷诺数
液流是分层的， 层与层之间互 不干扰，液体 的这种流动状 态称为层流
液流不分层， 处于紊乱状态， 称为紊流
雷诺数Re
Re d
对通流截面相同的管道来说，若液流的 雷诺数Re相同，它的流动状态就相同。
pA p0A ghA
p p0 gh
(2 14)
重力作用下的静止液体，其压力分布有 如下特征：
⑴静止液体内任一点处的压力都由两部 分组成：一部分是液面上的压力po，另 一部分是该点以上液体自重所形成的压 力，即ρg与该点离液面深度h的乘积。当 液面上只受大气压力pa作用时，则液体 内任一点处的压力为：
垂直于流束的的截面称为通流截面 （或过流断面），通流截面上各点的 运动速度均与其垂直。因此，通流截 面可能是平面，也可能是曲面。
通流面积无限小的流束称为微小流束。
3.流量和平均流速 单位时间内流过某一通流截面的液体体积称为
流量。流量以q表示，单位为m³/s或L/min。
当液流通过微小的通流截面dA时，液体 在该截面上各点的速度u可以认为是相 等的，所以流过该微小断面的流量为
⑶相对粘度 相对粘度又叫条件粘度，它是采用特
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Et
t1 t2
恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系
式为：
7.31 E
6.31 E
(2 9)
上式中ν的单位是mm2/s（cst）。
⑷调合油的粘度
调合油的粘度可用下列经验公式计算：
E aE1 bE2 c(E1 E2 )
(
100
式中 ºE1、ºE2 ——混合前两种油液
的粘度，取ºE1＞ºE2；
用合适的液压油类型 （2）确定牌号即粘度等级
考虑： a.系统的工作压力 压力高→粘度大，以减少泄漏 b.环境温度 温度高→粘度大 c.运动速度 速度高→粘度低，以减少摩擦损失
六、液压油的污染及控制
1、污染的危害 （1）堵塞 （2）加速液压元件的磨损，擦伤密封件，
造成泄漏增加 （3）水分和空气的混入会降低液压油的
p pa gh
⑵静止液体内的压力随液体深度变化呈 直线规律分布。
⑶离液面深度相同的各点组成了等压面， 此等压面为一水平面。
三、压力的表示方法和单位
根据度量基准的不同，液体压力分为绝 对压力和相对压力两种。
如果液体中某点的绝对压力小于大气压 力，这时，比大气压力小的那部分数值 叫做真空度。
du / dy
动力粘度的物理意义是：液体在单位速 度梯度下流动时，流动液层间单位面积 上的内摩擦力。单位为： N·s/㎡或Pa·s
⑵运动粘度ν 动力粘度与该液体密度的 比值叫运动粘度，用ν表示
液压油牌号，常用它在某一温度下的 运动粘度平均值来表示，如N32号液压油， 就是指这种液压油在40℃时运动粘度的平 均值为32mm2/s（cSt）。
第二章 液压油与液压流体力学基础
液压传动是以液体作为工作介质进行能 量传递的，因此，了解液体的物理性质， 掌握液体在静止和运动过程中的基本力 学规律，对于正确理解液压传动的基本 原理，合理设计和使用液压系统都是非 常必要的。
§2-1 液体的物理性质
一、液体的密度
单位体积液体的质量称为液体的密度， 通常用“ρ”表示
绝对压力=大气压力+相对压力
五、液压油的种类及选用
1、液压油的种类 石油型 乳化型 合成型
石油型
矿物油 缺点：具有可燃性
乳化型
油+乳化剂→乳化油 乳化油+水→乳化液 乳化剂：具有两个分子基团，一个具有亲
水性，一个具有亲油性
合成型
磷酸脂液 水—乙二醇液
2、液压油的选用 （1）根据液压系统的环境与工作条件选
ºE ——混合后的调合油粘度； a、b——参与调合的两种油液所占的
百分数（a+ b=100）； c——实验系数，见表2-1。
表2-1系数c的数值
a
10
20
30
40
50
60
70
80
90
b
90
80
70
60
50
40
30
20
10
c
6.7
13.1
17.9
22.1
25.5
27.9
28.2
25
17
3、粘度与压力的关系
§2-2静止液体力学
一、液体的压力
液体单位面积上所受的法向力，称为压力，以 p表示，单位Pa、Mpa
F p lim
A0 A
(2 13)
静止液体的压力称为静压力。
特点：
（1）液体的压力沿内法线方向作用于 承压面上；
（2）静止液体内任一点的压力，在各 个方向上都相等。
二、重力作用下静止 液体中的压力分布
k的倒数称为液体的体积弹性模量，以K 表示 ：
K 1 Vp k V
纯净液压油的体积弹性模量K=（1.4～ 2.0）×109Pa，
常用等效体积弹性模量K′表示，K′= （0.7～1.4）×109Pa
液压弹簧刚度
K
Vp V
VF A 2 l
Kh
F l
p l
A2 V
K
(2 4)
三、液体的粘性
pA p0A ghA
p p0 gh
(2 14)
重力作用下的静止液体，其压力分布有 如下特征：
⑴静止液体内任一点处的压力都由两部 分组成：一部分是液面上的压力po，另 一部分是该点以上液体自重所形成的压 力，即ρg与该点离液面深度h的乘积。当 液面上只受大气压力pa作用时，则液体 内任一点处的压力为：
润滑能力，并使其变质，产生气蚀，使液 压元件加速损坏，使液压系统出现振动、 噪音、爬行等现象。
2、污染的原因
（1）残留物的污染
液压元件内残留物
（2）侵入物的污染
环境侵入
（3）生成物的污染
金属微粒、密封件磨损、液压油变
质等。
3、污染的控制 （1）消除残留物的污染 （2）力求减少外来污染 （3）滤除系统产生的杂质 （4）定期检查更换液压油
1、粘性的意义
液体在外力作用下流动
时，液体分子间的内聚
力会阻碍其分子的相对
运动，即具有一定的内
摩擦力，这种性质称为
液体的粘性。
Ff
A du
dy
du
dy
上式称为牛顿液体内摩擦定律。
1、粘度
粘性的大小用粘度表示。常用的粘度有
三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘 度。
⑴动力粘度μ 动力粘度又称绝对粘度
液体所受的压力增大时，其分子间 的距离将减小，内摩擦力增大，粘 度亦随之增大。
4、粘度与温度的关系
油液的粘度对温度的变化极为敏感， 温度升高，油的粘度即显著降低。 油的粘度随温度变化的性质称粘温 特性。
四、其它性质
抗燃性、抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、 抗乳化性、防锈性、润滑性、导热性、介 电性、相容性、纯洁性
⑶相对粘度 相对粘度又叫条件粘度，它是采用特
定的粘度计在规定的条件下测量出来的的 粘度。由于测量条件不同，各国所用的相 对粘度也不同。中国、德国和俄罗斯等一 些国家采用恩氏粘度，美国用赛氏粘度， 英国用雷氏粘度。
恩氏粘度用恩氏粘度计测定，即将200 ml被测液体装入恩氏粘度计中，在某一 温度下，测出液体经容器底部直径为 φ2.8㎜小孔流尽所需的时间t1，与同体积 的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需的 时间t2（通常t2=52s）的比值，便是被测 液体在这一温度时的恩氏粘度。
m (kg/ m3)
V
式中：V——液体的体积，单位为m3；
m——液体的质量，单位为kg。
二、液体的可压缩性
液体受压力作用而使体积减小的性质
称为液体的可压缩性。通常用体积压
缩系数来表示：
k 1 V
p V
式中k——液体的体积压缩系数； V——液体的体积； ΔV——体积变化量； Δp——压力增量。