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1、液压与气压传动1-王积伟教授-东南大学School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动Part 1.1Part 1.1 工作介质工作介质工作介质工作介质 工作介质：工作介质：工作介质：工作介质：在传动及控制中起传递在传动及控制中起传递能量能量能量能量和和信号信号信号信号的作用。的作用。流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性能特点上和机流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性能特点上和机械、电气传动之间的差异主要取决于械、电气传动
2、之间的差异主要取决于载体载体载体载体的不同，前者采用工作的不同，前者采用工作介质。因此，掌握液压与气动技术之前，必须先对其工作介质有介质。因此，掌握液压与气动技术之前，必须先对其工作介质有一清晰的了解一清晰的了解。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动Part 1.1.1Part 1.1.1 液压传动介质液压传动介质液压传动介质液压传动介质1.1.1.1.基本要求基本要求基本要求基本要求与与种类种类种类种类 液压传动及控制所用的
3、工作介质为液压传动及控制所用的工作介质为液压油液液压油液液压油液液压油液或其他或其他合成液体合成液体合成液体合成液体，其，其应具备的应具备的功能功能功能功能如下如下：1 1）传动传动传动传动 把由把由液压泵液压泵液压泵液压泵所赋予的能量传递给所赋予的能量传递给执行元件执行元件执行元件执行元件；2 2）润滑润滑润滑润滑 润滑润滑液压泵液压泵液压泵液压泵、液压阀液压阀液压阀液压阀、液压执行元件液压执行元件液压执行元件液压执行元件等运动件等运动件；3 3）冷却冷却冷却冷却 吸收并带出吸收并带出液压装置液压装置液压装置液压装置所产生的热量所产生的热量；4 4）去污去污去污去污 带走工作中产生的带走工作
4、中产生的磨粒磨粒磨粒磨粒和来自外界的和来自外界的污染物污染物污染物污染物；5 5）防锈防锈防锈防锈 防止液压元件所用各种防止液压元件所用各种金属的锈蚀金属的锈蚀金属的锈蚀金属的锈蚀 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动为为使液压系统长期保持正常的工作性能使液压系统长期保持正常的工作性能使液压系统长期保持正常的工作性能使液压系统长期保持正常的工作性能，对其工作介质提出的要，对其工作介质提出的要求是：求是：1 1）可压缩性可压缩
5、性可压缩性可压缩性 可压缩性尽可能小，响应性好；可压缩性尽可能小，响应性好；2 2）粘性粘性粘性粘性 温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性好；好；3 3）润滑性润滑性润滑性润滑性 通用性对液压元件滑动部位充分润滑通用性对液压元件滑动部位充分润滑；4 4）安定性安定性安定性安定性 不因热、氧化或水解而变质，剪切稳定性好，使用寿不因热、氧化或水解而变质，剪切稳定性好，使用寿命长；命长；5 5）防锈和抗腐蚀性防锈和抗腐蚀性防锈和抗腐蚀性防锈和抗腐蚀性 对铁及非铁金属的锈蚀性小对铁及非铁金属的锈蚀性小；6 6）抗泡沫性抗泡沫性抗泡沫性抗泡沫性
6、 介质中的气泡容易逸出并消除介质中的气泡容易逸出并消除；School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动为为使液压系统长期保持正常的工作性能使液压系统长期保持正常的工作性能使液压系统长期保持正常的工作性能使液压系统长期保持正常的工作性能，对其工作介质提出的要，对其工作介质提出的要求还有：求还有：7 7）抗乳化性抗乳化性抗乳化性抗乳化性 除含水液压液外的油液，油水分离要容易除含水液压液外的油液，油水分离要容易；8 8）洁净性洁净性洁净性洁净
7、性 质地要纯净，尽可能不含污染物，当污染物从外部侵质地要纯净，尽可能不含污染物，当污染物从外部侵入时能迅速分离；入时能迅速分离；9 9）相容性相容性相容性相容性 对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性；1010）阻燃性阻燃性阻燃性阻燃性 燃点高，挥发性小，最好具有阻燃性；燃点高，挥发性小，最好具有阻燃性；1111）其他其他其他其他 对工作介质的其他要求还有；对工作介质的其他要求还有；无毒性无毒性无毒性无毒性和和臭味臭味臭味臭味；比热容比热容比热容比热容和和热导率要大热导率要大热导率要大热导率要大；体胀系数要小体胀系数要小体胀系数要小体胀系数
8、要小等等。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动能够同时满足上述各项要求的理想的工作介质是不存在的。液压能够同时满足上述各项要求的理想的工作介质是不存在的。液压系统中使用的工作介质按系统中使用的工作介质按国际标准组织国际标准组织国际标准组织国际标准组织（ISOISO）的分类（我国国家）的分类（我国国家标准标准GB/T7631.21987GB/T7631.21987与此等效）如与此等效）如表表表表1-11-1所示所示。工工作作介介
9、质质类类 别别组成与特性组成与特性代代 号号石油基液压液石油基液压液无添加剂的石油基液压液无添加剂的石油基液压液HH+抗氧化剂、防锈剂抗氧化剂、防锈剂HL+抗磨剂抗磨剂HL+增粘剂增粘剂HM+增粘剂增粘剂HM+防爬剂防爬剂无特定难燃性的合成液（特殊性能）无特定难燃性的合成液（特殊性能）LHHLHLLHMLHRLHVLHGLHS难燃液压液难燃液压液含水液压液含水液压液高含水液压液高含水液压液水包油乳化液水包油乳化液水的化学溶液水的化学溶液 含水大于含水大于80%（休积分数）（休积分数）LHFALHFAELHFAS油包水乳化液油包水乳化液 含水小于含水小于80%80%（体积分数）（体积分数）LHF
10、B含聚合物水溶液含聚合物水溶液/水乙二醇液水乙二醇液LHFC合成液压液合成液压液磷酸酯无水合成液磷酸酯无水合成液LHFDLHFDR氯化烃无水合成液氯化烃无水合成液LHFDSHFDR和和HFDS液混合的无水合成液液混合的无水合成液LHFDT其他成分的无水合成液其他成分的无水合成液LHFDU表表表表1-11-1 液压传动工作介质的种类液压传动工作介质的种类 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动目前目前90%以上的液压设备采用以上的
11、液压设备采用石油基液压油液石油基液压油液石油基液压油液石油基液压油液。基油为精制的石。基油为精制的石油润滑油馏分。为了改善液压油液的性能，以满足液压设备的不油润滑油馏分。为了改善液压油液的性能，以满足液压设备的不同要求，往往在基油中加入各种添加剂。同要求，往往在基油中加入各种添加剂。添加剂添加剂添加剂添加剂有两类：一类是有两类：一类是改善油液化学性能改善油液化学性能改善油液化学性能改善油液化学性能的，如的，如抗氧化剂抗氧化剂抗氧化剂抗氧化剂、防腐剂防腐剂防腐剂防腐剂、防锈剂防锈剂防锈剂防锈剂等；另一类等；另一类是是改善油液物理性能改善油液物理性能改善油液物理性能改善油液物理性能的，如的，如增粘
12、剂增粘剂增粘剂增粘剂、抗磨剂抗磨剂抗磨剂抗磨剂、防爬剂防爬剂防爬剂防爬剂等等。为了为了军事目的军事目的军事目的军事目的，近年来在某些舰船液压系统中，也有以，近年来在某些舰船液压系统中，也有以海水海水海水海水或或淡淡淡淡水水水水为工作介质的。而且正在逐渐向为工作介质的。而且正在逐渐向水下作业水下作业水下作业水下作业、河道工程河道工程河道工程河道工程、海洋开海洋开海洋开海洋开发发发发等领域延伸。等领域延伸。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液
13、压与气压传动另外，另外，电流变流体电流变流体电流变流体电流变流体（简称（简称ERFERF）在英国、美国、日本、中国等国）在英国、美国、日本、中国等国家都在进行研究。家都在进行研究。ERF是在是在绝缘的连续相液体介质绝缘的连续相液体介质绝缘的连续相液体介质绝缘的连续相液体介质中加入中加入精细的精细的精细的精细的固体颗泣固体颗泣固体颗泣固体颗泣而形成的悬浊液。液体介质是而形成的悬浊液。液体介质是不导电的油不导电的油不导电的油不导电的油，如，如矿物油矿物油矿物油矿物油、硅硅硅硅（氧氧氧氧）油油油油或或石蜡油石蜡油石蜡油石蜡油等。而悬浮在油中的颗粒为尺寸在等。而悬浮在油中的颗粒为尺寸在1100m110
14、0m的不导电的元件和有机材料。的不导电的元件和有机材料。粒子粒子粒子粒子占流体总体积的占流体总体积的10%40%10%40%。ERF在外加静电场作用下其性质会发生迅速变化。在外加静电场作用下其性质会发生迅速变化。当当施加一电压时施加一电压时施加一电压时施加一电压时，液体便固化液体便固化液体便固化液体便固化；当；当电压取消后电压取消后电压取消后电压取消后，又立即，又立即恢复其液恢复其液恢复其液恢复其液体状态体状态体状态体状态。使用。使用ERF的的优点优点优点优点是：整个系统只需很少或根本没有运动是：整个系统只需很少或根本没有运动部件，因此可部件，因此可降低零部件制造精度降低零部件制造精度降低零部
15、件制造精度降低零部件制造精度，延长使用寿命延长使用寿命延长使用寿命延长使用寿命，实现寂静系实现寂静系实现寂静系实现寂静系统统统统；并且能；并且能具有与电系统相匹配的响应速度具有与电系统相匹配的响应速度具有与电系统相匹配的响应速度具有与电系统相匹配的响应速度，在被动系统中引入，在被动系统中引入主动性能以及实现电控下的主动性能以及实现电控下的无级调速无级调速无级调速无级调速。因此，。因此，ERF的应用前景十的应用前景十分看好分看好。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流
16、体力学基础液压与气压传动液压与气压传动2.2.2.2.物理性质物理性质物理性质物理性质 密度密度密度密度 单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度。即：。即：（1-11-1）式中式中 液体的密度；液体的密度；V V 液体的体积；液体的体积；m m 液体的质量液体的质量。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动常用液压传动工作介质的密度值见常用液压传动工作介质的密度值见表表表表1-21-2 工
17、作介质工作介质密度密度/（kgm3）工作介质工作介质密度密度/（kgm3）抗磨液压液抗磨液压液LHM32抗磨液压液抗磨液压液LHM46油包水乳化液油包水乳化液LHFB水包油乳化液水包油乳化液LHFAE0.81030.88751030.9321030.9977103水乙二醇液压液水乙二醇液压液LHFC通用磷酸脂液压液通用磷酸脂液压液LHFDR飞机用磷酸酯液压液飞机用磷酸酯液压液LHFDR10号航空液压油号航空液压油1.061031.151031.051030.85103表表1-2 常用液压传动工作介质的密度（常用液压传动工作介质的密度（2020）液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化
18、量一般液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，在工程计算中可以很小，在工程计算中可以忽略不计忽略不计忽略不计忽略不计。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动可压缩性可压缩性可压缩性可压缩性 液体因所受液体因所受压力增高压力增高压力增高压力增高而发生而发生体积缩小体积缩小体积缩小体积缩小的性质称为的性质称为可压缩性可压缩性可压缩性可压缩性。若。若压压压压力为力为力为力为p p0 0时液体的时液体的体积为体积为
19、体积为体积为V V0 0，当压力增加，当压力增加 p p，液体的体积减小，液体的体积减小 V V，则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为：则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为：（1-21-2）式中，式中，k k 称为液体的称为液体的压缩率压缩率压缩率压缩率。由于压力增加时液体的体积减小，两。由于压力增加时液体的体积减小，两者变化方向相反，为使者变化方向相反，为使k k 成为正值，在上式右边须加一负号成为正值，在上式右边须加一负号。液体压缩率液体压缩率k k的倒数的倒数的倒数的倒数，称为液体，称为液体体积模量体积模量体积模量体积模量，即，即（1-31-3）School of Mechani
20、cal Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动表表表表1-31-3所示为各种工作介质的所示为各种工作介质的体积模量体积模量体积模量体积模量。由表中。由表中石油基液压油体积石油基液压油体积石油基液压油体积石油基液压油体积模量模量模量模量的数量可知，它的可压缩性是钢的的数量可知，它的可压缩性是钢的100170100170倍倍倍倍（钢的弹性模（钢的弹性模量为量为2.1105MPa）。工作介质工作介质体积模量体积模量K/MPa工作介质工作介质体积模量体积模量K/MPa石油基液压
21、油石油基液压油水包油乳化液水包油乳化液油包水乳化液油包水乳化液（1.42）1031.951032.3103水乙二醇液压液水乙二醇液压液磷酸酯液压液磷酸酯液压液3.451032.65103表表1-3 各种工作介质的体积模量（各种工作介质的体积模量（2020，大气压），大气压）一般情况下一般情况下一般情况下一般情况下，工作介质的，工作介质的可压缩性对液压系统性能影响不大可压缩性对液压系统性能影响不大可压缩性对液压系统性能影响不大可压缩性对液压系统性能影响不大，但，但在高压下在高压下在高压下在高压下或或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时研究系统动
22、态性能及计算远距离操纵的液压机构时研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时，则则必须予以考虑必须予以考虑必须予以考虑必须予以考虑。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动石油基液压油的石油基液压油的体积模量体积模量体积模量体积模量与与温度温度温度温度、压力压力压力压力有关：有关：温度升高时温度升高时温度升高时温度升高时，K值减值减小，在液压油正常工作温度范围内，小，在液压油正常工作温度范围内，K值会有值会有5%25%的变化；的
23、变化；压压压压力增加时力增加时力增加时力增加时，K值增大，但这种变化不呈线性关系，当值增大，但这种变化不呈线性关系，当p3MPa时，时，K值基本上不再值基本上不再增加增加。由于空气的可压缩性很大由于空气的可压缩性很大由于空气的可压缩性很大由于空气的可压缩性很大，因此当工作介质中有游离气泡时，因此当工作介质中有游离气泡时，K值值将大大减小，且起始压力的影响明显增大。但是在液体内游离气将大大减小，且起始压力的影响明显增大。但是在液体内游离气泡不可能完全避免，因此，一般建议泡不可能完全避免，因此，一般建议石油基液压油石油基液压油石油基液压油石油基液压油K K的取值为的取值为（0.71.40.71.4
24、）10103 3MPaMPa，且应采取措施尽量减少液压系统工作介质，且应采取措施尽量减少液压系统工作介质中的游离空气的含量中的游离空气的含量。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动粘性粘性粘性粘性 1 1）粘性的表现）粘性的表现）粘性的表现）粘性的表现 液体在外力作用下流动时液体在外力作用下流动时液体在外力作用下流动时液体在外力作用下流动时，分子间，分子间内聚力内聚力内聚力内聚力的存在的存在使其流动受到牵制从而沿其界面产生使其流
25、动受到牵制从而沿其界面产生内摩擦力内摩擦力内摩擦力内摩擦力，这一特性称为液，这一特性称为液体的体的粘性粘性粘性粘性。图图1-1 液体粘性示意图液体粘性示意图 现以现以图图图图1-11-1为例说明液体的粘性。为例说明液体的粘性。若若距离为距离为距离为距离为h h的两平行平板间充满液的两平行平板间充满液体，下平板固定，而体，下平板固定，而上平板以速度上平板以速度上平板以速度上平板以速度u u0 0向右平动由于液体和固体壁面间向右平动由于液体和固体壁面间的附着力及液体的粘性，会使流动的附着力及液体的粘性，会使流动液体内部各液层的速度大小不等：液体内部各液层的速度大小不等：紧靠着下平板的液层速度为零紧
26、靠着下平板的液层速度为零紧靠着下平板的液层速度为零紧靠着下平板的液层速度为零，紧紧紧紧靠着上平板的液层速度为靠着上平板的液层速度为靠着上平板的液层速度为靠着上平板的液层速度为u u0 0 ，而中间各层液体的速度当层间距离而中间各层液体的速度当层间距离h h较小较小较小较小时，从上到下近似呈时，从上到下近似呈线性递线性递线性递线性递减减减减规律分布。其中速度快的液层带规律分布。其中速度快的液层带动速度慢的；而速度慢的液层对速动速度慢的；而速度慢的液层对速度快的起阻滞作用度快的起阻滞作用。hydyu0yxOSchool of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学
27、机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动实验测定表明，流动液体相邻液层间的实验测定表明，流动液体相邻液层间的内摩擦力内摩擦力内摩擦力内摩擦力F Ff f与液层与液层接触面接触面接触面接触面积积积积A A、液层间的、液层间的速度梯度速度梯度速度梯度速度梯度d du u/d/dy y成正比，成正比，即：即：（1-41-4）式中，式中，比例系数比例系数比例系数比例系数 称为称为粘性系数粘性系数粘性系数粘性系数或或动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度。若以若以 表示表示液层间的切应力液层间的切应力液层间的切应力液层间的切应力，即，即
28、单位面上的内摩擦力单位面上的内摩擦力单位面上的内摩擦力单位面上的内摩擦力，则上式可表，则上式可表示为：示为：（1-51-5）这就是这就是牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律牛顿液体内摩擦定律。由此可知，在静止液体中，由此可知，在静止液体中，由此可知，在静止液体中，由此可知，在静止液体中，速度梯度速度梯度速度梯度速度梯度d du u/d/dy y=0=0，故其内摩擦力，故其内摩擦力，故其内摩擦力，故其内摩擦力为零，因此静止液体不呈现粘性，为零，因此静止液体不呈现粘性，为零，因此静止液体不呈现粘性，为零，因此静止液体不呈现粘性，液体只在流动时才显示其粘性。液体只在流动时才显示其粘
29、性。液体只在流动时才显示其粘性。液体只在流动时才显示其粘性。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动2 2）粘性的度量）粘性的度量）粘性的度量）粘性的度量 度量粘性大小的物理量称为度量粘性大小的物理量称为粘度粘度粘度粘度。常用的粘度。常用的粘度 有三种，即有三种，即动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度、运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度、相对粘度相对粘度相对粘度相对粘度 。动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度 由由式（式（式（式（1-51-
30、5）可知，动力粘度可知，动力粘度是表征流动液体是表征流动液体 内摩擦力内摩擦力内摩擦力内摩擦力大小的粘性系数。其大小的粘性系数。其量值量值量值量值等于等于液体在以单位速度梯液体在以单位速度梯液体在以单位速度梯液体在以单位速度梯度流度流度流度流 动时动时动时动时，单位面积上的内摩擦力单位面积上的内摩擦力单位面积上的内摩擦力单位面积上的内摩擦力，（1-61-6）在我国在我国法定计量单位制法定计量单位制法定计量单位制法定计量单位制及及SISI制制制制中，中，动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度 的单位是的单位是PasPas（帕帕帕帕 秒秒秒秒）或用）或用Ns/mNs/m2 2（牛牛牛牛 秒秒秒秒/米米米
31、米2 2）表）表示示。如果如果动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度只与只与液体种类液体种类液体种类液体种类有关有关有关有关而与而与速度梯度速度梯度速度梯度速度梯度无关无关无关无关，这种液体称为，这种液体称为牛顿液体牛顿液体牛顿液体牛顿液体，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度v v 液体液体动力粘度动力粘度
32、动力粘度动力粘度与与其密度其密度其密度其密度之比之比之比之比称为该液体的称为该液体的运动粘运动粘运动粘运动粘度度度度v v，即即（1-71-7）在我国在我国法定计量单位制法定计量单位制法定计量单位制法定计量单位制及及SISI制制制制中，运动粘度中，运动粘度v的单位是的单位是mm2 2/s/s（米（米2/秒）秒）。因其中只有长度和时间的量纲，故得名为运动粘度。因其中只有长度和时间的量纲，故得名为运动粘度。国际标准国际标准国际标准国际标准ISOISO按按运动粘度值运动粘度值运动粘度值运动粘度值对对油液的粘度等级油液的粘度等级油液的粘度等级油液的粘度等级（VGVG）进行划分，见）进行划分，见表表表表
33、1-41-4。粘度等级粘度等级40时粘度时粘度平均值平均值40时粘度时粘度范围范围粘度等级粘度等级40时粘度时粘度平均值平均值40时粘度时粘度范围范围VG10VG15VG22VG32101522329.0011.013.516.519.824.228.835.2VG46VG68VG100466810041.450.661.274.890.0110表表表表1-41-4 常用液压油运动粘度等级常用液压油运动粘度等级 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与
34、气压传动液压与气压传动相对粘度相对粘度相对粘度相对粘度 相对粘度是根据相对粘度是根据特定测量条件特定测量条件特定测量条件特定测量条件制定的，故又称制定的，故又称条件条件条件条件粘度粘度粘度粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如恩氏粘恩氏粘恩氏粘恩氏粘度度度度EE（欧洲一些国家）、通用（欧洲一些国家）、通用塞氏秒塞氏秒塞氏秒塞氏秒SUSSUS（美国、英国）、商用（美国、英国）、商用雷雷雷雷氏秒氏秒氏秒氏秒R R1 1S S（英、美等国）和（英、美等国）和巴氏度巴氏度巴氏度巴氏度BB（法国）等（法国）等。国际标准化组织国际标准化组织国际标准化组
35、织国际标准化组织ISOISO已规定统一采用已规定统一采用运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度来表示油的粘度。来表示油的粘度。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动3 3）温度对粘度的影响温度对粘度的影响温度对粘度的影响温度对粘度的影响 温度变化使液体内聚力发生变化，因此液温度变化使液体内聚力发生变化，因此液体的体的粘度粘度粘度粘度对对温度温度温度温度的变化的变化十分敏感十分敏感十分敏感十分敏感：温度升高温度升高温度升高温度升高，粘度
36、下降粘度下降粘度下降粘度下降（见（见图图图图1-1-2 2（见教材（见教材（见教材（见教材P12P12）。这一特性称为液体的）。这一特性称为液体的粘温特性粘温特性粘温特性粘温特性。粘温特。粘温特性常用性常用粘度指数粘度指数粘度指数粘度指数VIVI来度量。来度量。VI表示该液体的表示该液体的粘度随温度变化的程粘度随温度变化的程粘度随温度变化的程粘度随温度变化的程度度度度与与标准液的粘度变化程度之比标准液的粘度变化程度之比标准液的粘度变化程度之比标准液的粘度变化程度之比。通常在各种工作介质的质量指。通常在各种工作介质的质量指标中都给出粘度指数。标中都给出粘度指数。粘度指数高粘度指数高粘度指数高粘度
37、指数高，说明，说明粘度随温度变化小粘度随温度变化小粘度随温度变化小粘度随温度变化小，其，其粘温特性好粘温特性好粘温特性好粘温特性好。一般要求工作介质的粘度指数应在一般要求工作介质的粘度指数应在90以上，优异在以上，优异在100以上。以上。当当当当液压系统的工作温度范围较大时液压系统的工作温度范围较大时液压系统的工作温度范围较大时液压系统的工作温度范围较大时，应选用，应选用粘度指数高的介质粘度指数高的介质粘度指数高的介质粘度指数高的介质。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力
38、学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动几种典型工作介质的粘度指数列于几种典型工作介质的粘度指数列于表表表表1-51-5。介质种类介质种类粘度指数粘度指数VI介质种类介质种类粘度指数粘度指数VI石油基液压油石油基液压油LHM石油基液压油石油基液压油LHR石油琪液压油石油琪液压油LHG9516090油包水乳化液油包水乳化液LHFB水乙二醇液水乙二醇液LHFC磷酸酯液磷酸酯液LHFDR13017014017031170表表表表1-51-5 典型工作介质的粘度指数典型工作介质的粘度指数VIVISchool of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学
39、院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动4 4）压力对粘度的影响）压力对粘度的影响）压力对粘度的影响）压力对粘度的影响 压力增大时压力增大时压力增大时压力增大时，液体分子间距离缩小液体分子间距离缩小液体分子间距离缩小液体分子间距离缩小，内聚内聚内聚内聚力增加力增加力增加力增加，粘度也会有所变大粘度也会有所变大粘度也会有所变大粘度也会有所变大。但是这种影响在低压时并不明显，。但是这种影响在低压时并不明显，可以忽略不计；可以忽略不计；当压力大于当压力大于当压力大于当压力大于50MPa50MPa时时时时，其，其影响才趋于显著影响才趋于显
40、著影响才趋于显著影响才趋于显著。压力。压力对粘度的影响可用下式计算对粘度的影响可用下式计算：vp=vaecpva(1+cp)（1-81-8）式中式中 p p液体的压力，单位为液体的压力，单位为MPaMPa；v vp p压力为压力为p时液体的运动粘度，单位为时液体的运动粘度，单位为mm2 2/s/s；v va a大气压力下液体的运动粘度，单位为大气压力下液体的运动粘度，单位为mm2 2/s/s；e e 自然对数的底；自然对数的底；c c 系数，对于石油基液压油，系数，对于石油基液压油，c c=0.0150.035MPa=0.0150.035MPa-1-1 School of Mechanical
41、 Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动5 5）气泡对粘度的影响）气泡对粘度的影响）气泡对粘度的影响）气泡对粘度的影响 液体中混入直径为液体中混入直径为液体中混入直径为液体中混入直径为0.250.5mm0.250.5mm悬浮状态悬浮状态悬浮状态悬浮状态气泡时气泡时气泡时气泡时，对液体的粘度有一定影响，其值可按下式计算：，对液体的粘度有一定影响，其值可按下式计算：vb=v0(1+0.015b)（1-91-9）式中式中 b b混入空气的体积分数；混入空气的体积分数；v vb
42、 b混入混入b空气时液体的运动粘度，单位为空气时液体的运动粘度，单位为m2/s；v v0 0 不含空气时液体的运动粘度，单位为不含空气时液体的运动粘度，单位为m2/s。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动Part 1.1.3Part 1.1.3 选用选用选用选用和和和和维护维护维护维护正确而合理地正确而合理地选用选用选用选用和和维护维护维护维护工作介质对于液压系统达到工作介质对于液压系统达到设计要求设计要求设计要求设计要求、保
43、障工作能力保障工作能力保障工作能力保障工作能力、满足环境条件满足环境条件满足环境条件满足环境条件、延长使用寿命延长使用寿命延长使用寿命延长使用寿命、提高运行可靠性提高运行可靠性提高运行可靠性提高运行可靠性、防止事故发生防止事故发生防止事故发生防止事故发生等方面都有重要影响等方面都有重要影响。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动1.1.1.1.工作介质的选择工作介质的选择工作介质的选择工作介质的选择 工作介质的选择包含两个方面：
44、工作介质的选择包含两个方面：品种品种品种品种和和粘度粘度粘度粘度。选择工作介质时要考。选择工作介质时要考虑的因素如虑的因素如表表表表1-61-6所示所示。考虑方面考虑方面内内 容容系统工作环境系统工作环境是否阻燃（闪点、燃点）是否阻燃（闪点、燃点）抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性）抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性）废液再生处理及环保要求废液再生处理及环保要求系统工作条件系统工作条件压力范围（润滑性、承载能力）压力范围（润滑性、承载能力）温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性）温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性）转速（气蚀、对支承面浸润
45、能力）转速（气蚀、对支承面浸润能力）工作介质的品质工作介质的品质物理化学指标物理化学指标 对金属和密封件等的相容性对金属和密封件等的相容性 过滤性能、吸气情况、去垢能力过滤性能、吸气情况、去垢能力锈蚀性锈蚀性 抗氧化稳定性抗氧化稳定性 剪切稳定性剪切稳定性经济性经济性价格及使用寿命价格及使用寿命 货源情况货源情况 维护、更换的难易程度维护、更换的难易程度表表表表1-61-6 选择工作介质时考虑的因素选择工作介质时考虑的因素 School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力
46、学基础液压与气压传动液压与气压传动工作介质的选择通常要经历下述工作介质的选择通常要经历下述四个基本步骤四个基本步骤四个基本步骤四个基本步骤：1）列出液压系统对工作介质以下性能变化范围的要求：）列出液压系统对工作介质以下性能变化范围的要求：粘度粘度粘度粘度、密密密密度度度度、体积模量体积模量体积模量体积模量、饱和蒸气压饱和蒸气压饱和蒸气压饱和蒸气压、空气溶解度空气溶解度空气溶解度空气溶解度、温度界限温度界限温度界限温度界限、压力界限压力界限压力界限压力界限、阻燃性阻燃性阻燃性阻燃性、润滑性润滑性润滑性润滑性、相容性相容性相容性相容性、污染性污染性污染性污染性等；等；2）查阅产品说明书查阅产品说明
47、书查阅产品说明书查阅产品说明书，选出符合或基本符合上述各项要求的工作介，选出符合或基本符合上述各项要求的工作介质品种质品种 ；3）进行综合权衡进行综合权衡进行综合权衡进行综合权衡，调整各方面的要求和参数；，调整各方面的要求和参数；4）与供货厂商联系与供货厂商联系与供货厂商联系与供货厂商联系，最终决定所采用的合适工作介质。，最终决定所采用的合适工作介质。表表表表1-71-7（见教材见教材见教材见教材P14P14）示出各种工作介质的性能比较和应用范围，）示出各种工作介质的性能比较和应用范围，可供选择工作介质的品种时参考可供选择工作介质的品种时参考。School of Mechanical Engi
48、neering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础液压与气压传动液压与气压传动在液压系统所有元件中，在液压系统所有元件中，液压泵液压泵液压泵液压泵的工作条件最为严峻，不但的工作条件最为严峻，不但压力压力压力压力高高高高、转速高转速高转速高转速高和和温度高温度高温度高温度高，而且，而且工作介质在被液压泵吸入和由液压泵工作介质在被液压泵吸入和由液压泵工作介质在被液压泵吸入和由液压泵工作介质在被液压泵吸入和由液压泵压出时压出时压出时压出时要要受到剪切作用受到剪切作用受到剪切作用受到剪切作用，所以一般根据，所以一般根据液压泵
49、的要求液压泵的要求液压泵的要求液压泵的要求来确定介质来确定介质的粘度。的粘度。表表表表1-81-8（见教材见教材见教材见教材P15P15）给出了各种液压泵用油的粘度范围）给出了各种液压泵用油的粘度范围及推荐牌号及推荐牌号。此外，选择工作介质的粘度时，还应考虑此外，选择工作介质的粘度时，还应考虑环境温度环境温度环境温度环境温度、系统工作压系统工作压系统工作压系统工作压力力力力、执行元件运动类型执行元件运动类型执行元件运动类型执行元件运动类型和和速度速度速度速度以及以及泄漏泄漏泄漏泄漏等因素：当等因素：当环境温度高环境温度高环境温度高环境温度高、压力高压力高压力高压力高，往复运动速度低往复运动速度
50、低往复运动速度低往复运动速度低或或旋转运动时旋转运动时旋转运动时旋转运动时，或，或泄漏量大泄漏量大泄漏量大泄漏量大，而，而运动速运动速运动速运动速度不高度不高度不高度不高时宜有用时宜有用粘度较高的工作介质粘度较高的工作介质粘度较高的工作介质粘度较高的工作介质，以减少系统泄漏；当，以减少系统泄漏；当环境环境环境环境温度低温度低温度低温度低、压力低压力低压力低压力低，往复运动往复运动往复运动往复运动或或旋转运动速度高旋转运动速度高旋转运动速度高旋转运动速度高时，宜采用时，宜采用粘度低粘度低粘度低粘度低的工作介质的工作介质的工作介质的工作介质，以减少液流功率损失，以减少液流功率损失。School o