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第二章 液压传动基础知识
§2-1 液压传动工作介质 §2-2 液体静力学 §2-3 液体动力学
§2-1 液压传动工作介质
统计表明,液压系统发生的故障有90\\%是 统计表明,液压系统发生的故障有90\\%是 由于使用管理不善所致。液压油过滤与处理是液 压系统使用管理中的重点项目之一,不仅是减少 系统故障的重要途径,也是提高使用管理水平的 一个标志。 在液压系统中,液压油液是传递动力和信 号的工作介质。同时,它还起着润滑、冷却和防 锈的作用。液压系统能否可靠、有效地工作,在 很大程度上取决于系统中所用的液压油液(如油 液污染,堵塞阀口)。
一、液压传动工作介质的性质
  1、液体的密度
密度? 密度?单位体积液体的质量 ρ=m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化而 变化,但变化不大,通常忽略。 变化,但变化不大,通常忽略。

  2、液体的粘性
液体在外力作用下流动时, 液体在外力作用下流动时,由于液体分 子间的内聚力和液体分子与壁面间的附着 力,导致液体分子间相对运动而产生的内摩 擦力,这种特性称为粘性. 擦力,这种特性称为粘性.
内摩擦力表达式 F = A du/dy 液体静止时,du/dy ∵ 液体静止时,du/dy = 0 ∴ 静止液体不呈现粘性 动画演示
粘度
衡量粘性大小的物理量
动力粘度 动力粘度 运动粘度 运动粘度ν
0E 相对粘度
动力粘度 动力粘度
公式: ∵τ=F/A=du/dy( 公式: ∵τ=F/A=du/dy(N/m
  2) ∴ μ=τdy/du (Ns/m
  2)
国际单位(SI制 国际单位(SI制)中: PaS)或牛顿 帕秒(PaS)或牛顿秒/米
  2(NS/m
  2); 以前沿用单位(CGS制 以前沿用单位(CGS制)中: 或厘泊(CP) 泊(P)或厘泊(CP) 换算关系: 10P 换算关系: 1PaS = 10P =103 CP
运动粘度ν 运动粘度ν
比值
运动粘度ν 运动粘度ν:动力粘度与液体密度之 ν = μ /ρ (m2/S) /S)
单位: 单位: SI制 SI制 m2/S CGS制 St( CGS制 St(斯)、 CSt(厘斯) CSt(厘斯) /S) /S) (Cm2/S) (mm2/S) 换算关系: 换算关系:1m2/S = 104St =106 CSt
运动粘度单位说明:
∵单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。 单位中只有长度和时间量纲类似运动学量。 称运动粘度, ∴称运动粘度,常用于液压油牌号标注
液压油牌号标注:
老 牌 号 ??20 号 液 压 油 , 指 这 种 油 在 ??20
  50°C 时的平均运动粘度为20 cst。
  50° 时的平均运动粘度为20 cst。 新牌号??L HL32号液压油 新牌号??L?HL32号液压油,指这种油 号液压油,
  40° 时的平均运动粘度为32cst。 在
  40°C时的平均运动粘度为32cst。
0E 相对粘度
∵ μ、ν不易直接测量,只用于理论计算 不易直接测量, ∴ 常用相对粘度 相对粘度又称条件粘度, 相对粘度又称条件粘度,是在某一条件下测 得的。这些相对粘度测试方法很简单、方便, 得的。这些相对粘度测试方法很简单、方便,但 精度不太高。 精度不太高。 关系式 工程上“相对粘度” 工程上“相对粘度” 换算
或v
恩氏度0E ?? 中国、德国、前苏联等用 中国、德国、 赛氏秒SSU 赛氏秒SSU ?? 美国用 雷氏秒R 雷氏秒R ?? 英国用 口决:美塞英雷中德恩 换算关系: 换算关系:

  3、其它性质

  1)粘度和压力的关系 ∵ P↑,F↑,μ↑ 压力较小时忽略, ∴ 随 p↑ 而 ↑ , 压力较小时忽略 , 32Mpa以上才考虑 32Mpa以上才考虑

  2)粘度和温度的关系
∵ 温度↑,内聚力↓,μ↓ 温度↑ 内聚力↓ ∴粘度随温度变化的关系叫粘温特性, 粘度随温度变化的关系叫粘温特性, 粘度随温度的变化 较小,即粘温特性较好。 较小,即粘温特性较好。
二、对液压油的要求

  1、液压油的任务
工作介质? 工作介质?传递运动和动力 润滑剂 ?润滑运动部件

  2、对液压油的要求

  1)具有适当的粘度与良好的粘温特性; 具有适当的粘度与良好的粘温特性; 粘度是液压油的重要性能指标, 粘度是液压油的重要性能指标,直接影响系统运动部件的润 油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。 滑、油泵的吸入特性、缝隙漏泄、压力损失以及系统发热等。在 使用范围内,油液粘度随温度的变化愈小愈好。 使用范围内,油液粘度随温度的变化愈小愈好。粘度指数一般不 要低于
  90。 要低于
  90。
  2)除具有良好的润滑性外,还要有足够的油膜强度,运动副在高 除具有良好的润滑性外,还要有足够的油膜强度, 速高压下,避免产生干摩擦。 速高压下,避免产生干摩擦。
  3)对人体无害,对环境污染小,成本低,价格便宜。 对人体无害,对环境污染小,成本低,价格便宜。
三、液压油的选择和使用
目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。要根据系统中采用 目前最广泛使用的传递介质是石油型液压油。 的元件结构形式(主要是液压泵)运动速度、使用温度和压力等因素 的元件结构形式(主要是液压泵)运动速度、 来选用油液的品种和品牌。 来选用油液的品种和品牌。
  1、正确选择工作液体类型
  2、正确选择工作液体粘度
  3、使用注意事项
  1) 油箱中的油面应保持一定高度,正常工作时油箱的温 油箱中的油面应保持一定高度, 升不应超过液压油所允许的范围,一般不得超过
  65℃。 升不应超过液压油所允许的范围,一般不得超过
  65℃
  2)为防止系统中进入空气,要做到:所有回油管都在油箱液面以 为防止系统中进入空气,要做到: 下,管口切成斜断面;油泵吸油管应严格密封;油泵吸油高度应尽可 管口切成斜断面;油泵吸油管应严格密封; 能小些,以减少油泵吸油阻力;可能情况下,应在系统最高点设置放 能小些,以减少油泵吸油阻力;可能情况下, 气阀;定期检查油液质量和油面高度,以便及时更换和添加。 气阀;定期检查油液质量和油面高度,以便及时更换和添加。
液压油种类:
普通润滑油: 普通润滑油:代用润滑油,没有或很少加入专门添加剂,粘温特性和化学稳定性差, 要求不高的系统。机械油、汽轮机油、变压器油及柴油机油。 专用液压油: 专用液压油:加入改善性能的添加剂。精密机床液压油、液压导轨油、低凝液压油、 航空液压油。 抗燃液压油:乳化液压油(水包油型YRA)。 抗燃液压油:乳化液压油(水包油型YRA)。 合成液压液(水乙二醇[乙二醇50\\%,工作温度<
  60℃ 合成液压液(水乙二醇[乙二醇50\\%,工作温度<
  60℃,适用于要求防火的液压系统, 但对普通油漆有软化和剥落作用。)。 精密机床液压油:加有抗氧、抗磨损、抗泡沫、防锈及提高粘度指数高。专用于精 精密机床液压油: 密机床,还有其他场合。 抗磨YB: 抗磨YB:适应液压向高压、高速而研制,除加有抗氧化剂、防锈和抗泡沫剂以外, 还添加了抗磨剂,可减少液压件相对接触面的磨损,延长使用寿命。如煤矿行业。 适用于-
  15℃ 适用于-
  15℃以下的高压和高速液压系统。环境温度变化较大的室外作业液压系统 (如建筑机械、起重运输机械和工程机械等)也可采用。(最低达-
  35℃)
  32、
  46、 (如建筑机械、起重运输机械和工程机械等)也可采用。(最低达-
  35℃
  32、
  46、 46D、 46D、68 10号航空:经过特殊加工的石油基液压油。加有提高粘度指数和加强润滑的添加剂, 10号航空 号航空: 粘温特性和润滑性好,凝点低,无腐蚀,适用要求高和温度低的液压系统。
四、污染及其控制

  1、污染物的种类和特性
物质类型:固体、气体、液体、化学制品、微生物 能量形式:辐射、静电、腐蚀、磁性、热能

  2、危害
系统工作性能下降,动作失调 严重经济损失

  3、污染原因

  4、污染的控制

  1)对元件和系统进行清洗;
  2)防止污染物从外界侵入;
  3)采用合适的过滤器;
  4)控制液压油液的温度;
  5)定期检查和更换液压油液。

  5、空气的危害

  1)产生噪声、振动及爬行;噪声和振动影响系统的性 能和寿命,造成环境污染,构成危害。爬行则严重影 响液压系统的运行平稳性。低速液压马达发生爬行就 无法工作;爬行使液压阀失灵,也使液压缸受到冲击。
  2)产生气蚀,引起液压元件磨损,寿命降低;
  3)液压油与空气中的氧发生氧化作用。
练习题

  1、我国生产的机械油和液压油采用
  40℃时的( )做为 、我国生产的机械油和液压油采用
  40℃ 其标号。 A、动力粘度 Pa*s B、恩氏粘度 B、恩氏粘度 °E C、运动粘度mm2/s 、运动粘度mm D、塞氏粘度 D、塞氏粘度 SSU
  2、普通液压油(YA类组号),属于( )。 、普通液压油(YA类组号),属于( A、石油型液压油 B、乳化型液牙油 C、合成型 液压油
  3、运动速度( )时宜采用粘度较低的液压油减少摩擦 损失;工作压力( )时宜采用粘度较高的液压油以减 少泄露。 A、高 低 B、高 高 C、低 高 D、低 低
§2-2 液体静力学
研究内容:研究液体处于静止状态的 研究内容:研究液体处于静止状态的 力学规律和这些规律的实际应用。 力学规律和这些规律的实际应用。 静止液体:指液体内部质点之间没有 静止液体:指液体内部质点之间没有 相对运动, 相对运动,至于液体整体完全可以象 刚体一样做各种运动。 刚体一样做各种运动。
一、液体的静压力及特性

  1、液体的静压力定义:液体单位面积上所 液体的静压力定义:
受的法向力,物理学中称压强, 受的法向力,物理学中称压强,液压传动中习 惯称压力。 惯称压力。

  2、液体静压力特性: 液体静压力特性:

  1)垂直并指向于承压表面 ) ∵ 液体在静止状态下不呈现粘性 ∴ 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 (
  2)各向压力相等 ) 有一向压力不等, ∵ 有一向压力不等,液体就会流动 ∴ 各向压力必须相等
二、液体静力学基本方程

  1、计算静止液体内任意点A处的压力 计算静止液体内任意点A p = p0+ρgh
  2、重力作用下静止液体压力分布特征 (
  1)静止液体中任一点处的压力由两部分 液面压力p 液面压力p0 组成 液体自重所形成的压力ρgh 液体自重所形成的压力ρgh (
  2) 静止液体内压力沿液深呈线性规律分布 离液面深度相同处各点的压力均相等, (
  3) 离液面深度相同处各点的压力均相等, 压力相等的点组成的面叫等压面. 压力相等的点组成的面叫等压面.
三、压力的表示方法及单位

  1、测压两基准
绝对压力? 绝对压力?以绝对零压为基准所测 相对压力* 相对压力*?以大气压力为基 准所测

  2、关系
绝对压力 = 大气压力 + 相对压力 相对压力(表压) 或 相对压力(表压)= 绝对压力 ? 大气压力
注: 液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力
真空度 = 大气压力 ? 绝对压力
动画演示
四、帕斯卡原理
在密闭容器内, 在密闭容器内 , 液体表面的 压力可等值传递到液体内部所有 各点。 各点。 根据帕斯卡原理: p = F/A
结论:液压系统的工作压力取决于负载, 结论:液压系统的工作压力取决于负载, 并且 随着负载的变化而变化。 随着负载的变化而变化。
五、液体对固体壁面的作用力
作用在平面上的总作用力:P = pA p 作用在平面上的总作用力: 液压缸,若设活塞直径为D,则 如:液压缸,若设活塞直径为D,则 P = pA = pπD2/4 p p 作用在曲面上的总作用力: 作用在曲面上的总作用力: Fx = pAx 结论:曲面在某一方向上所受的作用力, 结论:曲面在某一方向上所受的作用力, 等于液体压力与曲面在该方向的垂直投影 面积之乘积。 面积之乘积。
§2-3 液体动力学
一、基本概念

  1、理想液体、定常流 理想液体、 理想液体:既无粘性又不可压缩的液体。 理想液体:既无粘性又不可压缩的液体。 定常流动:流动液体中任一点的p 定常流动:流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时 间而变化流动。 间而变化流动。
  2、流量和平均流速 流量?单位时间内流过某通流截面液体体积q 流量?单位时间内流过某通流截面液体体积q。 平均流速?通流截面上各点均匀分布假想流速。 平均流速?通流截面上各点均匀分布假想流速。
二、连续性方程?质量守恒定律 连续性方程? 连续性原理:理想液体在管道中恒定流动时, 连续性原理:理想液体在管道中恒定流动时, 根据质量守恒定律, 根据质量守恒定
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