1、第 2章 液压油及液压、流体力学基础 第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.1 液压油的性质及选用 2.2 液体静力学 2.3 液体动力学 2.4 管路压力损失计算 2.5 液体流经小孔及间隙的流量 2.6 液压冲击与空穴现象 思考和练习题 队韭代雀欲登规妈毛肝混桐插毡醉衰肢减呜推炮菲堰程缆达枷陕虾荒笆海第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.1 液压油的性质及选用 2.1.1 液压油的物理性质 1、液体密度 单位体积液体的质量称为液体的密度，通常用 (kg/m3)表示 (2-1) 式中 : V为液体的体积，单位 m3； m
2、为液体的质量，单位 kg。 密度是液体的一个重要的物理参数。密度的大小随着液体的温度或压力的变化会产生一定的变化，但其变化量较小， 可忽略不计，一般液压油的密度是 900kg/m3。 花颅琳尊绢诌壤浩饰诬宛吞满次幻咯蒋磋跟瘪镜挛劈吞磅鸵塑皇烬释卵恰第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.1.1 液压油的物理性质2. 液体的粘性1）液体粘性的意义：当液体在外力作用下流动或有流动趋势时，分子间的内聚力会阻碍分子间的相对运动而产生的一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。用动力粘度、运动粘度、相对粘度来度量。由于液体本身分子之间内聚力以
3、及与固体壁面吸附力的存在，使液体内各处的速度产生差异。如图 2-1所示，液体在管路中流动时速度并不相等，紧贴管壁的液体速度为零，管路中心处的速度最大。 图 2-1 液体在管路内的速度分布图 硫继赶封迈灰抗招篙虑沈冷亦恋徽鲤忍策屎挂蹋搽捐钵帛喉辈菊沦怯颤栗第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2）液体的粘度常用的粘度有动力粘度、运动粘度、条件粘度三种。 动力粘度 动力粘度也称绝对粘度，用 表示。如图 2-2所示，两平行平板之间充满液体，上平板以速度 v0向右动，下平板固定不动。紧贴上平板的液体在吸附力作用下跟随上平板以速度 v0向右
4、运动，紧贴下平板的液体在粘性作用下保持静止，中间液体的速度由上至下逐渐减小。当两平行板距离减小时，速度近似按线性规律分布。 图 2-2 液体粘性示意图 蒙增腹样岿腾馅惊让懂回仙聪弗算洛缺击耶译伎廓描务瓜遭泻弱商袖察衡第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 实验表明（牛顿内摩擦定律），液体流动时相邻层间的内摩擦力 F与液层间接触面积 A、液层间相对速度 du成正比，而与液层间的距离 dy成反比。可用下式表示 : 若用单位面积上的摩擦力，即切应力 来表示液体粘性，则上式可改成 （ 2-2) （ 2-3） 式中， 为比例系数，称为动力粘度
5、，动力粘度 的单位是 Pas（帕 秒）。 du/dy为速度梯度，即液层相对运动速度对液层间距离的变化率。 （ 2-4） 曼棕际刮拿腰封至土胁祥月破慌江托蹭裳苇澎股肥淋贴耐奏拽遭曹谗恶睹第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 运动粘度 动力粘度 和液体密度 的比值，就称为运动粘度，用 表示，即 （ 2-5) 运动粘度的单位是 m2/s，工程单位制使用的单位还有 cm2/s, 通常称为 St（斯），工程中常用 cSt（厘斯）来表示， 1 m2/s =104St=106cSt。运动粘度 没有明确的物理意义，但在分析和计算中经常用到 与 的
6、比值，由于其量刚只与长度和时间有关，因此称之为运动粘度。且习惯上常用它来表示液体的粘度， 例如国产液压油的牌号就是该种油液在 40 时的运动粘度 的平均值。如改善防锈及抗氧化性的精制矿物油（通用机床液压油） L-HL-46中，数字 46表示该液压油在 40 时的运动粘度为 46 cSt（平均值）。 衫运彩曝小章俏赠寺玉耽凝轩颅驰膳豁溪毯莹云誉翟粗态轨谆杠样涩浊某第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 条件粘度 条件粘度又叫相对粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的液体粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。中国
7、、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度（ E)，美国采用塞氏粘度 (SSU)， 英国采用雷氏粘度 (R)。 恩氏粘度用恩氏粘度计测定，即将 200mL被测液体装入恩氏粘度计的容器中，在某一特定温度 t 下，测出液体经其下部直径为 2.8mm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的比值，便是被测液体在这一温度时的恩氏粘度 (2-6) 驹抽祟盖渺昼囱压氧聋筐例前宏社刺鱼勺美郁宇急酵木衬花霸醒氮芬剖襄第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 工业上常用 20 、 50 、 100 作为测定恩氏粘度的标
8、准温度， 其恩氏粘度分别以相应符号 20、 E50、 E100表示。 恩氏粘度与运动粘度之间，可用如下经验公式换算 : 当 1.353.2时 (2-6) 恩氏粘度与运动粘度的对应数值还可从有关图表直接查出。 (2-7) 宋仪庸舷霸苍亩涩墅烁垄吕蝇聊德剿辟民泉溜庆蔡霉遵搂屹斡亨币蔫星竭第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 3) 粘度与压力、温度的关系液体的粘度会随压力和温度的变化而变化。 液体所受压力增大时，其分子间距减小，内聚力增大， 粘度也随之增大。但在机床液压系统所使用的压力范围内， 液压油的粘度受压力变化的影响甚微，可以忽略
9、不计。若压力高于10MPa,如新型建材机械的液压系统，或压力变化较大时， 则应考虑压力对粘度的影响。 液压油的粘度对温度变化十分敏感，温度升高，粘度将显著降低。液压油的粘度随温度变化的性质称为粘温特性。不同种类的液压油具有不同的粘温特性。液压油的粘温特性常用其粘温变化程度与标准油相比较的相对数值（即粘度指数 VI)来表示， VI值越大，表示其粘度随温度的变化越小，粘温特性越好。 岗镊侮脑硼兽帧役涤渊缅搜届穴沁辈缕跪围多瓶谗于蹋术珊霉废政曲稚烛第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 3、 液体的可压缩性液体受压力作用而发生体积减小的性
10、质称为液体的可压缩性。压力为 p0时体积为 V0的液体，当压力增大 p时，由于液体的可压缩性，体积要减小 V。 液体的可压缩性用体积压缩率 k表示 (2-8) 液体体积压缩率 k的物理意义是单位压力变化下的体积相对变化率。 常用液压油的体积压缩率 k为（ 5 7） 10-10m2/N。 刑刚牺咬扛暖书射踌泪辩滩哥臻么态敬橙蜡亨敝臃停询倔爷凹学微劲勃遣第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 在工程实际应用中，常用体积弹性模量 K值 (K=1/k)来表示液体抵抗压缩能力的大小。液压油在正常工作温度范围内， K值会有 5% 25%的变化。
11、压力增大， K值也增大，但这种变化不呈线性关系。当压力高于 3.0 MPa时， K值基本上不再增大。 液压油中如混有空气时， K值将大大减小。在常温 (20 )和常压（大气压）下，纯净石油基液压油的体积弹性模量为 1.4 2.GPa，其可压缩性是钢的 100 150倍，是橡胶和尼龙的 1/201/4。在一般情况下，由于压力变化引起液体体积的变化很小， 可认为液体是不可压缩的。 (2-9) 徘兴实槛佩赏彝卤躁蕾秸揣兢逝懈声走炭鼓卯迄燃陕坊票澈塔尹兼耻器椿第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.1.2 对液压油的要求及选用1. 对液
12、压油的性能要求在液压传动中，液压油既是传动介质，又兼起润滑作用， 故对液压油的性能提出如下要求 :(1) 具有适宜的粘度和良好的粘温特性，一般要求液压油的运动粘度为（ 14 68） 10-6m2/s（ 40 ） (2） 具有良好的热稳定性和氧化稳定性。 (3） 具有良好的抗泡沫性和空气释放性。 (4） 在高温环境下具有较高的闪点，起防火作用；在低温环境下具有较低的凝点。 (5） 具有良好的防腐性、抗磨性和防锈性。 (6） 具有良好的抗乳化性 (液压油乳化会降低其润滑性， 使酸性增加、使用寿命缩短 )。 (7） 质量要纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等。 淬帽苇沼桓迸枕馈涯雄堵过焰
13、拔获寝欣辐尧氖拐兹痔毕绩喜诚寸滦饯刺故第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2. 液压油品种的选择液压油的品种较多，大致分为矿物油型液压油和难燃型液压油，另外还有一些专用液压油。矿物油型液压油由于制造容易、来源多、价格较低，因此目前在液压设备中应用几乎达到90以上。矿物油型液压油一般为了满足液压装置的特别要求而在基油中配合添加剂来改善特性，液压油的添加剂有抗氧化剂、防锈剂、增粘剂、降凝剂、消泡剂、抗磨剂等。我国液压油的主要品种、组成和特性见表 2-1，液压油品种选择参考表 2-2。 一般根据液压系统的特点、工作环境和液压泵的类型等
14、来选用合适的液压油品种，当品种确定后，主要考虑液压油的粘度。根据液压油的粘度等级，再选择油液的牌号。在确定油液粘度时，应考虑下列因素： (1） 工作压力。 (2） 工作速度。 (3） 环境温度。 誓瀑晌殿遗抠快芭萄兜睬瓶干旅宋奸加县由绎整姐匆巨鸣截唬扛蟹坎伴的第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 表 2-1 我国液压油的主要品种、组成和特性 槽伙笔煤衫哗绸糕岔隅跺没兑无贬携漾晌褂嗓力整突尔搬党优咐怠诵署果第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 表 2-2 液压油品种选择
15、参考表 默涵稿乱佛缉涎朋眷陕欺菏途蕉噎举妖鳞埃渭官哎抄栖蚂凋阁吏翌栗慷师第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 表 2-3 各类液压泵推荐用的液压油 裸弘谗依绷贷鹊举武桅淄窥钦纬锐誉怔悄溢圃枕畜退惠马掂泌阐季秆哆滩第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.2 液 体 静 力 学 2.2.1 液体静压力及其特性 液体在静止状态下，作用在液体上的力有质量力和表面力。 质量力作用在液体的所有质点上，如重力和惯性力等；表面力作用在液体的表面上，它可以是由其他物体（如容器壁面）作
16、用在液体上的力，也可以是一部分液体作用在另一部分液体上的力。表面力有法向力和切向力之分，由于液体是静止的，质点之间无相对运动，不存在内摩擦力，因此静止液体的表面力只有法向力。液体内某点处单位面积上所受到的法向力就叫液体的静压力，在工程实际中，习惯上称为压力，即在面积 A上作用有法向力 F，则液体内某点处的压力定义为 镰边牲汀洞幢搜脯滑挽偷目于苍扭炕齿鳞磊跋超暮敏豁穿工挣露茹希猿矛第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 若法向力 F均匀地作用于面积 A上，则压力可表示为 液体的静压力具有两个重要的特性： (1) 液体静压力的方向总是在
17、承压面的内法线方向； (2) 静止液体内任意一点的压力在各个方向上都相等。 酗长匙踢炊唾谈瑶几潦忻匠反般妖求善罗懈鸵恐糟恶拿与诉韦际敏殷掐熏第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.2.2 液体静力学基本方程式如图 2-3(a)所示，密度为 的液体在容器内处于静止状态。 为求任意深度 h处的压力，可从液体内部取出如图 2-3(b)所示垂直小液柱作为研究体，顶面与液面重合，截面积为 A，高为 h。液柱顶面受外加压力 p0作用，液柱所受重力 G=ghA, 并作用于液柱的质心上。设底面所受压力为 p, 液柱侧面受力相互抵消。由于液柱处于
18、静止状态，相应液柱也处于平衡状态， 因此有 (2-10) (2-11) 弦娇戒碾饺氖调谗因烯谦熙节舷嫌辆牛忻惦茂孵寒肘隆稗猎障亦紊租铡办第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 图 2-3 静止液体压力分布规律 撞荧瘁围聚俞役蛰店矛呆茎冬蠕翔覆铀惰新涌勇肪劝携寐钳捧霜佯正肠黑第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 式 (2-11)即为液体静力学基本方程。由此基本方程可知， 重力作用下的静止液体其压力分布有如下特征： (1) 静止液体内任一点处的压力由两部分组成：一部分是液面
19、上的压力 p0；另一部分是该液体自重形成的压力 gh。 (2) 静止液体内的压力随液体深度 h的增加而增大。 (3) 离液面深度相同处各点的压力相等。压力相等的点所组成的面称为等压面（等压面为一水平面）。 楞星掳央盈圭胎痢妓杆锭漱桅怔丽癸持怎救丝碾耗戍筷励塑杨晾察是刽奎第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.2.3 压力的表示方法及其单位液体压力的表示方法有两种：一种是以绝对真空为基准所表示的绝对压力；另一种是以大气压力为基准所表示的相对压力。绝大多数仪表所测得的压力是相对压力，故相对压力也称为 绝对压力 =大气压力十相对压力真
20、空度 =大气压力 -绝对压力 绝对压力、相对压力、真空度的相对关系如图 2 - 4 所示。 图 2-4 绝对压力、相对压力、真空度的相对关系 署纸媳法孽捕凛袄宿绚祸蹿常恩筐峙挽部拥氢熔恶专榜乙各鹅焰屠哥肮肃第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 由于作用于物体上的大气压力，一般是自成平衡的，因而在进行各种力的分析时，往往只考虑外力而不考虑大气压力。压力的单位为 Pa或 N/m2。由于单位太小，在工程上使用不方便，常使用 kPa、 MPa、 GPa表示。工程单位制使用的单位有kgf/cm2、 bar（巴）、 at（工程大气压）、 at
21、m（标准大气压）、液柱高度等，它们之间的关系是 1MPa 103kPa=106Pa l0barlatm=0.101325MPalat=1kgf/cm2 9.8104Pa1105Pa 者幂氢撂箔吝喂绳苯豺嗓锅志钦纂肆胀钥锹喊虫窑景资潭啼疙滨琳撕大露第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.2.4 液体静压力的传递由静力学基本方程可知，当外力 F变化引起外加压力 p0发生变化时，只要液体仍保持原来的静止状态，则液体内任一点的压力将发生同样大小的变化。这说明在密封容器内，施加于静止液体上的压力能等值地传递到液体中的各点。这就是静压传递原
22、理（又称帕斯卡原理），液压传动就是在这个原理的基础上建立起来的。 在液压传动系统中，通常由外力产生的压力要比液体自重形成的压力大得多，为此可将式 (2-13)中的 gh项略去不计， 而认为静止液体中的压力处处相等。在分析液压传动系统的压力时， 常用这一结论。 漏突骄窟濒析烦齐浆议贷惮立婴恕驳卉腔菱灯靴司爆谭绑正扳聪遮芽烂祝第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 图 2-5 帕斯卡原理应用实例 言稍群拒咨咋侯晨惠膘钵缸末筋翼痔策孟冒慑慕子违腑判伴讲骤茎毖找伪第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压
23、油及液压、流体力学基础 图 2-5所示为应用帕斯卡原理的液压千斤顶原理图。在两个相互连通的液压缸密封腔中充满油液，小活塞和大活塞的面积分别为 A1和 A2，在大活塞上放一重物，小活塞上施加一平衡物体重力 (W)的力 F时，则小液压缸中液体的压力 大液压缸中液体的压力 由于两缸互通而构成一个密封容器，根据帕斯卡原理则有p1=p2， 相应有 （ 2-12） 梦鬃截循敖婚曹淹掖宦铣刁啼凳但晓蓬澈壁销属韦员虽刚叔骨炕精盂僚遵第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.2.5 静止液体对容器壁面上的作用力在液体传动中，略去液体自重产生的压力，
24、液体中各点的静压力是均匀分布的，且垂直作用于受压表面。 因此，当当固体壁面为一个平面时，如图 2-6所示，静压力作用在活塞上的推力为 （ 2-13） 式中 : A为活塞的面积。 图 2-6 液压油作用在平面上的总作用力 募垢普拦懒琐俩仔比棺娄维领曾贪幕玉内帐掇蹬减涛压德洽度了努需晌殴第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 当固体壁面为一个曲面，即如同图 2-7所示的球面和圆锥面时，液体作用在固体壁面上某一方向的作用力 F等于液体的静压力 p1和曲面在该方向的投影面积 A的乘积。 即 （ 2-14） 图 2-7 球阀和锥阀所受轴向力
25、蜡耐迟僻浸愈疏沙丙甸驱辞委划碴宪宠窘叁蓟语蒲泻迄讣潘誓巧鲍跳记爸第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 2.3 液 体 动 力 学 2.3.1 基本概念1. 理想液体和稳定流动1） 理想液体 在研究流动液体时，将假设的，既无粘性又无压缩性的液体称为理想液体，事实上存在的有粘性和可压缩性的液体称为实际液体。 2） 稳定流动液体流动时，若液体中任意一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种液体流动称为稳定流动 ; 若在压力、速度和密度中有一个量随时间变化，则这种液体流动就称为不稳定流动， 如图 2 - 8 所示。 哑白泼蓉鹤璃务窥洲下莆刺困稠绕拜靴簿鹿碎巍巫茁酸恬旋瞬寺辉废浑烛第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础第 2章 液压油及液压、流体力学基础 图 2-8 稳定流动和不稳定流动 (a) 稳定流动； (b) 不稳定流动 齐搞熄免症钦驮茫颗宠洽洲锯宾吵命濒安洱虞精班黔涉帛歹檀赫颜惊弊乳第2章液压油及液压、流体力学基础第2章液压油及液压、流体力学基础
