第1章液压流体力学基础知识

1、液压油液压油1.1流体静力学基础流体静力学基础1.2流体动力学基础流体动力学基础1.31.1.1 液压油的作用和种类液压油的作用和种类1液压油的用途液压油的用途（1）传递运动与动力。）传递运动与动力。（2）润滑。）润滑。（3）密封。）密封。（4）冷却。）冷却。种类种类牌号牌号原名原名用途用途油名油名代号代号普通液压油普通液压油N32号液压油号液压油N68G号液压油号液压油YA-N32YA-N6820号精密机床液压油号精密机床液压油40号液压号液压导轨油导轨油用于环境温度用于环境温度045工作的各类液工作的各类液压泵的中、低压液压泵的中、低压液压系统压系统抗磨液压油抗磨液压油N32号抗磨液压油号

2、抗磨液压油N150号号抗磨液压油抗磨液压油N168K号抗磨液号抗磨液压油压油YA-N32 YA-N150 YA-N168 K20抗磨液压油抗磨液压油80抗磨液压油抗磨液压油40抗磨液压油抗磨液压油用 于 环 境 温 度用 于 环 境 温 度1040工作的工作的高压柱塞泵或其他高压柱塞泵或其他泵的中、高压系统泵的中、高压系统低温液压油低温液压油N15号低温液压油号低温液压油N46D号低温液压油号低温液压油YA-N15 YA-N46 D低凝液压油低凝液压油工程液压油工程液压油用 于 环 境 温 度用 于 环 境 温 度20至高于至高于40工作的各类高压油工作的各类高压油泵系统泵系统高黏度指数液压油

3、高黏度指数液压油N32H号高黏度指数号高黏度指数液压油液压油YD-N32 D用于温度变化不用于温度变化不大且对黏温性能要大且对黏温性能要求更高的液压系统求更高的液压系统表表1-1常见液压油系列品种及用途常见液压油系列品种及用途 液压油主要分为下列两类。液压油主要分为下列两类。1密度密度（1-1）2可压缩性可压缩性 则液体在单位压力变化下的体积相则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为对变化量为，即，即（1-2）mV1 VPV 体积弹性模量体积弹性模量K，简称体积模量，即，简称体积模量，即（1-3）1 VKPV液压油种类液压油种类石油基石油基水水乙二醇基乙二醇基乳化液型乳化液型磷酸酯型磷酸酯型体

4、积模量体积模量K/Pa(1.42.0) 1093.15 1091.95 1092.65 109表表1-2各种液压油液的体积模量（各种液压油液的体积模量（20，标准大气压），标准大气压）图图1-2 油液弹簧的刚度计算简图油液弹簧的刚度计算简图 图图1-3 液体的黏性示意图液体的黏性示意图 流体层间的内摩擦力流体层间的内摩擦力F与流体层的接触与流体层的接触面积面积A及流体层的相对流速及流体层的相对流速du成正比，而与成正比，而与此二流体层间的距离此二流体层间的距离dy成反比，即成反比，即（1-5） 若以单位面积上的内摩擦力若以单位面积上的内摩擦力 （ ）表示切应力，则有表示切应力，则有（1-6）d

5、duFAy/F Adduy 动力黏度的物理意义，是：当速度动力黏度的物理意义，是：当速度梯度梯度du/dy=1时，单位面积上内摩擦力时，单位面积上内摩擦力大小，即大小，即（1-7）ddddFAyy 动力黏度动力黏度与其密度与其密度的比值，称为的比值，称为液体的运动黏度，用符号液体的运动黏度，用符号 表示，即表示，即（1-8）2461ms10 St10 cSt 被测液体温度被测液体温度 时的恩氏黏度，记时的恩氏黏度，记为为 ，即，即（1-9）（1-10）（1-11）tEAtBtEt66.317.3110EE1212()100 Ea Eb Ec EEa/%102030405060708090b/%

6、908070605040302010c6.713.117.922.125.527.928.22517表表1-3系数系数C的值的值图图1-4 几种国产液压油的黏度几种国产液压油的黏度温度曲线温度曲线50/mm2s12.56.59.512213038455260n1.391.591.721.791.992.132.242.322.422.49表表1-4黏温指数黏温指数1对液压油液的要求对液压油液的要求适宜适宜的的黏度。黏度。 润滑性能好。润滑性能好。 良好的化学稳定性。良好的化学稳定性。 对液压装置及相对运动的元件具有良对液压装置及相对运动的元件具有良好的润滑性。好的润滑性。 对金属材料具有防锈性

7、和防腐性。对金属材料具有防锈性和防腐性。 比热、热传导率大，热膨胀系数小。比热、热传导率大，热膨胀系数小。 抗泡沫性好，抗乳化性好。抗泡沫性好，抗乳化性好。 油液纯净，含杂质量少。油液纯净，含杂质量少。 流动点和凝固点低，闪点（明火能使流动点和凝固点低，闪点（明火能使油面上的油蒸气内燃，但油本身不燃烧油面上的油蒸气内燃，但油本身不燃烧时油液的温度）和燃点高。时油液的温度）和燃点高。 黏度是一个重要的参数。黏度是一个重要的参数。 黏度的高低将影响运动部件的润滑、黏度的高低将影响运动部件的润滑、缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统缝隙的泄漏以及流动时的压力损失、系统的发热温升等。的发热温升等。1污

8、染原因污染原因 （1）液压系统的管道及液压元件内的型）液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净，污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里。液压油里。 （2）外界的灰尘、砂粒等在液压系统工）外界的灰尘、砂粒等在液压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆、流回作过程中通过往复伸缩的活塞杆、流回油箱的漏油等进入液压油里。油箱的漏油等进入液压油里。 （3）液压系统本身也不断地产生污垢，）液压系统本身也不断地产生污垢，直接进入液压油里，如金属和密封材

9、料直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维，及油液因油温升高氧化变质而生成维，及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。的胶状物等。2油液污染的危害油液污染的危害3防止污染的措施防止污染的措施 （1）液压油在使用前保持清洁。液压油在运）液压油在使用前保持清洁。液压油在运输和保管过程中都会受到外界污染，新买来输和保管过程中都会受到外界污染，新买来的液压油看上去很清洁，其实很的液压油看上去很清洁，其实很“脏脏”，必，必须将其静放数天后经过滤再加入液压系统中须将其静放数天后经过滤再加入液压系统中使用。使用。 （2）液压系统在装配后、运转

10、前保持清）液压系统在装配后、运转前保持清洁。液压元件在加工和装配过程中必须洁。液压元件在加工和装配过程中必须清洗干净，液压系统在装配后、运转前清洗干净，液压系统在装配后、运转前应彻底进行清洗，最好用系统工作中使应彻底进行清洗，最好用系统工作中使用的油液清洗。用的油液清洗。 （3）液压油在工作中保持清洁。液压油）液压油在工作中保持清洁。液压油在工作过程中会受到环境污染，因此应在工作过程中会受到环境污染，因此应尽量防止工作中空气和水分的侵入。尽量防止工作中空气和水分的侵入。（4）采用合适的过滤器。）采用合适的过滤器。（5）定期更换液压油。）定期更换液压油。（6）控制液压油的工作温度。）控制液压油的

11、工作温度。1.2.1 液体静压力及其特性液体静压力及其特性1压力的定义压力的定义（1-13） 若法向力若法向力F均匀地作用在面积均匀地作用在面积A上，上，则压力表示为则压力表示为（1-14）0lim AFpAFpA1流体静力学基本方程流体静力学基本方程图图1-5 重力作用下的静止液体重力作用下的静止液体 A点所受的压力为点所受的压力为（1-15）0ppgh（1-16）00ppZZgg常数1压力的表示方法压力的表示方法 绝对压力与相对压力的关系为：绝对压力与相对压力的关系为：绝对压力绝对压力 = 相对压力相对压力 + 大气压力大气压力 绝对压力小于大气压时，相对压力绝对压力小于大气压时，相对压力

12、负值部分叫做真空度。即负值部分叫做真空度。即真空度真空度 = 大气压大气压 绝对压力绝对压力 = （绝对（绝对压力压力 大气压）大气压）图图1-6 绝对压力、表压力和真空度的关系绝对压力、表压力和真空度的关系221bar1.02kgf cm10 kPa0.1MPa图图1-8 帕斯卡原理帕斯卡原理 容器内的液体各点压力为容器内的液体各点压力为（1-17）21WFpAA 如压力油作用在直径为如压力油作用在直径为D的柱塞上，的柱塞上，则有则有F=PA=PD2/4。F=PA=PD2/4 （1-18）图图1-10 液压力作用在曲面上的力液压力作用在曲面上的力1.3.1 基本概念基本概念1理想液体、定常流

13、动理想液体、定常流动（l）理想液体）理想液体（2）定常流动）定常流动（3）非定常流动）非定常流动图图1-11 定常流动和非定常流动定常流动和非定常流动（1）迹线）迹线（2）流线）流线（3）流管）流管（4）流束）流束（5）通流截面）通流截面图图1-13 流量和平均流速流量和平均流速 静止液体内任意点处的压力在各个静止液体内任意点处的压力在各个方向上都是相等的。方向上都是相等的。 =常数常数（1-21）1 122qAAA 图图1-14 流量连续性方程流量连续性方程 1理想液体的伯努利方程理想液体的伯努利方程（1-22） （1-23）2211221222pphhgggg2212221222wpphh

14、 hg gg g 常 数图图1-16 伯努利方程伯努利方程2实际液体的伯努利方程实际液体的伯努利方程（1-25）3应用伯努利方程应注意事项应用伯努利方程应注意事项2211 12221222 wpphhhgggg（1-26） 分别将动量系数（分别将动量系数（ 、 ）带入上式，）带入上式，则得则得（1-27）22112121()mmm VFqtV t122211()Fq 1.4.1 流态与雷诺数流态与雷诺数1液体的流态液体的流态 （1）层流：在液体运动时，如果质点没）层流：在液体运动时，如果质点没有横向脉动，则不引起液体质点混杂，有横向脉动，则不引起液体质点混杂，显示层次分明，能够维持安定的流束状

15、显示层次分明，能够维持安定的流束状态的流动。态的流动。 （2）紊流：如果液体流动时质点具有脉）紊流：如果液体流动时质点具有脉动速度，则引起流层间质点相互错杂交动速度，则引起流层间质点相互错杂交换的流动。换的流动。（1-28） 如液流的雷诺数相同，则其流动状如液流的雷诺数相同，则其流动状态也相同。态也相同。 当液流的雷诺数当液流的雷诺数Re小于临界雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流；反之为紊流。时，液流为层流；反之为紊流。Red 1沿程压力损失沿程压力损失（1-29）22flPd图图1-19 突然扩大处的局部损失突然扩大处的局部损失 局部压力损失的计算表达式为局部压力损失的计算表达式为（1-30

16、）22rP （1-31）2222frlPPPd 1.5.1 液流流经薄壁小孔的流量液流流经薄壁小孔的流量（1-32）2dTpqC A图图1-20 液体在薄壁小孔中的流动液体在薄壁小孔中的流动（1-33）（1-34）（1-35）422128324 TdddqppCApll4128lqPdmTqCAP1.6.1 液压冲击液压冲击 （1）缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度。）缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度。 （2）在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传）在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离。播的距离。 （3）应将管中流速限制在适当范围内，或采）应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管，也可以减小液

17、压冲击。用橡胶软管，也可以减小液压冲击。 （4）在系统中设置安全阀，可起卸载作用。）在系统中设置安全阀，可起卸载作用。 （1）限制泵吸油口高出油面的距离，泵）限制泵吸油口高出油面的距离，泵吸油口要有足够的管径，过滤器压力损吸油口要有足够的管径，过滤器压力损失要小，自吸能力差的泵用辅助供油。失要小，自吸能力差的泵用辅助供油。 （2）管路密封要好，防止空气渗入。）管路密封要好，防止空气渗入。 （3）节流口压力降要小，一般控制节流）节流口压力降要小，一般控制节流口前后压差比口前后压差比P1P23.5。 本章是全书的基础部分，主要介绍本章是全书的基础部分，主要介绍了液压流体力学的基础知识，包括液压了液压流体力学的基础知识，包括液压油的作用、种类、要求及选用；流体静油的作用、种类、要求及选用；流体静力学、动力学方程及基本应用；管道流力学、动力学方程及基本应用；管道流动状态、孔口流动及液压冲击和空穴现