内科大液压与气动技术教案第2章 液压流体力学基础

第二章液压流体力学基础1、授课日期、班级2、课题3、教学目的要求了解液压油的性质及选用；掌握及容积泵的工作原理；了解液压泵的分类及相关的性能参数。4、教学内容要点液压油的性质及选用；液压泵和液压马达的工作原理与性能参数；液压泵的分类。5、重点、难点对容积式泵工作原理进行阐述，对容积式泵的效率进行计算；容积式泵能正常工作的三大条件。6、教学方法和手段课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。7、主要参考书目和资料8、课堂教学8.1复习提问1、液压传动利用液体的压力能来传递动力（运动和力），与其他传动方式特点（如一般的机械传动）不同？2、液压系统的工作原理？3、液压传动的组成？8.2讲授新课第二章液压传动流体力学2-1液压油(hydraulicoil)的性质及选用液压传动中的工作介质起着重要的作用，是能量传递的中间媒介。因此了解液体的基本力学性质，掌握液体在平衡和运动状态下的力学规律，有助于正确理解液压传动原理，也是合理地设计和使用液压系统的理论基础，有助于后续章节的学习和深入研究。工作介质的种类，其化学、物理性质和力学特性一直是被研究的课题，伴随着液压传动技术发展的全过程。一、液压油的主要性质1、液体的密度对于非均质的液体来说，密度是单位体积内空气的质量，取微分，用表示：密度是液体的一个重要的物理参数，当液体温度或压力发生变化时，其密度也会发生变化。但其变化量一般很小，所以常取密度为定值。液压油一般为均质的，对于矿物油，其密度一般取=（850～960）kg/m3，对于机床、船舶液压系统中常用的液压油（矿物油），在15°C其密度取=900kg/m3。2、可压缩性是指液体受压后其体积减小的性能。其中，称为液体的压缩系数，因压力变化方向与体积变化方向相反，压力增大时体积减小，式中加一负号以保证为正值。液压油的压缩系数一般在（5～7）×10-10m2/N。的倒数称为液体体积的体积弹性模量（又称容积弹性模数，简称容积模数），以K表示K表示单位体积相对变化所需要的压力增量。实际应用中常用K值说明液体抵抗压缩能力的大小。液压油的容积模数越大，液体的压缩性越小，其抗压性能越强，反之越弱。液压油的容积模数—般为(1.4-2.0)×109N／m2=(1.4-2.0)×103MPa，而钢的弹性模数为2.06×1011N／m2=2.06×105MPa。可见前者与后者相比，压缩性差100—150倍。对于一般的液压系统，可认为油液是不可压缩的，但当液压油中混入空气时，其可压缩性将显着增加，这会严重影响液压系统的工作性能。在有较高要求要求或压力变化较大的液压系统中，就力求减少油液中混入的气体及其它易挥发物质（汽油、煤油，乙醇、苯等）的含量。由于油液中的气体难以完全排除，实际计算中常取K=0.7×103MPa。液压油的体积模数且与压缩过程、温度，压力等因素有关，等温压缩与绝热压缩下的K值不同，但由于二者差别很小，故工程上使用时通常不加以区别。二、液压系统对工作介质的要求液压工作介质一般称为液压油(有部分液压介质已不含油的成份)。液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，对液压系统对工作介质的基本要求如下：(l)有适当的粘度和良好的粘温特性。粘度是选择工作介质的首要因素。液压油的粘性，对减少间隙的泄漏、保证液压元件的密封性能都起着重要作用。粘度过高，各部件运动阻力增加，温升快，泵的自吸能力下降，同时，管道压力降和功率损失增大。反之，粘度过低会增加系统的泄漏，并使液压油膜支承能力下降，而导致摩擦副间产生摩擦。所以工作介质要有合适的粘度范围，同时在温度、压力变化下和剪切力作用下，油的粘度变化要小。液压介质粘度用运动粘度表示。在国际单位制中的单位是，而在实用上油的粘度用(cSt，厘沲)表示。粘度是液压油(液)划分牌号的依据。按国标GB/T3141-94所规定，液压油产品的牌号用粘度的等级表示，即用该液压油在40℃表是常用液压油的新、旧粘度等级牌号的对照(注：82年以前的旧标准是以50℃

常用液压油的牌号和粘度ISO3448-92粘度等级GB/T3141-94粘度等级(现牌号)40℃厘施83-90年的过渡牌号82年以前相近的旧牌号ISOVG151513.5～16.5N1510ISOVG222219.8～24.2N2215ISOVG323228.8～35.2N3220ISOVG464641.4～50.6N4630ISOVG686861.2～74.8N6840ISOVGI0010090～11ON10060所有工作介质的粘度都随温度的升高而降低，粘温特性好是指工作介质的粘度随温度变化小，粘温特性通常用粘度指数表示。一般情况下，在高压或者高温条件下工作时，为了获得较高的容积效率，不使油的粘度过低，应采用高牌号液压油；低温时或泵的吸入条件不好时(压力低，阻力大)，应采用低牌号液压油。(2)氧化安定性和剪切安定性好。工作介质与空气接触，特别是在高温、高压下容易氧化、变质。氧化后酸值增加会增强腐蚀性，氧化生成的粘稠状油泥会堵塞滤油器，妨碍部件的动作以及降低系统效率。因此，要求它具有良好的氧化安定性和热安定性。剪切安定性是指工作介质通过液压节流间隙时，要经受剧烈的剪切作用，会使一些聚合型增粘剂高分子断裂，造成粘度永久性下降，在高压、高速时，这种情况尤为严重。为延长使用寿命，要求剪切安定性好。(3)抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其它元件的长期剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环，会产生异常的噪声、振动，所以要求工作介质具有良好的抗泡性和空气释放能力。(4)闪点、燃点要高，能防火、防爆。(5)有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件。(6)对人体无害，成本低。三、液压介质的种类液压传动介质按照GB/T7631.2-87(等效采用ISO6743/4)进行分类，主要有石油基液压油和难燃液压液两大类。1、石油基液压油(1)L-HL液压油(又名普通液压油)：采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于O℃以上的工作环境。其牌号有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代号L-HL中，L代表润滑剂类，H代表液压油，L代表防锈、抗氧化型，最后的数字代表运动粘度。(2)L-HM液压油(又名抗磨液压油，M代表抗磨型)：其基础油与普通液压油同，除加有抗氧、防锈剂外，主剂是极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于-15℃(3)L-HG液压油(又名液压一导轨油)：其基础油与普通液压油同，除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。(4)L-HV液压油(又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油)：用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。(5)其它专用液压油：如航空液压油(红油)、炮用液压油、舰用液压油等。2、难燃液压液难燃液压液可分为合成型、油水乳化型和高水基型三大类。(1)合成型抗燃工作液①水一乙二醇液(L-HFC液压液)：这种液体含有35％～55％的水，其余为乙二醇及各种添加剂(增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等)。其优点是凝点低(－50℃)，有一定的粘性，而且粘度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统，使用温度范围为-18～65②磷酸酯液(L-HFDR液压液)这种液体的优点是，使用的温度范围宽(-54～～135℃(2)油水乳化型抗燃工作液(L-HFB、L-HFAE液压液)油水乳化液是指互不相溶的油和水，使