第二章液壓流體力學基礎

流體傳動包括液體傳動和氣體傳動，為了分析液體的靜力學、運動學和動力學規律，需了解液體的以下特性：

連續性假設：流體是一種連續介質，這樣就可以把油液的運動參數看作是時間和空間的連續函數，并有可能利用解析數學來描述它的運動規律。

不抗拉：由于油液分子與分子間的內聚力極小，幾乎不能抵抗任何拉力而只能承受較大的壓應力，不能抵抗剪切變形而只能對變形速度呈現阻力。

易流性：不管作用的剪力怎樣微小，油液總會發生連續的變形，這就是油液的易流性，它使得油液本身不能保持一定的形狀，只能呈現所處容器的形狀。

均質性：其密度是均勻的，物理特性是相同的。

一、液壓油液壓傳動最常用的工作介質是液壓油，此外，還有乳化型傳動液和合成型傳動液等，此處僅介紹幾個常用的液壓傳動工作介質的性質。

1、液壓油的物理性質（1）液體的密度單位體積液體的質量稱為液體的密度。體積為Ｖ，質量為ｍ的液體的密度為

ρ=m/V

礦物油型液壓油的密度隨溫度的上升而有所減小，隨壓力的提高而稍有增加，但變動值很小，可以認為是常值。我國采用攝氏20度時的密度作為油液的標準密度。（2）液體的黏性

1）黏性的物理本質液體在外力作用下流動(或有流動趨勢)時，分子間的內聚力要阻止分子相對運動而產生的一種內摩擦力，這種現象叫做液體的粘性。液體只有在流動(或有流動趨勢)時才會呈現出粘性，靜止液體是不呈現粘性的。

粘性使流動液體內部各處的速度不相等，以圖為例，若兩平行平板間充滿液體，下平板不動，而上平板以速度向右平動。由于液體的粘性作用，緊靠下平板和上平板的液體層速度分別為零和V。

通過實驗測定得出，液體流動時相鄰液層間的內摩擦力F，與液層接觸面積Ａ、液層間的相對速度du成正比，而與液層間的距離dy成反比。即

F=μAdu/dy粘度是衡量流體粘性的指標。常用的粘度有動力粘度、運動粘度和相對粘度。

a、動力粘度μ動力粘度又叫絕對粘度，它的物理意義是：液體在單位速度梯度下流動時液層間單位面積上產生的內摩擦力。

μ=τdy/du

b、運動粘度ν

動力粘度μ與液體密度ρ之比，它沒有明確的物理意義，在工程中常用運動粘度ν作為液體粘度的標志。

各類液壓油的牌號就是按其在一定溫度下的運動粘度的平均值來標定的。如：L-HM32c、相對粘度又叫條件粘度，我國采用恩氏粘度。工業上常用２０℃、５０℃、１００℃作為測定恩氏粘度的標準溫度。恩氏粘度用恩氏粘度計來測定。把200ml溫度為t℃的被測液體裝入粘度計的容器內，由其底部直徑為2.8mm的小孔流出，測出液體流盡所需時間t1，再測出相同體積溫度為20℃的蒸餾水在同一容器內流盡所需的時間t2，這兩個時間之比即為被測液體在t℃的恩氏粘度。工程上常采用先測出液體的相對粘度，再根據關系式換算出動力粘度或運動粘度的方法。

d、粘度與壓力的關系壓力越大粘度越大。當壓力不高且變化不大時這種影響可忽略不計。

e、粘溫特性溫度變化對粘度影響較大。液體的溫度升高其粘度下降。（3）液體的可壓縮性液體受壓力作用而體積縮小的性質稱為液體的可壓縮性，它用體積壓縮系數κ表示。

液體的可壓縮性很小，在很多情況下可以忽略不計，但受壓液體體積較大或進行液壓系統動態分析時，必須考慮液體的可壓縮性。（4）其他性質抗凝性、抗氧化性、抗泡沫性、潤滑性等等。2、對液壓油的要求及選用（1）液壓油的種類石油基液壓油和難燃液壓油兩種。（2）對液壓油的要求不同的工作機械、不同的使用情況對液壓傳動工作介質的要求有很大的不同；為了很好地傳遞運動和動力，液壓傳動工作介質應具備如下性能：

1)合適的粘度，較好的粘溫特性。

2)潤滑性能好。

3)質地純凈，雜質少。

4)對金屬和密封件有良好的相容性。

5)對熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩定性。

6)抗泡沫好，抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好。

7)體積膨脹系數小，比熱容大。

8)流動點和凝固點低，閃點(明火能使油面上油蒸氣閃燃，但油本身不燃燒時的溫度)和燃點高。

9)對人體無害，成本低。

對軋鋼機、壓鑄機、擠壓機和飛機等液壓系統則須突出耐高溫、熱穩定、不腐蝕、無毒、不揮發、防火等項要求。（3）液壓油的選用選擇液壓油一般需考慮以下幾點：

（1）液壓系統的工作壓力

（2）液壓系統的環境溫度

（3）工作部件的運動速度（液壓泵）

當采購不到合適粘度的液壓油時，可采用調和的方法來滿足使用要求。（4）液壓油的污染及控制

1）污染的危害

a、固體顆粒膠狀生成物堵塞過濾器，使液壓泵運轉困難，產生噪音；堵塞閥類零件的小孔和縫隙，使閥動作失靈。

b、微小固體顆粒會加速零件磨損，使元件不能正常工作，也會損壞密封件，使泄露增加。

c、水分和空氣的混入會降低液壓油的潤滑能力，并使其氧化變質；產生氣蝕，使元件加速破壞；使液壓系統出現震動爬行現象。

2）污染的原因

a、殘留物的污染

b、生成物污染

c、浸入物的污染

d、化學物質和微生物

e、以能量形式存在的污染物質3）污染的控制

a、力求減少外來污染

b、濾除系統產生的雜質

c、定期檢查更換液壓油二、流體靜力學流體靜力學主要是討論液體靜止時的平衡規律以及這些規律的應用?！耙后w靜止”指的是液體內部質點間沒有相對運動，不呈現粘性而言，至于盛裝液體的容器，不論它是靜止的或是勻速、勻加速運動都沒有關系。1、液體靜壓力及其特性作用在液體上的力有兩種，即質量力和表面力。

液體的靜壓力（表面力）具有兩個重要特性：

1)液體靜壓力的方向總是作用面的內法線方向。

2)靜止液體內任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等。2、流體靜力學基本方程在重力作用下的靜止液體，其受力情況如圖所示。則Ａ點所受的壓力為

式中，g為重力加速度，此表達式即為液體靜壓力的基本方程，由此式可知：

(1)靜止液體內任一點處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力，另一部分是與該點離液面深度的乘積。

(2)同一容器中同一液體內的靜壓力隨液體深度的增加而線性地增加。

(3)連通器內同一液體中深度相同的各點壓力都相等。由壓力相等的點組成的面稱為等壓面。重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。

3、壓力的表示方法及單位壓力的表示方法有兩種：一種是以絕對真空作為基準所表示的壓力，稱為絕對壓力；另一種是以大氣壓力作為基準所表示的壓力，稱為相對壓力。由于大多數測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。

絕對壓力與相對壓力的關系為：

絕對壓力=相對壓力+大氣壓力

絕對壓力小于大氣壓時,負相對壓力數值部分叫做真空度。即

真空度=大氣壓-絕對壓力=-(絕對壓力-大氣壓)

由此可知，當以大氣壓為基準計算壓力時，基準以上的正值是表壓力，基準以下的負值就是真空度。

絕對壓力、相對壓力和真空度的相互關系如圖所示。

在工程上采用工程大氣壓，也采用水柱高或汞柱高度等，在液壓技術中，目前還采用的壓力單位有巴，符號為bar。4、靜壓傳遞原理在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓力將以等值同時傳到各點。這就是靜壓傳遞原理或稱帕斯卡原理。液壓系統中的壓力是由外界負載決定的。

2.2.5液體對固體壁面的作用力靜止液體和固體壁面相接觸時，固體壁面上各點在某一