液压传动最常用的工作介质是液压油。本节主要介绍液压油的物理性质。黏性所起的作用是阻止液体内部的相互滑动。在工程机械液压传动系统中一般以50℃作为测定恩氏黏度的标准温度，用°E50表示。国际标准化组织ISO已规定统一采用运动黏度来表示油的黏度。压力对黏度的影响 对液压传动工作介质来说，压力增大时，黏度增大。......
2025-09-29
液压油的物理性质分析
【摘要】：压缩性液体受压力作用体积减小的性质称为液体的可压缩性。液体压缩性的大小用压缩系数β表示。在液压油中若混入空气,其可压缩性将显著增加,并严重影响液压系统的工作性能。黏性是液体的重要物理特性之一,是选择液压油的主要依据。液压油的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。图1.2几种国产油液黏温图4)黏度与压力的关系一般情况下,液体随压力增加,其分子距离缩小,内聚力增大,黏度也随之增大。表1.1实验系数c 的值
(1)密度
液体的密度是指单位体积液体的质量,常用ρ 表示。
式中 m——液体的质量;
V——液体的体积。
液压油的密度随温度和压力的变化而变化,但这种变化量通常不大,可忽略不计。一般液压油的密度为900 kg/m3。
(2)压缩性
液体受压力作用体积减小的性质称为液体的可压缩性。液体压缩性的大小用压缩系数β表示。其意义为单位压力变化时液体体积的相对变化值,即
式中 Δp——液体压力的变化值;
ΔV——液体压力p 变化时其体积变化量;
V——液体被压缩前的体积。
由于压力增加时液体体积减小,为使β 为正值,故在式中加一负号“-”。
液体体积压缩性系数的倒数称为体积弹性模量,用K 表示。
常用液压油的体积弹性模量为(1.4 ~2.0)×103 MPa,而钢的弹性模量为(2.0 ~2.1)×105 MPa,可见液压油的压缩性比钢大100 ~150 倍。但对于一般液压系统,由于压力变化而引起的液压油体积变化不大,故可认为液压油是不可压缩的。在液压油中若混入空气,其可压缩性将显著增加,并严重影响液压系统的工作性能。在有动态性能要求或压力变化很大的高压系统中,应考虑液压油的压缩性影响,并在液压系统的实际计算中,取液压油的弹性模量K=0.7×103 MPa。
(3)黏性
1)黏性的意义
液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的内聚力而产生阻止液体内部相对滑动的内摩擦力,液体的这种特性称为黏性。黏性是液体的重要物理特性之一,是选择液压油的主要依据。
图1.1 液体的黏性
液体流动时,由于液体和固体壁间的附着力,以及流体的黏性会使液体内部的流动速度大小不等。如图1.1 所示,设有两平行平板间充满液体,上板以速度v0相对于静止的下板向右运动,紧贴下平板的极薄一层液体黏附在下板上,其速度为零。而中间各层液体则从上到下按递减速度向右移动,各层液体的速度近似按线性规律分布。
由实验得出液层间的内摩擦力F 与液层的接触面积A 及液层间的相对速度du 成正比,而与液层间距dy成反比,即
式中 μ——比例系数,称为动力黏度;
——速度梯度。
若以τ 表示切应力,即单位面积上的内摩擦力,则
上式称为牛顿内摩擦定律。
由上式可知,在静止液体中,因速度梯度
,内摩擦力为零,所以液体在静止状态下是不呈黏性的。
2)黏度
液体黏性的大小用黏度来表示。液压传动中常用的黏度有动力黏度、运动黏度和条件黏度。
①动力黏度:动力黏度又称为绝对黏度,由式(1.4)可得:(https://www.chuimin.cn)
由上式可知动力黏度的物理意义是液体在单位速度梯度下流动时,相接触的液层单位面积上的内摩擦力。
动力黏度的单位为帕·秒(Pa·s),工程制中用泊(P)表示,即达因·秒/厘米2(dyn·s/cm2),或用厘泊(cP)表示。换算关系为:
②运动黏度:动力黏度μ 与液体密度ρ 的比值称为运动黏度。以ν 表示,即
运动黏度没有特殊的意义,只是因为在理论分析和计算中常遇到μ 与ρ 的比值,为方便采用ν 表示。其单位为m2/s,工程制中用cm2/s,称为斯(St),或用厘斯(cSt)表示。换算关系为:
③条件黏度:条件黏度又称相对黏度,它是采用特定的黏度计在规定的条件下测量出来的黏度。由于测定方法不同,各国采用的条件黏度的单位有所不同,我国采用恩氏黏度。
恩氏黏度是用恩氏黏度计测定,即将200 mL 的被测液体装入底部有ϕ2.8 mm 小孔的恩氏黏度计的容器中,在某一特定温度t 时,测定液体自由流过小孔所需的时间t1 和同体积的蒸馏水在20 ℃时从同一小孔流完所需时间t2 的比值,称为液体在该温度时的条件黏度,用°Et 表示。
工业上常用20 ℃、50 ℃、100 ℃作为测量恩氏黏度的标准温度,并分别用符号°E20、°E50和°E100 表示,恩氏黏度与运动黏度的换算关系式为:
当1.35≤°E≤3.2 时
当°E>3.2 时
3)黏度和温度的关系
液压油的黏度对温度的变化很敏感,温度升高,油的黏度显著降低。
液压油的黏度随温度变化的性质称为黏温特性。不同种类的液压油有不同的黏温特性。我国常用黏温图表示液压油的黏度随温度变化的关系。部分国产液压油的黏温图如图1.2 所示。
图1.2 几种国产油液黏温图
4)黏度与压力的关系
一般情况下,液体随压力增加,其分子距离缩小,内聚力增大,黏度也随之增大。而压力不高且变化不大时,这种影响可忽略不计。在压力较高(p≥20 MPa)或变化较大时,需考虑压力对黏度的影响。
5)调和油的黏度
为获得所需要的油液黏度,可用几种相互溶解的液压油调和。调和油的黏度可用下面的经验公式计算:
式中 °E1、°E2——混和前两种油液的黏度,取°E1>°E2;
°E——混和后的调合油黏度;
a、b——参与调和的两种油液各占的百分数(a+b=100%);
c——实验系数,见表1.1。
表1.1 实验系数c 的值
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