第一章 液压传动基础
流体传动包括液体传动和气体传动,本章仅介绍液体传动的基本知识。为了分析液体的静力学、运动学和动力学规律,需了解液体的以下特性:
连续性假设:流体是一种连续介质,这样就可以把油液的运动参数看作是时间和空间的连续函数,并有可能利用解析数学来描述它的运动规律。
不抗拉:由于油液分子与分子间的内聚力极小,几乎不能抵抗任何拉力而只能承受较大的压应力,不能抵抗剪切变形而只能对变形速度呈现阻力。
易流性:不管作用的剪力怎样微小,油液总会发生连续的变形,这就是油液的易流性,它使得油液本身不能保持一定的形状,只能呈现所处容器的形状。
均质性:其密度是均匀的,物理特性是相同的。
第一节 液压传动工作介质
液压传动最常用的工作介质是液压油,此外,还有乳化型传动液和合成型传动液等,此处仅介绍几个常用的液压传动工作介质的性质。
一、液压传动工作介质的性质
1.密度
单位体积液体的质量称为液体的密度。体积为V,质量为m的液体的密度为
矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小,随压力的提高而稍有增加,但变动值很小,可以认为是常值。我国采用摄氏20度时的密度作为油液的标准密度。
2.可压缩性
压力为p0、体积为V0的液体,如压力增大
时,体积减小
,则此液体的可压缩性可用体积压缩系数
,即单位压力变化下的体积相对变化量来表示
由于压力增大时液体的体积减小,因此上式右边须加一负号,以使
成为正值。液体体积压缩系数的倒数,称为体积弹性模量K,简称体积模量。即K=1/
。
3.粘性
1)粘性的定义
液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力,这种现象叫做液体的粘性。液体只有在流动(或有流动趋势)时才会呈现出粘性,静止液体是不呈现粘性的。
粘性使流动液体内部各处的速度不相等,以图1-2为例,若两平行平板间充满液体,下平板不动,而上平板以速度
向右平动。由于液体的粘性作用,紧靠下平板和上平板的液体层速度分别为零和
。通过实验测定得出,液体流动时相邻液层间的内摩擦力Ft,与液层接触面积A、液层间的速度梯度
成正比,即
式中:
为比例常数,称为粘性系数或粘度。如以
表示切应力,即单位面积上的内摩擦力,则
这就是牛顿的液体内摩擦定律。
2)粘性的度量
(1)动力粘度:又称绝对粘度,单位为Pa·s(帕·秒),以前沿用的单位为P(泊,dyne·s/
),1Pa·s=10P=
cP(厘泊)。
(2)运动粘度:液体的动力粘度与其密度的比值,称为液体的运动粘度
;即
,
单位为
。以前沿用的单位为St(斯),1
=
St=
cSt(厘斯)。液压传动工作介质的粘度等级是以40
时运动粘度(以
计)的中心值来划分的,如某一种牌号L-HL22普通液压油在40
时运动粘度的中心值为22
。
液体的粘度随液体的压力和温度而变。对液压传动工作介质来说,压力增大时,粘度增大。在一般液压系统使用的压力范围内,增大的数值很小,可以忽略不计。但液压传动工作介质的粘度对温度的变化十分敏感,温度升高,粘度下降。这个变化率的大小直接影响液压传动工作介质的使用,其重要性不亚于粘度本身。
4.其它性质
液压传动工作介质还有其它些性质,如稳定性(热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性、剪切稳定性等)、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性、润滑性以及相容性(对所接触的金属、密封材料、涂料等作用程度)等,它们对工作介质的选择和使用有重要影响。这些性质需要在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得,其含义较为明显,不多作解释,可参阅有关资料。