液压液的物理性质分析
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液压液的物理性质
    液压液的基本性质有多项，现择其与液压传动性能密切相关的三项作一介绍。
    （一）密度
    单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度，即
    P=m\v
式中p-液体的密度；
    v-—一液体的体积；
    m——液体的质量。
常用液压传动液压液的密度值如表2-2所示。
 表2_2常用液压传动液压液的密度(20℃)
液压液
密度／(kg．m-3)
液压液
密度／（kg．m-3）
抗磨液压液L-HM32
抗磨液压液L-HM46
油包水乳化液L-HFB
水包油乳化液L-HFAE
   0. 87 x l03
   0. 875 x l03
   0. 932 x l03
 0. 9977 x l03
水一乙二醇液压液L-HFC
通用磷酸酯液压液L-HFDR飞机用磷酸酯液压液L-HFDR
    10号航空液压油
 1. 06 x l03
 1. 15 x l03
 1. 05 x l03
 0. 85 x l03
 
 液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，在工程计算中可以忽略不计。
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    （二）可压缩性
    液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。若压力为Po时液体的体积为vo，压力增加△p，液体的体积减小△y，则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为
  式中，k称为液体压缩率。由于压力增加时液体的体积减小，两者变化方向相反，为使k成为正值，在上式右边须加一负号。
    液体压缩率K的倒数，称为液体体积弹性模量（以下简称体积模量），    表2-3所示为各种液压液的体积模量。由表中石油基液压油体积模量的数值可知，它的可压缩性是钢的100—150倍(钢的弹性模量为2.1×l05 MPa)。
表2-3各种液压液的体积模量（20。C，大气压）
液压液
体积模量K/lVfPa
液压液
体积模量K/MPa
石油基液压油
水包油乳化液
油包水乳化液
(1.4 ~2) xl03
1. 95 x l03
2. 3 x l03
水．乙二醇液压液
磷酸酯液压液
水
3. 45 x l03
2. 65 x l03
2. 4 x l03
 
    封闭在容器内的液体在外力作用下的情况极像一个弹簧：外力增大，体积减小；外力减小，体积增大。这种弹簧的刚度后。，在液体承压面积A不变时（图2-1），可以通过压力变化△p= △F/A、体积变化△V =A△I（△l为液柱长度变化）和式(2-3)求出，即
       一般情况下，液压液的可压缩性对液压系统性能影响不大，但在高压下或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时，则必须予以考虑。
    石油基液压油的体积模量与温度、压力有关：温度升高时，K值减小，在液压油正常工作温度范围内，K值会有5%~25%的变化；压力增加时，K值增大，但这种变化不呈线性关系，当p≥3MPa时，K值基本上不再增大。
    由于空气的可压缩性很大，因此当液压液中有游离气泡时，K值将大大减小，且起始压力的影响明显增大。但是在液体内游离气泡不可能完全避免，因此，一般建议石 油基液压油K的取值为(0.7~1.4)×l03MPa，且应采取措施尽量减少液压系统液压液中的游离空气的含量。
图2-1 油液弹簧的刚度计算简图
    石油基液压油的体积膨胀系数和比热容分别为(6.3~7.8)×10。4K“和(1.7—2.1)×
103J/( kg．K)。
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    （三）粘性
    1．粘性的表现
    液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制，从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。
    现以图2-2为例说明液体的粘性。若距离为^的两平行平板间充满液体，下平板固定，而上平板以速度Ⅱ。向右平动。由于液体和固体壁面间的附着力及液体的粘性，会使流动液体内部各液层的速度大小不等：紧靠着下平板的液层速度为零，紧靠着上平板的液层速度为“0，而中间各层液体的速度当层间距离^较小时，从上到下近似呈线性递减规律分布。其中速度快的液层带动速度慢的；而速度慢的液层对速度快的起阻滞作用。
    实验测定表明，流动液体相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比，  式中，比例系数p称为绝对粘度或动力粘度。
    若以下表示液层间的切应力，即单位面积上的内摩擦力，则上式可表示为
  这就是牛顿液体内摩擦定律。
图2—2液体粘性示意图
    由上式可知，在静止液体中，速度梯度du/dy=0，故其内摩擦力为零，因此静止液体不呈现粘性，液体只在流动时才显示其粘性。
    2．粘性的度量
    度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度有三种，即绝对粘度（动力粘度）、运动粘度、相对粘度。    ．
    (1)绝对粘度（动力粘度）u由式( 2-6)可知，绝对粘度肛是表征流动液体内摩擦力大小的粘性系数。其量值等于液体在以单位速度梯度流动时，单位面积上的内摩擦力，即
   u=r／y    (2-7)
    在我国法定计量单位制及SI制中，绝对粘度p的单位是Pa．s（帕·秒）或用N．s/m2（牛·秒／米2）表示。
    如果绝对粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，那么这种液体称为牛顿液体，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。
 (2)运动粘度p液体绝对粘度与其密度之比称为该液体的运动粘度z，，即
        在我国法定计量单位制及SI制中，运动粘度∥的单位是-2／s（米2／秒）。因其中只有长
度和时间的量纲，故得名为运动粘度。国际标准ISO按运动粘度值对油液的粘度等级(VG)
进行划分，如表2-4所示。
表2-4常用液压油运动粘度等级    (×10 -6II12/S)
粘波等级
40℃时粘度平均值
40℃时粘度范围
粘度等级
40℃时粘度平均值
40℃时粘度范围
VG10
VC15
VG22
VC32
10
15
22
32
9. 00 ~11. 0
13. 5 ~ 16. 5
19. 8 ~ 24. 2
28. 8 ~ 35. 2
VG46
VG68
VC100
VG150
46
68
100
150
41. 4 ~ 50. 6
61. 2 ~ 74. 8
90. O ~ 110
135 ~165
 
    注：其中最主要的为VG15~ VC68。
    (3)相对粘度相对粘度是根据特定测量条件制定的，故又称条件粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如恩氏粘度oE（欧洲一些国家）、通用赛氏秒SUS（美国、英国）、商用雷氏秒RiS（英、美等国）和巴氏度oB（法国）等。
    国际标准化组织ISO已规定统一采用运动粘度来表示油的粘度。

本文标题：液压液的物理性质分析

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