液壓液的物理性質(zhì)分析
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液壓液的物理性質(zhì)
    液壓液的基本性質(zhì)有多項(xiàng)，現(xiàn)擇其與液壓傳動(dòng)性能密切相關(guān)的三項(xiàng)作一介紹。
    （一）密度
    單位體積液體所具有的質(zhì)量稱為該液體的密度，即
    P=m\v
式中p-液體的密度；
    v-—一液體的體積；
    m——液體的質(zhì)量。
常用液壓傳動(dòng)液壓液的密度值如表2-2所示。
 表2_2常用液壓傳動(dòng)液壓液的密度(20℃)
液壓液
密度／(kg．m-3)
液壓液
密度／（kg．m-3）
抗磨液壓液L-HM32
抗磨液壓液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
水一乙二醇液壓液L-HFC
通用磷酸酯液壓液L-HFDR飛機(jī)用磷酸酯液壓液L-HFDR
    10號(hào)航空液壓油
 1. 06 x l03
 1. 15 x l03
 1. 05 x l03
 0. 85 x l03
 
 液體的密度隨著壓力或溫度的變化而發(fā)生變化，但其變化量一般很小，在工程計(jì)算中可以忽略不計(jì)。
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    （二）可壓縮性
    液體因所受壓力增高而發(fā)生體積縮小的性質(zhì)稱為可壓縮性。若壓力為Po時(shí)液體的體積為vo，壓力增加△p，液體的體積減小△y，則液體在單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量為
  式中，k稱為液體壓縮率。由于壓力增加時(shí)液體的體積減小，兩者變化方向相反，為使k成為正值，在上式右邊須加一負(fù)號(hào)。
    液體壓縮率K的倒數(shù)，稱為液體體積彈性模量（以下簡(jiǎn)稱體積模量），    表2-3所示為各種液壓液的體積模量。由表中石油基液壓油體積模量的數(shù)值可知，它的可壓縮性是鋼的100—150倍(鋼的彈性模量為2.1×l05 MPa)。
表2-3各種液壓液的體積模量（20。C，大氣壓）
液壓液
體積模量K/lVfPa
液壓液
體積模量K/MPa
石油基液壓油
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．乙二醇液壓液
磷酸酯液壓液
水
3. 45 x l03
2. 65 x l03
2. 4 x l03
 
    封閉在容器內(nèi)的液體在外力作用下的情況極像一個(gè)彈簧：外力增大，體積減??；外力減小，體積增大。這種彈簧的剛度后。，在液體承壓面積A不變時(shí)（圖2-1），可以通過(guò)壓力變化△p= △F/A、體積變化△V =A△I（△l為液柱長(zhǎng)度變化）和式(2-3)求出，即
       一般情況下，液壓液的可壓縮性對(duì)液壓系統(tǒng)性能影響不大，但在高壓下或研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及計(jì)算遠(yuǎn)距離操縱的液壓機(jī)構(gòu)時(shí)，則必須予以考慮。
    石油基液壓油的體積模量與溫度、壓力有關(guān)：溫度升高時(shí)，K值減小，在液壓油正常工作溫度范圍內(nèi)，K值會(huì)有5%~25%的變化；壓力增加時(shí)，K值增大，但這種變化不呈線性關(guān)系，當(dāng)p≥3MPa時(shí)，K值基本上不再增大。
    由于空氣的可壓縮性很大，因此當(dāng)液壓液中有游離氣泡時(shí)，K值將大大減小，且起始?jí)毫Φ挠绊懨黠@增大。但是在液體內(nèi)游離氣泡不可能完全避免，因此，一般建議石 油基液壓油K的取值為(0.7~1.4)×l03MPa，且應(yīng)采取措施盡量減少液壓系統(tǒng)液壓液中的游離空氣的含量。
圖2-1 油液彈簧的剛度計(jì)算簡(jiǎn)圖
    石油基液壓油的體積膨脹系數(shù)和比熱容分別為(6.3~7.8)×10。4K“和(1.7—2.1)×
103J/( kg．K)。
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    （三）粘性
    1．粘性的表現(xiàn)
    液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間內(nèi)聚力的存在使其流動(dòng)受到牽制，從而沿其界面產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這一特性稱為液體的粘性。
    現(xiàn)以圖2-2為例說(shuō)明液體的粘性。若距離為^的兩平行平板間充滿液體，下平板固定，而上平板以速度Ⅱ。向右平動(dòng)。由于液體和固體壁面間的附著力及液體的粘性，會(huì)使流動(dòng)液體內(nèi)部各液層的速度大小不等：緊靠著下平板的液層速度為零，緊靠著上平板的液層速度為“0，而中間各層液體的速度當(dāng)層間距離^較小時(shí)，從上到下近似呈線性遞減規(guī)律分布。其中速度快的液層帶動(dòng)速度慢的；而速度慢的液層對(duì)速度快的起阻滯作用。
    實(shí)驗(yàn)測(cè)定表明，流動(dòng)液體相鄰液層間的內(nèi)摩擦力Ff與液層接觸面積A、液層間的速度梯度du/dy成正比，  式中，比例系數(shù)p稱為絕對(duì)粘度或動(dòng)力粘度。
    若以下表示液層間的切應(yīng)力，即單位面積上的內(nèi)摩擦力，則上式可表示為
  這就是牛頓液體內(nèi)摩擦定律。
圖2—2液體粘性示意圖
    由上式可知，在靜止液體中，速度梯度du/dy=0，故其內(nèi)摩擦力為零，因此靜止液體不呈現(xiàn)粘性，液體只在流動(dòng)時(shí)才顯示其粘性。
    2．粘性的度量
    度量粘性大小的物理量稱為粘度。常用的粘度有三種，即絕對(duì)粘度（動(dòng)力粘度）、運(yùn)動(dòng)粘度、相對(duì)粘度。    ．
    (1)絕對(duì)粘度（動(dòng)力粘度）u由式( 2-6)可知，絕對(duì)粘度肛是表征流動(dòng)液體內(nèi)摩擦力大小的粘性系數(shù)。其量值等于液體在以單位速度梯度流動(dòng)時(shí)，單位面積上的內(nèi)摩擦力，即
   u=r／y    (2-7)
    在我國(guó)法定計(jì)量單位制及SI制中，絕對(duì)粘度p的單位是Pa．s（帕·秒）或用N．s/m2（牛·秒／米2）表示。
    如果絕對(duì)粘度只與液體種類有關(guān)而與速度梯度無(wú)關(guān)，那么這種液體稱為牛頓液體，否則為非牛頓液體。石油基液壓油一般為牛頓液體。
 (2)運(yùn)動(dòng)粘度p液體絕對(duì)粘度與其密度之比稱為該液體的運(yùn)動(dòng)粘度z，，即
        在我國(guó)法定計(jì)量單位制及SI制中，運(yùn)動(dòng)粘度∥的單位是-2／s（米2／秒）。因其中只有長(zhǎng)
度和時(shí)間的量綱，故得名為運(yùn)動(dòng)粘度。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO按運(yùn)動(dòng)粘度值對(duì)油液的粘度等級(jí)(VG)
進(jìn)行劃分，如表2-4所示。
表2-4常用液壓油運(yùn)動(dòng)粘度等級(jí)    (×10 -6II12/S)
粘波等級(jí)
40℃時(shí)粘度平均值
40℃時(shí)粘度范圍
粘度等級(jí)
40℃時(shí)粘度平均值
40℃時(shí)粘度范圍
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：其中最主要的為VG15~ VC68。
    (3)相對(duì)粘度相對(duì)粘度是根據(jù)特定測(cè)量條件制定的，故又稱條件粘度。測(cè)量條件不同，采用的相對(duì)粘度單位也不同。如恩氏粘度oE（歐洲一些國(guó)家）、通用賽氏秒SUS（美國(guó)、英國(guó)）、商用雷氏秒RiS（英、美等國(guó)）和巴氏度oB（法國(guó)）等。
    國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO已規(guī)定統(tǒng)一采用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)表示油的粘度。

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