液壓油的主要物理性質(zhì)

液壓傳動(dòng)是以液壓油（通常為礦物油）作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力和信號(hào)的。因此液壓油的質(zhì)量（物理、化學(xué)性能）的優(yōu)劣，尤其是力學(xué)性能對(duì)液壓系統(tǒng)工作的影響很大。所以，在研究液壓系統(tǒng)時(shí)，必須對(duì)所用的液壓油及其性能進(jìn)行較深入了解，以便進(jìn)一步理解液壓傳動(dòng)的基本原理。

1．密度

單位體積液體的質(zhì)量稱(chēng)為該液體的密度：

                          Ρ=m/v                           （8-1）

式中，V為體積；m為體積為V的液體的質(zhì)量；Ρ為液體的密度。

密度是液體一個(gè)重要的物理量參數(shù)。隨著溫度或壓力的變化，其密度也會(huì)發(fā)生變化，但變化量一般很小，可以忽略不計(jì)。一般液壓油的密度為900kg/m³。

2．可壓縮性

液體受壓力的作用而發(fā)生體積減小變化稱(chēng)為液體的可壓縮性。若液壓油中混入空氣時(shí)，其可壓縮性將顯著增加，并將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的工作性能，因此在液壓系統(tǒng)中盡量減少油液中混入的氣體及其他揮發(fā)物質(zhì)（如汽油、煤油、乙醇和苯等）的含量。

3．黏性

(1)黏性的意義。液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，液體分子間內(nèi)聚力會(huì)阻礙分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即分子之間產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，這一特性稱(chēng)為液體的黏性。黏性是液體的重要物理特性，也是選擇液壓用油的依據(jù)。

由于液體在外力作用下才有黏性，因此液體在靜止?fàn)顟B(tài)下是不呈現(xiàn)黏性的。液體黏性的大小用黏度來(lái)表示。

(2)液體的黏度。指定量表示黏性高低的量，常用的黏度有3種，即動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和相對(duì)黏度。平時(shí)提到油的牌號(hào)實(shí)際是運(yùn)動(dòng)黏度。

1)動(dòng)力黏度μ。在我國(guó)法定計(jì)量單位制及SI制中，動(dòng)力黏度μ的單位是Pa·s（帕·秒）或用N·s/m²（牛·秒/米²）表示。

在CGS制中，口的單位為dgn·s/cm²（達(dá)因·秒/厘米²），叉稱(chēng)為P（泊）。P的1%稱(chēng)為cP（厘泊）。其換算關(guān)系如下

1Pa·s=10P=l0³cP

2)運(yùn)動(dòng)黏度v。動(dòng)力黏度μ和該液體密度Ρ之比值，稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)黏度。即

v=μ/Ρ    (82)

運(yùn)動(dòng)黏度μ沒(méi)有明確的物理意義。因?yàn)樵谄鋯挝恢兄挥虚L(zhǎng)度和時(shí)間的量綱，所以稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)黏度。它是工程實(shí)際中經(jīng)常用到的物理量。

在我國(guó)法定計(jì)量單位制及SI制中，運(yùn)動(dòng)黏度v的單位是m²/s（米²/秒）。

在CGS制中，v的單位是Cm²/s（厘米²/秒），通常稱(chēng)為St（沲）。1St（沲）=100cSt（厘沲）。兩種單位制的換算關(guān)系為

im²/S=10⁴St=10⁶cSt

就物理意義來(lái)說(shuō)，μ并不是一個(gè)黏度的量，但工程中常用它來(lái)標(biāo)志液體的黏度。例如，液壓油的牌號(hào)，就是這種油液在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度v (mm²/s)的平均值，如L—AN32液壓油就是指這種液壓油在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度的平均值為32mm²/s。

3)相對(duì)黏度。相對(duì)黏度叉稱(chēng)條件黏度。它是采用特定的黏度計(jì)在規(guī)定的條件下測(cè)出來(lái)的液體黏度。根據(jù)測(cè)量條件的不同，各國(guó)采用的相對(duì)黏度的單位也不同。如中國(guó)、德國(guó)及前蘇聯(lián)等國(guó)家采用恩氏黏度(°E)，美國(guó)采用國(guó)際賽氏秒(SSU)，英國(guó)采用雷氏黏度(R)等。

恩氏黏度由恩氏黏度計(jì)測(cè)定，即將200cm³的被測(cè)液體裝入底部有Ф2.8mm小孔的恩氏黏庋計(jì)的容器中，在某一特定溫度t℃時(shí)，測(cè)定液體在自重作用下流過(guò)小t₁所需的時(shí)間t和同體積的蒸餾水在20℃時(shí)流過(guò)同一小孔所需的時(shí)間t₂，兩者之比值便是該液體在t℃時(shí)的恩氏黏度。恩氏黏度用符號(hào)°E表示

°E_t=t₁/t₂(8—3)

一般以20℃、50℃、100℃作為測(cè)定恩氏黏度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此而得來(lái)的恩氏黏度分別用°E₂₀、°E₅₀和°E₁₀₀表示。

恩氏黏度和運(yùn)動(dòng)黏度的換算關(guān)系可以查詢(xún)相關(guān)手冊(cè)或書(shū)籍。

(3)調(diào)和油的黏度。選擇合適黏度的液壓油，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能有著十分重要的作用。有時(shí)現(xiàn)有的油液黏度不能滿(mǎn)足要求，可把兩種不同黏度的油液混合起來(lái)使用，稱(chēng)為調(diào)和油。調(diào)和油的黏度與兩種油所占的比例有關(guān)，一般可用下表的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

系數(shù)c的數(shù)值

a	10	20	30	40	50	60	70	80	90
b	90	80	70	60	50	40	30	20	10
c	6.7	13.1	17.9	22.1	25.5	27.9	28.2	25	17

 

(4)黏度和溫度的關(guān)系。溫度對(duì)油液黏度影響很大，當(dāng)油液溫度升高時(shí)，其黏度顯著下降。油液黏度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量，因此希望黏度隨溫度的變化越小越好。不同的油液有不同的黏度溫度變化關(guān)系，這種關(guān)系叫做油液的黏溫特性。

油液的黏溫特性可以用黏度指數(shù)Ⅵ來(lái)表示，VI值越大，表示油液隨溫度的變化率越小，即黏溫特性越好。一般液壓油要求VI值在90以上，而精制的液壓油及加有添加劑的液壓油，其值可大于100。幾種國(guó)產(chǎn)油液黏溫圖如圖1所示。

 

液體的黏溫特性常用黏度指數(shù)VI來(lái)度量。VI表示該液體的黏度變化的程度與標(biāo)準(zhǔn)油液的黏度變化程度之比。通常在各種工作介質(zhì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中都給出黏度指數(shù)。黏度指數(shù)高，說(shuō)明黏度隨溫度的變化小，其黏溫特性好。一般要求工作介質(zhì)的黏度指數(shù)應(yīng)在90以上，優(yōu)異的在100以上。幾種常見(jiàn)工作介質(zhì)的黏度指數(shù)列于下表中。

常見(jiàn)工作介質(zhì)的粘度指數(shù)

介質(zhì)種類(lèi)	黏度指數(shù)VI		介質(zhì)種類(lèi)	黏度指數(shù)VI
通用液壓油L-HL	90		高含水液壓油L-HFA	130
抗磨液壓油L-HM	95		油包水乳化液L-HFB	130～170
低溫液壓油L-HV	130		水-乙二醇液L-HFC	140～170
高黏度液壓油L-HR	160		磷酸酯液L-HFDR	130～180

 

(5)黏度與壓力的關(guān)系。壓力對(duì)油液的黏度也有一定的影響。壓力越高，分子間的距離越小，因此黏度變大。不同的油液有不同的黏度壓力變化關(guān)系。這種關(guān)系叫油液的黏壓特性。

在液壓系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的壓力不高，壓力對(duì)黏度的影響較小，一般可以忽略不計(jì)。當(dāng)壓力較高或壓力變化較大時(shí)，則壓力對(duì)黏度的影響必須考慮。

4．其他特性

液壓油液還有其他一些物理化學(xué)性質(zhì)，如抗燃性、抗氧化性、抗凝性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤(rùn)滑性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性以及相容性（主要指對(duì)密封材料、軟管等不侵蝕、不溶脹的性質(zhì)）等，這些性質(zhì)對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能有重要影響。對(duì)于不同品種的液壓油，這些性質(zhì)的指標(biāo)是不同的，具體應(yīng)用時(shí)可查油類(lèi)產(chǎn)品手冊(cè)。