作者：贾铭新
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
液压传动与控制(第4版)试读：
内容简介本书是以液压传动为主、控制为辅的机械类非液压专业的本科生教材。 书中介绍了液压传动与控制（伺服控制与可编程序控制器控制）的基本原理、基本概念，介绍了机床及工程机械中常用的液压元件、典型液压回路，以及液压传动在机床、压力机械、船舶机械等通用机械设备中的具体应用实例和液压系统的设计方法及工程实例的设计。
全书共12章：第一、二章为液压传动的基础部分，即液压传动的基本概念和液压流体力学基础；第三章至第六章为液压元件，包括液压泵、液压马达、液压缸、液压阀和液压辅助装置；第七章至第九章为液压基本回路、典型液压系统和液压系统的设计与计算；第十章为工程实例；第十一章为液压伺服控制系统（简介）；第十二章为可编程序控制器（ PLC）在液压系统中的应用。 本书提供的静态图素材可登录华信资源教育网（http：//www.hxedu.com.cn）免费下载。
本书为全国高等学校部委级重点教材，由中船总公司流体传动与控制委员会推荐为机械类非液压专业本科生液压传动与控制课程教学用书。 它可以作为普通工科高等院校及职业技术学院、广播电视大学、业余大学、职工大学、函授学院等相关专业的教材，也可供从事液压技术的工程技术人员参考。
未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容
版权所有，侵权必究
图书在版编目（ CIP）数据
液压传动与控制/贾铭新主编. —4版. —北京：电子工业出版社，2017.10
普通高等教育机电类“十三五”规划教材
ISBN 978-7-121-32754-4
I.①液… Ⅱ.①贾… Ⅲ.①液压传动-高等学校-教材 ②液压控制-高等学校-教材 Ⅳ.①TH137
中国版本图书馆CIP数据核字（ 2017）第232221号
责任编辑：郭穗娟
印刷：
装订：
出版发行：电子工业出版社
北京市海淀区万寿路173信箱 邮编 10036
开本：787×1092 1/16 印张：18.75 字数：474千字
版次：1993年12月第1版
2017年10月第4版
印次：2017年10月第1次印刷
定价：59.80元
凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。 若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（ 010） 88254888，88258888。
质量投诉请发邮件至zlts@phei.com.cn，盗版侵权举报请发邮件至dbqq@phei.com.cn。
本书咨询联系方式：（010）88254502，guosj@phei.com.cn。出版说明
根据国务院发（1978）23号文件批转试行的《关于高等学校教材编审出版若干问题的暂行规定》，我们开展了全国高等学校船舶类专业规划教材编审、出版的组织工作。
为了做好教材编审组织工作，中国船舶工业总公司相应地成立了“船舶与海洋工程”、“船舶动力”、“船电自动化”、“惯性导航及仪器”、“水声电子工程”、“流体传动与控制”、“水中兵器”七个教材委员会，聘请了有关院校的教授、专家50余人参加编审指导工作。船舶类专业教材委员会是有关船舶类专业教材建设研究、指导、规划和评审方面的专家组织，主要任务是协助政府机关做好高等学校船舶类专业教材的编审工作，对提高教材质量起审查把关作用。
经过前四轮教材建设，共出版教材300余种，建立了较完善的规章制度，扩大了出版渠道，在教材的编审依据、计划体制、出版体制等方面实行了卓有成效的改革，这些改革措施为“九五”期间船舶类专业教材建设奠定了良好基础。根据原国家教委对“九五”期间高校教材建设的要求：“抓好重点教材，全面提高质量，继续增加品种，整体优化配套，深化管理体制和运行机制的改革，加强组织领导”，船舶总公司于1996年组织制定了“全国高等学校船舶类专业教材（九五）选题规划”。列入规划的选题共129种，其中部委级重点选题49种，一般选题80种。“九五”教材规划是在我国发展社会主义市场经济条件下第一个教材规划，为适应社会主义市场经济外部环境，“九五”船舶类专业教材建设实行指导性计划体制。即在指导性教材计划指导下，教材编审出版由主编学校负责组织实施，教材委员会进行质量审查，船舶工业教材编审室组织协调。“九五”期间要突出抓好重点教材，全面提高教材质量。为此，教材建设引入竞争机制，通过教材委员会评审、择优确定主编，实行主编负责制。教材质量审查实行主审、复审制，聘请主编校以外的专家审稿，最后教材委员会复审，复审合格后由有关教材委员会发给编者出版推荐证书，作为出版依据。全国高校船舶类专业规划教材是通过严格的编审程序和高标准、严要求的审稿工作来保证教材质量的。
为完成“九五”教材规划，主编学校应充分发挥主导作用。规划教材的立项是由学校申报，立项后由主编校组织实施，教材出版后由学校组织选用，学校是教材编写与教材选用的行为主体，教材计划的执行主要取决于主编校工作情况。希望有关高校切实负起责任，各有关方面积极配合，为完成“九五”船舶类专业教材规划、为编写出版更多的精品教材而努力。
由于水平和经验局限，教材的编审出版工作和教材本身还会有很多缺点和不足，希望各有关高校、同行专家和广大读者提出宝贵意见，以便改进提高。
船舶工业教材编审室第4版前言
本书原版是全国高等院校“九·五”规划部委级重点教材（第1版曾获国家级优秀教材三等奖），自1993年12月出版以来前后重印多次，被众多院校单位不同层次（本科生、硕士生、博士生）的教学选用为教材，受到读者的广泛青睐。胡晓东、贾春杨、张春亮参加了第3版的编写，特表示感谢。
本次再版对上版教材做了通盘、严密梳理，在保持上版教材原有特色和体系的前提下，做了如下修订：（1） 为了更便于学生对相关内容的自学、理解，对用“词”欠佳之处给予改善；（2） 对于一些基本概念、内容比较“费解” 之处，重新进行编辑，使之更加通俗易懂；（3） 对于有关言语叙述 “不够严谨” 之处，进行调理使之更科学、得当；（4） 纠正了发现的 “笔误”“漏误”，使有关内容、概念更加清晰；（5）为了进一步引导和强化学生解决实际工程问题的能力，增补了第十章，即“码头行人踏板液压系统设计”的工程实例。
对于理论性、概念性、实践性都很强的“液压传动与控制”这门课，其学习的目的和要求只有两个——“看图”和“用图”。所谓“看图”就是对给定的，特别是机床、压力机械、船舶机械、通用机械设备等工程上应用的液压系统，能看懂，能正确地分析出其工作原理、性能特点，对系统能做出客观、正确的评估，以便他人借鉴。所谓 “用图” 即 “学以致用”，是指读者对给定的工程项目，既能设计出符合设计技术要求、节能减材、高性能的液压系统，又能对相对应的液压装置实施正确安装和调控。对于前者，本书已列举了足够的工程实例可供读者学习和参考；对于后者，借本次再版之机作者又引入了一项别有特色的工程实例（码头行人踏板液压系统设计）的设计项目，以弥补这方面的不足。在第十章的工程实例中，正、负负载交变，且变化较大，尤其是负负载变化较大，在此工况下，如何解决液压系统运行的稳定性；运行中，若突然断电，如何保证在空中运行的重物（负载）能被安全稳定地锁定在空中任意位置而不下滑，是此工程项目的“核心”、“关键”。通过应用验证，该“核心”“关键”问题在所设计项目设备的实际运行中都得到了解决。因此，解决上述 “核心”“关键”问题的思路、方式、方法对工程上类似情况亦有一定的帮助和参考价值。
鉴于机械类专业面较宽，考虑到不同行业的需要，书中撰写的内容比较丰富，对机械类不同专业可有所侧重的选择，故本书也可以作为职业技术学院、广播电视大学、业余大学、职业大学、函授学院等相关专业的教材。
本书共12章。第 一、二、五、七、八、十章及附录由哈尔滨工程大学教授贾铭新编写；第三、四、十一、十二章由黑龙江大学陈雪峰编写；第六、九章由黑龙江大学刘博编写。贾铭新担任主编，陈雪峰和刘博担任副主编。
由于时间和水平有限，本次修订依然难免存在缺点和疏漏，敬请广大读者批评指正。
贾铭新
2017年6月第一章 绪论
液压传动相对于机械传动来说是一门新兴的技术。人类使用水力机械及液压技术虽然已有很长历史，但是液压技术在机械领域中得以应用并取得迅速发展则是20世纪特别是第二次世界大战以后的事。由于液压传动具有许多突出的优点，目前已广泛地应用在工农业机械、机床、交通运输、陆地行走设备、船舶控制、火炮控制、飞机、导弹等各个方面。
本章的目的是搞清液压传动的工作原理，了解液压传动的主要优缺点及应用，初步掌握液压传动的两个工作特性。第一节 液压传动的基本概念
一、液压传动的工作原理及工作特性（一） 工作原理
对于不同的液压装置和设备，它们的液压传动系统虽然不同，但液压传动的基本工作原理是相同的。为了了解液压传动的基本工作原理，现以一个简化了的机床液压系统为例加以说明。
图1-1（a）为一磨床工作台液压系统工作原理图。与机械传动相似，液压传动中的执行元件是在油压力的推动下按预定的要求动作的。对于图1-1（a）中的执行元件——液压缸来说，它所要完成的动作要求是：直线运动、运动的变速、运动的换向和在任意位置的停留。下面就从液压系统是如何实现这四个动作的分析入手，得出液压传动的基本工作原理。
1.液压缸的直线运动
液压泵4由电动机（图中未画出）带动旋转，从油箱1 吸油。油液经滤油器2 通过油管3进入液压泵后，被输送到油管10（同时也输入旁路油管9，该部分油路分析稍后），并经开停阀11、油管12、节流阀13、油管14、换向阀15、油管18 进入液压缸19（其缸筒固定在机床床身上，活塞杆26 与工作台20 相连）的左腔，作用于活塞25左侧的环形面积上。当油液对活塞向右的推力大于等于阻碍活塞向右移动的所有阻力之和时，活塞25、活塞杆26以及和活塞杆相连的工作台20（连同装夹在工作台上的工件23）一起向右移动。这时，液压缸右腔的油液（刚开始时右腔可能没有油液，但经过一个往返运动后，右腔就有油液了）从液压缸的出口，经油管27、换向阀15、油管29排回油箱。这样就实现了液压缸（工作台）的向右直线运动。
2.液压缸的运动变速
磨床在磨削工件时，根据加工要求的不同，工作台运动的速度必须可调。在图1-1（a）中，工作台20运动速度的快慢是通过节流阀13来调节的，节流阀13像个自来水龙头，可以开大，也可以关小。当它开大时，流入液压缸内的油液就增多，工作台运动速度就加快；关小时，工作台的速度就减慢。图1-1 磨床工作台液压系统工作原理示意（半结构图）1—油箱；2—滤油器；3—油管（吸油管）；4—液压泵；5、29、30—油管（回油管）；6—钢球；7—弹簧；8—溢流阀；9、10、12、14—油管（压油管）；11—开停阀；13—节流阀；15—换向阀；16—铰链；17—换向杆；18、27—油管（交替为压油管）；19—液压缸；20—工作台；21、24—左右挡块；22—砂轮；23—工件；25—活塞；26—活塞杆；28—阀芯
3.液压缸的运动换向
为了进行连续磨削，工作台20必须作往复（左右）运动（工件的横向进给由砂轮22来完成）。在工作台20的侧面上装有挡块21和挡块24。当工作台向右运动到其左挡块21碰到换向杆17时，换向杆17绕其支点16顺时针方向转动，拨动换向阀阀芯28，使之从图面上的位置移向左位，成为图1-1（b）所示状态。这时，从油管14输来的油液经换向阀15后，经油管27进入液压缸的右腔，并作用于活塞25右边的环形面积上。当油液对活塞向左的推力大于等于阻碍活塞向左移动的所有阻力之和时，活塞、活塞杆及工作台便一起向左移动，同时液压缸左腔的油液从液压缸出口流出，经油管18、换向阀15、油管29排回油箱。此后，当工作台向左运动到其右挡块24碰到换向杆17时，又使杆17逆时针方向转动而使阀芯28移向右位，回复到图1-1（a）的状态。如此循环往复，工作台不停地左右运动，磨削加工就可以持续地进行下去。
4.液压缸在任意位置上的停留
在工件装卸、尺寸检测或进行其他有关工作时，需要短期停止工作台的运动并能使其停留在任意位置上。这个动作可由开停阀11来完成（当然也可以由关闭节流阀13或关掉电机来实现，不过前者不能卸荷，后者则由于频繁启闭电机而有损于电机寿命）。当拨动开停阀11的操纵手柄，使其阀芯处于阀体的左位，即处于如图1-1（c）所示的状态时，液压泵输出的油液经油管10、开停阀11、油管30直接排回油箱，液压缸中无油液输入，工作台停止运动，停留在某个位置上。
当活塞在油液压力的作用下带动工作台一起运动时，阻碍活塞或工作台运动的阻力（包括导轨的摩擦力、砂轮22和工件23间的切削力等）越大，所需油液的压力也越大，反之亦然。调整油液压力使其与阻力（外界负载）相适应是由溢流阀8来完成的。如前所述，由液压泵输出的油液除一部分经油管10输入液压缸外，另一部分则通过油管9进入溢流阀8：当油液压力一旦克服阀8中弹簧7的调定压力时，钢球6便被顶开，油液进入阀8并经油管5排回油箱。这时油液压力与弹簧7的调定值相适应，不再升高，维持定值。当外界负载较大时，调整弹簧7，使弹簧力增加，当钢球被顶开时，就得到了与较大负载相适应的较高的定值油压力；反之亦然。由此可见，溢流阀在这里起到了调节、控制油液压力的作用，以适应不同负载的要求。与此同时，溢流阀还起到了把液压泵输出的多余油液排回油箱的溢流作用。
液压系统中滤油器2的作用是滤去油液中的污物、杂质，保证油液的清洁，使系统正常工作。
由上述分析中，可以看出：（1） 所谓液压传动就是以液体为介质，依靠运动着的液体的压力能来传递动力（液压传动与液力传动不同，后者是依靠液体的动能来传递动力的，如水轮机、液力变矩器等，液力传动不是本课程的内容）。（2） 液压系统工作时，液压泵把电机传来的回转式机械能转变成油液的压力能；油液被输送到液压缸（或液压马达）后，又由液压缸（或液压马达）把油液的压力能转变为直线式（或回转式）的机械能输出。（3） 液压系统中的油液是在受调节、控制的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制在这个意义上来说是难以截然分开的。（4） 液压系统必须满足其执行元件（如上例中的液压缸）在力和速度方面的要求。（二） 液压传动的工作特性
液压系统工作时，外界负载越大（在有效承压面积一定的前提下，下同），所需油液的压力也越大，反之亦然。因此，液压系统的油压力（简称系统的压力，下同）大小取决于外界负载。负载大，系统压力大；负载小，系统压力小；负载为零，系统压力为零。另外，活塞或工作台的运动速度（简称系统的速度，下同）取决于单位时间通过节流阀进入液压缸中油液的体积即流量。流量越大（在有效承压面积一定的前提下，下同），系统的速度越快，反之亦然。流量为零，系统的速度也为零。液压系统的压力和外界负载、速度和流量的这两个关系称作液压传动的两个工作特性。这两个特性很重要，随着课程的深入，要进一步加深对它的理解。
二、液压系统的组成
从上述例子可以看出，液压系统由以下四个主要部分组成。（1） 能源装置。它是将电机输入的机械能转换为油液的压力能（压力和流量）输出的能量转换装置，一般最常见的形式是液压泵。（2） 执行元件。它是将油液的压力能转换成直线式或回转式机械能输出的能量转换装置，在上例中，它是作直线运动的液压缸，在别的情况下，也可以是作回转运动的液压马达。（3） 调节控制元件。它是控制液压系统中油液的流量、压力和流动方向的装置，在上例中，就是控制液体流量的节流阀（流量阀）、控制液体压力的溢流阀（压力阀）及控制液流方向的换向阀、开停阀（方向阀）等液压元件的总称。这些元件是保证系统正常工作不可缺少的组成部分。（4） 辅助元件。是除上述三项以外的其他装置，如上例中的油箱、滤油器、油管、管接头等。这些元件对保证液压系统可靠、稳定持久的工作起重要作用。
以上四个组成部分将在下面各章节中分别介绍。
三、液压系统的图形符号
在图1-1所示的液压系统原理图中，各元件的图形基本上表示了该元件的内部结构原理，称此图为半结构式原理图，简称为半结构图。这种图直观性强，容易理解，当液压系统发生故障时，根据此图检查也较方便，但图形较复杂，特别是当系统中元件较多时，绘制更不方便。为了简化液压原理图的绘制，我国制定了一套液压图形符号标准（GB/T 786.1—2009），将各液压元件都用相应的符号表示（见附录）。这些符号只表示相应元件的职能、连接系统的通路，不表示元件的具体结构和参数，并规定各符号所表示的都是相应元件的静止位置或零位置，称这种符号为职能符号。图1-2即为用职能符号绘制的上述磨床工作台的液压系统工作原理图（职能符号图）。由于这种图图面简洁，油路走向清楚，对系统的分析、设计都很方便，因此现在世界各国采用得较多（具体表示方法大同小异）。如果有些液压元件（如某些自行设计的非标准件）的职能无法用这些符号表示时，那么仍可以采用结构示意图。常用液压元件的职能符号在后文介绍具体元件时还会提到。图1-2 磨床工作台液压系统工作原理图（职能符号图）1—油箱；2—滤油器；4—泵；8—溢流阀；11—开停阀；13—节流阀；15—换向阀；19—液压缸；20—工作台；21、24—左右挡块；22—砂轮；23—工件第二节 液压传动的主要优缺点
液压传动与机械、电力等传动相比，有以下优点：（1） 能方便地进行无级调速，调速范围大。（2） 体积小、质量轻、功率大，即功率质量比大。一方面，在相同输出功率前提下，其体积小、质量轻、惯性小、动作灵敏，这对于液压自动控制系统具有重要意义。另一方面，在体积或重量相近的情况下，其输出功率大，能传递较大的扭矩或推力（如万吨水压力等）。（3） 控制和调节简单、方便、省力，易实现自动化控制和过载保护。（4） 可实现无间隙传动，运动平稳。（5） 因传动介质为油液，故液压元件有自我润滑作用，使用寿命长。（6） 液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和推广使用。（7） 可以采用大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载，从而省去了中间的减速装置，使传动简化。
液压传动的主要缺点是：（1） 漏液。由于作为传动介质的液体是在一定的压力下、有时是在较高的压力下工作的，因此在有相对运动的表面间不可避免地要产生泄漏。同时，由于油液并不是绝对不可以压缩的，油管等也会产生弹性变形，所以液压传动不宜用在传动比要求较严格的场合。（2） 振动。液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产生强烈的振动和较大的噪声。（3） 发热。在能量转换和传递过程中，由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损失，因而易使油液发热，总效率降低，故液压传动不宜用于远距离传动。（4） 液压传动性能对温度比较敏感，故不易在高温及低温下工作。液压传动装置对油液的污染亦较敏感，故要求有良好的过滤设施。（5） 液压元件加工精度要求高，一般情况下又要求有独立的能源（如液压泵站），这些可能使产品成本提高。（6） 液压系统出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。
综上所述，液压传动由于其优点比较突出，故在工农业各个部门获得广泛应用。它的某些缺点随着生产技术的不断发展、提高，正在逐步得到克服。小结
主要概念（1） 液压传动的定义，液压传动的两个工作特性。（2） 液压系统的四个组成部分及其作用。（3） 液压传动的主要优缺点。（4） 液压系统的图形符号。自我检测题及其解答【题目】 液压系统的压力取决于外界负载，而压力控制阀也控制系统的压力，试问二者间有何区别？【解答】 系统压力取决于外界负载是指压力的产生、形成及其产生、形成的大小而言的：外界负载为零，压力为零；外界负载越大，在承压面积（有效工作面积）一定的条件下，所产生的压力也越大。反之亦然。而压力控制阀（如溢流阀）控制系统的压力，是指压力控制阀对由负载所产生、形成的压力进行调整、控制——将压力调成由负载所决定的数值或较之小的数值或零。但不能调出高于负载所决定的数值。例如：由负载所决定的压力为5MPa，压力控制阀可使压力p在5MPa≥p≥0范围内调整，但调不出p＞5MPa的压力值。习题
1-1 何谓液压传动（液压传动的定义是什么）？液压传动有哪两个工作特性？
1-2 液压传动的基本组成部分是什么？试举例说明各组成部分的作用。
1-3 液压传动与机械传动相比有哪些主要优缺点？为什么说这些优缺点只是相对的？第二章 液压油和液压流体力学基础
液压传动是利用液体（通常都是矿物油）作为工作介质来传递动力和信号的。因此液压油的质量——物理、化学性质的优劣，尤其是其力学性质对液压系统工作的影响很大。所以在研究液压系统之前，必须对系统中所用的液压油及其力学性质进行较深入的了解，以便进一步理解液压传动的基本原理，为更好地进行液压系统的分析与设计打下基础。第一节 液压油的性质和选用
一、液体的密度（一） 密度
对非均质液体来说，液体在某点处的微小质量Δm与其体积ΔV之比的极限值，称为液体在该点处的密度，并常用符号ρ表示。即
对于均质液体，其单位体积的质量就是液体的密度。即
式中 V——液体的体积；
m——体积V中所包含的液体质量。（二） 单位3
在国际单位制（SI）中，液体的密度单位是kg/m。
在本书中，除特殊说明外，液压油都是均质的。对于矿物油，其3密度ρ=（850～960）kg/m；对于机床、船舶液压系统中常用的液压3油（矿物油），在 15 ° C时其密度可取为 ρ=900kg/m。（三） 密度与压力、温度的关系
液压油的密度随压力和温度的变化而变化。液体的密度随温度升高而下降，随压力的增加而增大。由于液压系统中工作压力变化不算太大，油液温度又是在控制范围内，所以油温和压力引起的密度变化甚微。因此在一般使用条件下，液压油的密度可视为常数。
二、液体的压缩性（一） 液体的压缩性
液体的压缩性是指液体受压后其体积变小的性能。
液体的压缩性很小，因此在一般情况下，如在低压（压力低于5180×10Pa）和研究液压系统的静态特征时，是可以忽略不计的。但在高压、受压体积较大和研究液压系统的动态特性（包括研究液流的冲击、系统的抗振稳定性、瞬态响应以及计算远距离操纵的液压机构）时，往往必须考虑液压油的压缩性。（二） 液体压缩性的表示方法
1.液体的压缩性系数
液体的压缩性是用压缩性系数表示的。压缩性系数的定义：受压液体在变化单位压力时引起的液体体积的相对变化量。
如图2-1所示，假定压力为p时，液体体积为V；压力增为p+Δp时，液体体积为V-ΔV。根据定义，液体的压缩性系数为
式中 β——液体的压缩性系数；
ΔV——液体的压力变化所引起的液体体积变化值；
Δp——液体的压力变化值。图2-1 压力升高时液体体积的变化
压力增大时，液体体积减小，反之则增大，因此ΔV/V为负值。为了使β为正值，故在式（2-3）的前边加了一个负号。液压油的压缩-102性系数β值一般为（5～7）×10m/N。
2.液体的体积弹性模量
在工程上常用液体的体积弹性模量（简称体积模量）K来表示液体的抗压性（或压缩性），液体压缩性系数的倒数定义为液体的体积模量。即
液压油的体积模量越大，液体的压缩性越小，其抗压性能越强，92反之越弱。液压油的体积模量一般为（1.4～2.0）×10N/m，而钢的112弹性模量为2.06×10N/m。可见前者与后者相比，压缩性差100～150倍。
液压油的体积模量K与压缩过程、温度、压力等因素有关，等温压缩与绝热压缩下的K值不同，但由于二者差别很小，故工程上使用时通常不加以区别。
3.液压油的有效体积模量
当压力变化时，除纯液体（不含气体）的体积有变化外，液体中混入的气体，包容液体的容器（如液压缸和管道等）也会变形。这就是说，只有全面考虑液压油本身的压缩性、混合在油液中空气的压缩性以及盛放液压油的封闭容器（包含管道）的容积变形，才能真正说明液体压缩的实际情况。根据定义，考虑了上述情况后的液体的体积模量——有效体积模量K由式（2-4）推得为e
式中 K——容器壁材料的体积模量（在一般液压系统中容器的c变形主要来自管道）；
K——混入液体中的气体（空气）的体积模量（气体的等温体g积模量等于系统的压力p；绝热体积模量，对于空气，K=1.4p）；g
V——液体中所含纯气体的初始体积；g
V——容器内液体、气体总的初始体积（即含有气体的液体体∑积）。
对于金属液压缸和金属管道，由于其体积模量比液体的大得多，所以其变形的影响一般不考虑。但是当使用橡胶软管或尼龙软管时，由于这些管道的体积模量比液体的小得多，所以计算时必须考虑管道的影响。
在不计管道壁弹性的情况下，即设K→∞时，式（2-5）可化简c为
当油液中无气泡时，式（2-5）可化简为
应当指出，以溶解形式存在于液体中的空气对液体的压缩性没有影响；以混合形式存在于液体中的空气对液体的体积模量影响很大。因此，液压系统在使用和设计时应尽量设法不使油液中混有空气。
例题2-1 有一台机床和船舶机械液压系统，其系统工作压力分别5252为35×10N/m和140×10N/m，两个系统的液压油分别混入了1%和5%的空气量，试求两个系统分别都采用钢管和软管时液压油的有效体积模量。929
解 在式（2-5）中：K=（1.4～2.0）×10N/m，取K=1.5×10N/29292m；对刚质油管K=（16～35）×10N/m，取K=35×10N/m；对软cc管K=（1/4～1/20）K，取K=K/5；K=1.4p （p为系统工作压力，ccg5252p=35×10N/m、140×10N/m）；V/V=1%、5%。把这些数据代入g∑式（2-5）后，将计算结果列于表2-1中。
由表2-1可见：（1） 尽管液压油中混有少量空气，也会使液压油的有效体积模量显著下降（例如，在使用钢管、V/V=0.01时，对于机床液压系统g∑的液体有效体积模量仅是纯液压油的25%；对于船舶机械液压系统则是55%）。（2） 在其他条件相同时，含气量虽然只增加了4%，但液体的有效体积模量却明显地下降（例如在使用钢管时，机床液压系统液压油的有效体积模量下降了76%；船舶机械液压系统下降了63%）。表2-1 可变管道容腔液气混合体的有效体积模量Ke计算表（3） 比较船舶机械与机床液压系统不难看出，增加压力会提高液压油的有效体积模量（例如，在使用钢管且 V/V=0.01 时，工作g∑5252压力由 35×10N/m 增加到 140×10N/m，液体有效体积模量则提高了124%）。这就是液压伺服系统多采用高压控制的原因之一。（4） 液压系统中的软管对油液有效体积模量的影响通常比油液中混入空气的影响还要大。
三、液体的黏性和黏度（一） 黏性
1.定义
液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力。液体的这种性质称为液体的黏性。
2.特点
液体只有在流动时才表现出黏性，静止液体是不呈现黏性的。
液体黏性的大小是用黏度来表示的。黏度大，液层间内摩擦力就大，油液就“稠”；反之，油液就“稀”。（二） 黏度
黏度是表示液体黏性大小的物理量，在液压系统中所用液压油常根据黏度来选择。常用的黏度表示方式有三种：绝对黏度（动力黏度）、运动黏度、相对黏度。
1.绝对黏度
如图2-2所示，在两个平行平板（下板不动，上板动）间充满某种液体。当上板以速度v相对于下平板移动时，由于液体分子与固体0壁面间的附着力，使紧挨着上平板的一层极薄的液体跟随着上平板一起以速度v运动，而紧挨着下平板的极薄的一层液体黏附在下平板上0不动，中间各层液体则由于液体的黏性从上到下按递减的速度向右移动（这是由于相邻两薄层液体间分子的内聚力对上层液体起阻滞作用，对下层液体起拖曳作用的缘故）。图2-2 液体黏性示意
实验测定结果说明，液体流动时相邻液层间的内摩擦力F 与液f层的接触面积A、液层间的相对速度du成正比，与液层间的距离dy成反比，即
式中 μ——比例系数，称为黏性系数或绝对黏度；
——速度梯度，即液层速度沿着平板间隙方向（图2-2中的y方向）的变化率。
若以τ表示切应力，即单位接触面积上的内摩擦力，则有
式（2-9）称为牛顿液体内摩擦定律，它对于牛顿液体（速度梯度变化时μ值不变的液体）和非牛顿液体（速度梯度变化时μ值也发生变化的液体）都适用。除了黏性特大或含有特种添加剂的油液外，一般油液均可看成是牛顿液体。2
绝对黏度的单位，在C.G.S.制中采用P（泊，1P=1dyn·s/cm），2现在SI制中则采用Pa·s[帕·秒，1Pa·s=1N·s/m=10P（泊）3=10cP（厘泊）]。
2.运动黏度
液体的绝对黏度与其密度的比值称为液体的运动黏度，并以符号v表示，即2-2
运动黏度v的单位过去用斯（1St=1cm/s）和厘斯（1cSt=10 2222466cm/s=mm/s），在SI中则以m/s为单位，1m/s=10 St=10 cSt=10 2mm/s。目前在生产实际中厘斯这个单位仍在使用。
运动黏度v没有什么特殊的物理意义，只是因为在液压系统的理论分析与计算中常常遇到绝对黏度μ与密度ρ的比值，因此才采用运动黏度来代替μ/ρ。它之所以被称为运动黏度是因为在量纲上有运动学的量，如同绝对黏度——动力黏度在量纲上有动力学的量一样。就物理意义讲，v虽然不是一个黏度的量，但习惯上它却被用来标志液体的黏度。由于温度不同，液体的黏度等级 VG （数值）也不一样。而黏度等级的标称则是用40℃时运动黏度的平均值v来表示的，并40亦以此数值来表示液压油（液）的牌号数。亦即液压油的牌号数就是以这种油液在40℃（313K，K——绝对温度：0℃=273K）时运动黏2度的平均厘斯（mm/s）数命名的。例如，20号（牌号）液压油，意2即v=20cSt=20mm/s。40
3.相对黏度
由于绝对黏度很难测量，所以常利用液体的黏性越大通过量孔越慢的特性来测量液体的黏度即相对黏度。
相对黏度又称条件黏度。由于测量条件不同，各国所用的相对黏度单位也不同。美国采用赛氏黏度，代号为SUS；英国采用雷氏黏度，代号为R；法国采用巴氏黏度，代号为°B；中国、俄罗斯、德国等国家采用恩氏黏度，代号为°E。下面介绍恩氏黏度。
1） 恩氏黏度的定义
在某一温度下，被测液体从 φ2.8mm 的恩氏黏度计小孔流出3200cm 所需的时间t（s），与20 °C的蒸馏水从同一小孔流出相同的1体积所需的时间t（s）的比值称作这种液体在这个温度下的恩氏黏2度，并以符号°E表示。即
式中，t 一般为51s；°E的常用测量温度为20℃～100℃，相应2的黏度以°E～°E表示。2） 换算关系20100
已知恩氏黏度后，可用下面的经验公式将恩氏黏度换算成运动黏度。
当1.35≤°E≤3.2时
当° E＞3.2时
4.混合油液的黏度
为了使工作油液得到所需要的黏度，可采用两种不同黏度的油液按一定比例混合而得。混合油液的黏度可用下述经验公式计算
式中 °E——混合油液的黏度；
°E、°E——用于混合的两种油液的恩氏黏度，并且°E＞°E；1212
a、b——用于混合的两种油液的体积百分比的分子数，即a+b=100；
c——与a、b有关的实验系数，见表2-2。表2-2 系数c的数值
上述关系式供按需要配制所需黏度的液压油之用。
在国际标准ISO中，对液体的黏度统一规定用运动黏度来表示。（三） 黏度和温度的关系
温度对油液黏度的影响很大，温度升高时，其黏度显著下降。油液黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望黏度随温度的变化越小越好。不同油液有不同的黏度-温度变化关系，这种关系称为液体的黏温特性。
典型常用油液的黏温特性见图2-3——典型常用油液的黏度-温度曲线，供选择液压油时参考。黏温特性还常用黏度指数（Ⅵ）来表示。黏度指数越高，液体的黏温特性越好，即温度变化后，黏度变化较小。一般要求工作介质的黏度指数高于90。（四） 黏度和压力的关系
压力对油液的黏度也有一定影响。液体所受压力越大，其分子间5距离越小，因此黏度变大。有关资料表明：当压力在300×10Pa以下5时，黏度随压力的变化不太大；当压力在50×10Pa以下时，黏度随压力的变化可以忽略不计；但在高压时，随着压力的提高黏度增长则5很迅速。例如，当压力从零升到1500×10Pa时，矿物油的黏度增大到17倍。不同油液有不同的黏度-压力变化关系，这种关系称为液体的黏压特性。图2-4为机械油的黏压特性。图2-3 典型常用油（液体）的黏温特性1—石油型普通液压油；2—石油型高黏度指数液压油；3—抗燃性水泡油乳化液；4—抗燃性水—乙二醇液；5—抗燃性水磷酸酯液图2-4 机械油的黏压特性
四、液压油液的代号及命名
液压系统中所有液压油液属于我国润滑剂类产品中的H组。在该组中设有许多品种，每种又有不同的黏度等级（或牌号）。现对表示液压油液上述信息的代号及命名（名称）举例说明如下。
1.代号
根据国家标准规定，液压油液的代号以如下形式表示：
例如：代号为L—HL32（简号为HL-32）的油液，各字母及数字含义如下：
L—类别（润滑剂类）；
HL—品种：H—液压油液组，应用场合为液压系统，L—防锈、抗氧型；
32—黏度等级：VG32。
又如，代号为L—HM46（简号为HM-46）的液压油，各字母及数字的含义为：
L—类别（润滑剂类）；
HM—品种：H—液压油液组，应用场合为液压系统，M—防锈、抗氧、抗磨型；
46—黏度等级：VG46。
2.命名
对上述L-HL32、L-HM46号油液，其命名（名称）如表2-3所列。表2-3 油液的代号及命名
HL液压油是添加有防锈、抗氧化剂的精制矿物油，是当前我国液压系统工作介质中使用面最广、供需量最大的液压油品种。常用于低压液压系统，但不适合叶片泵（见表2-4）。HM型液压油是在HL液压油基础上添加抗磨剂而成。因此，抗磨性好是其突出特点。该油液适用于低、中、高液压系统，也适用于中等负荷机械的润滑部位。
五、液压油液的选择（一） 液压油液应满足的要求
液压系统中工作的油液，一方面作为传递能量的介质，另一方面作为润滑剂润滑运动零件的工作表面。因此，油液的性能会直接影响液压传动的性能，如工作的可靠性、灵敏性、工况的稳定性、系统的效率及零件的寿命等。在选用液压油液时应满足下列几项要求：（1） 黏温性能好。在使用温度范围内，油液的黏度随温度的变化越小越好。（2） 具有良好的润滑性。油液在规定的范围内应具有足够的油膜强度，以免产生干摩擦。（3） 具有良好的化学稳定性。油液不易氧化变质，以防止产生黏质沉淀物影响系统的正常工作；防止氧化后油液变为酸性，对金属表面起腐蚀作用。（4） 质量应纯净，不含各种杂质，有良好的抗泡沫性。若含有酸、碱，则会腐蚀机件和密封装置；若含有机械杂质，则易造成油路堵塞；若含有易挥发性物质，则易使油液产生气泡，将影响运动的平稳性。（5） 闪点要高，凝固点要低。（二） 液压油液的选择
液压油液的选择首先要考虑的是油液的黏度问题，即根据泵的种类、工作温度、系统速度和工作压力首先确定适用黏度范围，然后再选择合适的液压油液品种。黏度选择的总原则是：在高压、高温、低速情况下应选用黏度较高的液压油液，因为这种情况下泄漏对系统的影响较大，黏度高可适当减少这些影响；在低压、低温、高速情况下，应选用黏度较低的液压油液，因为这时泄漏对系统的影响相对减少，而液体的内摩擦阻力影响较大。在选择液压油液的品种时，要根据具体情况或系统要求选用黏度合适的液压油液。具体选用原则是：（1） 一般液压系统的油液黏度为v=10cSt～100cSt（2°E～404014°E），并集中在15号至60号。40（2） 在一般环境温度t＜38℃的情况下，油液黏度可根据不同压力级别来选择，即5
低压0＜p＜25（10Pa） v=10cSt～46cSt；405
中压25＜p＜80（10Pa） v=32cSt～68cSt；405
中高压 80＜p＜160（10Pa） v=46cSt～84cSt；405
高压160＜p＜320（10Pa） v=68cSt～100cSt。40（3） 冬季应选用黏度较低的油液；夏季应当提高油液黏度。（4） 周围环境温度很高、超过40℃以上时，应适当提高油液黏度。（5） 对高速液压马达和快速液压缸的液压系统，应选用黏度较低的液压油。（6） 对液压随动系统，宜用低黏度油液，通常v≤15cSt。40（7） 对于一些精度高、有特殊要求的液压系统，应采用专用液压油液，如精密机床液压油、舰用液压油、航空液压油、炮用液压油、汽车制动液等；对于没什么特殊要求的一般液压系统，可采用机械油。
在液压系统中，作为能源的液压泵，其工作压力最高，转速也快，温度也高，工作条件最为苛刻。所以油液黏度一般是根据液压泵的类型来确定的。
表2-4为按液压泵的类型推荐用油黏度表，可供选用液压油时参考。表2-4 按液压泵的类型推荐用油黏度[cSt（40℃）]（三） 液压油的使用与维护
在使用中，为防止油质恶化，应注意如下事项：（1） 保持液压系统清洁，防止水、其他油类、灰尘和其他机械杂质侵入油中。（2） 油箱中的油面应保持一定高度，正常工作时油箱的温升不应超过液压油所允许的范围，一般不得超过70℃，否则需冷却调节。（3） 换油时必须将液压系统的管路彻底清洗，新油要过滤后再注入油箱。第二节 静止液体力学
这里所说的静止液体是指液体内部质点间没有相对运动的液体，至于液体作为一个整体，则可以是静止的，也可以是随同包容它的容器作整体运动的。
本节主要讨论静止液体的力学性质问题。
一、液体的压力（一） 液体的压力及其性质
作用在液体上的力，有两种类型：一种是作用于液体的所有质点上的质量力，如重力、惯性力等；另一种是作用于液体表面的表面力，如切向力、法向力等。表面力可以是其他物体作用于液体上的力，也可以是液体内部一部分液体作用于另一部分液体上的力。对于整体液体来说，前一种情况下的表面力是一个外力，后一种情况下的表面力是一个内力。液体的压力则属于表面力。
1.液体的压力
液体在单位面积上所承受的法向作用力，通称为压力，而在物理学中称为压强。设液体在面积A上所受的法向作用力为F，则液体的n压力p为
在液压传动中常用到液体在某一点处的压力这一说法。设ΔA为液体内某点m处微小邻域的面积，ΔF为ΔA上所受的法向作用力，当nΔA向点m处无限缩小时，ΔF/ΔA的极限值叫做液体在点m处的压力，n即22
在国际单位制（SI）中，压力的单位是N/m（牛顿/米），称为帕斯卡，简称为帕（Pa）。由于此单位太小，在工程上使用很不方便，因此常采用它的倍数单位MPa（兆帕）。
国际上压力曾用的惯用单位是bar （巴）。我国过去在工程上采用工程大气压（at）、水柱高度、汞柱高度等压力单位。各压力单位间的换算关系如下：
在本书中，压力单位一律采用P a或MP a。
2.压力的性质（1） 液体的压力永远指向作用面的内法线方向。这是因为液体质点间凝聚力很小，使液体不可能在受到拉力或剪切力时不发生流动；对于静止液体来说，因其质点间没有相对运动，所以也就不存在拉力或剪切力，而只能存在压力，并且压力的方向必定是指向其作用面的内法线方向。否则，液体将发生运动，与静止液体条件不符。（2） 液体内任意一点的压力沿着各个方向上都相等。因若不等，液体质点就将运动，这就破坏了静止液体这个条件。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]