液压油的物理性质解析

目前90％以上的液压设备采用的工作介质是液压油，故本节仅介绍液压油的物理性质。

1.密度

单位体积液压油的质量称为该液压油的密度。我国采用20℃时液压油的密度作为标准密度，用ρ20表示。常用液压油20℃时的密度为850～900 kg/m3，计算中可近似取870 kg/m3。

2.可压缩性

液体受压力作用时体积减小、密度增大的特性称为液体的可压缩性，其大小可用体积压缩系数κ（m2/N）来表示，κ表示增加单位压力时液体体积的相对缩小量，即

式中，V、ΔV——被压缩液体的原体积及其增量（m3）；

Δp——压力的增量（N/m2）。

由于压力增大时，液体的体积减小，因此在上式等号右边需加“-”号，以便使κ保持正值。

κ的倒数K（N/m2）则称为液压油的体积弹性模量，简称体积模量，即。K表示液压油抵抗压缩的能力。常见液压油的体积模量K=（1.4～1.9）×109 Pa，是钢的体积弹性模量的0.67％～1％。液压油抵抗压缩的能力很强，因而通常情况下可认为液压油是不可压缩的。只有在受压体积较大、超高压系统（超过40 MPa）或研究液压系统的动态特性时，才需要考虑液压油的可压缩性。

需要说明的是，液压油中通常会混有一定量的空气，并以直径为0.25～0.5 mm的气泡状态悬浮在油液中，使油液的体积弹性模量及黏度下降，从而影响液压系统的工作性能。因此，在液压系统的使用与维护过程中应予以充分重视。

3.黏性

液压油受外力作用而流动或有流动的趋势时，分子间的内聚力会阻碍其分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，液压油的这种特性称为黏性。黏性是液体的固有特性，它只在液体流动（或有流动趋势）时才表现出来，静止的液体不呈现黏性。黏性是液压油的重要物理性质，也是选择液压油的主要依据。度量黏性大小的物理量称为黏度。目前常用的黏度表示方法有3种：动力黏度、运动黏度和相对黏度。

1）动力黏度

如图1.5.1所示，两平行平板间充满液体，下板不动，上板以速度u0运动。由于黏性的作用，液体内部各液层间的速度不等。紧贴下板的液层速度为0，紧贴上板的液层速度为u0，中间各液层的速度按线性分布。

图1.5.1　液体的黏性示意图

根据牛顿内摩擦定律，液体流动时产生的内摩擦力F与液层间的速度梯度、接触面积A成正比，即

式中，μ——液体黏度系数，称为动力黏度（或绝对黏度），其单位为N·s/m2，即Pa·s，1 Pa·s≈1 kg/（m·s）；

A——液层间的接触面积；

——速度梯度，即液层间相对速度对液层距离的变化率。

动力黏度的物理意义是液体在以单位速度梯度流动时，液层间单位面积上的摩擦力。

如果某液体的动力黏度只与其种类有关而与速度梯度无关，即其黏度系数μ为常数，则称这种液体为牛顿流体，否则为非牛顿流体。除高黏度或含有特殊添加剂的油液外，一般液压油均可视为牛顿流体。

2）运动黏度

液体的动力黏度与其密度的比值，称为运动黏度，用ν表示，即

运动黏度的单位是m2/s。由于单位m2/s太大，工程中常用mm2/s作为运动黏度的单位，称为厘斯（cSt），1 m2/s=106 mm2/s。(www.xing528.com)

ISO规定统一采用运动黏度来表示液压油的黏度。我国生产的液压油采用40℃时运动黏度（mm2/s）的平均值为其标号（例如L-HL32中，数字32表示40℃时液压油的平均运动黏度为32 mm2/s）。

3）相对黏度

在工程实际中，有时候还会用到相对黏度，它是采用特定黏度计在规定条件下测定的，又称条件黏度。目前，各国采用的相对黏度有恩氏度（°E，俄罗斯、欧洲国家）、赛氏秒（SUS，英国、美国）、雷氏秒（RS，英国、美国）和巴氏度（°B，法国）等，它们和运动黏度间有确定的换算关系，其测定方法可参见相关材料。我国主要采用恩氏度。

4）黏温特性

温度对液压油黏度的影响很大。当温度升高时，液压油黏度显著下降，这可用温度升高使液体分子内聚力减小来解释。液压油的黏度随温度变化的特性称为黏温特性。

常用液压油的黏度随温度的变化曲线如图1.5.2所示。

由于液压油黏度的大小直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此希望液压油的黏度随温度的变化越小越好，即黏温特性曲线越平缓越好。

液压油黏度与温度的关系可以用式（1.5.4）表示

液压油的黏温特性也可以用黏度指数VI来表示。VI值越大，表示液压油黏度随温度的变化率越小，即黏温特性越好。一般液压油要求VI值在90以上，精制的液压油及加有添加剂的液压油，其VI值可大于100。

5）黏压特性

压力对液压油的黏度也有一定的影响。当压力升高时，液压油分子间的距离减小，内摩擦力增大，黏度也随之变大。一般情况下，特别是压力较低时（＜20 MPa），可以不予考虑，但当压力较高或压力变化较大时，黏度的变化不容忽视。石油型液压油的黏度与压力的关系可以用式（1.5.5）表示为

图1.5.2　常用液压油的黏温特性曲线

式中，νp，ν0——液压油在相对压力为p和0时的运动黏度。

4.比热容

矿物油型液压油的比热容为cp=（0.4～0.5）×4 187 J/（kg·K），约为水的1/2。

5.饱和蒸汽压和空气分离压

液压油中会含有一定量的空气，一部分溶解在液压油中，另一部分以气泡的形式悬浮在液压油中。一般来说，空气在液压油中的溶解量与液压油的压力成正比。在一定温度下，当液压油压力低于某值时，溶解在液压油中的过饱和空气将会迅速分离出来，产生大量气泡，这个压力称为液压油在该温度下的空气分离压。一般液压油的空气分离压为1 300～6 700 Pa。

当液压油在某温度下的压力低于一定值时，液压油本身迅速汽化，产生大量蒸汽气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸汽压。

矿物油型液压油的饱和蒸汽压在20℃时约为2 000 Pa。乳化液的饱和蒸汽压与水相近，20℃时约为2 400 Pa。

由此可见，要使液压油不产生大量气泡，它的最低压力不得低于液压油所在温度下的空气分离压和饱和蒸汽压。

6.其他性质

除黏度、黏温特性等重要指标外，液压油的稳定性（抗氧化、抗乳化、抗剪切、抗高低温及抗辐射等稳定性）、润滑性、防锈性、抗磨性、相容性（对各种接触它的金属、塑料、涂料及橡胶等相互不应有破坏作用的特性）、防火性及抗泡沫性等也是影响系统性能的重要指标。