液压传动工作介质的物理性质概述

（1）密度

单位体积液体所具有的质量，称为密度。液体的密度受压力和温度的影响，会随着温度的上升略有减小，随压力的增加而略有增加。我国采用20 ℃时测得的标准大气压下的密度为标准密度，以ρ20表示。常用液压传动工作介质的密度见表2.1。

表2.1　常用工作介质的密度/（kg·m -3）

（2）可压缩性

液体受压力作用而发生体积变化的性质，称为液体的可压缩性。体积为V 的液体，当压力增大Δp 时，体积减小ΔV，则其体积压缩率β 为

在液压传动中，常以β 的倒数即液体的体积弹性模量k 表示油液的压缩性，即

一般石油基液压油的k 值平均约为1.22 GPa。实际应用中，液体内会混入气泡等，k 值显著减小。一般液体的可压缩性对液压系统性能影响不大，可以忽略；但在高压或研究系统动态性能时，则必须予以考虑，建议取k=0.7~1.4 GPa。

（3）黏性

图2.1　液体的黏性示意图

液体流动时，分子间的内聚力表现为阻碍液体分子相对运动的内摩擦力，这种性质称为液体的黏性。内摩擦阻力是液体黏性的表现形式，只有在运动时才表现出黏性，静止时油液不呈现黏性。液体流动时，与固体壁面的附着力及本身的黏性使流体内各处的速度大小不等。如图2.1 所示，油液沿平行平板间流动，其中上平板以速度u0 向右运动，下平板固定不动。紧贴于上平板上的油液黏附于上平板上，其速度与上平板相同；紧贴于下平板上的油液黏附于下平板上，其速度为零；中间油液的速度呈线性分布。运动速度为u +du的较快油层会带动速度为u 的较慢油层，而慢层油液又会阻止快层油液运动，各层之间相互制约，即产生内摩擦力。

由实验可知，流体层间的内摩擦力F 与接触面积A 及层间相对流速du 成正比，而与层间距离dy 成反比，即

以τ=F/A 表示切应力，则

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式中　μ——衡量流体黏性的比例系数，称为黏度；

　　　——流体层间的速度梯度。

式（2.4）是液体内摩擦定律的数学表达式。当速度梯度变化时，μ 为常数的流体称为牛顿流体；μ 为变数的流体称为非牛顿流体。一般的液压传动工作介质均可看成牛顿流体。

黏性的大小可用黏度来衡量。流体的黏度通常有3 种不同的表达形式，即动力黏度、运动黏度和相对黏度。

1）动力黏度μ

动力黏度又称绝对黏度，是指液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。由式（2.4）可得μ 的量纲为 N/m2·s[　]，即[Pa·s]。因其量纲中有动力学要素，故而得名。

2）运动黏度ν

运动黏度是动力黏度μ 与流体密度ρ 的比值，即

式中　ν——液体的运动黏度，m2/s；

　　　ρ——液体的密度，kg/m3。

运动黏度没有明确的物理意义。液压油的牌号一般都以运动黏度（m2/s）的1/106，即以mm2/s（cSt，厘斯）为单位的运动黏度值来表示。在工程中常用运动黏度ν 作为液体黏度的标志。机械油的牌号就是用机械油在40 ℃时的运动黏度ν 的平均值来表示的。例如，10 号机械油就是指其在40 ℃时的运动黏度ν 的平均值为10cSt。

3）相对黏度

相对黏度又称条件黏度，是以相对于蒸馏水黏性的大小来表示该液体的黏性，可使用特定的黏度计在规定条件下直接测量。根据测量条件不同，各国采用的相对黏度的单位也不同；我国主要采用的相对黏度是恩氏黏度（oE）。

液体的黏度随液体的压力和温度变化而变化。对液压传动介质来说，压力增大时，液体分子间的距离减小，内聚力增大，液体黏度值随之增大。在一般液压系统使用的压力范围内，黏度变化数值很小，可忽略不计。但液压传动工作介质的黏度对温度变化十分敏感。温度升高，其黏度值会急剧下降。黏度值变化率的大小直接影响液压传动工作介质的使用性能，其重要性不亚于黏度本身。

（4）其他性质

液压传动工作介质还有其他一些性质，如稳定性（热稳定性、氧化稳定性、水解稳定性及剪切稳定性等）、抗泡沫性、抗乳化性、润滑性及相容性（对所接触的金属、密封材料、涂料等作用程度）等，都对它的选择和使用有重要影响。这些性质需要在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得。