液压与气压传动期末考试复习题.pdf

陈为国 王希 南昌航空大学 机械制造工程系 2 0 0 8 年 1 0 月 1 第一章 绪 论 1 1 小 结 液压传动是以受压缩的液体为工作介质进行运动和动力 即能量 传递的一种传动方式 在传递力时 利用了流体力学中的帕斯卡定律 而在传递运动是 则利用了密封容积中能源装置输出的液体体积与执行 装置接受的液体体积相等的原理 即质量守恒定律 在流体力学中称连续性方程 液压传动中的两个重 要参数是压力 p 和流量 q 它决定了执行元件所能输出的力和速度 或转速 液压传动系统是由能源装置 执行装置 控制调节装置 和辅助装置四部分组成 注 有的学者认为 液体介质也是一个组成部分 即五部分组成 液压传动技术具有其自身的优点和缺点 若在实际工作中能充分发挥优点 避免缺点 则液压传动系 统有极大的应用价值 在许多场合 人们正是利用了液压传动的优点 才选用了 机械能转化为压力能 再转化为机械能 的二次能量转换系统 液压系统图的规范表达必须遵守 GB786 1 93 液压气动图形符号的规定 对无法表达的新型液压元件 等仍可采用半结构式原理图 1 2 复 习 思 考 题 1 何为液压传动 其基本的工作原理如何 2 液压传动系统是由那些部分组成 各部分的作用如何 3 液压传动系统的能量转换经过了 机械能 压力能 机械能 的装换过程 试说明这种转换是否有必 要 并举 1 2 例说明 第二章 液 压 油 液 2 1 小 结 液压油液是液压系统中传递运动 动力和信号的介质 其性能对整个系统有较大的影响 目前使用最 广泛的液压油液是石油型液压油 在一些特殊场合还用到合成型和乳化型液压油液 专用液压油是在普通 液压油的基础上添加了适当的添加剂而获得的 在液压油液的物理性能中 可压缩性和粘性对液压系统的性能有很大的影响 可压缩性的表达方式有压缩系数 和体积弹性模量 K 两种 他们是从不同的角度表述液体的 可压缩性的 液压弹簧效应从另一个方面表述了液体的压缩性 液体的可压缩性是钢的 100 150 倍 液体 的可压缩性随温度的增加而增大 随压力的增加而减小 混入空气的液压油液其弹性模量显著下降 液压 油液的可压缩性对液压系统的动态工作性能有极大的影响 但静态工作下可不考虑 液压油液的可压缩性 是造成液压系统低速爬行的主要因素 粘性是液体的分子发生相对运动时呈现内摩擦力的现象 粘性大则分子发生相对运动时的内摩擦力就 大 粘性的大小用粘度来表示 其实质相当于液体单位面积上的内摩擦力 粘度有三种表示方法 动力粘 度 又称绝对粘度 运动粘度 和相对粘度 又称条件粘度 我国采用恩氏粘度 E t 动力粘度具有 明确的物理意义 运动粘度是表示机械有牌号常用的参数 恩氏粘度具有测定方便的特点 他们三者可以 相互换算 粘性对液体流动的阻力 运动副间的摩擦力以及通过缝隙的泄漏量等均有较大的影响 在学习本章时要注意压缩系数 弹性模量 K 以及动力粘度 运动粘度 等的法定计量单位及相互 关系 另外 要注意的是机械油的牌号是用其 40 时运动粘度 mm2 s 平均值来表示 数字前要加上大写 值母 N 以示区别 例 N32 号机械油表示该油液在 40 时运动粘度的平均值为 32mm2 s 液压油的密 度在 860 900kg m3左右 为计算方便常用 900 kg m3计算 2 2 复 习 思 考 题 1 液压系统对液压油液有何要求 选用石油型液压油液的主要原因是什么 2 什么是液体的可压缩性 可压缩性的表达方法如何 3 温度和压力变化对弹性模量有何影响 2 4 什么叫爬行现象 为什么液压装置较机械装置更容易出现低速爬行 5 石油型液压油液的弹性模量为 1 4 2 0 109 N m2 而工程上却常用 700 MPa 即 0 7 109 N m2 进行 计算 这是为什么 6 何为液压油液的粘性和粘度 静止液体是否呈现粘性 7 试写出牛顿内摩擦力定律的公式 并说明各项的含义 8 粘度的表示方法有几种 单位如何 各有何特点 9 温度和压力对粘度有何影响 工程实际中为什么不考虑压力对粘度的影响 10 我国油液的牌号与粘度为何关系 11 为什么要重视液压油液的污染及防污问题 12 造成油液污染的污染物有哪些 污染的危害有哪些 13 试说明污染产生的原因 14 有的液压装置说明书中常常规定半年更换一次新的液压油液 冬季使用一种油液 夏季使用一种油液 这是为什么 2 3 习 题 1 有密闭于液压缸中的一段直径 d 15cm 长 L 40cm 的液压油 它的体积膨胀系数 t 6 5 10 4 1 K 此密封容积一段的活塞可以移动 如活塞上的外负载力不变 有温从 20 上升到 25 求活塞移动 的距离 1 17cm 2 同题 1 如果活塞不能移动 液压缸又是刚性的 问由于温度的变化 油液的膨胀使液压缸中的液压 油的压力上升了多少 58 8 MPa 3 图示为根据标准压力表来校验一般压力表的仪器原理图 仪器内充满油 液 其体积弹性模量为 1 4 109N m2 活塞直径 d 10mm 丝杆螺矩 t 2mm 当压力为 1 105N m2时仪器内有液体积为 200cm3 问要使仪器的校验压 力达到 210 105N m2时 手轮需转多少圈 19 1 4 根据牛顿内磨擦力定律 dy du 求动力粘度 的量纲 写出动力粘度 与其动力粘度 的关系式 并推导运动粘度 的量纲 5 20 时水的运动粘度 1 008 10 3Pas 密度 1000 kg m3 求在该温度下水的运动粘度 20 时机械油的运动粘度 20 10 6 m2 s 密度 900 kg m3 求在该温度下机械油的动力粘度 1 008 10 6 m2 s 18 10 3 Pa s 6 图示液压缸直径 D 12 cm 活塞直径 d 11 96 cm 塞长 L 14 cm 间隙 中充以 0 065 Pas 的油液 若施于活塞上的力 F 8 44N 试求活塞 的移动速度 v 0 494 m s 7 图示液压缸直径 D 12 cm 活塞直径 d 11 96 cm 活塞长 L 14 cm 间 隙中充以 0 065 Pa s 的油液 活塞回程要求的稳定速度为 v 0 5 m s 试求不计油液压力时拉回活塞所需的力 F 等于多少 8 58 N 8 20 时 200 ml 的蒸馏水从恩氏粘度中流尽的时间为 51 s 若 200 ml 的某液压油在 50 时从恩氏粘度 计中流尽的时间为 229 5 s 试求该液压油的 E 的值 设油的密度为 900 kg m3 4 5 31 5 10 6 m2 s 0 028 Pa s 9 已知某液压油在 20 时为 10 E 在 80 使为 3 5 E 试求温度为 60 时的运动 粘度 10 图示一粘度计 若 D 100 mm d 98 mm l 200 mm 外筒转速 n 8 r s 时 测 得的转矩 T 40 N cm 试求油液的粘度 0 0528 Pa s 11 图示一直径为 200 mm 的圆盘 与固定圆盘端面的间 隙 0 02 mm 其间充满润滑油 油的粘度 3 10 5 m2 s 密度为 900 kg m3 转盘以 1500 r min 转速旋转 时 求驱动转盘所需的转矩 33 27 N m d 3 4 5 习题2 3 1 被校表 2 标准表 3 螺母 4 丝杆 5 手轮 D d L F 习题2 6 7 L d D T n 习题2 1 0 1 5 0 0r min 0 0 2 2 0 0 图2 1 1 3 第三章 液 压 流 体 力 学 基 础 3 1 小 结 液压传动的力学基础是流体力学 本章讨论了与液压传动有关的流体力学的基本内容 1 液体静力学及其特性 压力指液体单位面积上的内法线方向上的法相应力 与物理学中的压强相同 但工程上习惯称压力 静止液体内部任意位置处的压力在各个方向上都相等 重力作用下静止液体中的压力由两部分组成 p p0 g h 在液压系统中 g h 这部分产生的压力可以 忽略 压力的表示方法有三种 绝对压力 相对压力和真空度 即负的相对压力 压力的法定计量单位为 Pa 1Pa 1 N m2 由于 Pa 的单位太小 一般工程上常用 MPa 单位 一个大气压的绝对压力约 0 1MPa 液压系统的表压力一般指的是相对压力 液压系统中压力的形成及大小是由外界负载决定的 这是一个重要的概念 但这里的外界负载是一个 广义的负载 包括磨擦阻力和液流阻力等 另外 执行元件的推力大小也是取决于压力的大小 静压液体对固体壁面作用力的计算为 当固体壁面为平面时 F pA 当固体壁面为曲面时 F pA投影 其中 A投影为该曲面在所求力方向的法平面内的投影面积 2 流体动力学 在讨论液体动力学时 首先需要了解几个基本概念 理想液体与实际液体 恒定流动与非恒定流动 流线 流束和通流截面 流速 u 与平均流速 v 流量 q 的概念以及流量 q 的计算式 q A udA 与 q vA 的含义 连续性方程指的是流体恒定流动中 流过各截面的不可压缩液体的流量是相同的 而液体的流速与管 道通流截面的大小成反比 连续性方程实质是质量守恒或流量守恒 执行元件的运动速度正是基于流量守 恒的原理进行计算的 伯努利方程是流动液体的能量守恒定律 他说明液体内部的能量是由位能 压力能和动能三部分组成 理想液体作恒定流动时 液体中任意截面出的总比能 即单位重量液体的总能量 是油比位 z 比压能 p g与比动能 u2 2g 组成 三者之和为一常数 对于非恒定流动来说 由于速度的变化要占有一部分比位能 2 1 ds t u 对于实际液体由于存在粘性 故流动是要消耗一定的能量 为使伯努力方程能应用于工程实际 中 引入了动能修正系数与平行流动 或缓变流动 的概念 得出了重力作用下实际液体在流束中的平行 流动段的伯努力方程 这个方程应用时 z 和 p 指得是截面上同一点上的两个参数 但对于两截面 A1和 A2 并不要求为同一条流线上的点 动能修正系数 的值有两个 层流时 2 紊流时 1 动量定律可用于求解流动液体对固体壁面上的作用力 主要用于液压元件的设计中 固体力学中的动 量定律指出 作用在物体上力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化率 在流体力学中的动量定律 指出 这个动量变化率是由两部分组成 一部分是控制体内的液体加速 或减速 所引起的动量变化率 其对应的力称为瞬态液动力 另一部分是由于液体在不同位置上具有不同速度所引起的动量变化率 其对 应的力称为稳态液动力 瞬态液动力一般不易求出 但对于恒定流动来说 瞬态液动力等于零 为使动量 定律用于工程实际 引入了动量修正系数 考虑到力是一个矢量 为计算方便 常将他们投影到某一方 向进行计算 应当注意的是流动液体对固体壁面的作用力是动量定律计算处力的反作用力 即大小相等 方向相反 3 2 复习思考题 1 何谓压力 压力的表示方法有几种 2 重力作用下静止液体中的压力分布有何特点 4 3 何谓真空度 某点出真空度为 0 0 6 M P a 时 其绝对压力是多少 4 液压系统中的压力是由什么决定的 对额定压力为 2 5 M P a 的齿轮泵进行性能实验时 当泵输出的油也 直接通回油箱而管道阻力可以忽略不计时 泵的输出的压力为多少 5 静止液体对固体壁面的作用力如何计算 6 什么叫理想液体 他有何作用 7 什么叫恒定流动 其流线有何特点 8 什么叫平均流速 9 理想液体作恒定流动是的伯努力方程式什么 其物理意义如何 实际液体流束的伯努力方程与理想液 体微流束的伯努力方程有何区别 1 0 什么是动能修正系数和动量修正系数 其取值有何特点 1 1 何谓流体的动量定律 作用在控制体上的液动理由哪两部分组成 恒定流动时投影到某一方向 如 x 方向 上的液动力如何计算 流动液体对固体面上的作用力如何计算 1 2 何谓层流和紊流 为什么流速低到一定程度时就会层流 1 3 何谓临界雷诺数 起作用如何 1 4 何谓水利半径 为什么节流阀的节流口常采用三角形截面 1 5 液体在园管中作层流时其速度分布有何特点 其流量大小有何特点 其平均流速有何特点 1 6 试推导圆管层流时的动能修正系数和动量修正系数 1 7 液体在圆管中作紊流时其流速分布有何特点 1 8 液体流动时的压力损失有哪两种 其特性有何差异 1 9 薄壁孔和细长孔的流量计算式是什么 其特点有何差异 2 0 流体通过平行平板的流量分布有何特点 试作图表示 2 1 液压元件缝隙的泄漏量可认为是缝隙流量 而缝隙液流与缝隙的三次方成正比 因此 为提高效率 间隙越小越好 这话对吗 2 2 偏心圆环缝隙的液流量与同心圆环缝隙流量相比有何不同 2 3 空气在液压油液中的溶解量与绝对压力的关系如何 溶解空气是否会对油液的弹性模量产生影响 2 4 何谓空气分离压 为什么说液压系统内部不能出现低于空气分离压的现象 2 5 何谓气穴现象 何谓气蚀现象 有何谓还 如何防止 2 6 何谓液压冲击 它是如何产生的 其物理过程如何 3 3 习 题 1 图示连通器中 存在两种液体 已知水的密度 1 1 0 0 0 k g m 3 h1 6 0 c m h2 7 5 c m 求另一种液体的密度 2 2 图示 型管中有种两液体 密度分为 1 2 高度分别为 h1 h2 管一段通大气 另一端为球形容器 内为气体 求球形容器内气体的绝对压力和真空度 图中容器内有水 容器上半部充满压力为 的气体 液面高度 h 40cm 小管内液柱高度 H 1 m 其 上端和大气相同 问容器内气体的绝对压力 表压力各是多少 直径为 重量为 FG的活塞浸在液体中 并在力 F 的作用下处于静止状态 若液体的密度为 活 塞浸入的深度为 h 试确定液体在测压管内的上升高度 x 图示容器 A 中液体的密度 A 9 0 0 k g m 3 B 中液体的密度为 B 1 2 0 0 k g m 3 ZA 200mm ZB 180mm h 60mm U 型管测压介质为汞 试求 A B 之间的压差 h1 1 h1 2 习题3 1 2 1 h1h2 pa 绝对压力p 真空度 习题3 2 h H p pa 习题3 3 d FG x h F 习题3 4 A B ZA ZBh 习题3 5 5 hl d 习题3 1 0 x y H 习题3 1 6 6 图示容器 有直径 D 2 0 0 m m 的钢球堵塞着直壁面上直径 d 1 5 0 m m 的圆孔 试求钢球 相对密度为 8 恰 好处于平衡状态时容器内油 相对密度为 0 8 2 的高度 h 7 图示液压缸直径 D 1 5 0 m m 柱塞直径 d 1 0 0 m m 液压缸中充满油液 如果柱塞上作用着 F 5 0 0 0 0 N 的力 不计油液的重量 求图示两种情况下液压缸中的压力分别等于多少 8 如图示 液压泵以 q 2 5 L m i n 的流量向液压缸供油 液压缸直径 D 5 0 m m 活塞杆直径 d 3 0 m m 进 回 油管直径 d1 d2 1 0 m m 试求活塞的运动速度及油液在进 回油管中的流速 能否直接应用连续性方程计 算两油管中的流速 9 图示倾斜管路 h 1 1 m 压力表上值时 PA 4 2 1 0 5 P a PA 3 5 1 0 5 P a 内中流动的油液密度 9 0 0 k g m 3 问油液流动的方向如何 1 0 如图示 水箱保持液位 h 不变 水箱中液体经水箱底部直径为 d 长度为 l的垂直管流入大气 设管中的沿程阻力系数为 水的密 度为 不计局部损失 试求流量和管长的关系 1 1 如图所示水箱中 在液面下 h 处设置一薄壁型小孔出口 已知水 箱截面面积为 A 小孔截面积为面积为 a 不计孔口损失 时求水 箱内水排完所需时间 1 2 应用伯努利方程计算泵吸油腔的真空度所泵允许的最大吸油高度的方法 一般可以油箱液面为 1 1 截 面 泵吸油口处为截面 2 2 列伯努力方程 即 w 222 2 111 1 h g2 v g p z g2 v g p z 一般取p1 0 大 气压为基准 z1 0 又 v1远小于 v2 故故 v1 0 所以 z2 h 泵吸油口至油箱液面的高度 hW为油箱液 面到泵吸油口段的沿程和局部压力损失的总和 解题时若求 h 即为最大吸油高度 若求 p2即为泵吸油 口处的真空度 一般为负值 在解方程前 还必须计算 v2 求出 R e 判断是层流还是 紊流 则可求出 2值 总结上面的分析可得出伯努力方程的解体步骤 选取适当 的基准水平面 选取两个计算截面 一个在所求参数的断面上 另一个设在已知 参数的截面上 按液流流动的方向列出伯努力方程 若未知数多于方程数 则 必须列出其它辅助方程 如连续性方程 动量方程等 联立求解 1 3 图示液压泵的流量q 2 5 L m i n 吸油管内径 d 2 5 m m 油液密度 9 0 0 k g m 3 液压泵 吸油口距液面高 H 1 m 滤网的压力损失 p 0 1 1 0 5 P a 油液的运动粘度 1 4 2 1 0 5 m 2 s 油液的空气分离压为 0 4 1 0 5 P a 求泵入口处最大真空度 在入口处 是否会出现空穴现象 1 4 如图所示 液压泵从油箱吸油 吸油管直径 d 6 c m 流量 q 1 5 0 L m i n 液压泵入口 出的真空度为 0 2 1 0 5 P a 油液的运动粘度为 3 0 1 0 6 m 2 s 密度 9 0 0 k g m 3 弯头处的局部阻力系数 弯 0 2 管道入口处的局部阻力系数 入 0 5 沿程损失忽 略不计 试求吸油高度 1 5 如图所示 流量 q 1 6 L m i n 的液压泵 安装在油面以下 油液的粘度 2 0 1 0 6 m 2 s 密度 9 0 0 k g m 3 其它 尺寸如图所示 仅考虑吸油管沿程损 失 问泵吸油腔处绝对压力的大小 1 6 当水流经过 d 1 0 m m 孔口 在水头 H 2 m 之下流入大气时 试确 h d D 习题3 6 d D D d FF 习题3 7 q d2 d D 习题3 8 d1 h d l A B 习题3 9 h A a 习题3 1 1 d H 习题3 1 3 h d 习题3 1 4 2 0 0 c m 7 0 c m 1 8 c m 习题3 1 5 G 习题3 1 7 1 5 0 0 d1 d2 1 1 2 2 6 定流量系数 速度系数和截面收缩系数 已知流量 q 0 249L s 射流某一段面中心的坐标 x 3m 和 y 1 2m 1 7 立式液压缸活塞自重 G 5 0 0 0 N 内径 d1 5 0 0 m m 下方有一个直径为 d2 2 0 m m的孔口 已知油液密度 9 0 0 k g m 3 当活塞下面高于孔口中心线 1 5 0 0 m m 时 试求孔口油液的平均流速 并计算活塞从此位置 下降 1 m 所需的时间 1 8 如图示 油液以 v1 6 m s的速度进入水平放置的弯管内 已 知 6 0 入口和出口管道内径分别为 D1 3 0 c m D2 2 0 c m 在 1 1 断面处的静压力为 1 0 5 1 0 5 P a 在在 2 2 断面处的静压 力为 0 4 2 1 0 5 P a 油液密度为 9 0 0 k g m 3 试计算作用于弯 管上的力在 x 和 y 方向上的分量 1 9 液压系统的安全阀 阀座直径 d 2 5 m m 当系统的压力为 5 0 1 0 5 P a 时 阀的开度 x 5 m m 通过的流量 q 6 0 0 L m i n 如果阀的开 启压力为 4 3 1 0 5 P a 油液密度 9 0 0 k g m 3 弹簧杆刚度为 k 2 0 N m m 求油液出流角 2 0 力 F 3 0 0 0 N 作用在 D 5 0 0 m m 的活塞上 使油从缸底孔口中流出 孔口 d 2 0 m m cv 0 7 9 cd 0 6 3 9 0 0 k g m 3 忽略活塞摩擦 求作用在缸底壁面上得力 2 1 试求如图所示两并联管路中的流量各为多少 已知总流量 q 2 5 L m i n d1 5 0 m m d2 1 0 0 m m l1 3 0 m l2 5 0 m 假设沿程压力损失系数 1 0 0 4和 2 0 0 3 则并联管路中的总压力损失等于多少 2 2 长 1 5 m 孔径为 3 m m 的管子两端压降为 5 M P a 概略计算管子的流量以及油的粘度为 0 5 c m 2 s 时的类 诺数 设油的密度为 9 0 0 k g m 3 2 3 某系统泵的最大流量为 4 0 L m i n 油的粘度在 5 0 时为 2 0 1 0 2 c m 2 s 已知系统的最低工作温度是 1 5 这时的粘度为 1 5 0 1 0 2 c m 2 s 最高温度为 6 0 粘度为 1 3 1 0 2 c m 2 s 入药求管路的液流处于层 流状态 油管直径应选多大 2 4 液体在管中的流速为 4 m s 管道内径为 6 0 m m 有的粘度为 3 0 1 0 2 c m 2 s 试确定流态 如果要为层流 其流速应为多大 2 5 已知一管道直径为 5 0 m m 有的粘度为 0 2 c m s 如果液流为层流状态 问可通过的最大流量等于多少 2 6 有一薄壁节流小孔 通过流量 q 2 5 L m i n 压力损失为 0 3 M P a 试求节流孔的通流面积 设流量系数 cd 0 6 1 油的密度 9 0 0 k g m 3 2 7 圆柱形滑阀如图所示 已知阀芯直径 d 2 c m 进口处压力 p1 9 8 1 0 5 P a 出口处压力 p2 9 5 1 0 5 P a 油的密度 9 0 0 k g m 3 阀口的流量系数 cd 0 6 5 阀口开度 x 0 2 c m 求通过阀口的流 量 2 8 圆柱形油箱 D 0 5 m 深 H 0 3 5 m 在容器底有一薄壁小孔 d 3 0 m m 流量系数 cd 0 6 2 孔打开后将油 放尽须多少时间 2 9 如图所示液压缸其活塞与缸体间采用间隙密封 已知活塞直径 d 6 0 m m 活 塞长度 l 5 0 m m 活塞与缸体间半径方向间隙 0 0 4 m m 液压缸进油压力 p1 1 2 0 1 0 5 P a 回油压力 p2 5 1 0 5 P a 活塞与缸体的相对运动速度为 v 5 m s 油的密度 9 0 0 k g m 3 油的运动粘度 1 3 1 0 6 m m 2 s 试求 a b 两种不 同安装形式中 经过活塞与缸体的间隙从高压腔向低压腔的泄漏各为多少 3 0 图示柱塞直径等于 d 1 9 m m 缸套直径 D 2 0 m m 长 l 7 0 m m 柱塞在力 F 4 0 N 的作 用下向下运动 并将油液从缝隙中挤出 若柱塞与缸套筒心 油液的粘度 0 7 8 4 1 0 3 P a s 问柱塞下降 S 0 1 m 所需的时间 3 1 如图所示 已知 W 1 2 0 0 N D 4 0 m m d 3 9 8 m m l 4 0 m m 油液的运动粘度 0 2 习题3 1 8 v2 d k x v1 p 习题3 1 9 d D F 习题3 2 0 q l2 d2 l1 d1 习题3 2 1 习题3 2 7 z D H d d z x d 习题3 2 5 p1 p2 d l p1p2 d l p1p2 v v a b 习题3 2 9 d D F l 习题3 3 0 d D l W 习题3 3 1 3 2 7 c m 2 s 密度 8 8 0 k g m 3 如果柱塞在缸筒内没有偏心 求柱塞下降的速度和缝隙中流速分布的规律 3 2 如图说所试 柱塞直径 d 2 9 9 3 m m 缸径 D 3 0 m m 如负载和柱塞的质量为 4 0 k g 侧的在 8 2 秒内活 塞下降 x 1 0 m m 油液粘度 0 2 9 4 c m 2 s 密度为 0 9 8 已知 l 1 5 c m 求偏心率 e 3 3 润滑油的粘度 1 3 7 5 1 0 3 P as 在 p 0 6 M P a 的压力下 进入 l0 0 8 m 直径 d 6 m m 的管道 然后流入轴承中部 b 1 0 m m 的环形槽中 轴承长 l 1 2 0 m m 轴颈 d 2 0 m m 缝 隙 h0 0 0 5 m m 如果不考虑轴转动时对油液流动的影响 试求轴和轴承同心时以及偏 心矩为 0 0 2 5 m m 使从轴承两端流出的流量 3 4 图示某液压系统从蓄能器 A 到电磁换向阀 B 的距离 L 4 m 管内径 d 2 0 m m 管 壁厚度 1 m m 钢管材料的弹性模量 K 2 2 1 0 1 1 N m 2 油液密度 9 0 0 k g m 3 管路中油液原先以 v 5 m s p0 2 0 1 0 1 1 P a 流经电磁阀 B 当阀 B 以 t 0 0 2 s 的时间快速关闭时 试求在管路中可达到的最大压力为多少 3 5 某管道内径 d 1 2 m m 管壁厚度 1 m m 油在管内流速 v 2 m s 压力 p 2 M P a 油的体积弹性模量 K 2 1 0 9 P a 关闭材料弹性模量 K 2 1 1 0 1 1 N m 2 当其控制阀门突然关闭时 求管路中产生的冲击压力 P 及冲击时管壁内最大压力等于多少 第四章 液 压 泵 和 液 压 马 达 4 1 小 结 液压泵和液压马达都是能量转换装置 液压泵属能源装置 它是将机械能转化为压力能的 液压马达 属执行装置 它是将压力能转化为连续旋转运动的机械能的 液压系统中的泵和马达的基本工作原理有两 条 一时要有密闭的容积空间 二是要有与密闭的容积变化相适应的配流装置 对泵来说 原动机带动泵 旋转 通过一定机构使泵的密闭容积发生变化 容积变大时吸油 容积变小时压油 同时配流装置使密闭 容积轮流与压力油管和油箱相通 对马达来说 配流装置使密闭容积轮流与压力油和油箱相通 进入压力 油时密闭容积增大 并通过一定机构使马达输出轴旋转 输出轴的旋转使另外一些密闭容积体积缩小 先 前进入的油液排出 为下一循环油液进入做好准备 液压泵与液压马达从原理上可逆 机构原理上类似 但由于泵与马达用途不同 机构上还是有差异的 且由于机械方面的原因 有时并不可逆 在学习液压泵与液压马达时 必须了解某些基本概念 包括压力 工作压力和额定压力 排量 流 量 理论流量 实际流量和额定流量 转速 含角速度 转矩 理论转矩和实际转矩 功率 理论功 率和实际功率 容积效率 机械效率和总效率等 排量是泵和马达共有的重要参数 同时 对泵来说主 要参数是压力和排量 而对马达来说主要参数是转矩和转速 在考虑能量转换时 效率是不容忽视的参数 容积效率反映了泄漏的影响 机械效率反映了机械摩擦 的损失 总效率是容积效率与机械效率的乘积 泵和马达按结构分为齿轮泵 马达 叶片泵 马达 和柱塞泵 马达 等 按排量是否可变可分为 定量泵 马达 和变量泵 马达 变量泵的变量形式有限压式 恒压式 恒流式 恒功率式等 本教材 重点讨论了限压式 齿轮泵一般做低压泵 额定压力较低 2 3 M P a 也有中 高压泵 齿轮泵有困油明显 泄漏较大 存在径向不平衡力和流量脉动大等缺点 但其结构简单 抗污染能力强等优点使其在生产中仍有较大的应 用 叶片泵一般为中 低压泵 从结构上分为单作用与双作用式 单作用式叶片泵存在径向不平衡力 故 压力一般不高 6 3MPa 左右 但由于其偏心变化时排量会变化 故常做成变量泵 定量叶片泵由于其径 向力是平衡的 故工作压力较高 可达 14 21MPa 但由于结构上的原因 双作用叶片泵只能做成定量泵 柱塞泵的性能较完善 其额定压力可达 21 40MPa 且容积效率高 可变量 变量方式多 且大部分 情况下是可逆的 故在生产中应用广泛 当然 柱塞泵一般价格较高 摆动液压马达是一种介于马达和泵之间的能量转换元件 它将压力能转化为往复摆动的机械能 其输 出的参数为转矩与角速度 从结构上分有单叶片式与双叶片式 其转矩和角速度有一定的比例关系 d h0 p l0 d0 l b 0 习题3 3 3 L d A B p0 v 习题3 3 4 8 4 2 复 习 思 考 题 1 液压传动所用的液压泵与排水用的离心泵相同吗 液压泵的工作原理是什么 2 试述液压泵和液压马达的工作原理 液压泵和液压马达有何不同 3 液压泵的工作压力取决于什么 工作压力与额定压力有何关系 什么是液压马达的工作压力 4 液压泵的工作压力是如何建立起来的 它对液压泵的转速 理论流量 实际流量和容积效率有何影响 5 为什么说在一般情况下液压泵和液压马达具有可逆性 实际应用时应注意什么问题 6 判断下列说法正确与否 1 液压泵的输出压力取决于液压系统的工作压力 输入转矩 输入功率 2 液压马达的输出压力取决于输入流量 输出功率 输出转矩 3 液压泵 马达 的排量随着输出压力 输入压力 的变化而变化 4 液压泵 马达 的理论流量始终大于 小于 它的实际流量 5 液压泵 马达 的理论转矩始终大于 小于 它的实际转矩 7 齿轮泵的尺寸不变 增大齿轮模数时 流量变化如何 为什么 8 齿轮泵的实际流量与工作压力是否恒定 为什么 9 齿轮泵内泄漏的途径是什么 怎样才能提高泵的容积效率 1 0 为什么齿轮泵常做成低压泵 为提高齿轮泵的额定压力 在结构上应采取哪些措施 1 1 什么是齿轮泵的困油现象 变量叶片泵的困油现象与齿轮泵的困油现象有何不同 轴向柱塞泵有没有 困油现象 为什么 1 2 单作用叶片泵是如何实现容积变化和配流的 单作用非平衡式是什么意思 通常作什么泵 1 3 限压式变量叶片泵的工作原理是什么 流量 压力特性曲线如何 拐点压力 pc最大输出压力 pm a x对应 于何种工作压力 限压式变量叶片泵应该如何调整 采用限压式变量叶片泵是否需要设置安全阀 1 4 双作用叶片泵是否能实现容积变化 它是如何配油的 双作用平衡式是什么意思 通常作什么泵 1 5 双作用叶片泵的定子曲线是由哪几段曲线组成 有何要求 1 6 高压叶片泵从结构上采取什么措施以利于提高泵的工作压力 1 7 为什么柱塞泵的柱塞数为奇数 而不采用偶数 1 8 柱塞泵的额定压力一般都比齿轮泵和叶片泵高 这是为什么 1 9 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达配油盘吸 排油窗口应与斜盘保持什么样的几何关系 在安装时把配油盘 从这这个位置转过 9 0 时 会发生什么现象 4 3 习 题 1 已知泵的额定压力和额定流量 设管道内的压力损失可以不计 而图 c 支路上装有小孔 试说明 图示各种工况下泵出口处的工 作压力 2 图示液压系统中 液压缸活塞面 积 A1 A2 A3 2 0 c m 2 所受的负载 F1 4 0 0 0 N F2 6 0 0 0 N F3 8 0 0 0 N 泵的流量为 q 试分析 1 三个缸是怎样动作的 2 液压缸的工作压力有何变化 3 各液压缸的运动速度 3 某液压泵在转速为 9 5 0 r m i n 时的理论流量为 1 6 0 L m i n 在额定压力 2 9 5 1 0 5 P a 和同样转速下测得的实 际流量为 1 5 0 L m i n 额定工况下的总效率为 0 8 7 求 1 泵的容积效率 F3 A3 P y 5 0 105Pa 安全阀 A2 F2 A1 F1 习题4 2 节流小孔 习题4 1 9 2 泵在额定工况下所需的电机功率 3 泵在额定工况下的机械效率 4 驱动此泵需多大的扭矩 4 某液压马达几何排量为 2 5 0 m L r 入口压力为 1 0 7 P a 背压为 5 1 0 5 P a 容积效率和机械效率为 0 9 若输入流量为 1 0 0 L m i n 试求 1 理论转速 2 实际 输出 转速 3 理论转矩 4 实际 输出 扭矩 5 输入液压功率 6 理论输出功率 7 实际输出功率 5 某定量马达输出扭矩为 2 5 N m 工作压力为 5 M P a 最低转速为 5 0 0 r m i n 最高转速为 2 0 0 0 r m i n 设回 油压力为零 机械效率和容积效率均为 0 9 0 试求 1 所需的最大和最小输入流量 2 最大和最小输入功率 6 已知液压泵出口压力为 1 0 0 1 0 5 P a 其吸入压力为大气压 几何排量 V 1 0 m l r 机械效率 m 0 9 5 容 积效率 v 0 9 0 液压马达的排量 容积效率和机械效率均与泵相等 回油压力为零 液压泵与液压马 达之间的管道无压力损失和流量损失 试求 1 液压泵转速为 1 5 0 0 r m i n 时所需输入功率 2 液压泵 液压马达之间管道中的液压功率 3 液压马达的输出转速 nM 4 液压马达的输出扭矩 TM 5 液压马达的输出功率 PM 7 某齿轮泵的齿轮模数m 3 m m 齿数Z 1 5 齿宽B 2 5 m m 转速1 4 5 0 r m i n 在额定压力下输出流量q 2 5 L m i n 试求该泵的容积效率 v 8 已知双作用定量叶片泵的结构参数为 定子长半径 R 3 2 5 m m 短半径 r 2 8 5 m m 叶片厚度 s 2 2 5 m m 叶片宽度 b 2 4 m m 叶片数 Z 1 2 叶片倾角 1 3 考虑叶片厚度的影响 求转速 n 9 6 0 r m i n的理论 流量 9 一变量叶片泵的转子半径 r 4 1 5 m m 定子半径 R 4 4 5 m m 叶片宽度 b 3 0 m m 叶片厚度 s 1 8 m m 转子 与定子之间的最小间隙 0 5 m m 试求 1 排量 V 1 6 c m 2 r 时 其偏心量是多少 2 此泵最大可能的排量是多少 1 0 某机床液压系统采用一限压式变量叶片泵 泵的流量 压力特性曲线 A B C 如图所示 泵的总效率为 0 7 如机床在工作进给时泵的压力和流量分别 为 4 5 1 0 5 P a和 2 5 L m i n 在快速移动时 泵的压力和流量为 2 0 1 0 5 P a 和 2 0 L m i n 问泵的特性曲线应调成何种形状 泵所需的最大驱动功率为 多少 1 1 限式压变量叶片泵 如要使其特性曲线的拐点在 D点 但要保持泵的最大压力 pm a x不变 问应如何进 行调节 1 2 由变量泵和定量马达及安全溢流阀组成的系统 在泵和马达之间的最大流量为 5 0 0 c m 3 s 马达的排量 为 2 5 c m 3 r 溢流阀的开启压力为 7 0 1 0 5 P a 若不计损失 求 1 马达输出的最大功率 Pm a x 最大转速 nm a x和最大转矩 Tm z x 2 若马达输出功率恒定为 2 K W 时 试计算马达的最低转速 nm i n和马达在最高转速时可能产生的转矩 TM 3 马达在输出系统最大转矩 Tm a x和输出系统最大功率 Pm a x的 2 0 时的马达转速 nM 1 3 分析变量泵和两个并联定量马达的调速特性 条件为 马达 1 的负载扭矩 T1小于马达 2 的负载扭矩 T2 5 1 0 1 5 2 0 2 5 2 04 06 0 p 1 0 5 P a q L m i n A B C O 习题4 1 0 1 1 D 10 且马达 1 和马达 2 的排量相同 VM 1 VM 2 忽略各种损失 第五章 液 压 泵 缸 5 1 小 结 液压缸属于能源转换装置 它是将液体的压力能转换为直线往复运动机械能的元件 在液压系统中应 用广泛 按结构形式不同 液压缸可分为活塞缸与柱塞缸两大类 活塞缸由活塞将缸体分成两个密闭的容积空 间 可以方便的实现往复运动 按活塞杆的布置形式不同 活塞缸又可分为双出杆活塞缸和单出杆活塞缸 两类 双出杆活塞缸的活塞杆因为受拉 故可做的较细 另外 实际中常将两活塞杆做得直径相等 故双 出杆活塞缸双向运动具有相同的推力和速度 单出杆活塞缸的输出推力和速度较丰富 无杆腔通油有杆腔 回油时 推力大 速度低 常做 工进 有杆腔通油无杆腔回油时 推力小 速度快 常做 快退 差 动连结时 推力小 速度快 常做 快进 故单出杆活塞缸 通过不同的联结形式 可方便的完成 快 进 工进 快退 的动作循环 柱塞缸仅有一个密闭的容积空间 故仅能单向运动 伸出 回复时须依靠 外力使其退回 液压缸最主要的参数是速度和推力 液压缸也存在泄漏和摩擦 故计算推力和速度时 也必须考虑机 械效率与容积效率 典型的液压缸其结构可分为五个组成部分 即缸筒和缸盖 活塞和活塞杆 密封与导向装置 缓冲装 置和排气装置 大部分液压缸属于非标准件 需要专门设计 液压缸设计的主要内容为 1 根据工作压力 负载大小和运动速度确定缸筒内径和活塞杆直径等 必须注意的是这些数据必须圆整 2 对缸筒壁厚和活塞杆直径等进行强度和稳定性校核 3 确定各部分结构 其中包括密封装置 缸筒与缸盖的联接 活塞结构以及缸筒的固定形式等 必要时 还要考虑缓冲与排气的设计与计算 4 进行工作图的绘制 5 2 复 习 思 考 题 1 液压缸的作用是什么 它们是如何分类的 各类型有何特点 2 从能量转换的观点比较液压缸 液压马达与摆动液压马达三者的异同点 3 什么叫双出杆活塞缸 其工作原理 运动范围 推力和运动速度如何 适用于什么场合 4 单杆活塞缸的工作原理 特点及使用场合如何 5 何为差动液压缸 其工作原理 输出推力和运动速度有何特点 6 两结构尺寸相同的单出杆活塞缸 均为缸体固定 一为差动连接 另一为非差动连接 试比较 1 供油压力相同时推动负载的大小 2 供油流量相同时活塞杆运动速度的大小 3 两液压缸推动负载相同 活塞杆伸出速度也相同时 供油压力和流量的大小 4 在 3 条件下的输出功率的大小 7 齿轮缸的工作原理是什么 输出的转矩和转速有多大 用于什么场合 8 增力缸的工作原理是什么 其推力和速度有何特点 用于什么场合 9 伸缩缸的工作原理是怎样的 在全行程上的推力和速度是否一样 适用于什么场合 5 3 习 题 1 图示四种结构形式的液压缸 直径分别为 D d 如进入缸的流量为 q 压力为 p 分析各缸产生的推 力 速度大小以及运动的方向 2 图示两液压缸 缸内径 D 活塞杆直径 d 均相同 若输入缸中的流量都是 q 压力为 p 出口处的油也 p q D d D p q d a b 图5 2 12 习题4 1 3 11 都直接通油箱 且不计一切摩 擦损失 比较他们的推力 运动速度和运动方向 3 图示两个结构相同相互串联的液压缸 无杆腔的面积 A1 1 0 0 c m 2 有杆腔的面积 A2 8 0 c m 2 缸 1 输入压 力 p1 9 1 0 5 P a 输入流量 q1 1 2 L m i n 不计损失和泄漏 求 1 两缸承受相同负载时 F1 F2 该负载的数值及两缸的运动速度 2 缸 2 的输入压力是缸 1 的一半时 p2 0 5 p1 两缸各能承受多少负载 3 缸 1 不承受负载时 F1 0 缸 2 能承受多少负载 4 如图所示 流量为 5 L m i n 的液压泵 同时驱动两个液压缸 活塞 A 的负载 为 1 0 4 N 活塞 B 的负载为 5 1 0 3 N 工作面积皆为 1 0 0 c m 2 试求两个活塞的 运动速度和液压泵的工作压力 设工作循环开始时 两个活塞皆处于液压 缸的下端 溢流阀的调定压力为 2 0 1 0 5 P a 5 设计一差动连接的液压缸 泵的流量为q 2 5 L m i n 压力为p 6 3 1 0 5 P a 工作台快进 快退速度为5 m m i n 试计算液压缸的内径 D 和活塞缸的直径 d 当外负载为 2 5 1 0 3 N 时 溢流阀的调定压力为多少 6 设计一单杆活塞液压缸 已知外负载 F 2 1 0 4 N 活塞和活塞杆处的摩擦力 Ff 1 2 1 0 2 N 进入液压缸的 油液压力为 5 0 1 0 5 P a 计算缸的内径 若活塞最大速度 vm a x 4 c m s 系统的泄漏损失为 1 0 应选多大 流量的泵 若泵的总效率为 0 8 5 电机的驱动功率应多大 7 设计一双作用连续动作式的增压缸原理示意图 8 图 a 中 小液压缸 面积 A1 回油腔的油液进入大液压缸 面积 A2 而在图 b 中 两活塞用机械直接相联 油路 连接和图 a 相似 供给小液压缸的流量为 q 压力为 p 试分别计算图 a 和图 b 中大活塞杆上的推力和运动速度 第六章 液 压 阀 6 1 小 结 液压阀是用来控制或调节液压系统中油液流动方向 油液压力或流量等 以满足执行装置的性能要求 的元件 按阀的机能不同分为方向控制阀 压力控制阀和流量控制阀三大类 滑阀是应用最广阀的结构形式 当液体流过阀芯时 有一个液动力作用在阀芯上 当阀芯调节到某个 位置固定不动时 则存在稳态液动力 其方向始终是使阀口关闭的方向 在阀的调整过程中 阀芯相对于 阀体之间有一个相对运动 使得阀内的液体存在一个加速或减速运动 这时 则多一个瞬态液动力 当油 液流出阀口时 为正阻尼力 当油液流入阀口时 为负阻尼力 滑阀阀芯上的径向不平衡力是造成液压阀 卡紧的主要原因之一 但阀芯带顺锥时 不会产生径向不平衡力 另外 滑阀的阀芯上开环形槽可显著的 减少径向不平衡力 方向控制阀是用于控制油液流动的方向或流液的通与断的元件 方向控制阀分单向阀和换相阀两类 普通单向阀是使油液只能沿一个方向流动而不能反向流动的元件 其开启压力仅需 0 0 3 0 0 5 M P a 但当 其做背压阀时 其开启压力可达 0 2 0 6 M P a 液控单向阀是一种特殊的单向阀 当控制口有压力将单向 阀阀芯顶开时 液控单向阀仅相当于一条通道 油液可自由的正 反流动 当控制口无压力时 其就是一 个普同单向阀 按控制油路和泄油的方式不同 液控单向阀有内泄式和外泄式之分 为减小控制压力 还 有带卸荷阀芯的液控单向阀 换向阀可使油路通 断或改变油液流动的方向 使执行元件启动 停止或变换运动方向 滑阀式换向 阀是由阀芯 阀体和控制阀芯运动的装置组成 对于换向阀要掌握 位 与 通 的概念 要理解各种操 纵方式的原理 要理解换向阀的符号并能与其结构原理建立起联系 三位换向阀的中位机能是换向阀选择 要考虑的主要内容之一 v1 F1 v1 F1 p1 q1 A1 1 A1 2 p2 习题5 3 p1 q1 AB 习题5 4 p q A1A2A 3 F a b A3 F A1A2 p q 习题5 8 D d p q a p qb d D p q c d D p q d d D 习题5 1 12 压力控制阀是控制或调节液压系统中的压力或以压力为控制信号对系统进行控制的 按原理分有直动 式与先导式两种 按功能分有溢流阀 减压阀 顺序阀和压力继电器等 溢流阀当其进油口的压力达到调定压力时 主阀芯开口打开 使进油口压力基本保持恒定 溢流阀按 原理分有直动式与先导式两种 直动式溢流阀进油口的压力与弹簧直接平衡 故弹簧刚度稍大 一般用于 低压 小流量场合 先导式溢流阀是由主阀与先导阀组成 其先导阀是一个直动式溢流阀 主阀是一个液 控阀 当先导阀开启后 液流通过阻尼孔产生一个压差 控制主阀芯开口打开 使进油压力基本恒定 先 导式溢流阀的主阀弹簧刚度较小 故可用于中 高压系统中 先导式溢流阀有一个远程控制口 可用于远 程调压 多级调压和系统卸荷等 由于溢流阀出油口一般直接通油箱 故其弹簧腔为内泄式 不须单独的 泄油口 调节 先导阀的 弹簧压力可改变溢流阀的调定压力 进油口的压力 溢流