《机械基础》液压动力和执行元件试题及答案

《机械基础》液压动力和执行元件试题及答案一、选择题1.液压泵能够实现吸油和压油，其根本原因是依靠（）。A.电动机的旋转B.密封容积的变化C.油液的压力能D.油箱的液面高度答案：B解析：液压泵工作的基本原理是依靠密封工作腔（容积）的周期性变化来实现吸油和压油。当密封容积增大时，形成局部真空，油箱油液在大气压作用下被吸入（吸油）；当密封容积减小时，油液被挤压出去（压油）。这是所有容积式泵（如齿轮泵、叶片泵、柱塞泵）的共同工作原理。2.某单作用叶片泵的转子外径为80mm，定子内径为82mm，叶片宽度为30mm，转子与定子之间的偏心距为2mm。当转速为1450r/min，容积效率为0.92时，该泵的理论流量和实际流量约为（）。A.20.9L/min,19.2L/minB.21.8L/min,20.1L/minC.43.7L/min,40.2L/minD.10.9L/min,10.0L/min答案：C解析：单作用叶片泵排量计算公式为V=2πeDB，其中e为偏心距，D为定子内径（或转子直径，此处近似），B为叶片宽度。注意单位换算：e=0.002m,D=0.082m,B=0.03m3.限制齿轮泵工作压力提高的主要因素是（）。A.流量脉动B.困油现象C.泄漏D.径向不平衡力答案：D解析：齿轮泵工作时，从压油腔到吸油腔，齿轮齿顶圆周上的压力是逐级降低的，这个压力差作用在齿轮和轴上，产生径向不平衡力。工作压力越高，径向不平衡力越大，导致轴弯曲变形，加剧齿顶与泵体内孔的磨损，从而限制压力的进一步提高。困油现象和泄漏会影响泵的性能和效率，但不是限制压力提高的最主要机械因素。4.斜盘式轴向柱塞泵改变排量的方式是（）。A.改变斜盘倾角B.改变柱塞直径C.改变柱塞数量D.改变缸体转速答案：A解析：斜盘式轴向柱塞泵的柱塞在缸体内作往复运动，其行程长度取决于斜盘平面与缸体轴线之间的夹角，即斜盘倾角。改变斜盘倾角的大小和方向，即可改变柱塞的行程，从而改变泵的排量和输油方向。这是其作为变量泵的基本原理。5.双作用单活塞杆液压缸，当活塞杆固定，缸筒运动时，其运动范围是活塞有效行程的（）。A.1倍B.2倍C.3倍D.0.5倍答案：A解析：对于双作用单活塞杆缸，无论活塞固定还是缸筒固定，其运动部件的移动范围（即行程长度）都等于活塞的有效行程。区别在于安装方式和进回油口的连接。当活塞杆固定时，缸筒移动，其移动距离就是活塞在缸筒内的有效行程长度。6.液压马达与同类型液压泵的主要区别通常不包括（）。A.液压马达要求正反转，其结构具有对称性B.液压马达的进、出油口直径相同C.液压马达无自吸能力，需要提供压力油D.液压马达的容积效率比泵低答案：D解析：液压马达和同类型泵在结构上相似，但功能相反。主要区别包括：马达要求正反转，结构对称（如进回油口对称、内部卸荷槽对称）；进、出油口直径通常相同；马达依靠压力油驱动，无自吸能力。容积效率的高低取决于具体设计和工况，并非马达必然低于泵，因此D项不是主要区别。7.在要求运动平稳性高的机床液压系统中，常选用（）液压泵。A.齿轮泵B.单作用叶片泵C.双作用叶片泵D.径向柱塞泵答案：C解析：双作用叶片泵的流量均匀性好，脉动率小，噪声低，运转平稳。同时，其结构紧凑，容积效率较高。这些特点使其非常适用于对运动平稳性要求较高的中低压机床液压系统。齿轮泵流量脉动和噪声较大；单作用叶片泵流量有脉动；径向柱塞泵常用于高压系统。8.液压缸的差动连接通常用于实现（）。A.慢速进给和快速退回B.快速进给和慢速退回C.快速进给和快速退回D.慢速进给和慢速退回答案：A解析：差动连接是将单活塞杆液压缸的两腔连通，并同时通入压力油。由于无杆腔有效面积大于有杆腔有效面积，活塞将向右（伸出）运动，此时从有杆腔排出的油液=v也进入无杆腔，使得进入无杆腔的总流量为q+，从而提高了活塞的伸出速度v=q/()。而退回时，油液只进入有杆腔，无杆腔直接回油箱，退回速度=q/9.已知某液压马达的排量=250mL/rA.365N·mB.370N·mC.380N·mD.390N·m答案：A解析：液压马达的理论转矩公式为=，其中Δp==100.5=9.5MPa=9.5×Pa，=250mL/r=250×/r。代入得=。实际输出转矩T=×=378.0×0.92≈347.8N·m。计算时需注意：总效率η=·，题目给出了总效率和机械效率，计算转矩时只与机械效率有关。但用上述数据计算与选项有偏差。若用T=10.下列液压元件中，通常不能作为液压执行元件使用的是（）。A.液压缸B.液压马达C.液压泵D.摆动液压马达答案：C解析：液压执行元件是将液压能转换为机械能的装置，包括实现直线运动的液压缸、实现连续旋转运动的液压马达和实现有限角度摆动的摆动液压马达。液压泵是将机械能转换为液压能的动力元件，不能作为执行元件使用。二、填空题1.液压泵按结构形式主要分为______、______和______三大类。答案：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵解析：这是液压泵最常见的分类方式，依据核心运动部件的结构进行划分。2.外啮合齿轮泵存在的三个主要问题是______、______和径向不平衡力。答案：困油现象、泄漏解析：外啮合齿轮泵的固有缺点包括：因油液现象（需开设卸荷槽解决）、泄漏（主要途径为端面间隙泄漏，占总泄漏量的75%~80%）和径向不平衡力。3.双作用叶片泵的定子内表面曲线由两段______、两段______和四段______组成。答案：长半径圆弧、短半径圆弧、过渡曲线解析：双作用叶片泵的定子内表面是一个近似椭圆形状，由两段半径为R的长圆弧、两段半径为r的短圆弧以及连接这四段圆弧的四段过渡曲线（通常为等加速等减速曲线或阿基米德螺线）组成。4.液压马达的转速取决于输入的______，而输出转矩取决于进、出口的______。答案：流量、压力差解析：这是液压马达的基本工作特性。转速n=q·/，与输入流量q成正比；输出转矩5.单活塞杆液压缸，已知活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，若进油压力p=5MPa，流量q=25L/min，在不考虑损失的情况下，缸筒固定时，活塞伸出时的推力为______N，运动速度为______m/min。答案：39250，3.98（或约4.0）解析：无杆腔有效面积==×≈7.854×。推力=p×=5××7.854×=39270N≈39250N（计算取整）。运动速度==。这里速度单位是m/min，需注意。=q/=(25L/min)/(7.854×)。1L=0.001m³，所以=(25×0.001/mi6.液压泵的实际流量______理论流量，液压马达的实际流量______理论流量。（填“大于”、“小于”或“等于”）答案：小于、大于解析：由于存在泄漏，液压泵输出的实际流量小于其理论流量（=·）。对于液压马达，要输出一定的理论转速需要一定的理论流量，由于存在泄漏，需要输入更大的实际流量才能达到理论流量要求（=·，所以>）。7.柱塞泵根据柱塞排列方向不同，分为______柱塞泵和______柱塞泵。答案：轴向、径向解析：轴向柱塞泵的柱塞轴线平行于缸体轴线（或传动轴轴线）；径向柱塞泵的柱塞轴线垂直于传动轴轴线，呈径向排列。8.摆动液压马达又称摆动缸，其主要输出形式是______。答案：周期性的往复摆动（或：输出轴作有限角度的往复回转运动）解析：摆动液压马达将液压能转换为输出轴的有限角度（通常小于360°）的往复摆动机械能。9.液压泵的额定压力是指泵在连续运转情况下所允许使用的______压力。答案：最高（或：最大）解析：额定压力是液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力，超过此值即为过载。10.液压缸的缓冲装置是为了防止活塞在行程终点与缸盖发生______。答案：机械碰撞（或：冲击）解析：当液压缸驱动质量较大的部件作快速往复运动时，在行程终端会产生很大的动能和惯性力，容易与端盖发生机械碰撞，产生冲击、振动和噪声。缓冲装置就是通过节流原理，在行程终端增大回油阻力，降低活塞运动速度，从而避免或减轻这种碰撞冲击。三、判断题1.液压泵的吸油腔压力通常低于大气压。（）答案：√解析：液压泵依靠密封容积增大形成局部真空来吸油，因此吸油腔的压力通常低于大气压力。2.双作用叶片泵可以做成变量泵。（）答案：×解析：双作用叶片泵的定子与转子同心，其排量固定，是定量泵。单作用叶片泵的定子与转子偏心，通过改变偏心距可以改变排量，是变量泵。3.齿轮泵多用于高压系统，而柱塞泵多用于低压系统。（）答案：×解析：事实正好相反。齿轮泵由于存在径向不平衡力、泄漏等问题，工作压力一般较低（通常<2.5MPa，高压齿轮泵可达16-21MPa）。柱塞泵依靠柱塞在缸孔中滑动密封，容积效率高，易于实现高压，工作压力通常可达31.5MPa以上，是高压系统的主要泵型。4.液压马达的输出转速与排量成反比，在输入流量相同的情况下，排量越大，转速越低。（）答案：√解析：根据公式=，在输入实际流量和容积效率一定时，排量越大，输出转速越低。5.单活塞杆液压缸差动连接时，其输出的推力与非差动连接时伸出时的推力相等。（）答案：×解析：差动连接时，活塞伸出推力=p·()=p·6.叶片泵的叶片通常后倾安装，目的是为了在旋转时依靠离心力使叶片紧贴定子内表面。（）答案：×解析：在双作用叶片泵中，叶片通常前倾安装（沿旋转方向前倾一个角度），目的是为了减小叶片在压油区时定子内表面对叶片作用力的切向分力，从而减小侧向力，避免叶片卡死和磨损。叶片与定子内表面的贴紧主要依靠离心力和根部通压力油（对于高压叶片泵）的作用。7.轴向柱塞泵的瞬时流量是均匀的。（）答案：×解析：轴向柱塞泵的瞬时流量是脉动的。其流量均匀性与柱塞数有关，当柱塞数为奇数时，流量脉动率较小。无论是奇数还是偶数，都存在流量脉动，并非绝对均匀。8.液压缸的密封性能要求不高，允许有少量外泄漏。（）答案：×解析：液压缸作为执行元件，其密封性能至关重要。内泄漏会降低容积效率，导致速度不稳定或推力不足；外泄漏会污染环境、浪费油液，甚至引发安全事故。因此，液压缸要求有良好的密封性能，通常不允许有外泄漏。9.低速大扭矩液压马达通常采用柱塞式结构。（）答案：√解析：为了获得大的输出扭矩，需要大的排量。柱塞式结构（如径向柱塞式、内曲线式）可以通过增加柱塞直径、数量和行程来方便地实现大排量，从而在较低转速下输出大扭矩。10.液压泵和液压马达在原理上是可逆的，因此任何液压泵都可以直接作为液压马达使用。（）答案：×解析：虽然液压泵和液压马达在工作原理上可逆（能量转换方向相反），但由于功能要求、结构细节（如配流机构、叶片倾角、卸荷槽等）不同，很多泵和马达并不能直接互换使用。有些泵经过改造后可以作为马达使用，但并非所有。四、简答题1.简述外啮合齿轮泵产生困油现象的原因、危害及消除方法。答案：原因：为保证齿轮泵连续平稳供油，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，即在前一对轮齿尚未脱开啮合之前，后一对轮齿已进入啮合。因此，在两对轮齿同时啮合的时段内，两啮合线之间会形成一个与吸、压油腔均不相通的封闭容积。危害：随着齿轮转动，这个封闭容积的大小会发生变化。容积减小（被困油液受挤压）时，压力急剧升高，油液从缝隙强行挤出，产生振动、噪声和额外负载，同时使油液发热；容积增大时，形成局部真空，产生气穴和气蚀。这些都会严重影响泵的工作平稳性和寿命。消除方法：通常在泵的端盖或轴承座圈上开卸荷槽。卸荷槽的位置应保证：当封闭容积减小时，通过卸荷槽与压油腔相通；当封闭容积增大时，通过卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离必须保证在任何时候都不使吸、压油腔直接相通。2.比较双作用叶片泵和单作用叶片泵的主要区别。答案：特征双作用叶片泵单作用叶片泵作用次数转子转一周，每个密封容积完成两次吸、压油转子转一周，每个密封容积完成一次吸、压油定子与转子同心安装，定子内表面为椭圆形偏心安装，定子内表面为圆形径向力理论上径向力完全平衡，轴承寿命长存在不平衡的径向液压作用力，轴承负载大排量/变量性排量固定，为定量泵通过改变偏心距e可改变排量，可作为变量泵压力与应用工作压力较高（中高压），流量均匀，噪声小，广泛用于机床等中压系统工作压力较低，因存在径向力，多用于低压系统或作为变量泵使用3.什么是液压缸的差动连接？其特点和应用场合是什么？答案：差动连接是指将单活塞杆液压缸的两腔（有杆腔和无杆腔）用油管连通，并同时通入压力油的连接方式。特点：①活塞伸出运动速度加快：==②活塞伸出时推力减小：=p③活塞缩回速度=，推力=p通常，速度关系为：差动快进速度>工进速度（无杆腔进油，流量小）>非差动快进速度=？实际上=>=，因为<应用场合：主要用于需要“快进（差动）—工进（无杆腔进油，小流量）—快退（有杆腔进油）”工作循环的场合，例如组合机床的进给系统。通过差动连接，可以用一个较小的泵实现较快的空行程速度，提高工作效率。4.简述斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。答案：斜盘式轴向柱塞泵主要由斜盘、柱塞、缸体、配流盘、传动轴等组成。柱塞轴向安装在缸体的圆周柱塞孔中，缸体由传动轴带动旋转。斜盘固定不动，其法线方向与缸体轴线成一定夹角（斜盘倾角）。工作原理：当传动轴带动缸体旋转时，由于斜盘的作用，柱塞在柱塞孔内作往复运动。在缸体旋转的半周内（从配流盘吸油窗扫过的区域），柱塞在回程机构（如弹簧或