液压与气动技术 第2版 思考题答案 许艳霞

项目1液压泵拆卸与装配实训实训工单1CB-B型齿轮泵的拆卸和装配『引导问题1』了解并描述齿轮泵铭牌上主要参数的含义。型号（如CB-B25）CB：齿轮泵（C齿轮B泵）B：结构代号（B型，低压）25：公称排量25mL/r（毫升/转）铭牌标注推荐液压油（如L-HL32），工作温度范围，保证黏度，减少磨损和泄漏。【观察分析】齿轮泵（外啮合齿轮泵）泵体、前后泵盖、进出油口：形状、位置、作用外啮合齿轮泵各零件观察要点1.泵体（壳体）形状：近似长方体（铸件），中间有一个横置的8字形内腔，用来容纳一对啮合齿轮；侧面开两个油口。位置：齿轮泵中间主体零件，夹在前泵盖、后泵盖之间。作用容纳主动、从动齿轮，构成齿轮径向密封；与齿轮、前后泵盖一起围成密封工作容腔；开设进出油口，分隔吸油腔、压油腔；作为基体，用螺栓把前后泵盖紧固成整体。2.前泵盖（前端盖）形状：平板铸件，有螺栓孔、轴孔，内部装轴承/轴套；轴孔位置装有骨架油封。位置：泵体前端，主动齿轮轴从此伸出，连接联轴器/电机。作用封闭泵体前端面，实现端面密封；支撑主动齿轮轴、从动齿轮轴；油封防止油液从传动轴处向外泄漏；部分泵带有压力补偿/卸荷槽，减小端面泄漏。3.后泵盖（后端盖）形状：平板铸件，螺栓孔、轴承孔，没有伸出的传动轴，部分带有卸荷槽。位置：泵体后端，封住泵体背面。作用封闭泵体后端面，和前盖一起限制齿轮轴向间隙；支撑从动齿轮轴尾部；卸荷槽：把高压泄漏油引回吸油腔，降低端面压力，减少磨损和漏油。4.进油口（吸油口）形状：油口孔径更大，通道断面宽。位置：泵体一侧，对应齿轮脱开啮合的一侧（吸油腔）。作用：油箱油液在大气压作用下由此进入泵内；大口径降低吸油流速，减小吸油阻力，防止气穴、吸空。5.出油口（压油口）形状：油口孔径较小。位置：泵体另一侧，对应齿轮进入啮合的一侧（压油腔），与进油口左右相对。作用：齿轮啮合挤压油液，高压油从此输出到液压系统；小口径可以减小高压油的径向不平衡力。总结：大口进油、小口出油；脱开啮合侧吸油，进入啮合侧压油。『思考问题1』找出密封工作腔，并分析吸油和压油的过程。外啮合齿轮泵的密封工作腔由泵体、端盖和齿轮的齿槽围成。啮合线将泵内空间分为吸油腔和压油腔。齿轮旋转时，吸油腔一侧轮齿脱开啮合，密封容积增大，形成真空吸油；压油腔一侧轮齿进入啮合，密封容积减小，挤压油液实现压油。『思考问题2』齿轮泵进、出油口孔径为何不等？分析为什么缩小压油口可减小齿轮泵的径向不平衡力。齿轮泵吸油口孔径大于压油口。①增大吸油口截面积，降低吸油流速，减小吸油阻力，防止产生气蚀，保证泵可靠吸油；②缩小压油口，减小高压油的作用面积，降低齿轮所受的径向不平衡力，减轻轴承磨损。齿轮泵压油腔为高压，吸油腔为低压，油液压力作用在齿轮外圆表面，形成径向不平衡力。缩小压油口，可使高压油直接作用在齿轮外圆上的圆弧长度减小，高压作用面积减小，由此产生的液压推力减小，从而降低齿轮受到的径向不平衡力，减轻轴承磨损。『思考问题3』若齿轮泵进、出油口反接会发生什么变化？齿轮泵进出油口反接：①原大口径吸油口变为压油口，高压油作用面积增大，径向不平衡力显著增大，造成轴承严重磨损，甚至齿轮刮擦泵体；②原小口径压油口变为吸油口，通流面积不足，吸油阻力增大，容易吸空和气蚀，泵流量下降、压力不稳；③端盖困油卸荷槽配合关系颠倒，困油现象加剧，振动、噪声增大；④油液输出方向反向，液压执行元件动作方向改变。『思考问题4』观察泵的安装定位方式及泵与原动机的连接形式。齿轮泵安装定位有法兰止口安装和底脚安装两种，法兰止口安装应用最广，依靠止口定心保证同轴度。泵与原动机优先采用弹性联轴器连接，可以补偿安装偏差、缓冲振动，泵轴只传递扭矩，不受径向与轴向附加载荷；也可采用花键套筒连接。一般不直接使用带传动、齿轮传动，否则泵轴承受径向力，容易损坏轴承。实训工单2双作用和单作用叶片泵的拆卸和装配『引导问题1』了解并描述单作用和双作用叶片泵铭牌上主要参数的含义。举例：YB1-25（双作用定量叶片泵）、YBP-40（单作用变量叶片泵）Y：叶片泵；B：泵；1：系列代号；25：公称排量YB：双作用定量叶片泵（YB125）YBP：限压式变量叶片泵（单作用），P=限压/压力补偿YBX：外反馈限压变量叶片泵（X代表外反馈）【观察分析】叶片泵（常用YB型双作用定量叶片泵）定子、转子、叶片1.定子形状：厚圆环；内表面不是正圆，由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧、四段过渡曲线共8段曲线组成，外形近似椭圆内孔的圆环。位置：安装在泵体内，与转子同心，包围在转子外侧。作用提供叶片滑动的内曲面，控制叶片伸出、缩回；和转子、叶片、配流盘一起围成密封工作容腔；转子每转一圈，容积两次增大（吸油）、两次减小（压油），实现双作用定量供油；吸压油区对称，径向液压力相互平衡。补充：单作用变量叶片泵定子内孔是正圆形，定子可移动，改变定子、转子偏心距实现流量调节。2.转子形状：圆盘，外圆上沿圆周均匀开多条叶片槽，叶片槽一般略微倾斜（向后倾角）；中心有花键孔，与传动轴相连。位置：定子内部，和定子同心（双作用泵），由传动轴带动旋转。作用由电机带动旋转，驱动叶片一起转动；槽用来安放叶片，叶片可在槽内径向滑动；外圆、叶片槽侧面参与构成密封工作容积。3.叶片形状：狭长薄平板，头部圆弧倒角；厚度小，装在转子槽内，可径向伸缩。位置：嵌入转子的叶片槽中，叶片顶端紧贴定子内表面，根部通压力油。作用分隔相邻密封容腔；旋转时依靠离心力+根部压力油，使叶片顶部压紧定子内壁，保证密封；随定子曲面伸出/缩回，改变两叶片之间密封容积大小，完成吸油、压油。『思考问题1』试分析双作用叶片只能制成定量泵的原因。双作用叶片泵的定子内表面为固定椭圆形，转子与定子同心，没有偏心距。转子每转一周完成两次吸油和压油，密封容积的变化量由定子椭圆轮廓等固定几何尺寸决定，无法调节。若人为设置偏心，会破坏转子径向力平衡，造成泵损坏。因此双作用叶片泵只能做成定量泵。『思考问题2』单作用式变量叶片泵的定子与双作用式定量叶片泵的定子有什么不同?①单作用叶片泵定子内表面为圆形，工作时定子与转子存在偏心距，改变偏心距可调节排量，实现变量。②双作用叶片泵定子内表面是椭圆形，定子与转子同心，无偏心，容积变化量固定，只能做成定量泵。『思考问题3』单作用式变量叶片泵的配油盘与双作用式定量叶片泵的配油盘有什么不同?①单作用变量叶片泵配油盘只有一个吸油窗口、一个压油窗口，转子转一周完成一次吸油、一次压油。②双作用定量叶片泵配油盘有两个吸油窗口、两个压油窗口，转子转一周完成两次吸油、两次压油，吸、压油窗口对称布置，使径向液压力相互平衡。实训工单3CY14-1型轴向柱塞泵的拆卸和装配『引导问题1』了解并描述轴向柱塞泵铭牌上主要参数的含义。型号CY141含义：C代表额定压力31.5MPa；Y代表轴向柱塞泵；14为系列代号；1为第一次结构改进。前面数字代表最大公称排量（mL/r），即斜盘倾角最大时，泵轴每转一周理论输出油液体积，改变斜盘倾角，排量可在0到最大值之间调节。【观察分析】斜盘式轴向柱塞泵：柱塞、滑履（滑靴）、密封腔1.柱塞形状：细长圆柱体，一端为球形头，与滑履铰接；柱塞内部开有细小轴向阻尼孔。位置：装在缸体沿圆周均布的柱塞孔内，可在缸孔中做轴向往复滑动；球头伸出缸体外，和滑履连接。作用随缸体一起旋转，同时在斜盘推动下沿缸孔往复伸缩；改变缸体内密封腔容积，容积增大吸油、容积减小压油；内部阻尼孔将高压油引入滑履底面，形成静压支撑油膜，减少滑履磨损。2.滑履（滑履）形状：一端是凹球面（和柱塞球头配对），另一端是平整的滑动端面，端面有环形密封带与中心油池，中心有通孔。位置：柱塞球头外侧，紧贴斜盘表面，随柱塞一起绕主轴公转，同时沿斜盘斜面滑动。作用球面与柱塞铰接，可摆动，适应斜盘倾角；在斜盘表面滑动，把斜盘的推力传递给柱塞；高压油进入滑履底面油池，形成静压油膜，减小滑履与斜盘之间的摩擦磨损；环形密封带限制油膜泄漏。3.密封腔（柱塞密封工作腔/柱塞腔）形状：缸体柱塞孔、柱塞端面围成的封闭圆柱形空腔。位置：缸体柱塞孔底部，柱塞端面与配流盘窗口之间。作用形成密封容积；柱塞向外伸出，容积变大，产生真空，吸油；柱塞被斜盘推入，容积减小，挤压油液，压油；高压油通过柱塞阻尼孔供给滑履，实现滑履静压支承；配合配流盘，分隔吸油区与压油区，完成油液的吸入和排出。『思考问题1』分析轴向柱塞泵变量机构的工作原理。分析斜盘倾角与柱塞泵流量之间的关系。变量机构依靠调节斜盘倾角改变柱塞在缸体孔内的行程，从而改变泵的排量。缸体随主轴旋转，柱塞紧贴斜盘滑动；斜盘倾斜，柱塞在缸体中往复伸缩，实现吸油、压油。关系：在转速不变时，斜盘倾角越大，柱塞行程越大，泵排量和输出流量越大；倾角越小，流量越小；倾角为0时，流量为0。『思考问题2』斜盘倾角的大小是如何改变的？斜盘倾角的变化范围是多少？如何锁定斜盘倾角？依靠变量机构（手动、伺服、压力补偿等）推动斜盘摆动，改变倾角。斜盘倾角一般变化范围0°～20°左右（不同型号略有差异）。通过变量机构的锁紧螺钉、定位装置，固定斜盘位置，即可锁定斜盘倾角，使泵保持固定排量输出。项目2液压执行元件及辅助元件拆装实训实训工单1液压缸的拆装与检修『引导问题1』搜索网络资料，说明专用钻床中的液压缸是如何工作的？专用钻床进给采用单杆活塞液压缸，驱动动力滑台带动钻头完成自动循环：快进→工进→快退→原位停止。快进：换向阀换向，液压缸差动连接，压力油同时通入无杆腔与有杆腔，利用两腔面积差推动活塞快速伸出，钻头快速靠近工件。工进（钻削进给）：挡块触动行程开关，差动回路断开，回油经调速阀回油箱。压力油进入无杆腔，有杆腔回油受调速阀节流，活塞低速稳定进给，实现钻孔切削。快退：钻孔完成，换向阀换向，压力油通入液压缸有杆腔，无杆腔油液直接回油箱，活塞杆快速缩回，钻头退回。原位停止：滑台退到原位，行程开关发信号，换向阀回中位，液压缸停止运动。另外还有夹紧液压缸，压力油进入夹紧缸无杆腔，活塞杆伸出夹紧工件；钻孔完成后换向，夹紧缸松开工件。核心：进给缸是单杆活塞缸；快进常用差动连接；工进依靠节流调速实现低速钻削。『引导问题4』结合检查过程，试说明液压缸哪些部位装有密封圈，并说明其功用和装配方法。安装位置：①活塞与缸筒内壁之间；②活塞杆与端盖导向套之间；③端盖与缸筒结合面；④活塞与活塞杆连接处。功用：密封液压油，防止内泄漏和外泄漏，维持缸内工作压力；防止外界灰尘、杂质进入液压缸内部。装配方法：装配前清洗零件；密封圈涂抹液压油润滑；使用专用导向套或护套，防止密封圈被锐边划伤；均匀压入，不可扭曲、剪切；装配后检查无卡滞。『引导问题5』结合装配过程，简要描述液压缸的常见故障类型。爬行：低速运动时活塞时走时停，多由摩擦阻力不均、进气、密封过紧引起。推力不足、速度不够：内部泄漏大、压力不足、进气、密封损坏。外泄漏：端盖、活塞杆处漏油，密封圈老化、磨损或装配划伤。冲击、振动：缸内混入空气、缓冲装置失效。卡死不动：零件变形、装配不同心、密封过紧、异物卡滞。『思考问题1』单活塞杆液压缸中，对泄漏量影响最大的因素是什么？密封件与配合表面之间的间隙、工作压力对泄漏影响最大。压力越高，间隙越大，内泄漏越大；活塞与缸筒、活塞杆与导向套处的间隙是主要泄漏位置。『思考问题2』双杆活塞式液压缸在缸筒固定和活塞杆固定时，工作台运动范围有何不同？运动方向和进油方向之间是什么关系?缸筒固定：活塞杆两端伸出，工作台固定在活塞杆上。活塞杆固定：缸筒移动，工作台固定在缸筒上。双杆活塞式液压缸在缸筒固定和活塞杆固定时，工作台运动方向相反。『思考问题3』什么叫液压缸的差动连接？适用于什么场合？差动连接：单杆活塞缸无杆腔、有杆腔同时通入压力油，利用两腔有效面积差产生推力推动活塞伸出。适用场合：需要快速空载前进，推力要求不大的工况，如钻床动力滑台快进。项目3液压控制元件拆装实训实训工单1方向控制阀的拆装『思考问题1』单向阀和液控单向阀的区别是什么？有什么具体应用？区别：普通单向阀只允许油液单向流动，反向截止，依靠液压力自动启闭。液控单向阀在正向可通油；反向常态下关闭，通入控制压力油才能打开，实现反向通油。应用：普通单向阀用于保压、防止油液倒流、做背压阀；液控单向阀用于液压缸锁紧、立式液压缸防止自重下滑。『思考问题2』三位换向阀的中位有哪些类型？选择原则是什么？常用中位类型：O型、H型、Y型、M型、P型等。选择原则：依据系统对执行元件停止状态、系统卸荷、保压、换向平稳性、浮动等要求选择。如需要卸荷选H、M型；需要锁紧选O型。『思考问题3』方向控制阀的控制方式有哪些？方向阀控制方式：手动控制、机动控制、电磁控制、液动控制、电液控制。『思考问题4』什么是方向控制阀的位和通？试画出二位三通、二位四通、三位四通、三位五通的图形符号。位：阀芯在阀体内的工作位置数量，代表阀芯不同工作状态。通：阀体上接油路的油口数量，代表阀外接油口个数。例：三位四通阀，3个工作位置，4个油口。实训工单2压力控制阀的拆装『思考问题1』若将先导型溢流阀的遥控口误当成泄漏口接回油箱了，系统会出现什么问题？遥控口直接通油箱，先导阀弹簧腔压力卸荷，主阀芯在很小压力下即可打开。系统压力上不去，系统无法建立压力，不能正常工作。『思考问题2』减压阀的出口压力取决于什么？其出口压力为定值的条件是什么？出口压力取决于减压阀弹簧的预调压力。出口压力保持定值条件：进口压力高于调定压力，且出口负载稳定。『思考问题3』当减压阀的进、出口接反了会出现什么问题？高压油进入减压阀的出油口，主阀芯在高压作用下关闭阀口，减压阀不起减压作用，出口压力等于进口高压；阀芯容易损坏，系统无法稳压。『思考问题4』顺序阀的调定压力与进出口压力之间有何关系？进口压力低于调定压力时，阀口关闭；当进口压力达到调定压力，阀口打开，油液从进口流向出口。阀开启后，进口压力基本维持在调定值，出口压力由负载决定。实训工单3流量控制阀的拆装『思考问题1』说明节流阀的类型及在液压系统中的功用？节流阀按节流口形式分为：针式、偏心式、轴向三角槽式等。功用：通过改变节流口通流面积，调节通过阀的流量，从而控制执行元件运动速度；也可作背压阀使用。『思考问题1』说明调速阀在液压系统中的功用？调速阀由定差减压阀与节流阀串联组成。可保持节流阀前后压差基本不变，使流量不受负载变化影响，稳定执行元件运动速度，用于负载变化、要求速度稳定的节流调速回路。项目4液压基本回路组装实训实训工单1组装方向控制回路『引导问题1』简要描述采用换向阀换向和采用双向变量泵换向的应用场合有何区别？1.换向阀换向（阀控换向）原理：泵一般用定量泵持续供油，依靠换向阀阀芯移动，改变油液流向，实现执行元件换向。适用场合中小功率、换向动作不频繁，对换向平稳性、冲击要求一般；执行元件启停换向时间短，不需要长时间连续正反运转；系统简单、成本低，如机床夹紧装置、小型液压工作台、工程机械辅助机构。特点：换向时有液压冲击；换向过程泵输出流量不变，多余油液从溢流阀溢流，能耗大、发热明显。2.双向变量泵换向（泵控换向）原理：不依靠换向阀换流向；直接改变双向变量泵的排量方向，泵的出油口、吸油口互换，从而改变执行元件运动方向。适用场合大功率、重载，需要频繁连续正反转；要求换向冲击小、运行平稳，对节能要求高；典型：大型卷扬机、轧钢机、船舶液压系统、大型盾构、重型起重机回转机构。特点：系统复杂、造价高；响应速度比阀控偏慢。『思考问题1』观察回路工作过程，分析O型和M型中位机能的换向阀应用场合有何区别。O型：各油口全部关闭，液压缸锁紧，泵不能卸荷；适合需要定位锁紧、泵中位仍保压的场合。M型：A、B封闭，P、T连通，液压缸可锁紧，泵可以卸荷；适合锁紧定位，同时希望中位泵卸荷节能的场合。『思考问题2』锁紧回路中三位换向阀的中位机能是否可以任意选择？为什么？不可以任意选择。原因：锁紧回路要求液压缸两腔能够封闭保压，防止活塞窜动，所以换向阀中位时A、B油口必须封闭。适合：O型、M型，中位A、B封闭，可封闭液压缸两腔，实现锁紧；不能选用：H型、Y型中位，中位时A、B都通油箱，液压缸两腔泄压，无法锁紧；P型中位A、B通压力油，活塞会受力移动；K、X型等A或B有通油，也不能可靠锁紧。实训工单2组装压力控制回路『思考问题1』有些液压系统为何要有保压回路？它应满足哪些基本要求？简答：为使执行元件在停止运动时维持工作压力，满足保压工况（如夹紧、成型）。基本要求：能维持压力稳定；保压期间能耗小；压力不足时可补油。『思考问题2』在液压系统中为何设置背压回路？背压回路与平衡回路有何区别？简答：设置背压回路可提高运动平稳性，防止自重下滑，减小冲击。区别：背压回路在回油路上建立低压，用于平稳运动；平衡回路专门防止垂直液压缸自重下落，平衡自重负载。『思考问题3』在液压系统中，当工作机构停止工作以后，使泵卸荷有何好处？有哪些卸荷方法？简答：好处：降低功率损耗，减少发热，延长泵寿命。卸荷方法：换向阀中位卸荷（M、H、K型）；溢流阀远程控制卸荷；采用变量泵自动卸荷。『思考问题4』为什么说单作用增压缸的增压倍数等于增压缸大小两腔有效工作面积之比？简答：增压缸活塞受力平衡：压力放大倍数等于大小腔面积之比。实训工单3组装速度控制回路『引导问题2』结合组装过程，分析执行元件需要调速时调速元件如何布置。简答：调速元件安装在执行元件进油、回油或旁油路上，分为进油节流、回油节流、旁路节流调速，串联接入油路，改变进入执行元件流量实现调速。『引导问题3』结合组装过程，分析快速运动回路为何回路一般分为快进→工进→快退三个过程。简答：快进：空载，大流量实现快速接近工件；工进：负载大，小流量慢速切削加工；快退：加工完毕，大流量快速退回，提高工作效率。『引导问题4』观察同步回路工作过程，分析串联液压缸同步回路和流量控制式同步回路应用场合有何区别。简答：串联液压缸同步回路，结构简单，适用于负载相近、同步精度要求不高的场合；流量控制式同步回路依靠流量阀配流，同步精度较高，适合多缸、负载不同的场合。『思考问题』在液压系统中为何需要设置快速运动回路？执行元件实现快速运动的方法有哪些？简答：设置快速运动回路，缩短空行程时间，提高工作效率。方法：差动连接液压缸；双泵供油；采用蓄能器供油。项目五气动元件拆装实训实训工单1气动三联件的拆装『引导问题1』查阅相关资料，简述气动三联件与两联件的区别。气动三联件由空气过滤器、减压阀、油雾器组成；两联件省去油雾器，只有过滤器+减压阀。三联件用于需要润滑气动元件的回路；两联件用于无油润滑的气动系统。【观察分析】空气过滤器：由透明滤杯、滤芯、排水阀组成；依靠离心与滤芯拦截，除去压缩空气中水分、灰尘杂质。减压阀：由调压弹簧、膜片、阀芯、压力表组成；降低气源压力，并稳定输出压力。油雾器：由储油杯、节流吸油装置组成；将润滑油雾化，随压缩空气输送，润滑气动元件。『思考问题1』压缩空气中的污染物主要来自哪些方面？1：污染物来源：空压机吸入大气中的粉尘；空压机内部磨损产生金属碎屑；压缩空气冷凝析出水分；管道锈蚀产生锈渣。『思考问题2』什么情况下使用两联件？两联件（过滤器+减压阀）用于采用无油润滑气动元件，不需要油雾润滑的气动回路。『思考问题3』无油润滑气动系统改为有油润滑后，能不能再改回去？为什么？简答：不能改回去。因为供油后元件内壁附着润滑油，无法彻底清除，继续无油运行会破坏原有自润滑材料，加速元件磨损。项目六气动基本回路搭建实训实训工单1搭建单双作用气缸换向与调速回路『思考问题1』回路中用单向节流阀的作用是什么?若把回路中单向节流阀拆掉,气缸的活塞杆运动是否会很平稳？而且冲击效果是否很明显?单向节流阀用于单向调速，控制气缸伸出或缩回速度。拆掉后气缸无节流缓冲，运动不平稳，冲击明显。『思考问题2』采用三位五通双电磁换向阀是否能实现缸的定位?想一想主要是利用了三位五通双电磁阀的什么机能?可以定位。依靠三位五通阀中位机能（如O型），中位封闭气缸两腔，锁住活塞实现定位。实训工单2搭建单作用气缸的速度调节回路『引导问题3』搭建双向气动调速回路，简述通电开启气泵前把三联件的调压旋钮放松的原因。放松调压旋钮，防止开机瞬间输出压力过高，避免冲击损坏元件；便于从零开始调节到所需工作压力。『思考问题1』若想要活塞杆快速回位，可以怎样实现？在回气路安装单向节流阀，使缩回时单向阀打开、节流不起作用，气流快速排出，活塞杆快速回位。『思考问题2』还有什么样的方法可以达到双向调速的目的？怎样实现？可采用进、回油（气）路各装一个单向节流阀；伸出时调节进气节流，缩回时调节排气节流，分别控制两个方向流量，实现双向调速。实训工单3搭建双作用气缸的速度调节回路『引导问题1』简述快速排气阀的工作原理。快速排气阀进气时，气压推动阀芯关闭排气口，气流通向气缸；换向排气时，气缸侧气压推开阀芯，直接从排气口快速排气，缩短排气时间，加快气缸运动。『引导