《液压与气压传动》(盛小明)-习题答案详解(修订16年4月)

1第一章练习题1．液体传动有哪两种形式，它们的主要区别是什么?答：以流体为工作介质进行传动的方式为流体传动，流体传动可分成液体传动和气体传动两种传动形式。用气体作为工作介质进行能量传递的传动方式称为气压传动，包括燃气和蒸汽。用液体作为工作介质进行能量传递的传动方式称为液体传动。按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动两种形式。前者是以液体的压力能进行工作的，也称容积式液压传动，后者是利用液体的动能进行工作的，称之为液力传动。2．液压传动系统由哪几部分组成，各组成部分的作用是什么？答：液压传动系统大体上由以下四部分组成：⑴动力装置动力装置是指能将原动机的机械能转换成液体压力能的装置，它是液压与气压传动系统的动力源。其作用是为液压传动系统提供压力油；⑵控制调节装置它包括各种阀类元件，其作用是控制工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构按要求工作。⑶执行元件执行元件指油缸、液压马达，是将压力能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的作用下输出力和速度(或转矩和转速)，以驱动工作机构做功。⑷辅助装置除以上装置以外的其它元器件都称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、分水滤气器、油雾器、消声器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中也是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。工作介质工作介质指传动液体或传动气体，在液压传动系统中通常称为液压油液，在气压传动系统中通常指压缩空气。3．液压传动的主要优缺点是什么？答：液压传动的特点主要有以下几方面：(1)与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。(2)液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。(3)液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。(4)液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。(5)液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。(6)液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。4．气压传动系统与液压传动系统相比有哪些优缺点?答：气压传动系统有以下一些主要特点：(1)以空气为介质容易取得，用后排到大气中，处理方便。它不必像液压系统那样需设置回收油箱和管道。如有外泄也不会污染环境。(2)因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之几），故流动中损失小，便于集中供气（空压站）、远距离输送。2(3)启动动作迅速，工作介质与设备维护简单，成本低。如与液压传动相配合，可构成气液传动，则能发挥气动信号传递快、液压动力平稳的优点。(4)工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电气控制优越。(5)由于空气压缩性大，气缸的动作速度易随负载的变化而变化，稳定性较差，给位置控制和速度控制精度带来较大影响。(6)目前气动系统的压力级(一般小于0.8MPa)不高，总的输出力不太大。(7)工作介质——空气没有润滑性，系统中必须采取措施进行给油润滑。(8)噪声大，尤其在超声速排气时，需要加装消声器。气动信号传递速度比光电信号慢，故不宜用于高速传递信号的复杂回路。第二章练习题1．液压油液的粘度有几种表示方法，它们各用什么符号表示，各用什么单位？答：液压油在外力的作用下流动时，由于液体分子间内聚力的作用，产生阻碍其分子相对运动的内摩擦力，这种现象称为液体的粘性。粘性的大小用粘度来表示。液体的粘性用粘度来表示。常用的表示液体粘度的方法有动力粘度、运动粘度和相对粘度。在国际单位制中，动力粘度的单位是Pa·S(帕斯卡·秒)。将液体动力粘度与液体的密度之比值称为运动粘度，液体的运动粘度没有明确的物理意义，但它在工程实际中经常用到。因为它的单位只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，所以被称为运动粘度。在国际单位制中的单位是m2/s；以前沿用的单位为cm2/s（斯，St）；mm2/s（厘斯，cSt）。由于动力粘度和运动粘度难以直接测量，在工程实际中，通常采用先测量出相对粘度，然后再换算成绝对粘度的方法来确定液压油的粘度。相对粘度又称条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测定出的粘度。各国规定的条件不同，相对粘度的含义也不同，我国采用恩氏粘度ºEt，美国、英国等采用的是赛氏秒SUS。2．国家新标准规定的液压油液牌号是在多少温度下的哪种粘度的平均值?答：我国液压油的牌号都采用运动粘度来表示。它表示这种液压油在40℃时以mm2/s为单位的运动粘度的平均值。如L-HL-46液压油，是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为46cSt。3．液压油的选用应考虑哪几个方面？答：液压系统中液压油除了传递能量外，还起着润滑运动部件和保护系统金属不被腐蚀的作用。因此液压油性能会直接影响液压系统工作的可靠性、灵敏度、稳定性、系统效率及液压元件的使用寿命。它必须具备以下性能：1)合适的粘度和较好的粘温性能。2)润滑性能好。3)稳定性好。4)消泡性好、凝固点低、流动性好。5)质地纯净，杂质含量少，闪点高。4．气体的可压缩性大造成气动系统有什么特点?3答：气体受压力的作用而使体积发生变化的性质称为气体的可压缩性。气体受温度的影响而使体积发生变化的性质称为气体的膨胀性。气体的可压缩性和膨胀性比液体大得多，由此形成了液压传动与气压传动许多不同的特点。空气的可压缩性及膨胀性大，造成了气压传动的软特性，即气缸活塞的运动速度受负载变化影响很大，因此，很难得到稳定的速度和精确的位移。这些都是气压传动的缺点。但同时又可利用这种软特性来适应某些生产要求。5．什么叫空气的相对湿度，对气压传动系统来说，多大的相对湿度合适？答：在相同温度和压力下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度，用表示，相对湿度表示了湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度，故也称为饱和度。它同时也说明了湿空气吸收水蒸气能力的大小。值越小，湿空气吸收水蒸气的能力越强；值越大，湿空气吸收水分能力越弱。通常，当=60％~70％时，人体感到舒适。气压传动技术中规定，各种阀内空气相对湿度不得大于90％。6．液压传动的工作介质污染原因主要有哪几个方面，应该怎样控制工作介质的污染？答：液压油受污染的原因很多，主要有以下几个方面：1)原始残留物的污染。2)外界侵入物的污染。3)系统产生污染物的污染。液压油的污染原因复杂，危害很大，但要完全防止污染是很困难的。为了延长液压元件的使用寿命，保证液压系统的正常工作，应将液压油污染控制在一定范围内。具体措施如下：1)尽量减少外来污染。2)选用合适的过滤器。3)定期检查、过滤或更换液压油。7．如习题7图所示的液压千斤顶，小柱塞直径d=10mm，行程S1=25mm，大柱塞直径D=50mm，重物产生的力F2=50000N，手压杠杆比L：l=500：25，试求：⑴此时密封容积中的液体压力；⑵杠杆端施加力F为多少时才能举起重物；⑶杠杆上下动作一次，重物的上升高度S。习题7图液压千斤顶4解:(1)密封容积中的液体压力P:MPaAFp48.252大(2)小活塞上的力:对支点取矩lFLF1所以FFLlF201大小油缸内的压力相等:11AFp所以NF100(3)杠杆压下一次排出液体体积等于大柱塞上升的液体体积:大小ASAS162621050410425Ldmm所以:mmL18．密闭容器内液压油的体积压缩系数k为1.5×10—3／MPa，压力在1MPa时的容积为2L。试求在压力升高到10MPa时液压油的容积。解：由液压油可压缩性公式：01VVpkMPappp911001；3301022mLV；MPak/105.13将参数代入上述公式，可得到压力升高到10MPa时液压油的容积。361027VmLmmVV973.1101973)1027(102V363630111．如习题11图所示的连通器中，内装两种液体，已知水的密度31/1000mkg，cmhcmh756021，，试求另一种液体的密度ρ2。解：取1-1为基准面，由于在同一液体中，故1-1为等压面。所以：2211hh将数据代入得：332/800/75.06.01000mkgmkg注意：1．在取等压面时，必须使等压面的两个面处于相互连通的同一液体内，如该题中的'1'1就不是等压面，不能列出'22'11hh52．在后面的课程中重度的概念一般不用，而用密度的概念，在计算液柱高引起的压力值时，用gh表示。13．如习题13图中，液压柱塞缸筒直径D=150mm，柱塞直径d=100mm，负载F=50000N。若不计液压油自重及柱塞与缸体重量，试求图示两种情况下液压柱塞缸内的液体压力。解：对于图（a）所求压力为：aaappdFp37.6)10100(5000044232对于图（b）：由于液压缸上，下底边环形面积)(422dD上所受的压力相互抵消，有效承压面积与图（a）相同，所求压力为：abMPdFp37.64214．如图习题14图中所示的压力阀，当p1=6MPa时，液压阀动作。若d1=10mm，d2=15mm，p2=0.5MPa。试求：(1)弹簧的预压力FS；(2)当弹簧刚度k=10N／mm时的弹簧预压缩量χ0。解:(1)列阀芯上力的平衡方程式有:)(44421222112dDpdppFSNFS75.431(2)弹簧刚度mmNK/10则弹簧的预压缩量cmKFX31.40习题13图615．如习题15图所示，液压泵的流量Q=25L／mim，吸油管直径d=25mm，泵入口比油箱液面高出400mm，管长L=600mm。如果只考虑吸油管中的沿程压力损失Δpλ，当用32号液压油，并且油温为40℃时，液压油的密度ρ=900kg/m3，试求油泵人口处的真空度。解:取I-I截面为自由面:01h；Ⅱ-Ⅱ为吸油口截面.(1)设吸油口的油流速度为V2：)/(85.022smAQV(2)油液在吸油管中的流态：crrdVRe708Re2所以流态为层流,221(3)利用伯努力方程求出液压泵吸油口处的真空度:I-I截面为基准面,所以01h；又油箱截面大,流速不明显,所以01V；沿程压力损失:22Vdlp伯努力方程:pVghpVghp222222111122真空度:MPapVghpp005.02222220第三章练习题习题15图ⅠⅠⅡⅡh71．液压泵完成吸油和排油，必须具备什么条件?答：要保证液压泵正常工作，它必须有个密闭容积；为了完成吸油，油箱必须与大气相通；吸油和压油腔必须相互分开，且要有良好的密封性。2．液压泵的排量、流量各决定于哪些参数?理论流量和实际流量值有何不同?答：液压泵的排量V(m3/s)是在无泄漏的情况下，泵每转一转所排出的油液体积。它的大小取决于泵的结构参数，即密闭容积的几何变化量。液压泵的流量tq(m3/s)是指单位时间里输出油液的体积。液压泵的理论流量是指泵在没有泄漏的情况下,单位时间内输出的油液的体积，Vnq理，n为液压泵的转速。液压泵的额定流量q额定是指泵在额定压力和额定转速下输出的流量。实际上液压泵在能量转换过程中，由于构成液压泵工作容积各相邻零件之间存在间隙，不可避免地会产生泄漏，而且液压泵输出压力越高泄漏量Δq越大，所以液压泵工作时实际输出流量即实际流量比理论流量小。4．某一液压泵的额定工作压力为15MPa，机械效率为0.9，（1）当泵的转速为1450r/min、泵的出口压力为零时，其流量为120L/min；当泵的出口压力为15MPa时，其流量为102L/min，试求泵在额定压力时的容积率。（2）当泵