《液压与气压传动》姜继海第1-7章课后习题答案(全)

1.1液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。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，其中液压传动是利用在密封容器内液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。1.2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：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力源。（2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节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的工作要求。（3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。（4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、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，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。1.3液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，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）液压传动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）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。（4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。（5）液压传动易于实现自动化，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。答：缺点：（1）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。（2）液压传动中有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低。（3）液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。（4）液压传动在出现故障时不易找出原因。1.6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：我国液压油的牌号是用它在温度为40℃时的运动粘度平均值来表示的。例如32号液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32mm2/s。1.7液压油的选用应考虑几个方面？答：对液压油液的选用，首先应根据液压传动系统的工作环境和工作条件来选择合适的液压油液类型，然后再选择液压油液的粘度。1.10液压传动的介质污染原因主要来自哪几个方面？应该怎样控制介质的污染？答：液压油液被污染的原因是很复杂的，但大体上有以下几个方面：（1）残留物的污染：这主要指液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、棉纱和灰尘等，虽然经过清洗，但未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染。（2）侵入物的污染：液压传动装置工作环境中的污染物，例如空气、尘埃、水滴等通过一切可能的侵入点，如外露的活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等侵入系统所造成的液压油液污染。（3）生成物的污染：这主要指液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。控制污染的方法主要有：（1）减少外来的污染：液压传动系统在装配前后必须严格清洗。组成液压系统的管件，用机械的方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。液压传动系统在组装后要进行全面清洗，最好用系统工作时使用的油液清洗，特别是液压伺服系统最好要经过几次清洗来保证清洁。油箱要加空气滤清器，给油箱加油要用滤油机，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。（2）滤除系统产生的杂质：应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。（3）控制液压油液的工作温度：液压油液的工作温度过高会加速其氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。所以要限制油液的最高使用温度。（4）定期检查更换液压油液：应根据液压设备使用说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。2.1什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关系？答：液体在单位面积上所受的内法线方向的法向应力称为压力。压力有绝对压力和相对压力，绝对压力是以绝对真空为基准来度量的，而相对压力是以大气压为基准来进行度量的。由公式P=F/A可知液压系统中的压力是由外界负载决定的。2.2解释下述概念：理想流体、定常流动、通流截面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。答：理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体。定常流动：流体流动时，流体中任何点处的压力、速度和密度都不随时间而变化，称这种流动为定常流动。通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。流量：在单位时间内流过某一通流截面的液体体积称为体积流量，简称流量。平均流速：流量与通流截面积的比值即为平均流速v=q/A层流：液体质点互不干扰、液体的流动呈线状或层状、且平行于管道轴线。紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在剧烈的横向运动。雷诺数：由平均流速υ、管径d和液体的运动粘度ν三个参数组成的无量纲数用来表明液体的流动状态。2.3说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？答：连续性方程的本质是质量守恒定律。它的物理意义是单位时间流入、流出的质量流量的差等于体积V中液体质量的变化率。2.4说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别？答：伯努利方程表明了流动液体的能量守恒定律。实际液体的伯努利方程比理想液体伯努利方程多了一项损耗的能量hw和比动能项中的动能修正系数。理想液体伯努利方程：22pzggconst实际液体伯努利方程：221112221222wppzzhgggg2.5如图2.32所示，已知测压计水银面高度，计算M点处的压力是多少？解：取B－C等压面，LlF1F2：LlF1F2因为D－B为等压面，故LlF1F2。取M水平面为等压面，LlF1F2LlF1F2。2.6如题1.5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：（1）此时密封容积中的液体压力p是多少？（2）杠杆端施加力F1为多少时，才能举起重物？（3）在不计泄漏的情况下，杠杆上下动作一次，重物的上升高度2S是多少？解：（1）623225000025.4610(5010)4FpAPa=25.46MPa（2）632125.4610(1010)20004FpAN1252000100500lFFLN（3）221211210()25()150AdSSSADmm答：密封容积中的液体压力p=25.46MPa，杠杆端施加力F1=100N，重物的上升高度2S=1mm。2.7一个压力水箱与两个U形水银测压计连接如图2.33，a，b，c，d和e分别为各液面相对于某基准面的高度值，求压力水箱上部的气体压力pg是多少？解：由等压面概念：)(0deppHgd＝)(2dcppOHcd＝)(bcppHgcb＝)(2bapppOHbagas＝＝整理：20()()gasHgHOppcebdbdca＝（ap为e处大气压力）2.8如图2.34所示的连通器，内装两种液体，其中已知水的密度1=1000kg/m，h1=60cm，h1=75cm，试求另一种液体的密度是多少？LlF1F2题1.5图paPdh111'11'h2ρ1ρ1解：取等压面1—1列方程：11ghppa＝左２２右＝ghppa121hh＝２2.9水池如图2.35侧壁排水管为0.50.5mm的正方形断面，已知，h=2m，=45，不计盖板自重及铰链处摩擦影响，计算打开盖板的力Ｔ是多少？解：盖板所受的总压力，54.53385.05.0)245sin5.02(81.91000＝＝＝AghFG（N）压心位置，09.35.0)25.045sin2(125.025.045sin224＝）＝（＝AJGGGC（m）对铰链力矩平衡，45cos5..0)45sin(ThFC＝66.394945cos5.0)45sin209.3(54.5338＝＝T（N）2.10如图2.36所示的渐扩水管，已知d=15cm，D=30cm，pA=6.86×104Pa，pB=5.88×104Pa，h=1m，B=1.5m/s，求（1）A=？（2）水流的方向，（3）压力损失为多少？解：（1）ABdDq2244＝＝0.65.1)1015()1030(222222＝＝＝BAdD（m/s）（2）A点总能头83.881.920.681.910001086.62242＝＝ggpAA（mH2O）B点总能头11.7181.925.181.910001088.52242＝＝hggpBB（mH2O）故水流方向为由A到B（3）能头损失为72.111.783.8＝（mH2O）压力损失为：41069.181.9100072.1＝（Pa）2.11如图2.37中，液压缸直径D=150mm，活塞直径d=100mm，负载F=5×104N。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缸内的液体压力是多少？dDdDFF解：（a）pdF24＝623421037.6)10100(10544＝＝＝dFp（Pa）（b）pdF24＝623421037.6)10100(10544＝＝＝dFp（Pa）2.12消防水龙软管如图2.38所示，已知水龙出口直径d=5cm，水流流量q=2.36m3/min，水管直径D=10cm，为保持消防水管不致后退，试确定消防员的握持力为多大？解：94.787)105(6036.210004402222＝＝＝＝dqqqFx（N）；向左98.196)1010(6036.210004402222＝＝＝＝DqqqFy（N）；向上握持力：xxFF＝，yyFF＝19.81298.19694.7872222＝＝＝yxFFF（N）握持力方向04.1494.78798.196＝＝＝arctgFFarctgxy；（右下）2.13如图2.39中所示的压力阀，当p=6MPa时，液压阀动作。若d=10mm，d=15mm，p=0.5MPa，试求：（1）弹簧的预压力Fs；（2）当弹簧刚度k=100N/mm时的弹簧预压缩量x。解：（1）力平衡关系：26632121()(6100.510)(1010)431.9744sFppd＝＝＝（N）（2）由于0kxFs＝则有0431.974.32100sFxk＝＝＝（mm）2.14虹吸管道如图2.40所示，已知水管直径D=10cm，水管总长L=1000m，h0=3m，求流量q是多少？（局部阻力系数：入口ζ=0.5，出口ζ=1.0，弯头ζ=0.3，沿程阻力系数λ=0.06）解：ggDLh2220２出口弯头入口）（＝230234.98510100020.060.50.31.01010hLgD入口出口弯头＝＝＝（m）313.081.9210985.43＝＝（m/s）2123(1010