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完整版《液压传动》
第1章思考题和习题解
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。
1.2什么叫液压传动?
液压传动所用的工作介质是什么?
答:
利用液体的压力能来传递动力的的传动方式被称之为液压传动。
液压传动所用的工作介质是液体。
1.3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。
1.4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。
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。
液压传动工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向。
液压传动易于实现过载保护,能实现自润滑,使用寿命长。
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
(2)
(5)
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。
1.5
mm,
的力
如题1.5图所示的液压千斤行程Si=25mm,大柱塞直
F2=50000N,手压杠杆比
此时密封容积中的液体压力
(1)
加力
况下,杠杆上下动作一次,重物
Fi为多少时,才能举起重
顶,小柱塞直径d=10
径D=50mm,重物产生
L:
l=500:
25,试求:
P是多少?
(2)杠杆端施物?
(3)在不计泄漏的情的上升高度S2是多少?
pF2
A
50000
25.46106Pa=25.46MPa
答:
题解
7(50
(2)F
(3)S2
32
10)
pA
s/1
A2
25.4610
(10103)22000N
Fi
2000
500100N
25(50)21mm
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S2=1mm。
思考题和习
2.1液压油液的粘度有几种表示方法?
它们各用什么符号表示?
它们又各用什么单位?
Ff
确定。
液体动力粘度的物理意义是:
du
A—
dy
答:
(1)动力粘度:
动力粘度又称为绝对粘度,由式:
液体在
单位速度梯度下流动或有流动趋势时,相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。
动力粘度的法定计量单位为
(Ns/m2)。
(2)运动粘度:
液体的动力粘度与其密度的比值被称为液体的运动粘度,即:
Pas
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。
它的法定计量单位为m2/s,常用的单位为mm2/s。
(3)相对粘度:
相对粘度又称为条件粘度,它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。
用相对粘度计测量出它的相对粘度后,再根据相应的关系式换算出运动粘度或动力粘度,以便于使用。
我国采用恩氏度粘度无量纲。
E。
相对
2.2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:
我国液压油的牌号是用它在温度为
40C时的运动粘度平均值为32mm2/s。
40C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
2.3密闭容器内液压油的体积压缩系数时液压油的容积为多少?
3
1.5X0/MPa,压力在1MPa时的容积为2L。
求在压力升高到10MPa
解:
根据体积压缩系数公式:
可得:
96
Vp1.5109291060.027L
贝y:
压缩后油的容积为Vt=2答:
压缩后油的容积为
0.027=1.973L
1.973L
2.4某液压油的运动粘度为68mm2/s,
6890010
解:
动力粘度:
密度为900kg/m3,求其动力粘度和恩氏粘度各是多少?
62
6.1210Pas
恩氏粘度:
由恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式:
687.31E¥
得:
恩氏粘度:
E=9.4
E=9.4。
答:
动力粘度6.12102Pas,恩氏粘度
2.520C时200mL蒸馏水从恩氏粘度计中流尽的时间为
尽的时间为232S,
少?
已知该液压油的密度为900kg/m3.
51S,如果200mL的某液压油在40C时从恩氏粘度计中流求该液压油在40C时的恩氏粘度、运动粘度和动力粘度各是多
解:
恩氏粘度:
运动粘度:
7.31OE
6.31
E
1067.31
4.55631
4.55
106
31.87106m2/s
动力粘度:
答:
恩氏粘度E=4.55,
31.8710
运动粘度:
69002.87
31.87106
102
m2/s,
Pas
动力粘度
2.87102Pas。
2.6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。
2.7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。
思考题和习题解
3.1什么叫压力?
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PF可知液压系统中的压力是由外界负载决定的。
A
3.2如题3.2图中,液压缸直径D=150mm,柱塞直径d=100mm,负载F=5>104N。
若不计液压油自重及活塞或缸体重量,试求图示两种情况下液压缸内的液体压力是多少?
It
D
解:
两种情况下柱塞有效作用面积相等,即:
题3.2图
工
4
4F
则其压力:
P上F
d
45104
2=6.37MPa
100103
答:
在这两种情况下液体压力均等于
6.37MPa。
3.3如题3.3图所示的连通器内装两种液体,其中已知水的密度
3
=1000kg/m,h1=60cm,h2=75cm,试求另
一种液体的密度
2是多少?
解:
在1-1
等压面上,有:
则:
1h1
2
1000
Pa
Pd
h2
75
答:
另一种液体的密度
1'—
1'--
p1
题3.3图
1gh1Pa2gh2Pa
60800kg/m3
2是800kg/m3。
3.4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。
AudAq
。
AA
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、管径d和液体的运动粘度三个参数组成的无量纲数用来表明液体的流动状态。
V中液体
3.5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质量的变化率。
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
3.6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。
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:
p
g
2g
const
实际液体伯努利方程:
Zi
Pi
2g
Z2
P2
2
22.
T—hw
2g
3.7如题3.7图中所示的压力阀,
液压阀动作。
若d1=10mm,d2=15mm,p2=0.5MPa,试求:
p1=6MPa时,
(1)弹簧的预压力
解:
(1)Fs
2
Fs(p1p计=(6O,5)
106
26
—1010=431.75(N)〜432(N)
4
/C、Fs431.75
(2)x0—3=0.043(m)=43(mm)
k10103
答:
弹簧的预压力Fs为432N,预压缩量X0为43mm。
3.8压力表校正装置原理如题3.8图所示,已知活塞直径d=10mm,丝杆导程S=2mm,装置内油液的体积弹性模
量K=1.2X03MPa。
当压力为1个大气压(pa~0.1MPa)时,装置内油液的体积为200mL。
若要在装置内形成21
MPa压力,试求手轮要转多少转?
1
解:
由:
—
K
则:
L
因此:
n
答:
手轮要转
Vo
K
P
PV0K
-d2
44—Kd2PVo
4pVo
Kd2S
22.19转。
3.9如题3.9图所示,液压泵的流量
4(210.1)106200106
QO
1.2109(10103)
322.19
2103
q=25L/min,吸油管直径
虑吸油管中的沿程压力损失P沿,当用32号液压油,并且油温为
吸油口处的真空度是多少?
解:
吸油管路中液压油的流速:
雷诺数:
R,—
d=25mm,泵口比油箱液面高出400mm。
如果只考
25103(2510-)20.849m/s
0.84925103…
6632320
4q__
d260
32106
吸油管路中液压油的流动为层流。
在吸油管路
2P222
g2g0(因为
Zi
Pi
式中:
z1
Pi
2
11
2g
0,
Z2
hw
则:
P2
gz2
2
2
900
p)
kg/m3
750.4
Re2510
将已知数据代入后得:
答:
液压泵吸油口真空度为
40C时,液压油的密度=900kg/m3。
试求油泵
1—1截面(液面)和
Z20.4
3900(T587Pa
p2(3528648.27
0.004764MPa。
3.10如题3.10图所示,液压泵从一个大容积的油池中抽吸润滑油,
587)
流量为
2—2截面(泵吸油口处)列写伯努利方程:
4764Pa
20.849m/s
q=1.2L/s,油液的粘度E=40,密度
900kg/m3,假设液压油的空气分离压为2.8m水柱,吸油管长度
损失,求液压泵在油箱液面以上的最大允许安装高度是多少?
解:
运动粘度:
I=10m,
直径d=40mm,如果只考虑管中的摩擦
动力粘度:
(7.31oE孕)106=(7.3140型)10
E40
62.92
104m2/s
9002.921040.263Pas
液压油的流速:
1.2103
2q/A0.955m/s
—402106
由于Re—
0.95540.04
2.92
则液压油在管路中为层流,
104
130.8
2320
只考虑沿程压力损失:
P1
gh111V12
2
P2
gh2
■^卫900(O.955)20.588Pa
130.80.04
式中:
(因为
P2
2.8m水柱
0.2744
105Pa,P1
P01.013105Pa,h10,
P1
2
2V2
h2
h21.013O.2744I。
5O.5
900
20.95520.588105
9009.8
1.615m
答:
最大允许安装高度1.615m。
题3.10图
4.1从能量的观点来看,液压泵和液压马达有什么区别和联系?
从结构上来看,液压泵和液压马达又有什么区别和联系?
答:
从能量的观点来看,液压泵是将驱动电机的机械能转换成液压系统中的油液压力能,是液压传动系统的动力元件;而液压马达是将输入的压力能转换为机械能,输出扭矩和转速,是液压传动系统的执行元件。
它们都是能量转换装置。
从结构上来看,它们基本相同,都是靠密封容积的变化来工作的。
4.2液压泵的工作压力取决于什么?
液压泵的工作压力和额定压力有什么区别?
答:
液压泵的工作压力取决于负载,负载越大,工作压力越大。
液压泵的工作压力是指在实际工作时输出油液的压力值,即液压泵出油口处的压力值,也称为系统压力。
额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下,泵连续运转时允许使用的压力限定值。
4.3如题4.3图所示,已知液压泵的额定压力和额定流量,设管道内压力损失和液压缸、液压马达的摩擦损失忽略不计,而题图4.3(C)中的支路上装有节流小孔,试说明图示各种工况下液压泵出口处的工作压力值。
1
答:
PaPb0,PcPCAT
,Pd
2Tn
Pe~vr。
4.4如何计算液压泵的输出功率和输入功率?
液压泵在工作过程中会产生哪两方面的能量损失?
产生这些损失的原因是什么?
qt
qqt
(2)qi
Vni
ni
v—qt
n
型106
1450
0.9534.7L/min
pq。
答:
液压泵的理论输入功率为PT2nT,输出功率为F0FpA
功率损失分为容积损失和机械损失。
容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成的流量上的损失;机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。
4.5试说明齿轮泵的困油现象及解决办法。
答:
齿轮泵要正常工作,齿轮的啮合系数必须大于1,于是总有两对齿轮同时啮合,并有一部分油液因困在两对
轮齿形成的封闭油腔之内。
当封闭容积减小时,被困油液受挤压而产生高压,并从缝隙中流出,导致油液发热并使轴承等机件受到附加的不平衡负载作用;当封闭容积增大时,又会造成局部真空,使溶于油液中的气体分离出来,产生气穴,这就是齿轮泵的困油现象。
消除困油的办法,通常是在两端盖板上开卸荷槽。
4.6齿轮泵压力的提高主要受哪些因素的影响?
可以采取哪些措施来提高齿轮泵的工作压力?
答:
齿轮泵压力的提高主要受压力油的泄漏的影响。
通常采用的方法是自动补偿端面间隙,其装置有浮动轴套式和弹性侧板式齿轮泵。
4.7试说明叶片泵的工作原理。
并比较说明双作用叶片泵和单作用叶片泵各有什么优缺点。
答:
叶片在转子的槽内可灵活滑动,在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下,叶片顶部贴紧在定子内表面上,于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。
当转子旋转时叶片向外伸出,密封工作腔容积逐渐增大,产生真空,于是通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入。
叶片往里缩进,密封腔的容积逐渐缩小,密封腔中的油液往配油盘另一窗口和压油口被压出而输到系统中去,这就是叶片泵的工作原理。
双作用叶片泵结构复杂,吸油特性不太好,但径向力平衡;单作用叶片泵存在不平衡的径向力。
4.8限压式变量叶片泵的限定压力和最大流量怎样调节?
在调节时,叶片泵的压力流量曲线将怎样变化?
答:
调节弹簧预紧力可以调节限压式变量叶片泵的限定压力,这时BC段曲线左右平移;调节流量调节螺钉可以
改变流量的大小,AB段曲线上下平移。
qA
A
Kc.
PcPcPmaxP
4.9液压泵的额定流量为100L/min,液压泵的额定压力为2.5MPa,当转速为1450r/min时,机械效率为m=0.9。
由实验测得,当液压泵的出口压力为零时,流量为106L/min;压力为2.5MPa时,流量为100.7L/min,试求:
(1)
液压泵的容积效率V是多少?
(2)如果液压泵的转速下降到500r/min,在额定压力下工作时,估算液压泵的流量是
多少?
(3)计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少?
100.7CCL
解:
(1)v
0.95
106
(3)在第一种情况下:
Pot
pqt
oo
2.510106104.9103w
0.960
在第二种情况下:
R1电匹2.510634.71031.69103W
mm
答:
液压泵的容积效率V为0.95,在液压泵转速为下的驱动功率为4.9103W,在第二种情况下的驱动功率为4.10某组合机床用双联叶片泵
0.9600.95
500r/min时,估算其流量为34.7L/min,液压泵在第一种情况
1.69103W。
(设其压力为0),只有小泵供油,这时系统压力
少?
(2)如果采用一个q=20L/min的定量泵,
解:
(1)快速时液压泵的输出功率为:
1106(1663)10
YB4/16B3,快速进、退时双泵供油,系统压力P=1MPa。
工作进给时,大泵卸荷
P=3MPa,液压泵效率=0.8。
试求:
(1)所需电动机功率是多
所需的电动机功率又是多少?
P0iPiqi
60
3
—1316.7W
工进时液压泵的输出功率为:
310616103
60
P02p2q2
800W
电动机的功率为:
CP011316.7
Pt
0.8
1646W
(2)电动机的功率为:
pq
3106201031250W
0.860
解:
(1)无杆腔进油时:
F1p1A1
p2A2
_2
4P1P2D
P2d2
F1—21060.5106
4
0.12
0.51060.052
1.08104N
10
103
0.021m/s
1250W。
答:
所需电动机功率是1646W,如果采用一个q=20L/min的定量泵,所需的电动机功率是
思考题和习题
5.1已知单杆液压缸缸筒直径D=100mm,活塞杆直径d=50mm,工作压力p1=2MPa,流量为q=10L/min,回油
背压力为P2=0.5MPa,试求活塞往复运动时的推力和运动速度。
4o.1260
(2)有杆腔进油时:
F2
P1A2P2A1
P1
P2D2
pg2
F2
106
0.51060.122
106
2
0.052
0.785104N
10103
0.028
m/s
-(0.120.052)60
4
答:
当无杆腔进油时的活塞推力是
1.08104N,运动速度是0.021m/s;当有杆腔进油时活塞的推力是0.875104
N,运动速度是0.028m/s。
5.2已知单杆液压缸缸筒直径D=50mm,活塞杆直径d=35mm,泵供油流量为q=10L/min,试求:
(1)液压缸差
动连接时的运动速度;
(2)若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1000N,缸内油液压力有多大(不计管内压力损
失)?
解:
(1)
10103
7d2
0.17m/s
—0.035260
4
F
(2)P——-d2410001.04MPa
2
-0.0354
答:
液压缸差动连接时的运动速度是0.17m/s;若缸在差动阶段所能克服的外负载
是1.04MPa。
F=1000N时,缸内油液压力
5.3一柱塞缸柱塞固定,缸筒运动,压力油从空心柱塞中通入,压力为
d,内孔直径为d
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