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液压与气动学习指导资料
液压与气动技术
学习指导与习题解答
北京交通大学机械与电子控制工程学院
2019.12
第一章学习指导
知识要点与要求:
传动:
介于原动机和工作机之间的动力传送系统。
种类:
机械传动、电传动、流体传动(液压传动、气压传动、液力传动),理解各种传动的原理与特点,还有什么方法能够实现动力的传递。
第一章习题答案
一、填空题
1.机器的组成主要有动力_部分、__传动___部分和、__工作机构__部分组成。
2.传动方式主要有_机械传动___传动、__电传动____传动以及__流体传动_传动。
3._液压油___是液压传动中常用来传递运动和动力的工作介质。
4.液压传动的工作原理是依靠__流量___来传递运动,依靠___压力___来传递动力。
5.液压传动系统除油液外可分为__动力元件___、__执行元件___、__控制元件____、__辅助元件___四个部分。
6.液压传动具有传递功率_密度大__,传动平稳性___好___,能实现过载_保护_易于实现自动化等优点。
但是有泄漏,容易___污染___环境,传动比不___确定___。
二、判断题
1.液压传动装置实质上是一种能量转换装置。
(√)
2.液压传动以流体为工作介质。
(√)
3.液压传动可实现过载保护。
(√)
三、选择题
1.液压系统的辅助元件是____D____。
A.电动机B.液压泵C.液压缸或液压马达D.油箱
2.换向阀属于___C____。
A.动力元件B.执行元件C.控制元件D.辅助元件
3.可以将液压能转化为机械能的元件是____C____。
A.电动机B.液压泵C.液压缸或液压马达D.液压阀
4.液压传动的特点是__C______。
A.可与其他方式联用,但不易自动化
B.不能实现过载保护与保压
C.速度、扭矩、功率均可作无级调节
D.传动准确、效率高
四、问答题
1.什么是传动什么是液压传动
在动力机械与工作机构之间传递动力的装置是传动装置。
利用液体的压力来实现动力转换与传递的系统叫做液压传动。
2.液压传动系统由哪几部分组成各组成部分的主要作用是什么
液压传动包括动力装置(泵站)、执行机构(液压缸和液压马达)、控制元件(各种液压阀)以及辅助元件(油管、油箱、密封)等部分组成。
液压动力装置为系统提供压力油,控制元件用于调节液压油的压力流量以及液压执行元件的运动与停止,液压辅助元件实现系统的连接以及系统的可靠性。
3.绘制液压系统图时,为什么要采用图形符号
为了便于绘制和阅读液压系统,需要统一的符号。
这些符号体系是ISO国际标准规定的,便于技术的交流与发展。
4.简述液压传动的主要优缺点。
液压系统的主要优点:
液压传动的传递功率密度大;液压执行元件的速度可以实现无级调节,而且调速范围大;液压传动工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向。
液压装置易于实现过载保护,能实现自润滑,使用寿命长。
液压装置易于实现自动化的工作循环。
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。
液压传动的主要缺点:
由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性,使传动无法保证严格的传动比。
液压传动能量损失大,因此传动效率低。
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。
液压传动出现故障排除需要的技术较高。
第二章学习指导
知识要点
流体力学基础的基本概念,压力、流量的定义以及单位换算;
伯努利方程;
管道流量的压力损失;
液压油的性能与要求。
第二章习题答案
一、填空题
1.油液的两个最主要的特性是____粘度____和__密度______。
2.液压传动的两个重要参数是压力和__流量___,它们的乘积表示__功率_。
3.随着温度的升高,液压油的粘度会下降。
4.压力的大小决定于_负载_,而流量的大小决定了执行元件的速度。
二、判断题
1.作用在活塞上的推力越大,活塞的运动速度就越快。
(×)
2.油液流经无分支管道时,横截面积较大的截面通过的流量就越大。
(×)
3.液压系统压力的大小取决于液压泵的供油压力。
(×)
三、选择题
1.油液特性的错误提法是___D_____。
A.在液压传动中,油液可近似看作不可压缩
B.油液的粘度与温度变化有关,油温升高,粘度变大
C.粘性是油液流动时,其内部产生摩擦力的性质
D.液压传动中,压力的大小对油液的流动性影响不大,一般不予考虑
2.活塞有效作用面积一定时,活塞的运动速度取决于___C_____。
A.液压缸中油液的压力B.负载阻力的大小
C.进入液压缸的流量D.液压泵的输出流量
3.当液压系统中有几个负载并联时,系统压力取决于克服负载的各个压力值中的___A_____。
A.最小值B.额定值C.最大值D.极限值
4.水压机的大活塞上所受的力,是小活塞受力的50倍,则小活塞对水的压力与通过水传给大活塞的压力比是____C____。
;∶1;∶1;∶1
5.水压机大小活塞直径之比是10∶1,如果大活塞上升2mm,则小活塞被压下的距离是____D____mm。
;;;
四、问答题
1.在工作中如何选取合适的液压油
在实际工作中,液压油选择的主要依据是液压油的粘度,尤其是考虑液压泵对油液粘度的要求。
但是液压油的粘度容易受温度的影响,还需要考虑工作环境的温度。
一般来说,环境温度低时要选择低的油,因为低温会使粘度增高,增加机器启动的难度;高粘度的油可以减少泄漏,提高效率。
2.液压系统中的油液污染有何不良后果应如何预防
液压油的污染是指在液压油中混入水分、空气、其它油品、固体颗粒以及高温氧化液压油自身生成氧化物等类型的污染。
1)有颗粒,加速元件的磨损,破坏密封,性能下降,寿命降低。
2)侵入空气,产生噪声和气蚀,降低油液的弹性模量和润滑性,使油液易于氧化。
3)有水分,加速油液的氧化、腐蚀金属,降低润滑性。
4)混入其它油品,改变液压油的化学成分,影响液压系统工作性能。
5)油液的自身氧化生成氧化物,使油变质,堵塞元件阻尼或节流孔,加速元件腐蚀,使系统不能正常工作。
预防液压系统污染的有效措施是正确选用过滤器,并且及时更换滤芯。
使液压过滤器一直处于正常工作状态。
3.理想液体的伯努利方程的物理意义是什么其应用形式是什么
伯努利方程的物理意义:
液体中存在压力能、位能和动能三种形式的能量,在流动过程中,三种能可以转换,但总值不变。
4.液体流动中为什么会有压力损失压力损失有哪几种其值与哪些因素有关
流体是在压力作用下产生流动的,但是流动中会造成压力损失,也叫做压力降。
在管道中流动的压力损失是沿程损失,与管道的长度以及其中的流速有关。
显然细的管道中相同流量时,速度大,压力降大;在阀口或转弯处会发生局部损失,所以设计上应避免管道的急转弯以及管道直径的急剧变化。
5.什么是液压传动系统的泄漏其不良后果是什么如何预防
高压下的液体需要良好的密封,否则会容易发生泄漏,泄漏分为内泄漏和外泄漏。
外泄漏是指某处密封失效,液压油直接漏出机器外,造成环境污染和油液损失,这是可以通过正确的安装密封装置而避免的。
而内部泄露是指液压元件的运动副之间液压油从高压向低压的泄漏,这是不可避免的,泄漏会损失机器的效率,应该通过减小运动副之间的间隙以及合理的选择液压油的粘度而降低内部泄漏,提高效率。
6.薄壁孔和细长孔有何区别及应用
细长小孔中的流动主要为层流,而薄壁小孔中的流动为紊流。
显然,细长小孔造成的压力降大,所以液压阀口都希望采用薄壁小孔来实现流量的调节。
7.空穴现象产生的原因和危害是什么如何减小这些危害
当局部低压时,尤其是液压泵吸油口处,溶解于油中的空气会析出,油中出现气泡。
这些气泡进入高压区后则破裂,造成气蚀现象。
减小这些危害的主要方法就是避免出现局部低压。
第三章学习指导
知识要点
能够对液体加压的装置就是液压泵,如何提高泵的压力、流量以及效率是液压泵的设计目标。
液压泵的参数计算,液压马达的参数计算,注意泵和马达的效率计算,尤其注意液压泵和液压马达的不同之处。
齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的结构、原理。
第三章习题答案
一、填空题
1.液压泵是将电动机输出的__机械能__转换为__液压能__的能量转换装置。
2.外啮合齿轮泵的啮合线把密封容积分成__进油_和_出油__两部分,一般__进油口_油口较大,为了减小_径向不平衡力_的影响。
3.液压泵正常工作的必备条件是:
应具备能交替变化的_容积__,应有__配流装置__,吸油过程中,油箱必须和__吸油口__相通。
4.输出流量不能调节的液压泵称为_定量_泵,可调节的液压泵称为__变量__泵。
外啮合齿轮泵属于_定量__泵。
5.按工作方式不同,叶片泵分为_单作用_和__双作用_两种。
二、判断题
1.液压泵输油量的大小取决于密封容积的大小。
(×)
2.外啮合齿轮泵中,轮齿不断进入啮合的那一侧油腔是吸油腔。
(√)
3.单作用式叶片泵属于单向变量液压泵。
(√)
4.双作用式叶片泵的转子每回转1周,每个密封容积完成两次吸油和压油。
(√)
5.改变轴向柱塞泵斜盘的倾角大小和倾向,则可成为双向变量液压泵。
(√)
三、选择题
1.外啮合齿轮泵的特点是____B____。
A.结构紧凑,流量调节方便
B.价格低廉,工作可靠,自吸性能好
C.噪声小,输油量均匀
D.对油液污染不敏感泄漏小,主要用于高压系统
2.不能成为双向变量液压泵的是___A_____。
A.双作用式叶片泵B.单作用式叶片泵
C.轴向柱塞泵D.径向柱塞泵
3.齿轮泵型号中的25表示该泵的___D_____。
A.输入功率B.输出功率
C.额定压力D.额定流量
4.通常情况下,柱塞泵多用于___A_____系统。
以上的高压以下的低压以下的中压
5.双作用叶片泵实质上是__A____。
A.定量泵B.变量泵C.双联叶片泵D.双级叶片泵
四、问答题
1.液压泵在吸油过程中,油箱为什么必须与大气相通
所谓液压泵吸油,是指液压泵在吸油口造成一定的真空度,而液压油是在大气压力作用下进入液压泵的。
所以油箱必须和大气相通。
2.液压泵和液压马达有何区别与联系
在原理上液压泵和液压马达是可以互逆的,但是液压马达要满足能够正反转的要求,所以结构上需要是对称的,而一些用于液压泵提高性能的不对称的结构都不能使用。
所以实际上泵和马达并不能混用。
3.液压泵的工作压力和额定压力分别指什么
工作压力:
液压泵工作时的出口压力,其大小取决于负载。
额定压力:
正常条件下允许液压泵连续运转的最高压力——和泵结构相关。
实际工作中,通常工作压力应低于额定压力。
另外,液压泵的输出压力就是泵的工作压力,它和泵的额定压力是两个概念。
4.何谓液压泵的排量、理论流量、实际流量它们的关系怎样
排量是泵每一转所排出的液体的体积;理论流量是排量和液压泵转速的乘积;实际流量是泵工作时实际输出的流量,是理论流量和容积效率的乘积。
5.试述外啮合齿轮泵的工作原理,并解释齿轮泵工作时径向力为什么不平衡
当齿轮旋转时,泵的一侧轮齿脱开啮合,齿轮两齿之间的空隙空出,使这侧的容积逐渐增大,形成局部真空,油箱中的油液在大气压力作用下被吸入吸油腔内,并充满齿间。
随着齿轮的旋转,吸入到轮齿间的油液便被带到左侧。
齿轮泵的啮合力沿齿轮啮合点法线方向,对两个齿轮来说,大小相等,方向相反;另外齿轮泵一侧是压油腔,一侧是吸油腔,两侧存在很大的压力差,对两个齿轮都产生压力,压力和啮合力的合力使主动轮的径向力减小,从动轮的径向力增大,这就是径向力不平衡。
五、计算题
1.某液压泵的输出油压p=6MPa,排量V=100cm3/r,转速n=1450r/min,容积效率ηv=,总效率η=,求泵的输出功率Po和电动机的驱动功率Pi。
解:
泵的输出功率:
=6X106X100X10-6X1450/60XX10-3=
电动机的驱动功率=泵的输入功率:
Pi=Po/η=kW
2.某轴向柱塞泵,柱塞直径d=20mm,柱塞孔的分布圆直径D=70mm,柱塞数z=7,当斜盘倾角γ=22°,转速n=960r/min,输出压力p=18MPa,容积效率ηv=,机械效率ηm=,试求理论流量q理、实际流量q及所需电动机功率P电。
解:
=X10-6(m3/r)
=X10-3(m3/min)
=X10-3(m3/min)
=(kW)
3.某液压马达排量V=250cm3/r,入口压力为8MPa,出口压力为,其总效率η=,容积效率ηv=。
当输入流量为25L/min时,试求液压马达的输出转速n和输出转矩T。
解:
=880(r/min)
=(Nm)
第四章学习指导
知识要点
1)液压缸的特点和应用;
2)各种液压缸的设计计算;
3)液压缸最新技术发展;
液压马达的液压缸的相似性和不同点。
对液压缸的结构、计算、设计以及发展做专题性、系统性介绍,探讨一系列液压缸的技术问题。
第四章习题解答
一、填空题
1.液压缸是将__压力能__转变为__机械能__的转换装置,一般用于实现_直线运动__或_旋转_。
2.两腔同时通压力油,利用_两腔面积差_产生推力的液压缸叫作差动液压缸。
3.液压缸常用的密封方法有__间隙密封__和_密封圈密封_。
二、判断题
1.单出杆活塞缸活塞两个方向所获得的推力是不相等的,当活塞慢速运动时,将获得较小推力。
(√)
2.单出杆活塞缸活塞杆面积越大,活塞往复运动的速度差别就越小。
(X)
3.差动连接的单出杆活塞缸,可使活塞实现快速运动。
(√)
4.在尺寸较小,压力较低,运动速度较高的场合,液压缸的密封可采用间隙密封的方法。
(√)
三、选择题
1.单出杆活塞式液压缸__B______。
A.活塞两个方向的作用力相等
B.活塞有效作用面积为活塞杆面积2倍时,工作台快进与快退速度相等
C.其运动范围是工作行程的3倍
D.常用于实现机床的快速退回及工作进给
2.柱塞式液压缸____B____。
A.可作差动连接B.是单作用缸,需外力使其缩回;
C.缸体内壁需精加工D.往复运动速度不一致
3.起重设备要求伸出行程长时,常采用的液压缸形式是_D_____。
A.活塞缸B.柱塞缸
C.摆动缸D.伸缩缸
4.要实现工作台往复运动速度不一致,可采用____D____。
A.双出杆活塞式液压缸
B.柱塞缸
C.活塞面积为活塞杆面积2倍的差动液压缸
D.单出杆活塞式液压缸
5.液压龙门刨床的工作台较长,考虑到液压缸缸体长,孔加工困难,所以采用___C_____液压缸较好。
A.单出杆活塞式B.双出杆活塞式
C.柱塞式D.摆动式
四、问答题
1.液压缸有何功用按其结构不同主要分为哪几类
液压缸是实现直线运动的执行机构,按结构不同,可分为活塞式液压缸、柱塞式液压缸、伸缩缸、摆动缸、增压缸等几类。
2.什么是差动连接它适用于什么场合
差动液压缸是将单活塞杆液压缸的两个腔都联通压力油,使液压缸快速伸出,但推力减小,通常用于机床的快进工况。
3.在某一工作循环中,若要求快进与快退速度相等,此时,单杆活塞缸需具备什么条件才能保证
要求快进与快退速度相等,则
,代入公式,
,
即液压缸无杆腔的面积是有杆腔面积的2倍。
4.柱塞缸、伸缩缸和摆动缸各有何特点简述其应用场合。
柱塞缸推力大,柱塞刚性大,但需外力使之缩回,用于举升重物;
伸缩缸的自身短,行程长,常用于起重机的伸缩臂;
摆动缸有一定的摆动角度,常用于定角度的摆动驱动。
5.伸缩缸活塞伸出、缩回的顺序是怎样的
伸缩缸是大缸先伸出,再依次伸出较细的缸;缩回则是小缸先缩回,然后才是细缸依次缩回。
6.液压缸由哪几部分组成密封、缓冲和排气的作用是什么
液压缸主要有缸筒、活塞、活塞杆以及密封件等组成。
密封件是防止液压油从一腔泄漏到另一腔以及泄漏出液压缸外。
五、计算题
1.如图示差动连接缸,已知进油流量Q=30L/min,进油压力p=40×106Pa,若差动液压缸活塞向右运动(差动连接)的速度与非差动连接时活塞向左运动的速度相等,v=6m/min。
求液压缸的缸筒内径D和活塞杆直径d,并求输出力F的值。
图差动液压缸
解:
差动连接液压缸推进速度:
=6m/min,d=79.8mm
液压缸缩回时速度:
=6m/min,D=112.8mm
液压缸的推出力:
=20KN
2.图所示为一柱塞式液压缸,其柱塞固定,缸筒运动。
压力油从空心柱塞通入,若压力p=3MPa,流量q=25L/min,柱塞外径d=70mm,内径d0=30mm,试求缸筒运动速度v和推力F。
图柱塞式液压缸
解:
这样的液压缸有效直径是d=70mm,与d0大小无关,
推力:
=N
速度:
=6.5m/min
3.如图所示,两个结构相同的液压缸串联,已知液压缸无杆腔面积A1为100cm2,有杆腔面积A2为80cm2,缸1的输入压力为p1=,输入流量q1=12L/min,若不计泄漏和损失,试求:
1)当两缸承受相同的负载时(F1=F2)该负载为多少两缸的运动速度v1、v2各是多少
2)缸2的输入压力为缸1的一半(p2=p1/2)时,两缸各承受的负载F1、F2为多大
3)当缸1无负载(F1=0)时,缸2能承受多大负载
图液压缸串联
解:
(1)因为F1=F2,则F1=F2,p1A1-p2A2=p2A1,p2=1MPa
F1=F2=p2A1=10000N
液压油从缸1排出后进入缸2,则
=1.2m/min
=0.96m/min
(2)p2=p1/2=,则F2=p2A1=9000N
F1=p1A1-p2A2=10800N
(3)F1=0,p1A1-p2A2=0,p2=(A1/A2)p1,p2=
F2=p2A1=×104N
第五章学习指导
知识要点
1)方向控制阀的种类、特点和应用;
2)方向控制阀的驱动方式;
3)压力控制阀的种类、特点。
4)流量控制阀的种类、特点和应用;
5)比例控制阀、伺服控制阀以及新型控制阀的原理以及创新思路。
6)滤油器的原理、特点和应用;热交换器的原理和应用。
7)新型控制阀的创新思想。
8)在各种液压控制阀技术基础上,导入新型控制阀创新思想,目前发展的趋势概况,待解决的问题,激发同学的研究热情。
第五章习题解答
一、填空题
1.液压控制阀是液压系统的控制元件,根据用途和工作特点不同,控制阀可分为三类:
方向控制阀,压力控制阀,流量控制阀。
2.根据改变阀芯位置的操纵方式不同,换向阀可分为手动换向阀_、电磁换向阀、液动换向阀、机动换向阀和电液换向阀等。
3.压力控制阀的共同特点是:
利用液压力和弹簧力平衡的原理进行工作。
4.溢流阀安装在液压系统的泵出口处,其主要作用是稳定压力和限制最高压力。
5.在液压传动系统中,要降低整个系统和工作压力,采用溢流阀阀;而降低局部系统的压力,采用减压阀阀。
6.流量阀是利用改变它的通流面积来控制系统工作流量,从而控制执行元件的运动速度,在使用定量泵的液压系统中,为使流量阀能起节流作用,必须与溢流阀联合使用。
二、判断题
1.单向阀的作用要变换液流流动方向,接通或关闭油路。
(×)
2.调节溢流阀中弹簧压力Fn,即可调节系统压力的大小。
(√)
3.先导式溢流阀只适用于低压系统。
(×)
4.若把溢流阀当作安全阀使用,系统正常工作时,该阀处于常闭状态。
(√)
三、选择题
1.为了实现液压缸的差动连接,采用电磁换向阀的中位滑阀必须是__P____;要实现泵卸荷,可采用三位换向阀的__C_____型中位滑阀机能。
型型型型
2.调速阀工作原理上最大的特点是__B____。
A.调速阀进口和出口油液的压差Δp保持不变
B.调速阀内节流阀进口和出口油液的压差Δp保持不变
C.调速阀调节流量不方便
3.当控制压力高于预调压力时,减压阀主阀口的节流缝隙δ__B______。
A.开大B.关小C.保持常值
4.液压机床开动时,运动部件产生突然冲击的现象通常是__B____。
A.正常现象,随后会自行消除B.油液混入空气
C.液压缸的缓冲装置出故障D.系统其他部分有故障
四、问答题
1.试比较普通单向阀和液控单向阀的区别。
2.画出以下各种名称方向阀的图形符号:
二位四通电磁换向阀
二位五通手动换向阀
三位四通电液动换向阀(O型机能)
二位二通液动阀
二位三通行程换向阀
液控单向阀
3.节流阀可以反接而调速阀不能反接,这是为什么
4.先导式比例溢流阀与先导式溢流阀有何异同
五、分析题
1.试分析图所示回路之压力表A在系统工作时能显示出哪些读数(压力)
答:
该压力表安装在溢流阀的遥控口,可以显示系统的工作压力。
和液压泵出口压力相同。
2.一夹紧回路,如图所示,若溢流阀的调定压力为5MPa,减压阀的调定压力为3MPa,试分析活塞快速运动时和夹紧工件后,A、B两点的压力各为多少
活塞快速运动时:
pA=5MPa;pB=0
夹紧工件后:
pA=5MPa;pB=3MPa
图分析题1图图分析题2图
3.图(a)、(b)所示分别为两个不同调定压力的减压阀串联、并联情况,阀1调定压力小于阀2,试分析出口压力决定于哪一个减压阀为什么
图分析题3图
答:
串联减压阀出口压力决定于调节压力小者;
并联减压阀的出口压力决定于各自的调节压力。
4.如图(a)、(b)所示,节流阀串联在液压泵和执行元件之间,调节节流阀的通流面积,能否改变执行元件的运动速度简述理由。
答:
图(a)不能调速,因为定量液压泵输出的流量一定,节流阀只能增加阻力,液压泵的流量都要进入液压缸;
图(b)可以调速,因为当节流阀调小时,部分液压油从溢流阀溢流,从而减小液压缸的速度。
图分析题4图
第六章学习指导
知识要点
1)方向控制阀的种类、特点和应用;
2)方向控制阀的驱动方式;
3)压力控制阀的种类、特点;
4)流量控制阀的种类、特点和应用;
5)比例控制阀、伺服控制阀以及新型控制阀的原理以及创新思路;
6)滤油器的原理、特点和应用;热交换器的原理和应用。
第六章习题解答
一、填空题:
1.常用的液压辅助元件有_油箱_、油管_、接头_、_过滤器_、蓄能器等。
2.油箱的作用是用来_储存油液_、沉淀污染物、冷却油液、_分离气体_。
3.常用的滤油器有网式过滤器_、线隙过滤器、纸质过滤器、烧结过滤器和_磁性过滤器_,其中网式过滤器属于粗滤油器。
二、判断题:
1.烧结式滤油器的通油能力差,不能安装在泵的吸油口处。
(√)
2.为了防止外界灰层杂质侵入液压系统,油箱宜采用封闭式。
(√)
3.液压系统中一般安装多个压力表以测定多处压力值。
(√)
三、选择题:
1.以下____B、D___不是蓄能器的功用。
A.保压B.卸荷C.应急能源D.过滤杂质
2.过滤器不能安装的位置是__D_____。
A.回油路上B.泵的吸油口处C.旁油路上D.油缸进口处
3.在中、低压液压系统中,通常采用
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