液压与气压传动技术及指导应用(田勇、高长银)课后习题问题详解

第1章习题答案1.液压与气压传动是以流体（液压油或压缩空气）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式。

液压千斤顶、机床动力滑台液压系统等等。

汽车开关门气动系统、气动磨粉机等等。

2.p3-43.p4-64.答：不行。

因为，液压传动中有较多的能量损失（摩擦损失、压力损失、泄漏损失），效率低，所以不宜作远距离传动。

5.答：液压传动工作平稳、功率大、输出力大，但功率损失大不宜作远距离传动；而气压传动便于作远距离传动，具有防火、防爆、耐潮湿的能力，与液压方式相比，气动方式可在恶劣的环境（高温、强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等）下进行正常工作，但是，由于气体的可压缩性较大，平稳性不如液压传动，且压力级一般小于0.8MPa，系统的输出力较小。

有时采用气液联动方式可以克服彼此的缺陷，利用彼此的优势。

6.p6-8第2章习题答案2.8 思考题与习题答案1. 液压油有哪几种类型？液压油的牌号和粘度有什么关系？如何选用液压油？答：目前液压油主要包括矿物型液压油和难燃型液压油；液压油的粘度等级是以其40℃时运动粘度的中心值来表示的，如L-HM32液压油的粘度等级为32，则40℃时其运动粘度的中心值为32mm2/s；选择液压油一般首先选择液压油的品种，然后再选择液压油的粘度。

2. 动力粘度、运动粘度的含义是什么？答：动力粘度是指液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的摩擦力。

液体的动力粘度与其密度的比值，称为液体的运动粘度。

3. 液压油粘度过高、过低会有什么不良的影响？答：液压油粘度过高对液压装置不利，其本身也会发生化学变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限；过低影响其润滑效果。

4. 什么是压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的工作压力与外界负载有什么关系？ 答：静止液体某点处单位面积上所受的法向力称为该点的静压力。

静压力在物理学上称为压强，在液压传动中称为压力。

压力有两种表示方法：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。

液压系统的工作压力随着外界负载的增大而增大。

5. 连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？答：连续方程的本质是质量守恒。

它的物理意义是在单位时间流过管中每一截面的液体质量是相等的。

6. 说明伯努利方程的物理意义，并指出理想液体的伯努利方程和实际液体的伯努利方程有什么区别。

答：伯努利方程的物理意义就是能量守恒定律在流体力学中的具体表达式。

理想液体的伯努利方程表示液体在流动时，具有三种形式的能量，分别是动能、势能和压力能。

它们之间可以相互转换，但总和不变。

但实际液体在管道流动时，由于液体存在粘性，会产生摩擦力，消耗能量；同时，管道局部形状和尺寸的变化，会使液流产生扰动，也消耗一部分能量。

因此，实际液体在流动过程中，会产生流量损失。

7. 管路中的压力损失有哪几种？它们有什么区别？答：在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失，压力损失可分为沿程压力损失和局部压力损失。

油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，称为沿程压力损失。

这类压力损失是由液体流动时的、外摩擦力所引起的。

它主要取决于管路的长度、径、液体的流速和粘度等。

而局部压力损失是油液流经局部障碍（如弯头、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的。

8. 一个潜水员在海深300m 处工作，若海水密度31000/kg m ρ=，问潜水员身体受到的静压力等于多少？解：由静力学基本方程知，在海深为m h 300=处液体静压力为620(1010009.8300)/p p gh N m ρ=+=+⨯⨯623.910/ 3.9N m MPa =⨯=9. 一平板相距另一固定平板0.8mm ，二板间充满液体，上板在每平方米为4N 的力作用下以0.5/m s 的速度移动。

求该液体的粘度。

解：由动力粘度的物理意义及公式dydu dy du AF f τμ==，可得该液体的粘度为 340.00640.50.810Pa s Pa s μ-=⋅=⋅⨯10. 如图2-20所示，直径为d 、重力为G F 的活塞浸在液体中，并在力F 的作用下处于静止状态。

若液体的密度为ρ，活塞浸入的深度为h 。

试确定液体在侧压管的上升高度x 。

解：由帕斯卡定律可知，24()()G F F g x h dρπ++=整理可得侧压管的上升高度24()G F F x h gd πρ+=-11. 如图2-21所示液压泵的吸油高度s H 。

已知吸油管径50d mm =，泵的流量140/min q L =，泵入口处的真空度为4210Pa ⨯，油液的运动粘度420.3410/m s ν-=⨯，密度3900/kg m ρ=，弯头处的局部阻力系数0.5ζ=，沿程压力损失忽略不计。

解：设真空度为t P ，局部压力损失为P ζ，进口处的速度为1v ，泵出口处的速度为2v ，油液在管的速度为v ，泵出口处的压力为2P ，那么由实际伯努利方程22012222s w p v p v H h g g g gρρ+=+++由于21v v <<,故01≈v ，又在弯头处有局部阻力，沿程压力损失忽略不计，上式整理可得真空度为222t s v P gH p ζρρ=++∆又 22v p ζρζ∆=，e R v d ν=，()22/2qv d π=，取2300e R =，代入上式整理可得 2222428t e s p R q H g g d gd ζνρπ=--，代入数据整理可得 2.1s H m =图2-20 习题10的图 图2-21 习题11的图 12. 某液压系统由泵驱动马达的管路如图2-22所示。

已知管径16d mm =，管路总长384L cm =。

油液密度3880/kg m ρ=，油液的运动粘度2218.710/cm s ν-=⨯，流速5/v m s =，在045时局部阻力系数0.3ξ=，在090时 1.12ξ=，在0135时2ξ=。

试求由泵至马达的全部压力损失为多少？ 解：全部压力损失公式∑∑∑∆+∆=∆ζλp p p又2222210344519410010344519410022222l l l l l v v v v v p d d d d d λρρρρρλλλλλ∆=++++∑022229045135909045135902222v v v v p ζρρρρζζζζ∆=+++∑取410λ=，代入上式整理得0.83p Mpa λ∆=∑ 2.73p Mpa ζ∆=∑故，Mpa p 56.3=∆∑图2-22 习题12的图13. 如图2-23所示，齿轮泵从油箱吸油。

如果齿轮泵安装在油面之上0.5m 处，泵的流量为20/min L ，吸油管径24d mm =，设滤网及吸油管道总的压降为4310Pa ⨯，油的密度为3900/kg m 。

求泵吸油时泵腔的真空度。

解：设泵的流量为q ，总的压降为p ∆，取油箱液面为I-I 截面，泵吸油口处为II-II 截面，以I-I 截面为基面，列些伯努利方程22112222w p v p v h h g g g gρρ+=+++ 因为I-I 截面上1p 为大气压，而1v 远小于2v ，故1v 可忽略不计，故有21222w p p v h h g g gρρ=+++ 整理可得，泵吸油口的真空度为 22122v p p gh p ρρ-=++∆又()22/2qv d π=，代入整理可得真空度为412 3.4710p p Pa -=⨯14. 如图2-24所示的柱塞直径22d mm =，缸套的直径26D mm =；长76l mm =，柱塞在力50F N =的作用下往下运动。

若柱塞与缸套同心，油液的动力黏度60.78410Pa s μ-=⨯⋅。

求柱塞下落0.1m 所需时间。

解：经分析知此题可用同心环形缝隙的有关知识求解，同心环形缝隙的公式为312dh Q p lπμ=∆其中，22D d h =-，()2/2Fp d π∆=，代入数据整理可得 3101.8/Q m s =设液体沿缝隙上升的速度为v ，由公式()()22/2/2Qv D d π=⎡⎤-⎣⎦，代入整理可得56.810/v m s =⨯那么下落0.1m 所需时间为71.510t s -=⨯图2-23 习题13的图 图2-24 习题14的图15. 如图2-25所示，油管水平放置，截面1-1、2-2处的径分别为110d mm =，230d mm =，在管流动的油液密度3900/kg m ρ=，运动粘度220/mm s ν=。

若不计油液流动的能量损失，试问：（1）截面1-1和2-2哪一处压力较高？为什么？（2）若管通过的流量40/min q L =，求两截面间的压力差p ∆。

图2-25 习题15的图解：设在截面1-1处的压力为1p ，油液速度为1v ；在截面2-2的压力为2p ，油液速度为2v ，水平油管中心为零势能面。

（1）由理想液体伯努利方程可得22112222p v p v g g g gρρ+=+ 整理得22211222v v p p ρρ-=-又由理想液体连续性方程得 221122v d v d = 由于12d d <，故由12v v >因此 12p p <（2）当管通过流量为q 的液体时，可求得 ()221/2qv d π=，通过公式 22e R v d ν=，在2300e R =时，可得2v ，把数据代入整理可得压力差为222122v v p p ζρρ∆=-+∆ 又22v p ζρζ∆=，e R v dν=，取2300e R =，代入数据整理得 43.1410p Pa ∆=-⨯第3章 思考题与习题参考答案1．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。

2．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？答：液压泵的理论输入功率为P T nT i ==ωπ2，输出功率为0PF pA pq υυ===。

功率损失分为容积损失和机械损失。

容积损失是因泄漏、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。

3．齿轮泵为什么有较大的流量脉动？流量脉动大会产生什么危害？答：由于齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。