液压传动习题课

液压传动习题课1.1 什么是液压传动？液压传动有哪些基本组成部分？各部分的作用是什么？答: 液压(气压)传动都是借助于密封容积的变化，利用流体的压力能与机械能之间的转换来传递能量的。

液压传动系统和气压传动系统主要有以下四部分组成：动力元件：其功能是将原电动机输入的机械能转换成流体的压力能，为系统提供动力。

执行元件：液压缸、液压马达，它们的功能是将流体的压力能转换成机械能，输出力和速度（或转矩和转速），以带动负载进行直线运动或旋转运动。

控制元件：压力流量和方向控制阀，它们的作用是控制和调节系统中流体的压力、流量和流动方向，以保证执行元件达到所要求的输出力（或力矩）、运动速度和运动方向。

辅助元件：保证系统正常工作所需要的辅助装置，包括管道、管接头、油箱或储气罐、过滤器和压力计等。

1.2液压传动的优缺点有哪些?答：液压传动的主要优点：在输出相同功率的条件下，液压转动装置体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小、并且反应快。

可在运行过程中实现大范围的无级调速、且调节方便。

调速范围一般可达100：1，甚至高达2000：1。

传动无间隙，运动平稳，能快速启动、制动和频繁换向。

操作简单，易于实现自动化，特别是与电子技术结合更易于实现各种自动控制和远距离操纵。

不需要减速器就可实现较大推力、力矩的传动。

易于实现过载保护，安全性好；采用矿物油作工作介质，滋润滑性好，故使用寿命长。

液压元件已是标准化、系列化、通用化产品、便于系统的设计、制造和推广应用。

液压传动的主要缺点：油液的泄露、油液的可压缩性、油管的弹性变形会影响运动的传递正确性，故不宜用于精确传动比的场合。

由于油液的粘度随温度而变，从而影响运动的稳定性，故不宜在温度变化范围较大的场合工作。

由于工作过程中有较多能量损失（如管路压力损失、泄漏等），因此，液压传动的效率还不高，不宜用于远距离传动。

为了减少泄漏，液压元件配合的制造精度要求高，故制造成本较高。

同时系统故障诊断困难。

● 1.3 为什么压力会有多种不同测量与表示单位？● 1.4 为什么说压力是能量的一种表现形式？● 1.5 液压传动中传递力是依据什么原理？答：由于绝大多数测量仪表中，大气压力并不能使仪表动作。

它们测得的是高于大气压的那部分压力，而不是压力的绝对值。

所以压力的测量有两种不同的基准。

（相对压力和绝对压力）工程中常用的压力单位是公斤力/厘米2 （kgf/cm2）,和工程大气压(单位较大)。

而在表示很低的压力或要精密测定压力值时常采用液柱高度作为压力单位（单位较小）。

答：压力能可以转换为其它形式的能量，但其总和对液体中的每一点都保持不变为恒值，反映了液体中的能量守恒关系。

答：是依据帕斯卡原理实现力的传递力。

1.6 为什么能依据雷诺数来判别流态？它的物理意义是什么？●答：因为流动状态由层流转变为紊流和由紊流转变为层流时雷诺数并不相同，后者值小。

●雷诺数的物理意义是流动液体的惯性力与粘性力之比。

雷诺数小，表示粘性力占主导地位，由压力与粘性力之间的平衡决定了流动的规律，流体质点受粘性力制约只能按层沿轴线方向运动，因此流动为层流。

vdυ=Re1.7伯努利方程的物理含义是什么？答：在密封管道内做稳定流动的理想液体具有三种形式的能量，即动力能、动能、和位能，它们之间可以互相转换，并且在管道内任意处和这三种能量总和是一定，因此也称为能量守恒。

在伯努利方程中，，h 和都是长度的量纲，一般分别称为压力头、位置头和速度头，三者之和为一常数，用H 表示。

在图1-7中各点的H 值连线为一水平线，表示管道内任一处的三种能量之和是相等的。

若管道水平放置（h1=h2），，表明液体的流速越高，它的压力就越低，即截面细的管道，流速较高，压力较低；截面粗的管道，则流速较低，压力较高。

g p ρg V 22gV g P g V g P 22222211+=+ρρ1.8为什么减缓阀门的关闭速度可以降低液压冲击？答: 这样使动量减少而t增加，从而将完全冲击降为非完全冲击。

1.9为什么在液压传动中对管道内油液的最大流速要加以限制？答: 液压传动中的压力损失，绝大部分转变为热能，造成油温升高，泄露增多，使液压传动效率降低，因而影响液压系统的工作性能。

油液流动时，其流速对压力损失影响很大。

层流时的沿程压力损失与油液的流动速度V 一次方成正比，紊流时的沿程损失与油液流动速度1.75-2次方成正比；流动油液的局部压力损失与其流速平方成正比。

可见降低流速对减少压力损失是十分重要的，因此应限制液体在管道中的最高流速。

但是液体的流速太低又会使管路和阀类元件的结构尺寸变大。

如图所示的液压千斤顶，小柱塞直径d =10 mm ，行程S =25 mm ，大柱塞直径D =50 mm ，重物产生的力=50000 N ，手压杠杆比L :l =500:25，试求：（1）此时密封容积中的液体压力是多少？（2）杠杆端施加力为多少时，才能举起重物？（3）杠杆上下动作一次，重物的上升高度是多少？L l F 1F 2623225000025.4610(5010)4F p A π-===⨯⋅⨯632125.4610(1010)20004F pA π-==⨯⨯⨯⨯=1252000100500l F F L ==⨯=221211210()25()150A d S S S A D ===⨯=解：（1）NN mm （2）（3）解：动力粘度：626890010 6.1210ηνρ--==⨯⨯=⨯Pa ⋅s 恩氏粘度：由恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式：6.31687.31E E ⎛⎫=︒- ⎪︒⎝⎭得：恩氏粘度：E ︒=9.4某液压油的运动粘度为68mm2/s ，密度为900kg/m3，求其动力粘度和恩氏粘度各是多少？●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。

●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：如图中，液压缸直径D = 150 mm ，柱塞直径d = 100 mm ，负载F = 5×10N 。

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？dD dDF F解：42d A π=24d F p π=()234101001054-⨯⨯⨯⨯=π两种情况下柱塞有效作用面积相等，即：则其压力：=6.37 MPa如图所示的连通器内装两种液体，其中已知水的密度ρ= 1000 kg/m 3，h = 60 cm ，h = 75 cm ，试求另一种液体的密度ρ是多少？p a P dh 111'11'h 2ρ1ρ1解答:aa p gh p gh +=+2211ρρ112210006080075h h ρρ⨯===在1-1等压面上，有：则：kg/ m3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。

●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。

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。

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和比动能项中的动能修正系数。

●理想液体伯努利方程：const 22p z g g υρ++=w h 实际液体伯努利方程：221112221222w p p z z h g g g g αυαυρρ++=+++例题:如图中所示的压力阀，当p=6 MPa时，液压阀动作。

若d=10 mm，d=15 mm，p= 0.5 MPa，试求：（1）弹簧的预压力F s；（2）当弹簧刚度k=10 N/mm时的弹簧预压缩量x0解答:22211144s F p d p d ππ+=2121()4s F p p d π=-6261010410)5.06(-⨯⨯⨯⨯-π==431.75（N ）≈432（N ）03431.751010s F x k ==⨯=0.043（m ）=43（mm ）例题:压力表校正装置原理如图所示，已知活塞直径d = 10 mm，丝杆导程S = 2 mm，装置内油液的体积弹性模量K = 1.2×10 MPa。

当压力为1个大气压（p a ≈ 0.1 MPa）时，装置内油液的体积为200 mL。

若要在装置内形成21 MPa压力，试求手轮要转多少转？解答:011.V K p V ∆=-∆0p V V K ∆⋅∆=-02244p V p V VK L A Kd d ππ∆⋅∆⋅∆∆===19.22102)1010(102.11020010)1.021(443396620=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=⋅∆=∆=---ππS Kd V p S L n 由：得：则：因此：例题如图所示，液压泵的流量q = 25 L/min，吸油管直径d = 25mm，泵口比油箱液面高出400 mm。