液压传动习题课

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。
Re
d
v
1.7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。 p 在伯努利方程中，g ，h 和 V g 都是长度的量纲， 2 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）， P V P V ，
Leabharlann Baidu
d
4

2
100 10 3
4 5 10 4
2
=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= 1000 kg/m3，h= 60 cm，h= 75 cm，试求另一种液体的密度 是多少？
pa Pd ρ1 1 ρ1
1' 1
h1
1'
h2
解答:
在1-1等压面上，有：
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？
F F
d D D d
解：
两种情况下柱塞有效作用面积相等，即：
A
则其压力：
4F p d 2
2
2
2
g
1
1
2g
g
2
2
2g
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。
1.8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。
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。
1 gh1 pa 2 gh2 pa
则：
2 1h1
h2 1000 60 800 kg/ m3 75
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
得：恩氏粘度：
E
=9.4

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？
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。
解：（1）
p
（2）
l
F1
F2
F2 50000 25.46 106 A2 (50 103 )2 4
F pA1 25.46 106

4
(10 10 3 ) 2 2000
N
l 25 F1 F 2000 100 L 500
（3）
S2 S1 A1 d 10 S1 ( )2 25 ( )2 1 A2 D 50
例题

如图所示，液压泵的 流量q = 25 L/min， 吸油管直径d = 25 mm，泵口比油箱液 面高出400 mm。如 果只考虑吸油管中的 沿程压力损失，当用 32号液压油，并且油 温为40℃时，液压油 的密度 = 900 kg/m。 试求油泵吸油口处的 真空度是多少？
解答:
吸油管路中液压油的流速：
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 hw 和比动能项中的 动能修正系数。 p z 理想液体伯努利方程： g 2g const
解答:
Fs p2

4
d p1
2 1

4
6
d1
2
Fs ( p1 p2 )

4
d12
=
(6 0.5) 10

4
10 2 10 6
=431.75（N）≈432（N）
Fs 431.75 x0 k 10 103
=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（pa ≈ 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:
由： 得：
1 1 V . K p V0
V p V0 K
则：
p V0 4p V0 V L K 2 A Kd 2 d 4
因此：
L 4p V0 4 (21 0.1) 106 200106 n 22.19 2 9 3 3 S Kd S 1.2 10 (1010 ) 2 10
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。
2
2 p1 112 p2 22 z1 z2 hw g 2g g 2g
实际液体伯努利方程：
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Fs；（2）当弹簧 刚度k=10 N/mm时的弹簧预压缩量x0
q 4q 25 103 2 0.849 m/s A d 60 （25 10- 3 2 ）
N
mm

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？
解：
动力粘度：
68 900 10 6.12 10
6
2
Pas
恩氏粘度：由恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式：
6.31 68 7.31E E
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Ll =50025，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
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。
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。