1、 液压与气压传动 习题解 目录 第一章 液压与气压传动概述 .3 第二章 液压传动的基础知识 .4 第三章 液压泵与液压马达 .18 第四章 液压缸 .27 第五章 液压基本回路与控制阀 .35 第六章 液压辅助元件 .62 第七章 液压系统实例 .64 第八章 液压系统的设计计算 .67 第九章 液压伺服系统 .76 第十章 气源装置与气动辅件 .80 第十一章 气缸 .80 第十二章 气动控制元件与基本回路 .82 第一章 液压 与气压传动概述 1.1 答： 液压与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
2、组成： （ 1） 动力元件：液压泵或气源装置，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。 （ 2） 执行元件：液压缸或气缸、液压马达或气压马达，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。 （ 3） 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。 （ 4） 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 答：液压传动的主要优点： 在输出相同功率的条件
3、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 ： （ 1） 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
4、性，故不宜用于精确传动比的场合 。 （ 2） 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。 （ 3） 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 。 （ 4） 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 。 气压传动的主要优点 ： （ 1） 以空气为传动介质，取之不尽，用之不竭；用过的空气直接排到大气中，处理方便，不污染环境，符合“绿色制造”中清洁能源的要求 。 （ 2） 空气的粘度很小，因而流动时阻力损失小，便于集中供气、远距离传输和控制。 （ 3） 工
5、作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中工作，比液压、电子、电气控制优越。 （ 4） 维护简单，使用安全可靠，过载能自动保护。 气压传动的主要缺点： （ 1） 气压传动装置的信号传递速度限制在声速（约 340m/s）范围内，所以 它的工作频率和响应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大的失真和 延滞，不宜用于对信号传递速度要求十分高的场合中，但这个缺点不影响其在工业生产过程中应用。 （ 2） 由于空气的可压缩性大，因而气压传动工作速度的稳定性较液压传动差，但采用气液联合可得到较满意的效果 。 （ 3） 系统输出力小，气缸的输出力一般不大于 50KN；且传动效率低
6、。 （ 4） 排气噪声较大，在高速排气时要加消声器。 第二章 液压传动的基础知识 2.1 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） 过去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）。 2.2 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。 2.3 答：是依据帕斯卡原理实现力的传递力。
7、 2.4 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。 2.5 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。 （ 1） 在波努利方程中，gp、 h 和gV22 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
8、-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。 （ 2） 若管道水平放置（ h1=h2），gVgPgVgP 22222211 ，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。 2.6 答： 稳态液动力是由于位置变化所产生的力。 2.7 答： 这样 使 tc减少 而 t 增加，从而将完全冲击降为非完全冲击。 2.8 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 沿p
9、与油液的流动速度 V 一次方成正比，紊流时的沿程损失 沿p 与油液流动速度 275.1 vv 成正比；流动油液的局部压力损失与其流速 2v 成正比。可见降低流速对减少压力孙失是十分重要的，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。 2.9 解： 1830mm 2.10 解： L / s 0 . 0 0 0 6 4 9 9 8410)3050(14.307.24/07.28 0 08.01 3 7 2222Pa 1 3 7 21 7 5.08.98 0 06222dvvAqsmpvvpghp2.11 解： 2.12 解： smmlppdhq a /1
10、043.270107 8 4.012)04/2040(201.012)( 331233 svstsmmAqv45.61055.1 0 0 1.0/1055.14/20 1043.24423 2.13 解：ppACq d 226307.765900102.0262.01010mmAA 2.14 解： sTkAV S 6.1 0 2 7 92 7 315 2 7 3304.1 10852 1 7.52 7 32 1 7.53 sPPt S 6.1 2 9 1 56.1 0 2 7 9)7.0 02.02 8 5.1()2 8 5.1( 1 4.1 2 42 7 344.3 9 744.3 9 7)
11、152 7 3()1152 7 3 152 7 34.1(6.0 02.014.1)1(121212TTTTkppkTSS 2.15 解： 33 /8941018 1.16 mkgVm 2.16 解： 压缩率 M P aV VKpkpvVK4.150 )509.49(7001)(1002.17 解： 在 0.1s 内，液压泵输入液压缸压力腔的油液体积 LTQV 0 1 6 6 6.01.060110 M P aV VXP 89.132 )0 1 6 6 6.0(106 11 100 2.18 解： sPasmkgNmkgsmVsmEEVttEt223262002101069.1/8 5 010
12、83.19/83.19331.6331.731.631.73511 5 3 2.19 解：轴外径的最大切应力为 vdzdui 式中： v轴周围速度， dnv 切向摩擦力为 bnddbdndbFf222 摩擦消耗功率为 wsmNPmNskgdnbndVFPfff4 9 0/4 9 0101.0)605 0 0(25.015.014.39 0 0103232335222.20 解： ghPgZP AA 汞 0 已知 3333/106.136.13/10mkgmkg水汞水 大气压 Aa gZghPPPaP 汞绝 00 10 13 25 Pa2 2 9 7 5 5 5.08.91099.018.91
13、3 6 0 01 0 1 3 2 53 1 2 8 4 3 0 P a1 0 1 3 2 52 2 9 7 5 5P 0 绝相 aa PP 2.21 解 ：设 绝P 为容器内的绝对压力 PaghPPPghp 9 8 0 018.91 0 0 000 绝真绝真空度2.22 解 ： 4 9 0 0 P a5.08.91000ghP-PP PPCU O-OB2 4 5 0 0)25.0(8.91000)21(P)21(1c001C CB00绝真真绝绝真绝点形管交于与点取等压面过CBaaaPPPghPahhgPPPhhgP2.23 解 ： NAhDgFNADgF4 1 64 3.014.3)6.02
14、3.0(8.98 0 0)2()2(834 3.014.32 3.08.98 0 02)1(222.24 解 ： hgdGFxGFdhxghxg22)(44)()(柱塞的力平衡方程式为压力为柱塞底面上的液体相对2.25 解 ： mmSDdSPaDGpNLlGDdLlFFGDdFDGdFF25.1204010S4DS4d)3(103 9 8)04.0(14.35 0 0 0 044)2(1 5 65 0 0255 0 0 0 0401044)1(22222252222222222小大大小设小活塞杆的推理为2.26 解 ： mmmkdDpxkxdDpxss33103.310104)02.00 2
15、2.0(14.31054)()(4232262200220设弹簧的预压缩量为2.27 解：对截面、列出连续性方程和伯努利方程 2211 VAVA 2121 VAAVgVgVgP 2p2g222211 )(21p 212221 VVgggP 2221221 V)AA(12 PP1AA12 1 V )AA(12 22212 故 21 pp 。 同理可论 32 pp 2.28 解：（ 1）对截面、列伯努利方程，以油管水平中心线为基准水平面 SMgPHgVgVgp/5.178.991810045.0208.9222PH0Z,0V0622222211）（，（ 2） m i n311 8 5 615.17
16、*02.014.310*1 0 0 0 0*44AVQ23222SVdVttV）（2.29 解：对截面列伯努利方程，设通过中心线的水平面为基准 s/1 4 6 3 c m1 0 0*1 4 3.1*2.3*4V4AVAQs/1 4 3 m.1151*8.9*1152 g hV152 g hVhV)116(2g12gV2g)4V(ggh400,321222222222222212122112121VVAAVVAVAQZ，ZPghp2.30 解： 阀门关闭时，压力表处液体的能量为gPE 11阀门打开时，压力表处液压的能量为gVgPE 2222 理想液体流动时无能量损失，因此 SLsmVdAVQsm
17、PPVgVgpgPEE/2.2/10*2.249.19*)0 1 2.0(414.3*4/49.191 0 0 010*)06.025.0(2)(22332621221212.31 解：（ 1）雷诺数 vdvRe 紊流 2 3 2 05 3 0 01020125 3 0R/5 3 060214.3101 0 044/10*20/202e232222scmdQvscmsmmv（ 2）cmvR QddvQvddQRe c re c r6.460*2 3 2 0*10*20*14.3 10*1 0 0*4444232临界雷诺数：2.32 解： cmMQvpdllVPdulPdQ3.272 7 3.010*3.0*9 0 0*10*20*1 2 860*10*1*10*114.31 2 81 2 81 2 8366434442.33 解： scmdQv /3 8 260*1*14.3 10*18*44 23211 scmdQv /1 0 6 260*6.0*14.3 10*18*44 23202 ）（判断流态： 2 3 2 01 9 1 02.0 1*3 8 211 vdvR e层流 232031862.0 6.0*106200 vdvR e紊流
