1、第 1 页 第 1章 思考题和习题解 1.1 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？ 答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动 是 利用 在密封容器内 液体的压力 能来传递动力的； 而液力传动 则的 利用液体 流动 的动能 来传递 动力 的 。 1.2 什么叫液压传动？液压传动所用的工作介质是什么？ 答：利用液体的压力能来传递动力的 传 动方式被称之为液压传动。液压传动所用的工作介质是液体。 1.3 液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 答： （ 1） 动力装置：动力装置是指能将
2、原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力源。 （ 2） 控制调节装置：其作用是用来控制 和调节 工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构 的工作 要求 。 （ 3） 执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （ 4） 辅助装置： 在液压系统中， 除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅 助作用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。 （ 5） 工作介质：工作介
3、质指 用来传递能量的 液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。 1.4 液压传动的主要优缺点是什么？ 答：优点： （ 1） 与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力 。 （ 2） 液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行 。 （ 3） 液压传动工作平稳 ，换向冲击小，便于实现频繁 换向。 （ 4） 液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长 。 第 2 页 （ 5） 液压传动易于实现自动化，可以很方便地
4、对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作 。 （ 6） 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 。 答： 缺点： （ 1） 由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比 。 （ 2） 液压传动中有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低 。 （ 3） 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。 （ 4） 液压传动在出现故障时不易找出原因。 1.5 结合图 1.3 简述工作台左右运动时，阀 5 和阀 7 的位置及进、回油液的流动路线
5、。 答：工作台向左运动时：阀 5 的位置处于左位，阀 7 的位置处于右位。 进油流动路线： 1 2 3 5（左） 6 7（右） 液压缸右腔 回油流动路线：液压缸右腔 7 油箱 工作台向右运动时：阀 5 的位置处于左位，阀 7 的位置处于左位。 进油流动路线： 1 2 3 5（左） 6 7（左） 液压缸左腔 回油流动路线：液压缸左腔 7 油箱 1.6 图 1.3 液压系统的工作压力和液压缸 9 活塞的运行速度是怎样调节的？ 答：液压系统的工作压力主要由溢流阀 4 调节， 通过手柄调节调压弹簧的压缩量可调节液压泵的出口压力，即系统的工作压力。 液压缸 9 活 塞的运行速度由节流阀 6 调节 ，通过
6、手柄调节 节 流阀 6 的开口量，可调节流经 节 流阀的流量，进而调节活塞的运行速度 。 第 3 页 第 2章 思考题和习题解 2.1 液压油液的粘度有几种表示方法？它们各用什么符号表示？它们又各用什么单位？ 答： 液压油液的粘度有三种表示方法： （ 1） 动力粘度 ：动力粘度又称为绝对粘度，由式： fFduAdy 确定。液体动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力粘 度的法定计量单位为 Pas （ Ns/m2）。 （ 2） 运动粘度 ：液体的动力粘度与其密度的比值被称为液体的运动粘度，即： 液体的运动粘度没有明确的物理意义，但
7、它在工程实际中经常用到。因为它的单位 中 只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，所以被称为运动粘度。它的法定计量单位为 m2/s，常用的单位为 mm2/s。 （ 3） 相对粘度：相对粘度又称为条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。 我 国采用恩氏度 E。 相对粘度无量纲。 2.2 液压油 液 有哪几 种类型？液压油的牌号与粘度有什么关系？ 答：液压油有两大类，即石油基液 压油 和难然液压 液 。 液压油的 运动粘度是划分牌号的依据。国家标准 GB/T3141-1994 中规定，液压油的牌号就是用它在温度为 40C时的运动粘度平均值（单位为 mm2/s）来表示。 2.3
8、密闭容器内液压油的体积压缩系数 为 1.510 3 /MPa，压力在 1 MPa 时的容积为2 L。求在压力升高到 10 MPa 时液压油的容积为多少？ 解：根据体积压缩系数公 式：01 VVp 可得： 961 . 5 1 0 2 ( 1 0 1 ) 1 0 0 . 0 2 7V V p L 则：压缩后油的容积为 Vt = 2 0.027 = 1.973 L 答： 压缩后油的 容 积为 1.973 L 2.4 20 时 200 mL 蒸馏水从恩氏粘度计中流尽的时间为 51 s，如果 200 mL 的某液压油在 40 时从恩氏粘度计中流尽的时间为 232 s，已知该液压油的密度为 900 kg/
9、m3，第 4 页 求该液压油在 40 时的恩氏粘度、运动粘度和动力粘度各是多少？ 解 ： 恩氏粘度： E 21232 4.5 551tt 运动粘度： o 6 6 6o6 .3 1 6 .3 17 .3 1 E 1 0 7 .3 1 4 .5 5 1 0 3 1 .8 7 1 0E 4 .5 5 m2/s 动力粘度： 623 1 . 8 7 1 0 9 0 0 2 . 8 7 1 0 Pas 答：恩氏粘度 E = 4.55，运动粘度： 631.87 10 m2/s，动力粘度 22.87 10 Pas。 2.5 液压油的选用应 从哪几个方面给予考虑 ？ 答：对液压油液的选用，首先应根据液压传动 系
10、统的工作环境和工作条件来选择合适的液压油液类型，然后再选择液压油液的粘度。 2.6 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：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 。
11、（ 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、拆卸应第 5 页 在无尘区进行。 （ 2
12、） 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。 2.7 有两种粘度不同的液压油分别装在两个容器中，不用仪器，你怎样判别哪个容器中的粘度大？ 答：只需测量它们单位体积的（同等体积）流过同一小孔所需的时间。时间长的粘度就大。 第 6 页 第 3章
13、 思考题和习题解 3.1 什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关系？ 答：液体在单位面积上所受的内法线方向的力称为压力。压力有绝对压力和相对压力，绝对压力是以绝对真空 为基准 来度量的，而相对压力是以大气压为基 准来 进行度量的。 由公式 AFp 可知液压系统中的压 力是由外界负载决定的。 3.2 如题 3.2 图中，液压缸直径 D = 150 mm， 柱 塞直径 d = 100 mm，负载 F = 5104 N。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？ 题 3.2 图 解：两种情况下 柱塞 有效 作用 面积 相等，即： 42d
14、A 则 其压力：24dFp 23410100 1054 =6.37 MPa 答： 在这 两种情况下液体 压力均等 于 6.37 MPa。 3.3 如题 3.3 图所示的液压千斤顶，小柱塞直径 d = 10 mm，行程 S1 = 25 mm，大柱塞直径 D = 50 mm，重物产生的力 F2 = 50 000 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 p 是多少？（ 2）杠杆端施加力 F1 为多少时，才能举起重物？（ 3）在不计泄漏的情况下，杠杆上下动作一次，重物的上升高度 2S 是多少？ 第 7 页 题 3.3 图 解： （ 1）6232250000
15、 2 5 . 4 6 1 0( 5 0 1 0 )4Fp A Pa = 25.46 MPa （ 2） 6 3 21 2 5 . 4 6 1 0 ( 1 0 1 0 ) 2 0 0 04F p A N 1 252 0 0 0 1 0 0500lFF L N （ 3） 2212 1 12 10( ) 2 5 ( ) 150AdS S SAD mm 答：密封容积中的液体压力 p= 25.46 MPa，杠杆端施加力 F1 =100 N，重物的上升高度 2S =1 mm。 3.4 如题 3.4 图所示的连通器内装两种液体，其中已知水的密度 1 = 1000 kg/m3 ， h1 = 60 cm， h2
16、= 75 cm，试求另一种液体的密度 2 是多少？ 题 3.4 图 解： 在 1-1 等压面 上 ， 有 ： aa pghpgh 2211 则： 112 2 1 0 0 0 6 0 80075hh kg/ m3 答：另一种液体的密度 2 是 800 kg/ m3。 第 8 页 3.5 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 空间 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：
17、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。 A udA qAA 。 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 ， 是用来表明液体流动状态 的数 。 3.6 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 控制体积 的质 量流量 之 差 ， 等于体积 V 中液体质量的变化
18、率。 当液体在某一刚性管道内作定常流动时，流过各通流截面的流量均相等。 3.7 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。 理想液体伯努利方程的物理意义是：在密闭管道中做定常流动的理想液体具有压力能、位能和动能三种形式的能量。在液体流动过程中，这三种能量可以相互转化，但各通流截面上三种能量之和为恒定值。 实际液体的伯努利方程的物理意义是：实际液体在管道中作定常流动时，具有压力能、动能和位 能三种形式的机械能。在流动过程中这三种能量可以相互转化。但是上游截面这三种能量的总和等于下游截面这三种能量总和加上从上游截面
19、流到下游截面过程中的能量损失。 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 wh 和比动能项中的动能修正系数 。 第 9 页 理想液体伯努利方程： 22pz gg const 实际液体伯努利方程： 221 1 1 2 2 21222 wppz z hg g g g 3.8 如题 3.8 图中所示的压力阀，当 p 1 =6 MPa 时，液压阀动作。若 d1 =10 mm，d2 =15 mm， p 2 = 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。 （忽略钢球重量的影响） 题 3.8 图 解： （ 1）
20、222 1 1 144sF p d p d21 2 1()4sF p p d = 626 1010410)5.06( =431.75（ N） 432（ N） （ 2）0 3431.7510 10sFx k =0.0432（ m） =43.2（ mm） 答：弹簧的预压力 Fs 为 432 N，预压缩量 0x 为 43.2 mm。 3.9 压力表校正装置原理如题 3.9 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 = 1.2103 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
21、成 21 MPa 压力，试求手轮要转多少转？ 题 3.9 图 第 10 页 解： 由：011. VK p V 得： 0pVV K 则： 0 02244pVpVV KLA Kdd 因此 ： 19.22102)1010(102.1 102 0 010)1.021(44 339662 0 SKd VpS Ln答：手轮要转 22.19 转。 3.10 如题 3.10 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 p沿 ，当用 32 号液压油，并且油温为 40 时，液压油的密度 = 900 kg/m3 。 试求油泵吸油 口 处的真空度是多少？ 题 3.10 图 解：吸油管路中液压油的流速： 324 2 5 1 0 4 0 .8 4 960qqAd - 3 2（ 2 5 1 0 ）m/s 雷诺数： 360 . 8 4 9 2 5 1 0 6633 2 1 0e dR 2320 吸油管路中液压油的流动为层流。在吸油管路 11 截面（液面）和 22 截面（泵吸油口处）列写伯努利方程： 221 1 1 2 2 21222 wppz z hg g g g 式中： 1 0z ， 1 0p ， 1 0 （因为 12）。 则： 22 2 2 2()2p g z p
