流体力学液压传动考试样题题

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第二章 液压油液

2.1什么是液体的粘性？常用的粘度表示方法有哪几种？并分别述说其粘度单位。

2.2 液压油的牌号与粘度有什么关系？

2.3 已知油液的运动粘度v(cst)需要求相应的动力粘度η(Pa·s)，试导出计算公式。

2.4 求20号机械油40℃时的平均动力粘度，用Pa·s及泊(dyn?s)表示。 2cm2.5 填空

1) 某液压油的密度ρ=900kg/m3= N·s2/m4=dyn·s2/cm4= ）kgf·s2/cm4。

2) 20#机械油的密度ρ=900kg/m3，其粘度为20cst= cm2/s = ( )Pa·s= P= cP 2.6 图示液压缸，D=63mm，d=45mm油的体积弹性模量k=1.5×109Pa载荷变化量△F=10000N。

L 当1) L=0.4m时 v 2) L=1.2m时

F 求：在不计缸体变形和泄漏的情况下，由于油液的压缩性，当载荷变化时，活塞将产生的位移。 题2.6图

2.7 油的体积弹性模量k=1.30×

109Pa，装于L=5m长的圆管内(在大气压下)，管内径d=20mm，当管内油压升至△p=20MPa时，试求管内油液的变化容积。

2.8 计算下列各题，并讨论计算结果说明了什么？

1) 机床液压中混入了1%的空气，试求系统压力为p=3.5MPa时液 压油的等效体积弹性模量Kˊ值；

2) 试求同前情况，p=7.0MPa时的Kˊ值；

3) 试求同前情况，但油中混入5%体积空气时的Kˊ值； 2.9 20℃时200ml的蒸馏水从恩氏粘度计中流尽的时间为5ls，若200ml的某液压油在50℃时从恩氏粘度计中流尽的时间为229.5s，试求该液压油

3

的°E50、v及?的值，设油的密度为ρ=900kg/m。

26

第三章 液压流体力学基础

3.1压力的定义是什么？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？

3.2 图示为5吨液压千斤顶，其活塞直径D1=34mm，D2=13mm，杠杆长如图所示，问杆端应加多大的力P，才能起重5吨？

750 25 P W D2 D1 Pa h P0

题3.2图 题3.5图

3.3解释如下概念：稳定流动、过流断面、流量、平均流速。 3.4伯努利方程的物理意义是什么？

3.5设真空计水柱高h=4m，求容器A内之真空度和绝对压力pa（注：设容器A内之压力为Pa，P0为大气压力）

3.6如图所示，油泵从油箱中吸油，吸油管直径d=20mm，泵的流量q=0.25×10-3m3/s，油液在50℃时的运动粘度v=45cst，泵安装高度h=1.2m，不计吸油管内损失，问该泵吸油腔的真空度为多少？

3.7如图示液压泵，吸油管直径d=60mm，流量2.5×10-3m3/s，入口处的真空度为0.02MPa，油液的密度为ρ=900kg/m3，局部损失阻力系数ξ弯 头 =0.2，动能修正系数α2=2，可忽略沿程压力损失，求泵的安装高度h。

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P1 泵 h h P0 题3.6图 题3.7图

3.8图示管路由两根圆管和一段变径管接头连接而成。d1=200mm，d2=400mm，截面1 P1=0.07MPa，截面2 P2=0.04MPa，v2=1m/s，截面1、2间中心高度差为1m，判断液流方向，并计算两截面间的水头损失。

3.9水在图示竖管中流动，v1=6m/s，d1=300mm，为使截面1、2的压力读数相等，求d2。

3.10有一容器的出水管管径d=10cm，当龙头关闭时压力计的读数为49000Pa(表压)。龙头开启时，压力计读数降至19600Pa(表压)。如果总能量损失为4900Pa，试求通过管路的水流流量。

d1 2 1 1m v1 3m H p q d2 d

图3.8 图3.9 图3.10

3.11如图所示，油管水平放置，截面1-1、2-2处直径为d1、d2，液体在管路内作连续流动，若不计管路内能量损失，求：

1) 截面1-1，2-2处哪一点压力高？为什么？

2) 若管路内通过的流量为q，试求截面1-1，2-2两处的压力差△P。 3.12图示三个通道过流断面上的压力和平均流速分别为P1v1、P2v2和P3v3，忽略液体的重量，用动量方程计算液体作用于三通上的力。

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p1 s1 v1 Fy F p2 s2 O F1 v2 1 1 2 p3 s3 v3

题3-11图 题3-12图

3.13在图示的阀上，若通过的流量为q=1.67×10-3m3/s，阀芯直径d=30mm，开口量x=2mm，液流流过开口时的角度θ=69°，问阀芯受的轴向液动力等于多少？

3.14液体流动时，管路中的压力损失有哪几种？其值与哪些因素有关？

3.15阐述层流与紊流的物理现象及其判别方法。 3.16某管道绝对粗糙度为Δ=0.5mm，管道直径d=200mm，管长2000m，如流速为0.1m/s输入，运动粘度为v=1.8cst的液体，其密度为ρ=900kg/m3，求沿程压力损失。

3.17某液压系统由液压泵至液压马达的管路如图所示。管内径为16mm，油的密度ρ=900kg/m3，运动粘度v=18cst，流速v=5m/s，管内壁相对粗糙度Δ/d<0.0001，45°弯头局部阻力系数ξ=0.3，90°弯头局部阻力系数ξ=1.12。试求由液压泵至液压马达的全部压力损失。

2 1940m m? B 45° 460m mx 1000m md

M

题3.13图 题3.17图

3.18某圆柱形滑阀(见图)，已知阀芯直径d=20mm，进口油压p1=9.8MPa，出口油压p2=9.5MPa，油液密度ρ=900kg/m3，通过阀口时的流量系数c=0.65。求通过阀口的流量。

3.19一柱塞在力F=50N作用下移动，将液压缸中的油通过δ=0.05mm

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的缝隙排到大气中去。设活塞和缸筒处于同心状态，缝隙长L=70mm，活塞直径d=20mm，油的粘度η=50×10-3Pas，试确定活塞移动0.1m所需的时间。

3.20液压冲击是怎样产生的？有何危害？如何防止？

p1 p2 d x=2mm

题3.18图

30

第四章 液压泵和液压马达

4.1 液压泵完成吸油和排油，必须具备什么条件？ 4.2 什么是齿轮泵的困油现象？有何危害？如何解决？

4.3 齿轮泵、双作用叶片泵、单作用叶片泵各有哪些特点。如何正确判断转向、油腔和进出油口。

4.4 为什么轴向柱塞泵适用于高压？

4.5 已知泵的额定压力和额定流量，管道压力损失忽略不计，图c中的支路上装有节流小孔，试说明图示各种工况下泵出口处的工作压力值。

A F a) b) C,A0 q 节流小孔 A F qM,nM T c) d) e) 题4.5图

4.6设液压泵转速为950r/min，排量为VP=168ml/r，在额定压力2.95MPa和同样转速下，测得的实际流量为150l/min，额定工况下的总效率为0.87，求：

1) 泵的理论流量qt； 2) 泵的容积效率ηv； 3) 泵的机械效率ηm；

4) 泵在额定工况下，所需电机驱动功率P； 5) 驱动泵的转矩T。

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4.7 某液压马达排量VM=250ml/r，入口压力为9.8MPa，出口压力为0.49Mpa，总效率η=0.9，容积效率ηV=0.92。当输入流量为0.3×10-3m3/s时，试求：

1) 液压马达的输出转矩； 2) 液压马达的实际转速。

4.8 已知某液压马达的排量为200ml/r，额定压力为10MPa，设其总效率ηM=0.70，容积效率ηMV=0.80，试计算：

1) 它能输出的额定转矩为多少？

2) 当外载荷为150Nm时的油压为多少？ 3) 如果转速为59rpm，求输入流量？

4) 在上述2) 3)情况下液压马达的输出功率多大？

4.9 一液压马达排量为80ml/r，负载转矩50Nm时，测得机械效率为0.85，将此马达作泵使用，在工作压力为4.62MPa时，其扭矩机械损失与上述液压马达工况时相同，求此进泵的机械效率。

4.10 图为调速回路，泵排量120ml/r，转速1000r/min，容积效率0.95。溢流阀B使泵压力限定为7MPa。节流阀C的阀口最大通流面积为0.27cm2，通过的流量q=0.65A2?P/?，?=900kg/m3。马达D的排量160ml/r，容积效率0.95，机械效率0.8，负载转矩61.2Nm，求马达的转速和从溢流阀流回油箱的流量。

B C A D A=5×10-4m2 R

题4.10图 题4.12图

4.11已知液压泵输出油压PB=10MPa，其机械效率ηBM=0.95，容积效率ηBV=0.9，泵的排量VB=10ml/r；马达的排量VM=10ml/r，马达的机械效率ηMm=0.95，马达的容积效率ηMv=0.9，液压泵转速为1500rpm，试求下列各项：

1) 带动该泵的电机所需的功率； 2) 液压泵输出管路中液压功率； 3) 液压马达输出转矩； 4) 液压马达输出功率； 5) 液压马达输出转速。

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4.12图示由限压式变量叶片泵向液压缸供油。液压缸以v=0.03m/s的速度推动R=5000N的负载；又以v=0.006 m/s的速度推动R2=12500N的负载，如何使叶片泵满足液压缸工作要求，画出其工作特性曲线。

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第五章 液 压 缸

5.1如图所示，液压直径D=150mm，柱塞直径d=100mm，缸内充满油液，F=50000N(a，b中分别包括柱塞或缸的自重)不计油液重量。

试分别求a)、b)缸中的油压(用N/m2表示)。

F D d D F d a) b)

题5.1图

5.2单杆活塞油缸，D=90mm，d=60mm，进入油缸的流量q=0.42×10-3m3/s，进油压力p1=50×105Pa，背压力p2=3×105Pa，试计算图示各种情况下油缸运动速度的大小和方向，牵引力大小和方向以及活塞杆受力情况(受拉或受压)。

p1q p2 p2 p1q p1q 题5.2图

5.3三个液压缸串联，活塞直径均为100mm，活塞杆直径为65mm，由10MPa，0.42×10-3m3/s的油泵供油，如果液压缸上负载F相同，求F和三个活塞的运动速度，如果方向阀切换，活塞反向运动时，求各活塞的运动速度。

F F F p

题5.3图

34

5.4一单杆液压缸，快速趋近时采用差动连接，快退时高压油液输入液压缸的有杆腔，假如此缸往复快动时的速度都是0.1m/s，已知输入流量q=0.42×10-3m3/s，试确定活塞杆直径。

5.5图示两结构尺寸相同的液压缸，A1=100cm2，A2=80cm2，P1=0.9MPa，q1=12l/min。若不计磨擦损失和泄漏，试问：

1) 两缸负载相同(F1=F2)时，两缸的负载和速度各为多少？ 2) 缸1不受负载时，缸2能承受多少负载？ 3) 缸2不受负载时，缸1能承受多少负载？

A1 A2 1 v1 F1 p2 p1q1 A1 A2 2 v2 F2 题5.5图

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第六章 液 压 阀

6.1三位换向阀的哪些中位机能能满足表列特性，请在相应位置打“√”。 中位机能 特性 系统保压 系统卸荷 换向精度高 启动平稳 浮 动 O P M Y H 6.2溢流阀、顺序阀、减压阀各有什么作用？它们在原理上和图形符号上有何异同？顺序阀能否当溢流阀用？

6.3图示的两个系统中，各溢流阀的调整压力分别为PA=4MPa，PB=3MPa，Pc=2Mpa，如系统的外负载足够大，泵的工作压力各为多少？对图a)的系统，要求说明溢流量是如何分配的？

至系统 A 至系统 A B C B C a) b)

题6.3图

36

6.4图示溢流阀的调定压力为4Mpa，若阀芯阻尼小孔造成的损失不计，试判断下列情况下压力表读数各为多少？

1) DT断电，且负载为无限大时；

2) DT断电，且若负载压力为2MPa时； 3) DT得电，且负载压力为2MPa时。

至系统 A A DT B

题6.4图 题6.6图

6.5调速阀与节流阀在结构上和性能上有何异同？各适用于什么场合？ 6.6图示回路，溢流阀的调整压力5MPa，减压阀的调整压力1.5MPa，活塞运动时负载压力为1MPa，其它损失不计，试求：

1）活塞在运动期间和碰到死挡铁后管路中A、B处的压力值； 2）如果减压阀的外泄油口在安装时未接油箱，当活塞碰到死挡铁后A、B处的压力值。

6.7图示的减压回路，已知缸无杆腔、有杆腔的面积为100cm2、50cm2，最大负载F1=14×103N，F2=4250N，背压P=0.15MPa，节流阀2的压差ΔΔP=0.2MPa，求：

1) A、B、C各点的压力(忽略管路阻力)； 2) 泵和阀1、2、3应选用多大的额定压力？

3) 若两缸的进给速度分别为v1=3.5cm/s，v2=4cm/s，泵和各阀的额定流量应选多大？

6.8定压式进口节流调速回路中，溢流阀溢流，在考虑溢流阀调压偏差时，试分析：

1)如果负载为定值，将节流阀开口减小，泵的工作压力如何变化？ 2)如果节流阀开口不变，负载减小，泵的工作压力如何变化？

37

6.9图中定量泵的输出流量qp为一定值，若改变泵出口处节流阀的开口大小，问活塞运动速度会不会发生变化？流过a、b、c三点处的流量各是多少？

题6.7图 题6.9图

38

第七章 辅助装置

7.1在一个由最高工作压力为20MPa降到最低工作压力为10MPa的液压系统中，假设蓄能器充气压力为9MPa，输出5升液体，问需要多大容量的蓄能器？

7.2有一液压回路，换向阀前管长20m，内径35mm，通过油液流量3.3×10-3m2/s，工作压力5MPa。若在瞬时关闭换向阀时，不希望冲击压力超过正常工作压力的5%，试确定蓄能器的容量(油液的密度ρ=900kg/m3)。

39

第八章 调速回路

8.1写出附图所示的两种节流调速回路的速度一负载关系式和速度刚性表达式，并加以比较。

v F p1 A2 A1 v F p1 A2 A1 p2 p2 题8.1图

8.2下列八种油路，油缸推动加工件运动，需要的推力(即油缸负载)R1=104N，R2=1.5×104N，R3=0.8×104N，油泵流量为q＝0.17×10-3m3/s，油缸面积A1=0.5×10-2m2，A2=0.25×10-2m2，节流阀开口面积f1=0.01×10-4m2，f2=0.05×10-4m2，f3=0.08×10-4m2，溢流阀调整压力Py=2.4Mpa，背压阀调整压力Pb=0.3Mpa，试分析计算这八种情况下的油泵工作压力pB及活塞运动速度v (不计管路压力损失)。

注：通过节流阀的流量q节=0.62f2?P/?，并指出溢流阀在各回路作用。

A1 A2 A1 A2 v v R1 py q py q R2 1) 2)

40

A1 A2 v R1 A1 A2 v R1 py f1 q py f2 q 3) 4)

A1 A2 v R1 A1 A2 v R3 py f3 q pb py f3 q pb 5) 6)

A1 A2 v R1 A1 A2 v R1 py f1 py f2

7) 8)

题8.2图

41

8.3在附图所示的油路中，缸径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，油缸负载R=25×103N，试回答下列问题：

1) 要使节流阀上的合理压降为0.3MPa，问溢流阀的调整压力应为多大？

2) 当负载R降为15×103N，节流阀的压差变为多大？ 3) 说明回油节流调速系统为什么能承受负切削力？ 4) 节流阀的最小稳定流量为0.83ml/s（50ml/min），本油路可得到的最低进给速度为多大？

5) 如果上述油路中其它条件都不变，只是把节流阀改装到进油路上，而油缸右腔直接接回油箱，求所得到的油缸最低进给速度为多大？

6) 当溢流阀压力调到3MPa，负载减小至5000N时，p背 =？

d D P 送给 R P背 题8.3图

8.4在图示调速系统中，回油路上加了一个背压阀P背为0.3MPa。在这种系统中最大负切削力不超过多少？

8.5在图示调速系统中，当负载R很小时，有杆腔的油压p2有可能超过泵压pB吗？若F1=0.5×10-2m2，F2=0.25×10-2m2，pB=3MPa，试求当负载R=0，有杆腔油压力p2可能比泵压pB高多少？

v 负切削力R P2 F=0.5×10m P背 PB -32F1 F2 v 负载R 题8.4图 题8.5图

42

8.6泵马达系统中，已知泵的实际输出流量qB=1.6×10-3m3/s，总效率为ηB=0.8，液压马达排量VM=120ml/r，容积效率为ηMV=0.95，机械效率 η

Mm=0.80，负载转矩为

TM=115Nm (节流阀流量公式q节 =CdA

2??P，

其中Cd=0.62，?=900kg/m3，A=0.73cm2)，PY=8.0MPa。计算：

1) 液压马达实际工作压力PM=？实际转速nM=? 2) 溢流阀的溢流量q溢=？

3) 驱动液压泵所需电机的功率PB=？ 4) 液压马达的实际输出功率PM=？

qB pY A pM TM 3 4 pB 5 2 1 6

题8.6图 题8.7图

8.7在图示回路中，变量泵的最大流量q1max=0.5×10-3m3/s，液压马达的排量V2=25×10-6m3/r，回路的最大允许压力pB=7MPa；假定不考虑元件和管路的容积、机械效率。

1) 确定液压马达能够输出的最大功率，最大扭矩和最大转速； 2) 如果液压马达输出功率Pm=2kW，且保持常数，确定液压马达的最低转速；

3) 如果液压马达输出功率为其最大功率的20%，确定液压马达输出最大扭矩时的转速。

8.8调速回路有哪几类？各适用于什么场合？

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第九章 其它基本回路

9.1图示各阀的调整压力分别为pA=3.5MPa，pB=5.0MPa，当外载足够大时，系统压力是多少？

P系 A A B P系 B 题9.1图

9.2如图示，两个调压不同的减压阀，当其进口压力出口压力均足够大时，回答下列问题：

1) 减压阀并联时，其出口压力P出 为多少？为什么？ 2) 减压阀串联时，其出口压力P出 为多少？为什么？

3) 将串联的二个减压阀前后位置交换，其出口压力为多少？为什么？

PJ1=2.5MPa P进 P出 P进 P出 PJ2=4.5MPa PJ1=2.0MPa PJ2=5.0MPa

题9.2图

9.3在图示回路中，已知活塞运动时的负载F=1200N，活塞面积A=15×10-4m2，溢流阀调整值为pY=4.5MPa，两个减压阀的调整值分别为pJ1=3.5MPa，pJ2=2MPa。如油液流过减压阀及管路时的损失可略去不计，试确定活塞在运动时和停在终端位置处时，A、B、C三点的压力。

44

F PY B PJ1 A PJ2 C

题9.3图

9.4图示液压系统中，两液压缸的有效面积A1=A2=0.01m2，泵的流量qB=0.67×10-3m3/s，溢流阀的调定压力pY=4MPa，减压阀调定压力pJ=2.5Mpa。电磁铁2DT通电，液压缸1推动某加工件动作，若需要的推力(即液压缸1的负载R)分别为0N、15×103N和45×103N时，不计一切损失，试分别确定两活塞杆在运动时和活塞运动到终点停止时各缸的压力、活塞的运动速度和溢流阀溢流量。

A2 2 A1 1 R 1DT 2DT p1 3DT p2 PJ qB PY

题9.4图

45

9.5图示两液压缸结构相同，无杆腔有效面积A=80×10-4m2，夹紧缸运动时负载F1=1600N，切削缸2第一段行程时负载F21=20000N，第二段行程时负载F22=24000N，各压力阀的调整压力如图，试确定在下列三种工况下A、B、C处的压力，为什么？(管路损失忽略不计)

1) 两换向阀处于中位，液压泵起动后；

2) 电磁铁1DT通电，液压缸1活塞运动时，及活塞运动到终点时； 3) 电磁铁1DT断电，电磁铁2DT通电，液压缸2活塞在第一段行程，活塞在第二段行程，及缸2活塞运动到终点时。

A 2 F21 F22 A 1 F1 2DT B 3.5MPa A 1DT C 2.5MPa 5.0MPa 题9.5图 工况 中位 缸 运动时 1 到终点时 缸 第一段行程 2 第二段行程 到终点时 A压力(MPa) B压力(MPa) C压力(MPa) 46

第十章 液压系统实例

10.1假如要求图示系统实现“快进——工进——快退——原位停止和液压泵卸荷”工作循环，试列出各电磁铁的动作顺序表(电磁铁通电为“十”)。

10.2试列出图示系统实现“快进——中速进给——慢速进给——快退——停止”工作循环的电磁铁动作顺序表。

10.3图示为一进口节流调速系统，压力继电器供控制液压缸反向之用。试改正图中的错误，并简要分析其出现错误的原因。

3DT 1DT 1DT 2DT 3DT 4DT 4DT 2DT

题10.1图 题10.2图

47

题10.3图

48

第十一章 液压系统设计计算

11.1给定一卧式单面多孔组合机床的液压系统原理图。本系统能完成的工作循环是：快进、工进、快退、停止。机床有16根钻孔主轴，其中钻Ф13.9mm孔14个，钻Ф8.5mm孔2个；工件材料为铸铁，其硬度HB=240；动力滑台运动部件重量G=9800N；快进和快退速度均为0.12m/s；动力滑台导轨一边为平的，一边为直角V型的，导轨静摩擦系数μj=0.2，动摩擦系数μd=0.1；滑台往复运动的加速、减速时间为0.2s，快速行程100mm，工作行程50mm；采用高速钢钻头。

试计算：

1) 确定油缸的主要尺寸；

2) 确定油泵的工作压力、流量和功率； 3) 选择图中所有液压元件的型号；

4) 确定图中所有压力控制阀的调整压力； 5) 计算工进时的系统效率。

快进 停止工进 死挡板钻孔时切削用量和切削力 切削力：P切 =25.5DS0.8HB0.6N D Ф13.9 Ф8.5 n 360r/min 550r/min S 0.147mm/r(53mm/min) 0.096mm/r(53mm/min) 快退

电磁铁行程阀动作顺序表 动作 快进 工进 快退 停止

1DT ＋ ＋ ＋ 2DT ＋ 行程表 ＋ ＋ 49

9 8 10 11 12 13 1DT 7 2DT 6 5 4 14 32 2 31 1

题11.1图

15

50

11.2试设计一台专用卧式多轴钻孔机床，钻削头进退运动及工件夹紧机构采用液压系统完成。

要求：钻削头的自动工作循环为快进——工进——快退——停止。 联锁：夹紧工件——钻削头工作循环——放松工件。 已知：最大钻削力为20000N； 钻削头重4000N 导轨为一平一V； 需要的夹紧力5000N；

工进速度v=0.83×10-3m/s； 快进速度v=0.1m/s；

试：设计液压系统原理图；

选择标准液压元件(泵、阀)型号、规格； 选择一根压力油管规格。

11.3设计计算某专用磨床的液压系统。已知工作台最大运动速度vmax=0.13m/s，最小运动速度vmin=0.006m/s。磨削时切削分力Px=500N，Py=10000N，工作台与工件重量G=10000N，起动时间Δt=0.05s，导轨摩擦系数f=0.16，回油腔背压力P2=0.3MPa，导轨形状，油缸密封结构尺寸见图。

51

R G v 90° 8 22 φ105 φ40 题11.3图

52

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