液压与气动系统及维护习题答案

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第一章思考题与习题解答

1-1 何谓液压传动？液压传动中的能量是如何转换的？

答：利用液体的压力能来传递动力的的传动方式被称之为液压传动。

电机输入的机械能通过液压泵转换为液压能，通过液压缸又将液压能转换为机械能输出。 1-2 液压传动的两个重要概念是什么？

答：一、负载是第一性的，压力是第二性的，压力的大小决定于负载。二、速度大小决定于输入流量。

1-3液压传动系统的组成部分及各部分的作用是什么？

答：（1）动力装置：动力装置是指能将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：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：工作介质指传动液体，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有哪些？

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。

（5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、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。

第二章思考题与习题答案

2-1何谓液体的粘性?

答：液体流动时，其内部产生摩擦力的性质即称为液体的粘性

2-2液体粘性的大小用粘度来表示，常用的粘度有哪三种?它们的表示符号和单位各是什么?

Ff答：（1）动力粘度? ：动力粘度又称为绝对粘度，由式：??确定。液体动力粘

duAdy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Pa?s （N?s/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，但它在工程实际中经常用到。因为它的单位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。用相对粘度计测量出它的相对粘度后，再根据相应的关系式换算出运动粘度或动力粘度，以便于使用。我国采用恩氏度?E。相对粘度无量纲。

2-3何谓液体的可压缩性?液体的可压缩性比钢的可压缩性大多少? 答：液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。

石油基液压油（弹性模量为1.4～2×10 MPa）的可压缩性是钢的100～170倍(钢的弹性模量为2.1×10MPa)。

2-4组合机床、外圆磨床、平面磨床等普通设备的液压系统一般采用什么工作介质?精

密机床的液压系统应采用什么工作介质?在户外作业的挖掘机等工程机械的液压系统应采用什么工作介质?数控设备的液压系统应选用什么工作介质?在高温条件下作业的液压压力机应选用什么工作介质? 答：

工作介质通用液压油L-HL 液压导轨油L-HG 粘度等级 32、46、68 22、32、46、68 应用场合 7～14MPa的液压系统及精密机床液压系统液压与导轨合用的系统，如万能磨床、轴承磨床、螺纹磨床、齿轮磨床等抗磨液压油L-HM 32、46、68 -15～70℃的高压、高速工程机械和车辆等的液压系统低温液压油L-HV 32、46、68 -25℃以上的高压、高速工程机械、农业机械和车辆等的液压系统高粘度指数液压油L-HR 机械油L-HH 22、32、46 数控机床及高精密机床液压系统，如高精度坐标镗床的液压系统 15、22、32、46、68 7MPa以下的液压系统，如普通机床液压系统 2-5一般液压系统的工作温度应控制在什么数值范围内? 答：20℃~65℃

2-6液体在水平放置的变径管内流动时，其管道直径越细的部位其压力越小，对吗?试用理想液体的伯努利方程进行判断。

mV12p2mmV22mgh??mgh2??答：不对。据：理想液体的伯努利方程 1??2?2p1m和连续性方程知：直径越细，速度越大，压力越小。 A1v1?A2v22-7根据液体流经平行平板间隙的流量计算公式分析，采用哪些措施可以减少间隙的漏油量?其中最有效的措施是什么?

答：通过间隙的流量qv与间隙的宽度b、压力差△p及间隙高度的三次方δ成正比，而与液体的粘度μ和间隙的泄漏长度l成反比。即

qV?b??3?p12??l3

由式可见，减小b、△p、δ，增大μ、l，均可减小间隙液体的泄漏量。但由于该泄漏量qv与δ成正比，所以减小间隙的高度δ是减小泄漏量的最有效的措施。

2-8低压、中压、中高压、高压和超高压的压力范围各是多少?

压力分级 p/MPa 低压 ≤2.5 中压＞2.5～８中高压＞8～16 高压＞16～32 超高压＞32 2-9当液压系统中液压缸的有效面积一定时，其内的工作压力p的大小由什么参数决定?活塞运动的速度由什么参数决定?

答：压力由负载决定，速度由流量决定。

2-10一般情况下，液压泵的吸油管比较粗，而且液压泵的安装高度不大于0.5m，这是为什么?

答：按照伯努利方程,流体的能量分为势能,动能,压力能三部分,其中势能相对来说极小,可以忽略不计.一段流体在没有外部能量介入的话,它的动能和压力能的总和是一定的,能量形式只是在两者之间转化.为了保证油泵的吸油量,避免吸空,要尽力提高油泵进油口的压力,反过来说,就是要减小动能,或者说流速.按照Q=AV,当流量一定时,为了降低速度,必须增大流道的截面积,所以油管要短粗。

2-11如何判断液压系统中流动的液体是层流还是紊流?液体在管道中流动的状态与哪些因素有关?

答：层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；但在紊流时，因液体流速较高，粘性的制约作用减弱，因而惯性力起主导作用。液体流动时究竟是层流还紊流，须用雷诺数来判别。雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数Re＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000为过渡状态。所以判断流动状态就要确定介质的临界雷诺数。

关于雷诺数：实验表明，液体在圆管中的流动状态不仅与管内的平均流速ｖ有关，还和管径ｄ、液体的运动粘度

2-12若活塞与液压缸的内孔不同轴，或液压阀芯与阀体孔不同轴，那么通过其偏心环缝隙的漏油量最多是其同轴时漏油量的多少倍?

答：2.5倍

2-13管路中的压力损失有哪几种?对各种压力损失影响最大的因素(参数)是什么? 答:沿程压力损失、局部压力损失。压力损失影响最大的因素(参数)是流速。

有关。

2-14液压系统工作时，在什么情况下会引起液压冲击?应如何避免或减小液压冲击? 答：所谓液压冲击，就是机器在突然启动、停机、变速或换向时，由于流动液体和运动部件惯性的作用，使系统内瞬时出现很高的压力。液压冲击不仅影响液压系统的性能稳定性和工作可靠性，还会引起振动和噪声以及连接件松动等现象，甚至使管路破裂、液压元件和测量仪表损坏，在高压、大流量的系统中其后果更严重。因此，预防液压冲击很重要。

在以下情况下会引起液压冲击

1、管内流速突变；2、运动部件制动或换向；3、其他原因采取以下措施可避免或减小液压冲击

1、对换向阀迅速关闭，或开启进、回油口时所产生的液压冲击的防止方法。

（1）在确保换向阀工作周期的前提下，应尽可能地减慢换向阀的关闭或开启进、回油口的速度。办法是：在换向阀两端采用阻尼器，可用单向节流阀调节换向阀的移动速度；采用电磁换向阀的换向回路，如因换向速度快而产生液压冲击，可换用带阻尼器装置的电磁换向阀；适当降低换向阀的控制压力；严防换向阀两端油腔渗漏。

（2）在换向阀未完全关闭关减慢液体的流速。办法是：改进换向阀进、回油口控制边的结构。换各阀进、回油口控制边的结构有直角形、锥形和轴向三角槽形等多种形式。当采用直角形控制边时，液压冲击较大；采用锥形控制边时，制动锥角小，制动锥的长度长，则液压冲击小。采用三角槽开控制边，则制动过程较平稳；采用先导阀预制动的的效果较好。正确地选择三位换向阀的换向机能，合理确定换向阀在中间位置的开口量。

（3）有快跳动作要求的换向阀（如平面磨床及外圆磨床上），其快跳动作不能越位，即在结构与尺寸的匹配上应保证换向阀快跳后处于中间位置。

（4）适当加大管路的管径，缩短换向阀至液压缸的管路，减少管道的弯曲。

2、对液压活塞在行程的中间位置突然被制动、减速或停止时所产生的液压冲击的防止方法。在液压缸的入口及出口处设置反应快、灵敏度高的小型安全阀；采用动态特性好（如动态调量小）的压力控制阀；减小驱动能，即在达到所需驱动力的情况下，尽可能地减小系统的工作压力；在带有背压阀的系统中，适当地提高背压阀的工作压力；在立式动力头或立式液压机拖板快速下降的液压控制回路中，应设置平衡阀或背压阀；采用双速转换；在发生液压冲击的附近处安装皮囊式波纹形的蓄能器；采用橡胶软管，以吸收液压冲击的能量；防止和排除液压系统中的空气。

3、对液压缸活塞在行程终端停止或反向时所引起的液压冲击的防止办法。

此种情况下一般的防治方法是，在液压缸中设置缓冲装置，使活塞尚未到达终点时增大回油

（2）液压缸在有腔杆进油：

F2?pA2?20?105?40?10?4?8?103Nq40?10?3v2???0?17m/sA260?40?10?4（3）液压缸差动联接：

F3?p?A1?A2??20?105??100?40??10?4?1?2?104Nq40?10?3v3???0?11m/s?4?A1?A2?60??100?40??10

2）差动联接时的流量为油泵供油量与液压缸回油量之和。故q??q?q2?q?v3A2

40?10?3?40?10?4?0?11?2q?q?A2v360d????4?567?10?3vv4液压管管径4

4?4?567?10?3d??0?83?10?1m?83mm3?14取标准值为85mm

8．如图所示，两个相同的液压缸串联起来，两缸的无杆腔和有杆腔的有效工作面积分别为A1=100 cm2， A2=80 cm2，输入的压力p1＝18×105Pa，输入的流量q=16l/min，所有损失均不考虑，试求： 1）当两缸的负载相等时，可能承担的最大负载L为多少；(N) 2）两缸的活塞运动速度各是多少? 解：1）当两缸的负载相等时：

p1A1?p2A2?F1p2A2?F2F1?F2

p1A1?p2A2?p2A1p2?p1A1100?18?105??106paA1?A2100?80F1?F2?p2A1?106?100?10?4?104N

2）两缸的活塞运动速度：

q16?10?3v1???0?16m/sA160?100?10?3q2?v1Av2?2

q2v1A20?16?80???0?128m/sA1A21009．设计一单活塞杆液压缸，工作台快进时采用差动联接，快进、快退速度为5m/min。当工

作进给时外负载为25×103N，背压为0．5MPa，已知泵的公称流量为25L/min，公称压力为6．3MPa。要求：（1）确定活塞和活塞杆直径。（2）如缸筒材料的[σ]=5×107N/m，计算筒壁厚。

4q答：解：（1）活塞缸直径：d???v04?25?10?3?60?0.073 m

??60?64q?d2?缸筒直径：D??v24?25?10?3?60?0.0732?0.103 m

??60?6按国家标准规定，取活塞杆直径d?70 mm，d?100 mm。

（2）pn?6.3MPa ?16 MPa，py?1.5Pn?1.5?6.3?9.45 MPa，??取n?5；材料取普通碳素钢Q235，则：

pyDn2?b，

9.45?106?0.1?5?b?420 MPa??5.625 mm 62?420?10

第四章液压泵及液压马达复习思考题答案

1．液压泵正常工作，实现吸油和压油必须具备的条件：（1）结构上能实现具有若干个密封周期可变的工作容积。

（2）具有相应的配流装置，将吸油口腔与排油腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸排液体。（3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。 2．（1）工作压力p：液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。

（2）额定压力：液压泵在正常下作条件下．按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。

工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。 3、（1）、液压泵实际流量与理论流量的比值成为容积效率，以

?V表示

（2）、液压泵在工作时存在机械摩擦（相对运动零件之间的摩擦及液体粘性摩擦），因此驱

动泵所需要的实际输出转矩Ti必然大于理论转矩Tt。理论转矩与实际输出转矩的比值称为机械效率，以?m表示

（3）、总效率泵输出功率与输入功率的比值称为泵的总效率，以?表示。三者之间的关系：?=

?V?m

4、1.困油现象：齿轮泵要平稳工作，齿轮啮合的重叠系数必须大于1，于是总会出现两对轮齿同时啮合，并有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的封闭空腔之间，在这个封闭腔的容积，开始时随着齿轮的转动逐渐减小以后又逐渐加大。封闭腔容积的减小会使被困油液受挤压而产生很高的压力，从缝隙中挤出，油液发热，并使机件（如轴承等）受到额外的负载；而封闭腔容积的增大又会造成局部真空，使油液中溶解的气体分离，产生空穴现象。这些都将使泵产生强烈的噪声，这就是齿轮泵的困油现象。

消除困油的方法，通常是在两侧盖板上开卸荷槽（见图4-8中的虚线所示），使封闭腔容积减小时通过左边的卸荷槽与压油腔相通（图a），容积增大时通过右边的卸荷槽与吸油腔相通。

2.泄漏：外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过三条途径泄漏到低压腔中去：（1）通过齿轮啮合线处的间隙；

（2）通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；（3）通过齿轮两侧面和侧盖板间的端面间隙。

通过端面间隙的泄漏量最大可占总泄漏量的70-80%。因此普通齿轮泵的容积效率较低，输出压力也不容易提高。要提高齿轮泵的压力，首要的问题是要减小端面泄漏。

解决方法：减少端面的泄漏。一般采用齿轮端面间隙自动补偿的办法。将泵的出口压力油引入齿轮轴上的浮动轴外侧。在液体压力作用下，轴套紧贴齿轮的侧面。因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。

3.径向不平衡力：在齿轮泵中，作用在齿轮外圆上的压力是不相等的，在高压腔和吸油腔处齿轮外圆和齿廓表面承受着工作压力和吸油腔压力，在齿轮和壳体内孔的径向间隙中，可以认为压力由高压腔压力逐渐分级下降到吸油腔压力。这些液体压力综合作用的结果，相当于给齿轮一个径向的作用力（即不平衡力），使齿轮和轴承受载。工作压力越大，径向不平衡力也越大。径向不平衡力很大时能使轴弯曲，齿顶与壳体产生接触，同时加速轴承的磨损，降低轴承的寿命。为了减小径向不平衡力的影响，有的泵上采取了缩小压油口的办法，

使压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内，同时适当增加径向间隙，使齿轮在压力作用下，齿顶不能与壳体相接触。对高压齿轮泵，减少径向不平衡应开压力平衡槽。

5、工作原理：当转子转动时，叶片在离心力和(建压后)槽底部压力油的作用下，在转子槽内向外移动而压向定子内表面，在叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间就形成若干个密封空间!。当转子按图示方向顺时针旋转时．处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中，叶片外伸，密封空间的客积增大，要吸入油液；再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的进程中，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，密封空间容积变小，将油液从压油口压出被输送到系统中去。

单作用叶片泵结构特点（1）存在困油现象

（2）叶片沿旋转方向向后倾斜（3）叶片根部的容积不影响泵的流量（4）转子承受径向液压力双作用叶片泵结构特点

（1）定子过度曲线：理想的过渡曲线不仅应使叶片在槽中滑动时的径向速度变化均匀，而且应使叶片转到过渡曲线和圆弧段交接点处的加速度突变不大，以减小冲击和噪声，同时，还应使泵的瞬时流量的脉动最小。

（2）叶片安放角；双作用叶片泵转子的叶片槽常做成沿旋转方向向前倾斜一个安放角

?，当叶片有安放角时，叶片泵就不允许反转。

（3）端面间隙的自动补偿：为了提高压力，减少端面泄漏，采取的间隙自动补偿措施是将配流盘的外侧与压油腔连通，使配流盘在液压推力作用下压向转子。泵的工作压力愈高，配流盘就会愈加贴紧转子，对转子端面间隙进行自动补偿。

6、（１）泵的理论流量

qVt=Vn=100×1450×10-3=145（L/min）

（２）泵的实际流量

qv=qVt?V=145×0.94=136.3（L/min）

（３）泵的输出功率

Po=pqv=6×106×136.3×10-3/60=13.63KW