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 17
第四章液压缸 26
第五章液压基本回路与控制阀 34
第六章液压辅助元件 61
第七章液压系统实例 63
第八章液压系统的设计计算 66
第九章液压伺服系统 75
第十章气源装置与气动辅件 79
第十一章气缸 79
第十二章气动控制元件与基本回路 81
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：
5） 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。
6） 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。
7） 工作环境适应性好，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。
8） 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：
9） 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。
10） 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。
11） 系统输出力小，气缸的输出力一般不大于50kn；且传动效率低。
12） 排气噪声较大，在高速排气时要加消声器。
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。
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。
13） 在波努利方程中，、h 和都是长度的量纲，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1-7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。
14） 若管道水平放置（h1=h2），，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成正比；流动油液的局部压力损失与其流速成正比。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：
2.11 解：
2.12 解：
2.13 解：
2.14 解：
2.15 解：
2.16 解：压缩率
2.17 解：在0.1s内，液压泵输入液压缸压力腔的油液体积。
2.18 解：
2.19 解：轴外径的最大切应力为。
式中：v－轴周围速度，
切向摩擦力为
摩擦消耗功率为。
2.20 解：
已知 大气压
2.21 解：设为容器内的绝对压力。
2.22 解：
2.23 解：
2.24 解：
2.25 解：
2.26 解：
2.27 解：对截面ⅰ、ⅱ列出连续性方程和伯努利方程。
故。 同理可论。
2.28 解：（1）对截面ⅰ、ⅱ列伯努利方程，以油管水平中心线为基准水平面。
2.29 解：对截面ⅰⅱ列伯努利方程，设通过中心线的水平面为基准。
2.30 解：阀门关闭时，压力表处液体的能量为。
阀门打开时，压力表处液压的能量为。
理想液体流动时无能量损失，因此。
2.31 解：（1）雷诺数
2.32 解：
2.33 解：
判断流态：层流。
紊流。阻力系数：
压力损失：总压力损失：
对进出口端面列伯努利方程，取过中心线的水平面为基准面。
2.34 解：（1）设油液从对截面ⅰⅱ列伯努利方程。
（2）设液流为层流。
压力损失：判断流态：
因此阻力系数的计算正确。
2.35 解：通过细长管流量。
式中。2.36 如图示，一液压泵从油箱吸油，液压泵排量，液压泵转速，油液粘度，密度，吸油管长，吸油管直径，计算时要考虑管中的沿程损失，不计局部损失。
试求： （1）为保证泵的吸油腔真空度不超过，泵离油箱液面的最大允许安装高度； (2）当泵的转速增加或减少时，此最大允许安装高度将怎样变化？
解：（1）对截面ⅰⅱ列伯努利方程，以油箱液面为基准面。
沿程损失 2）当泵的转速增加时，管内流速增加，速度水头与压力损失与成正比也增加，因此吸油高度h将减小。
反之，当泵的转速减少时，h将增大。
2-37流量的液压泵从油箱吸油，油液粘度，密度，吸油管直径，泵口离油箱液面的安装高度，管长，吸油管入口处的局部阻力系数。试求泵吸油腔处的真空度。
2.37 解：对油箱液面与泵入口处到伯努利方程，以油箱液面为基准面。
真空度： 2.38 解：对截面ⅰⅱ列伯努利方程，以油箱液面为基准面。
2.39 解：对截面ⅰⅱ列伯努利方程，以截面ⅰ为基准面。
2.40 解：对截面d、d列伯努利方程，以水平对称面为基准面。
列动量方程，取x坐标向右。
2.41 解：取坐标x、y
取管道入口和出口断面间的液体为控制体积弯管对控制体积在x和方向的作用力分别为列出x方向动量方程。
液体对弯管的作用力大小与f相等，方向与f相反。
2.42 解：（1）通过阀口的流量：
阀口通流面积周长。
（2）轴向稳态液动力：
油液通过二个阀口：
方向向左有使阀口关闭之势。
2.43 解：
2.44 解：冲击波传递速度：
3.1 答：
15） 液压泵作用是把原动机输入的机械能转换为液压能向系统提供一定压力和流量的液流。
液压马达的作用是把输入油液的压力能转换为输出轴转动的机械能，用来推动负载作功。
16） 液压泵的分类：
a）按液压泵输出的流量能否调节分类。
液压泵可分为定量液压泵和变量液压泵。
b）按液压泵的结构型式不同分类。
3.2 答：
17） 液压泵的工作压力决定于外界负载的大小（而与液压泵的流量无关），外负载增大，泵的工作压力也随之增大。
18） 泵的工作压力是指液压泵在实际工作时输出油液的压力，即油液克服阻力而建立起来的压力。
泵的额定压力是指液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转正常工作的最高工作压力。
液压泵在工作中应有一定的压力储备，并有一定的使用寿命和容积效率，通常它的工作压力应低于额定压力。
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