《液压与气压传动》(第二版)课后习题答案.doc 28页

'液压传动2021-6-14第一章1-1某液压油在大气压下的体积是，当压力升高后，其体积减少到，取油压的体积模量为，求压力升高值。解：1-3图示为一粘度计，若D=100mm，d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s时，测得转矩T=40Ncm,试求其油液的动力粘度。解：外筒内壁液体粘度：1-4图示一液压缸，其缸筒内径D＝12厘米，活塞直径d＝11.96厘米，活塞长度L＝14厘米，若油的粘度＝0.065Pa.s，活塞回程要求的稳定速度为v=0.5m/s，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F等于多少？解：F力受到液体粘性的影响，根据液体的粘性有F=Ff＝A(du/dy)其中，A为活塞表面积，A＝лdL又du/dy=v/h=v/{(D-d)/2}所以28 液压传动2021-6-14F＝A(du/dy)=×лdL×v/{(D-d)/2}=0.065×3.14×11.96×0.01×14×0.01×2×0.5/((12-11.96)×0.01)=8.54N1-5如图所示，一具有一定真空不度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的水槽中，液体与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h=1m,设液体的密度为，试求容器内真空度。解：取水槽液面为基面。列出静力学基本方程：则真空度为：pa1-7液压缸直径D=150mm，柱塞直径d=100mm，液压缸中充满油液。如果柱塞上作用着F=50000N的力，不计油液的重量，求图示的两种情况下液压缸中压力分别等于多少？解:1-8图示容器A中的液体的密度ρA＝900Kg/m3,B中液体的密度为ρB＝1200Kg/m3，ZA=200mm,ZB=180mm,h=60mm,U形管中的测试介质是汞，试求A,B之间的压力差。解：此为静压力问题，可列出静压力平衡方程解决：PA+ρAgZA＝ρBgZB+ρ水银gh+PB所以ΔPAB＝PA-PB＝ρBgZB+ρ水银gh-ρAgZA因为76厘米高水银柱为P0则60毫米高水银柱形成的压力P＝(60/760)×P0所以（取g=10P0＝105Pa）28 液压传动2021-6-14ΔPAB＝1200×10×180×10－3＋60/760×105－900×10×200×10－3＝2160＋7.89×103－1800＝8250Pa1-9如图所示，已知水深H=10m,截面，求孔子的出流流量以及点２处的表压力（取，不计损失）解：取Ｂ面为基面，据图示两截面列出的能量方程：由于１截面与大气接触，则　　　　　　　　　　且有连续方程：则２处的表压力即　　1-11有一液压缸，流量为25L/min，吸油管直径25mm，泵的吸油口比油箱液面高出400mm。如只考虑吸油管中的沿程压力损失，油液的运动粘度为30，油液的密度为900，问泵的吸油腔处的真空度为多少？解：如图，对1-1截面和2-2截面建立实际能量方程：1-12泵从一个大的油池中抽吸油液，流量为q＝150L/min,油液的运动粘度=34×10－6m2/s,油液密度ρ=90028 液压传动2021-6-14kg/m3。吸油管直径d＝60厘米，并设泵的吸油管弯头处局部阻力系数ξ＝0.2，吸油口粗滤网的压力损失Δp＝0.0178MPa。如希望泵入口处的真空度Pb不大于0.04MPa，求泵的吸油高度h（液面到滤网之间的管道沿程损失可忽略不计）解：以油池液面为基准，定为1－1截面，泵吸油处为2－2截面泵吸油口液体流速：V2=4q/лd2=4×150×10－3/(л×602×10－6)=53.1m/min=0.89m/sRe=V2d/=0.89×60×10－3/(34×10－6)=1570.6<2320故油在管中为层流流动。λ＝75/Rel=h所以沿程压力损失为ΔPλ＝λ×(l/d)×ρ×V22/2＝(75/1570.6)×(h/0.6)×(900×0.892/2)＝28.4h局部压力损失为ΔPξ=ξ×ρ×V22/2=0.2×900×0.892/2=71.3Pa所以所有压力损失为ΔP＝ΔPλ+ΔPξ+ΔP口所以Pb=Pa－P泵=ρgh+ρV22/2+ΔP0.04MPa带入数字解得H2.36m1-13图示水平放置的固定导板，将直径d=0.1m,而速度为Ｖ＝20m/s的射流转过90度角，求导板作用于液体的合力大小和方向（）解：设导板对射流的作用力为，，由动量方程得：其中，，方向相差90度，由图示　方向与成135度.　　　其方向与水平方向成135度1-15有28 液压传动2021-6-14一管径不等的串联管道，大管内径为20mm，小管内径为10mm,流过粘度为30的液体，流量为q=20L/min，液体的密度=900kg/,问液流在两流通截面上的平均流速及雷诺数。解：1-16运动粘度=40×10－6m2/s的油液通过水平管道，油液密度ρ=900kg/m3，管道内径d=10mm,l=5m,进口压力P1＝4.0MPa,问流速为3m/s时，出口压力P2为多少？解：由于油在水平管道中流动，此管道为等径直管，所以产生沿程压力损失：ΔPλ＝×(l/d)×ρ×v/2其中＝75/ReRe＝vd/＝75ρlv/2d2=75×900×40×10－6×5×3/（2×10×10－3×10×10－3）=0.2025MPa所以P2＝P1－ΔPλ＝4－0.2025＝3.80MPa1-17试求如图所示两并联管的流量各为多少？已知总流量q=25L/min,,假设沿程压力损失系数则并联管路中的总压力损失等于多少？解：设两并联管中的流量是，，，则有，由于两管并联，即有两管管端的压力差相等，即两管的压力损失相等28 液压传动2021-6-14则：=19.6pa1-19圆柱形滑阀如图所示：已知阀芯直径d=2cm，进口液压=9.8pa,出口液　　　　压油液的密度通过阀口时的流量系数求流过阀口的流量。解：当阀的开口较小时，可看作薄壁小孔，阀口的流量截面积:流过阀口的流量：1-20图示柱塞直径d=19.9mm,缸套直径D=20mm,长l=70mm,柱塞在力F＝40N作用下向下运动，并将油液从隙缝中挤出，若柱塞与缸套同心，油液的运动粘度μ=0.784×10－3Pa.s，问柱塞下落0.1m所需的时间。解：此问题为缝隙流动问题，且为环形缝隙所以有q0=лdh3Δp/12μl+лdhu0/228 液压传动2021-6-14其中h=(D-d)/2=0.05×10－3mq0=u0A=u0лd2/4Δp=4F/（лd2）u0=0.1/t有0.1лd2/(4t)＝(4Fлdh3/12μlлd2)＋(0.1лdh/2t)分别带入数字，则有t=20.8s1-21在一直径D=25mm的液压缸中放置着一个具有4条矩形截面槽的活塞，液压缸左腔表压为，右腔直接回油箱，设油的粘度进口处压力损失可以忽略不计，试确定由液压缸左腔沿四条槽泄露到右腔去的流量，已知槽的尺寸是。解：由题意得，四条槽可以看作四个细长孔。水力直径则所求的流量：1-23如图所示的液压系统从蓄能器A到电磁阀B的距离l=4m,管径d=20mm,壁厚，钢的弹性模量解：压力冲击波的传播速度C：28 液压传动2021-6-14（1）阀瞬间关闭，属于直接冲击：（2）t=0.02>属于间接冲击（3）t=0.05>,属于间接冲击第二章2-1已知液压泵的额定压力和额定留量，不计管道内压力损失，说明图示各种工况下液压泵出口处的工作压力值。解：a)b)c)28 液压传动2021-6-14d)e)2-2如图所示，A为通流截面可变的节流阀，B为溢流阀。溢流阀的调整压力是Py，如不计管道压力损失，试说明，在节流阀通流截面不断增大时，液压泵的出口压力怎样变化？答：当阀A流通截面小于某一值时，P维持Py，B打开。阀A流通截面继续增大，增大到最大值时，P=0,B不打开。2-3试分析影响液压泵容积效率的因素。答：容积效率表征容积容积损失的大小。由可知：泄露量越大，容积效率越小而泄露量与泵的输出压力成正比，因而有由此看出，泵的输出压力越高，泄露系数越大，泵排量越小，转速越底，那么容积效率就越小。2-4泵的额定流量为100L/min,额定压力为2.5MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为ηm＝0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106L/min，压力为2.5MPa时，流量为100.7L/min，试求：①泵的容积效率；②如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，计算泵的流量为多少？③上述两种转速下泵的驱动功率。解：①通常将零压力下泵的流量作为理想流量，则qt＝106L/min由实验测得的压力为2.5MPa时的流量100.7L/min为实际流量，则ηv＝100.7/106=0.95=95%②泄漏流量Δq只于压力有关,由于压力没变所以则有28 液压传动2021-6-14qt=qn/n=100.7×500/1450=34.7L/min③当n=1450r/min时,P=pq/(ηvηm)=25×105×100.7×10-3/（60×0.95×0.9）=4.91kw当n=500r/min时,P=pq/(ηvηm)=25×105×34.7×10-3/（60×0.95×0.9）=1.69kw2-4设液压泵转速为950r/min，排量＝168L/r，在额定压力29.5MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总功率为0.87，试求：(1)泵的理论流量；(2)泵的容积效率；(3)泵的机械效率；(4)泵在额定工况下，所需电机驱动功率；(5)驱动泵的转速。解：①qt＝Vpn=168×950=159.6L/min②ηv=q/qt=150/159.6=93.98%③ηm=/ηv=0.87/0.9398=92.57%④P=pq/=29.5×106×150×10-3/（60×0.87）=84.77kw⑤因为=pq/Tω所以T=pq/ω=pq/（2лn）=29.5×106×150×10-3/（2×0.87×3.14×950）=852.1N.m2-6分析双作用叶片泵配油盘的压油窗口端开三角须槽，为什么能降低压力脉动和噪声？答：液压泵在工作过程中，由于西油容积突然和压油腔接通，或压油容积突然和吸油腔接通时，会产生流量和压力突变而产生噪声。泵的流量脉动引起压力脉动。在压油窗口端开三角须槽，油液留经压油窗口的三角须槽到压油口，从而消除泵内液压急剧变化，降低压力脉动和噪声。28 液压传动2021-6-142-7双作用叶片泵两叶片之间夹角为,配油盘上封油区夹角为ε，定子区表面曲线圆弧段的夹角为β，它们之间应满足怎样的关系？为什么？答：为了保证配油盘的吸、压油窗口在工作中能隔开，必须ε2л/Z；为了防止产生困油、气穴现象，必须βε。2-8试分析外反馈压力式变量叶片泵特性曲线，并叙述改变AB段上下位置，BC段的斜率和拐点B的位置的调节方法。答：AB段是泵的不变量段，这由于，是常数，压力增加时，泄漏量增加，实际输出量略有减少，BC段，泵的实际输出流量随着工作压力增加而减少。调节流量调节螺钉b，可改变泵的最大流量。AB段曲线上下平移；变更刚度不同的弹簧，则可以改变BC段的斜率，弹簧越软，BC段越陡，调节弹簧预压量X，便可改变和的值，工作压力，BC段左右平移。第三章3-1图示三种结构的液压缸，活塞和活塞杆直径分别为D，d，如进入液压缸的流量为，压力为，试分析各缸产生的推力，速度大小以及运动方向。解：对于图a受拉，液压缸左移对于图b受压，液压缸右移对于图c受压，液压缸右移3-2图示两个结构和尺寸均相同相互串联的液压缸，无杆腔面积A1＝100cm228 液压传动2021-6-14，有杆腔面积A2＝80cm2，缸1输入压力P1＝0.9MPa，输入流量q1＝12L/min。不计损失和泄漏，试求：①两缸承受相同负载时（F1=F2），负载和速度各为多少？②缸1不受负载时（F1＝0），缸2能承受多少负载？③缸2不受负载时（F2＝0），缸1能承受多少负载？解：①F1＝P1A1－P2A2F2＝P2A1因为F1＝F2所以P1A1－P2A2＝P2A10.9×106×100×10-4－P2×80×10-4=P2×100×10-4P2=0.5×106Pa则有F1＝F2=P2A1=0.5×106×100×10-4=5000NV1＝q1/A1=12×10－3/（100×10-4）=1.2m/min因为V1A2=V2A1所以V2＝V1A2/A1=0.96m/min②F1＝P1A1－P2A2=0所以P2＝P1A1/A2=1.125MPaF2=P2A1=1.125×106×100×10-4=11250N③F2=P2A1=0所以P2＝0所以F1＝P1A1＝0.9×106×100×10-4＝9000N3-3图示液压缸，输入压力为，活塞直径为D，柱塞直径为d，求输出压力，为多少？解：由受力可知：3-4差动连接液压缸，无杆腔面积A1＝100cm2，有杆腔面积A2＝4028 液压传动2021-6-14cm2，输入油压力p＝2MPa，输入流量q＝40L/min，所有损失忽略不计，试求：①液压缸能产生最大推力；②差动快进时管内允许流速为4m/s，进油管径应选多大？解：①因为F=P1（A1－A2）ηm所以Fmax＝P1×（A1－A2）×1＝2×106×（100－40）×10-4×1＝1.2×10-4N=12kN②V=q/（A1－A2）=40×10-3/(60×60×10-4）＝1/9m/sVA1=V管A管所以A管＝(1/9)×100×10-4/4＝лd2/4有d=18.8mm应取20mm3-5图示一个与工作台相连的柱塞缸，工作台质量980Kg，缸筒柱塞间摩擦阻力Ff＝1960N，D=100mm,d＝70mm，d0＝30mm，试求：工作台在0.2时间内从静止加速到最大稳定速度v＝7m/min时，泵的供油压力和流量各为多少？解：根据动量定理，Ft=mv2-mv1所以F总=m(v2-v1)/t=980×7/(0.2×60)=571.67N工作台开始上升时F-G-Ff=F总则F=F总+G+Ff=571.67+980×10+1960=12331.67N又根据柱塞缸推力公式可得F=pлd02ηm/4,ηm=1注意此处应取d0＝30mmp=4F/лd02=4×12331.67/[3.14×(30×10-3)2]=17.45Mpa又根据柱塞缸速度公式v=4qηv/лd02,ηv=1可得q=лd02v/4=3.14×(30×10-3)2×7×103/4=4.95L/min3-6一单杆油压快进时采用差动连接，快退时油压输入缸的有杆腔，设缸的快进快退速度均为0.1m/s,工作时杆受压，推力为25000N。已知输入流量q=25L/min,背压，试求：（1）缸和活塞直径D，d;28 液压传动2021-6-14(2)缸筒壁厚，缸桶材料为45号钢解：（1）由其中取d=75mm因为快进快退得速度相同，所以D=mm,取D=105mm（2）45号钢设此时为薄壁取其中的值，查表8-7可取为3Mpa3-7图为定量泵和定量马达系统。泵输出压力Pp＝10Mpa，排量Vp＝10mL/r，转速np＝1450r/min，机械效率ηmp＝0.9，容积效率ηvp＝0.9，马达排量Vm＝10mL/r，机械效率ηmm＝0.9，容积效率ηvm＝0.9，泵出口和马达进口间管道压力损失0.2MPa，其它损失不计，试求：①泵的驱动功率；②泵的输出功率；③马达输出转速、转矩和功率。解：①P驱=ppvpnP/ηmp=10×106×10×10-6×1450/(60×0.9)=2.69Kw②P出=pvnηvp=10×106×10×10-6×1450×0.9/60=2.18Kw③泵的输出等于马达的输入量Vmnm/ηvm=vPnPηvp所以nm=vPnPηvpηvm/Vm28 液压传动2021-6-14=10×10-6×1450×0.9×0.9/(10×10-6)=1174.5r/min马达的输出功率P=pvnηvm=（10－0.2）×106×10×10-6×(1174.5/60)×0.9=1.73KW马达的转矩T=p/2πn=1730/(2×3.14×(1174.5/60))=14.03N.m3-8图示系统，泵和马达的参数如下：泵的最大排量，转速，机械效率，总效率；马达排量，机械效率，总效率，回路最大允许压力=8.3Mpa，若不计管道损失，试求：1）马达最大转速及该转速下的的输出功率和输出转矩。2）驱动泵所需的转矩。解：泵的流出流量等于流入马达的流量即有输出转矩输出功率驱动泵所需的转矩3-9图示为变量泵和定量马达系统，低压辅助泵输出压力=0.4Mpa，泵的最大排量，转速，容积效率，机械效率。马达相应参数为，，，28 液压传动2021-6-14。不计管道损失，当马达的输出转矩为，转速为时，求变量泵的排量，工作压力和输入功率。解：泵的流出流量等与流入马达的流量由马达的输出转矩由得功率第四章4-1图4-115所示液压缸，液控单向阀作用锁以防止液压缸下滑，阀的控制活塞面积是阀心承受面积A的3倍。若摩擦力，弹簧力均忽略不计，试计算需要多大的控制压力才能开启液控单向阀？开启前液压缸中最高压力为多少？解：对刚缸体作受力分析有28 液压传动2021-6-14由于控制面积为阀心承压面积的3倍故开启阀需即取临界条件开启最高压力4-2弹簧对中型三位四通电液换向阀的先导阀及主阀的中位机能能否任意选定？答：不能。4-3二位四通阀用作二位三通或而为二通阀时应如何连接？答：作二位三通，将T通路与B通路接成共路作二位二通，将B通路与A通路接通，且将A通路与T通路接通4-4图4-116所示系统中溢流阀的调整压力分别为pA=3MPa,pB=1.4MPa,pC=2MPa。试求当系统外负载为无穷大时，泵的出口压力为多少？如将溢流阀B的遥控口堵住，泵的出口压力为多少？28 液压传动2021-6-14答：系统负载无穷大即系统超载，此时溢流阀对系统起保护作用。A支路的调整压力为3MPa，当C控制B的遥控口时，BC支路的最大稳定压力为C的调整压力，即2MPa。系统的稳定压力为较小值，即2MPa，所以此时泵的出口压力P=2MPa。若溢流阀B的遥控口堵住，此时BC支路的调整压力为两者调整压力之和即3.4MPa。A支路的调整压力为3MPa。同样保持较小值，此时，由A起安全阀作用，使系统的出口压力维持在3Mpa，即泵的出口压力P=3Mpa。4-5图4-117所示两系统中溢流阀的调整压力分别为pA=4MPa,pB=3MPa,pC=2MPa。当系统外负载为无穷大时，泵的出口压力各为多少？对图a的系统，请说明溢流量是如何分配的？解：对（a）系统：A中K口接到B阀上，B中K口接到C阀上，则B的溢流压力由C来决定，A的溢流压力由B决定，所以系统出口压力保持在C的溢流压力即调整压力为2Mpa对（b）系统：B中K口接油箱，此时B的调整压力为0Mpa。系统出口压力应等于三个溢流阀的调整压力之和，即4＋0＋2＝6Mpa。对图a的系统，溢流量分配应是qA=全部；qB=0;qC=0.4-6图4-118所示溢流阀的调定压力为4Mpa，若不计先导油流经主阀心阻尼小孔时的压力损失，试判断下列情况下的压力表读数：1）YA断电，且负载为无穷大2）YA断电，且负载为2Mpa3)YA断电，且负载压力为2Mpa解：1）YA断电，电磁阀处于关闭状态，因为负载为无穷大，溢流阀溢流，其两端的压力为4Mpa,即压力表读数为4Mpa.28 液压传动2021-6-142)YA断电，电磁阀关闭，负载只有2Mpa,没有达到调定压力，故溢流阀不溢流，压力表读数为2Mpa3)YA通电，电磁阀打开，产生的吸力和阀的输出压力及弹簧力平衡，故压力表读数为0Mpa.4-8图4-120所示系统溢流阀的调定压力为5Mpa，减压阀的调定压力为2.5Mpa。试分析下列各工况，并说明减压阀阀口处于什么状态？1）当泵口压力等于溢流阀调定压力时，夹紧缸使工件夹紧后，A，C点压力各为多少？2）当泵出口压力由于工作缸快进，压力降低到1.5Mpa时（工件原处于夹紧状态），A.C点压力各为多少？3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时，A.B.C点压力各为多少？答：1）泵的出口压力等于溢流阀调定压力时，夹缸使工件夹紧，由于减压阀基本可维持出口压力恒定，，等于减压阀调定压力，同样单向阀后的=2.5Mpa，阀口处于关小状态。2）当降到1.5Mpa时，即，阀口处于开大状态，由于原工件的夹紧状态未变，则3）如夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时C处压力为0，，阀口不工作。4-9图4-121所示回路，溢流阀的调定压力为5Mpa，减压阀的调定压力为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档板后A.B处压力；2）如果减压阀的外泄油口堵死，活塞碰到死档板后A.B处压力。答：1）活塞在运动中有，减压阀不工作，碰到挡铁后，减压阀相当于外负荷无穷大，B处压力为5Mpa28 液压传动2021-6-142）减压阀外泄油口堵住后，阀口无法移动，不起减压作用，，溢流阀相当于接近无穷大负载。4-10图4-122所示的减压回路，一只液压缸无杆腔，有杆腔的面积分别为100cm2,50cm2,最大负载F1=14000N,F2=4250N,背压p=0.15MPa,节流阀2的压差Δp=0.2MPa,求：1）A,B,C各点压力（忽略管路阻力）；2）泵和阀1，2，3应选多大的额定压力？解：1）由上面的缸的活塞杆力的平衡，可有Pc=F/A1=14000/(100×10-4)=1.4MPaA处压力与C处压力相差节流阀2的压差，可有PA=Pc+0.2MPa=1.6MPa由下面的缸的活塞杆力的平衡，可有PBA1=F2+PA2所以PB=（F2+PA2）/A1=4250+50×10－4×0.15×106/100×10－4＝0.5MPa2）为了回路能符合要求，并保证安全，泵和阀1，2，3应选为2.5MPa额定压力。4-11图4-123所示回路，顺序阀的调整压力，溢流阀的调整压力，问在下列情况下A.B压力为多少？1）液压缸运动时，负载压力=4Mpa时；2）如负载压力变为1Mpa时3）活塞运动到右端时解：（1）由于A点与液压缸连通，则，，此时顺序阀应为开启状态，28 液压传动2021-6-14（2）顺序阀关闭，由于马达处于工作状态，(3)活塞运动到右端时，液压缸中压力已达到最大值，且顺序阀开启，油道中压力最高。因溢流阀的调整压力为5Mpa,即油道中最高压力为5Mpa,4-12图4-124所示系统，缸Ⅰ,Ⅱ上的外负载力F1=20000N,F2=30000N，有效工作面积都是A=50cm2,要求缸Ⅱ先于缸Ⅰ动作，问：1）顺序阀和溢流阀的调定压力分别为多少？2）不计管路阻力损失，缸Ⅰ动作时，顺序阀进，出口压力分别为多少？解：1）缸Ⅱ承受力F2，动作时P=F2/A=30000/50×10-4=6Mpa。所以P溢>P顺>6Mpa由于要保证缸Ⅱ先于缸Ⅰ动作，而缸Ⅰ承受F1<缸Ⅱ承受力F2。因此，顺序阀的调定压力要小于溢流阀，则顺序阀的调定压力应大于或等于F2作用使缸Ⅱ产生的压力，所以P溢>P顺>6Mpa2）缸Ⅰ承受力F1，动作时P=F1/A=20000/50×10-4=4Mpa所以，顺序阀的出口压力应为4Mpa，缸Ⅰ动作时，缸Ⅱ也在运动，所以顺序阀进口压力又要保证缸Ⅱ的运动，所以顺序阀的进口压力应大于或等于顺序阀的调定压力4-13图4-125所示回路，顺序阀和溢流阀串联，调整压力分别为pX和pY,当系统外负载为无穷大时，问：1）泵的出口压力为多少？2）若把两阀的位置互换，泵的出口压力又为多少？28 液压传动2021-6-14解：1）由于两阀是串联接法，且其为先顺序阀，后溢流阀，则泵的出口压力为两者中压力较大的一者（顺序阀的出口压力由负荷决定）所以若Px>Py，则P出=Px，若Px