液壓與氣動習題

液壓與氣動知識體系

液壓部分概論－定義，優(yōu)缺點，組成流體力學－粘性，伯努力方程，連續(xù)性方程動力元件－泵計算，齒輪泵、葉片泵、柱塞泵結(jié)構(gòu)特點執(zhí)行元件－缸馬達計算，各種缸、馬達的結(jié)構(gòu)特點控制元件－

輔助元件－油箱、過濾器、蓄能器、熱交換器?；芈废到y(tǒng)－基本回路，系統(tǒng)分析與設(shè)計方向控制閥（通，位，中位機能，操縱方式）壓力控制閥（溢流閥原理、遙控口）流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥）第一頁，共五十二頁。液壓與氣動知識體系

氣動部分概論－定義、特點氣源裝置－空壓機、冷卻器、氣罐、氣動三聯(lián)件執(zhí)行機構(gòu)－氣缸、氣馬達控制元件－快速排氣閥、消聲器要求：看懂職能符號，讀懂氣路圖第二頁，共五十二頁。液壓與氣動習題講解機電學院第三頁，共五十二頁。1、何謂液壓傳動？它有哪些優(yōu)缺點？液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的傳動方式。與機械傳動、電氣傳動相比，液壓傳動優(yōu)點如下：

(1)液壓傳動的各種元件、可根據(jù)需要方便、靈活地來布置；

(2)操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速；(3)傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動等

(4)操作控制方便，易于實現(xiàn)自動控制和過載保護等；

(5)元件標準化、系列化程度高，有利于縮短設(shè)計制造周期和降低成本。

第四頁，共五十二頁。液壓傳動的缺點(1)由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。

(2)工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。

(3)液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴。

(4)由于液體介質(zhì)的泄漏及可壓縮性影響，不能得到嚴格的定比傳動。

(5)液壓傳動出故障時不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術(shù)水平。

(6)油液污染第五頁，共五十二頁。黏性，連續(xù)性方程黏性：液體在外力作用下，由于液體分子間的內(nèi)聚力而產(chǎn)生的阻止液體分子相對運動的內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。連續(xù)性方程：q=V*A=常數(shù)說明：在管道中做恒定流動的不可壓縮的流體的流量是相等的，因而流量與流通面積成反比。第六頁，共五十二頁。2、寫出管道流動流體的伯努力方程，并指出各項的物理意義伯努利方程的物理意義:液體中存在壓力能、位能和動能三種形式的能量，在流動過程中，三種能可以轉(zhuǎn)換，但總值不變。各項分別是：單位質(zhì)量液體的壓力能；單位質(zhì)量的勢能；單位質(zhì)量液體的動能。第七頁，共五十二頁。3、液壓油污染物的危害和治理？液壓油的污染是指在液壓油中混入水分、空氣、其它油品、固體顆粒以及高溫氧化液壓油自身生成氧化物等類型的污染。1）有顆粒，加速元件的磨損，破壞密封，性能下降，壽命降低。2）侵入空氣，產(chǎn)生噪聲和氣蝕，降低油液的彈性模量和潤滑性，使油液易于氧化。3）有水分，加速油液的氧化、腐蝕金屬，降低潤滑性。4）混入其它油品，改變液壓油的化學成分，影響液壓系統(tǒng)工作性能。5）油液的自身氧化生成氧化物，使油變質(zhì)，堵塞元件阻尼或節(jié)流孔，加速元件腐蝕，使系統(tǒng)不能正常工作。第八頁，共五十二頁。5、液壓泵的工作壓力取決于什么？工作壓力與額定壓力有何關(guān)系？工作壓力：液壓泵工作時的出口壓力，其大小取決于負載。額定壓力：正常條件下允許液壓泵連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力——和泵結(jié)構(gòu)相關(guān)。實際工作中，通常工作壓力應(yīng)低于額定壓力。另外，液壓泵的輸出壓力就是泵的工作壓力，它和泵的額定壓力是兩個概念。第九頁，共五十二頁。7、如何確定液壓泵最低和最高轉(zhuǎn)速？最高轉(zhuǎn)速：能短時間運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速。它是泵結(jié)構(gòu)上軸承以及其它元件限制的最大轉(zhuǎn)速。應(yīng)用中還要考慮泵轉(zhuǎn)速過大，輸出流量過大造成的氣蝕問題。最低轉(zhuǎn)速：液壓泵正常運轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速。它取決于泵能夠穩(wěn)定地輸出流量的轉(zhuǎn)速。第十頁，共五十二頁。8、齒輪泵的流量和壓力恒定嗎？齒輪泵的內(nèi)部泄漏通過哪些地方？

怎樣才能提高齒輪泵的容積效率？齒輪泵出油流量是脈動的，因而壓力也是脈動的。齒輪泵的泄漏主要通過三個地方：齒輪齒頂，齒輪端面和齒輪嚙合線。其中齒輪端面為最重要的泄漏。采用浮動側(cè)板可有效地降低泄漏，提高容積效率。第十一頁，共五十二頁。9、齒輪泵徑向力不平衡是怎樣產(chǎn)生的？

為減小徑向力應(yīng)采取哪些措施？齒輪嚙合作用力和壓力的聯(lián)合作用，對主動齒輪和從動齒輪產(chǎn)生了不同的效果，從而產(chǎn)生徑向力不平衡。齒輪泵徑向力不平衡的解決措施：1、縮小壓油口2、開徑向力平衡槽3、加強從動軸的軸承第十二頁，共五十二頁。11、簡述齒輪泵困油現(xiàn)象的概念、危害和消除辦法。葉片泵、軸向柱塞泵有沒有困油現(xiàn)象？為什么？困油現(xiàn)象：為了齒輪的嚙合穩(wěn)定，其重疊系數(shù)大于1，所以存在兩對齒同時嚙合的工況。兩對齒所封閉的空間叫做死閉容積。隨著齒輪的運轉(zhuǎn)，死閉容積先縮小，后擴大?？s小時強行擠出油液，產(chǎn)生局部高壓；擴大時產(chǎn)生局部真空，產(chǎn)生氣穴，進而產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。危害：噪聲大、發(fā)熱解決措施：側(cè)壁上開卸荷槽。理論上說只要是容積式泵都可能有困油現(xiàn)象。因為為了防止高壓和低壓串通，必須有一段密封，如被密封的容積發(fā)生變化，即發(fā)生困油現(xiàn)象。第十三頁，共五十二頁。12、單作用葉片泵是如何實現(xiàn)容積變化的？通常作什么泵用？單作用葉片泵可以靠調(diào)整轉(zhuǎn)子和定子的偏心量方便地實現(xiàn)變量，所以通常用作變量泵。

13、雙作用葉片泵的工作原理是什么？

為何稱之為雙作用泵呢？

雙作用葉片泵通過圓的轉(zhuǎn)子和非圓的定子內(nèi)曲面配合實現(xiàn)吸排油。由于泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸排油兩次，所以稱為雙作用泵。第十四頁，共五十二頁。14、柱塞泵滑靴處靜壓支撐的原理是什么？

如h增大，泄漏增加，p’減小，推力下降，使h減??；如h減小，泄漏減小，p’增大，推力增加，使h升高。這樣維持了間隙h的恒定。第十五頁，共五十二頁。15、柱塞泵的額定工作壓力一般都比齒輪泵和葉片泵高，這是為什么？因為柱塞泵的密封是靠柱塞和孔之間的圓周實現(xiàn)的，是以面密封，而齒輪泵和葉片泵都是線密封，所以柱塞泵的額定工作壓力一般都比齒輪泵和葉片泵高。第十六頁，共五十二頁。16、液壓系統(tǒng)的噪音主要來自液壓泵，試結(jié)合齒輪泵、葉片泵和軸向柱塞泵分別說明噪音的來源。一般液壓泵噪聲來自周期性的排油，以及周期性的往復(fù)運動產(chǎn)生的。齒輪泵的噪聲主要來自排油、困油現(xiàn)象；葉片泵噪聲較小，主要來自排油噪聲；軸向柱塞泵除排油噪聲外，還有柱塞周期性往復(fù)運動產(chǎn)生的機械噪聲。第十七頁，共五十二頁。17、液壓泵在轉(zhuǎn)速為950RPM時的理論流量為160L/min；在額定壓力為295×105Pa同樣轉(zhuǎn)速下測得流量為150L/min。額定工況下的總效率為0.87,試求：

（1）泵的容積效率；

（2）額定工況下泵所需電機功率；

（3）泵在額定工況下的機械效率。第十八頁，共五十二頁。（1）（2）泵輸出功率： 輸入功率：所以電機功率需84.77kW。（3）機械效率：第十九頁，共五十二頁。18、齒輪泵的齒輪模數(shù)為m=3mm，齒數(shù)z=15，齒寬B=25mm，轉(zhuǎn)速n=1450RPM，在額定壓力下輸出流量Q=25L/min，試求該泵的容積效率。

齒輪泵排量理論流量容積效率：第二十頁，共五十二頁。19。液壓馬達的排量為20ml/r，轉(zhuǎn)速為1000rpm，扭矩要求12Nm，其容積效率和機械效率均為0.9，計算該馬達所需的壓力和流量。解：流量壓力：第二十一頁，共五十二頁。19、什么叫液壓控制閥？液壓系統(tǒng)控制閥如何進行分類？實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中力（扭矩）、速度（轉(zhuǎn)速）、方向（轉(zhuǎn)向）以及動作順序進行控制的元件。按功能分為：方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥20、方向控制閥有什么作用？對換向閥的主要要求是什么？作用：換向閥－用于改變液壓缸的運動方向、液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向要求：液壓損失小，泄漏小、換向可靠、平穩(wěn)、迅速。第二十二頁，共五十二頁。21、換向閥的操縱方式有哪幾種形式？何謂換向閥的“位”和“通”，試以滑閥式換向閥為例加以分系說明。操縱方式有手動、電動、機動、液壓、電液動。閥芯和閥體的相對位置構(gòu)成滑閥的“位”的概念。外通油路數(shù)是滑閥的“通”。圖中即為三位四通閥。第二十三頁，共五十二頁。22、什么叫滑閥的機能？換向閥O、H、P、Y、M型的中位機能的特點，各用于什么場合，試舉例說明之。中位機能：三位換向閥的閥芯處于中位時，其通口間的連接關(guān)系。系統(tǒng)保壓－O、Y；系統(tǒng)泄荷－M、H使P口和O口連通。換向平穩(wěn)－Y、H停止運動時的狀態(tài)――浮動或鎖緊。如O,M是鎖緊的，HY是浮動的。第二十四頁，共五十二頁。24、溢流閥的作用是什么？其工作原理如何？若其進出口接反了會出現(xiàn)什么情況？

作用：維持液壓系統(tǒng)壓力恒定，防止系統(tǒng)過載。原理：作用于閥芯上的液壓力與彈簧力相平衡。直動式閥不通。第二十五頁，共五十二頁。26、溢流閥和順序閥在原理上、結(jié)構(gòu)上和圖形符號上有何異同？ 相同點：都是液壓力達到一定時打開閥。 不同點：順序閥接執(zhí)行元件，而溢流閥接油箱，所以符號上順序閥外卸油接油箱。第二十六頁，共五十二頁。27、壓力繼電器的作用是什么？其工作原理是什么？1、功能：利用壓力信號驅(qū)動繼電器的通斷，從而控制某些電路，實現(xiàn)程控（順序動作）或安全保護。2、壓力繼電器由柱塞、調(diào)壓螺帽、微動開關(guān)組成，當壓力達到調(diào)定的值時，觸發(fā)微動開關(guān)，給出電信號。第二十七頁，共五十二頁。28、節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量有何意義？影響節(jié)流閥最小穩(wěn)定流星的因素有哪些？最小穩(wěn)定流量：當節(jié)流閥的開口面積很小時，而壓差不變，通過節(jié)流閥的流量會出現(xiàn)周期性脈動甚至斷流現(xiàn)象。節(jié)流閥能夠穩(wěn)定輸出流量的最小流量。原因：當油液通過節(jié)流小孔時，能量損失很大，產(chǎn)生局部高溫。油液氧化產(chǎn)生膠質(zhì)沉淀物，加上機械污染物以及油中極化分子的附著，使過流面積減小甚至堵塞。而附著物被沖掉時流量則增大。1）加強油液過濾2）及時更換油液3）選用水力半徑大的節(jié)流孔。第二十八頁，共五十二頁。30、調(diào)速閥與節(jié)流閥有何本質(zhì)不同？用于什么場合？節(jié)流閥的流量隨外負載的變化而變化，只能用于要求不高的場合。調(diào)速閥本質(zhì)上是定差減壓閥串聯(lián)節(jié)流閥。利用壓力補償?shù)脑恚刂乒?jié)流孔兩端的壓差，穩(wěn)定輸出流量。用于負載變化大，穩(wěn)速要求高的場合。第二十九頁，共五十二頁。35、差動液壓缸的工作原理如何？用于什么場合？若輸入的油壓及流量相同時，差動與非差動對所能承受的負載、運動速度有何不同？ 差動缸是將活塞缸的兩腔都通高壓油，液壓缸快速伸出。差動缸的推出速度快，但承載能力小，一般用于機床刀具的快進。第三十頁，共五十二頁。39、如圖示差動連接缸，已知進油流量Q=30L/min，進油壓力p=40×Pa，若差動液壓缸活塞向右運動（差動連接）的速度與非差動連接時活塞向左運動的速度相等，v=6m/min。求液壓缸的缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，并求輸出力F的值。

39題圖第三十一頁，共五十二頁。解：差動連接液壓缸推進速度：由得d=79.8mm液壓缸縮回時速度：

得D＝112.8mm液壓缸的推出力：第三十二頁，共五十二頁。40、如圖示，設(shè)活塞直徑D=100mm，活塞桿直徑d=70mm，進油壓力p=50bar，進油流量Q=25L/min，兩缸上負載F相同，試求兩活塞的運動速度v1,v2和推力F。

40題圖第三十三頁，共五十二頁。解：無桿腔面積：有桿腔面積：缸1的伸出速度：從缸1流出進入缸2的流量：缸2的伸出速度：缸的推力第三十四頁，共五十二頁。43、油箱的主要作用是什么？設(shè)計油箱時主要應(yīng)考慮哪些問題？

作用：1）儲存液壓系統(tǒng)所需的足夠的油液；2）散發(fā)油液中的熱量；3）分離油液中的氣體及沉淀污染物。設(shè)計中應(yīng)考慮：進行估算取液壓泵每分鐘流量的5～7倍；應(yīng)設(shè)吸油過濾器；油箱底部做成適當斜度，并安設(shè)放油塞；油箱側(cè)壁安裝油位指示器以指示最低、最高油位；吸油管及回油管要用隔板分開增加油液循環(huán)距離；大中型應(yīng)設(shè)起吊鉤或孔。第三十五頁，共五十二頁。44、蓄能器有哪些類型和用途？類型：彈簧式，重錘式，充氣式。用途：輔助動力源－間歇性工作的執(zhí)行機構(gòu)，可在工作間歇時沖液，當系統(tǒng)需要時提供峰值流量。保壓和補充泄漏－在需保壓的場合可將泵停止工作，由蓄能器補油，保持壓力，補充泄漏。吸收壓力脈沖和吸收振動。第三十六頁，共五十二頁。補充：蓄能器的分類和選用分類：彈簧式，重錘式，充氣式。常用的是充氣式：活塞式、皮囊式選用原則：容量是選用蓄能器的依據(jù)。第三十七頁，共五十二頁。補充：蓄能器的容量計算以皮囊式為例進行：

充氣壓力p0，充氣容積V0,，工作時釋放的油液體積V，系統(tǒng)的最高和最低工作壓力p1、p2，最高最低壓力下的皮囊容積V1、V2：當蓄能器用來補償泄漏、起保壓作用時，K＝1；當蓄能器作輔助油源時，K＝1.4第三十八頁，共五十二頁。為保證系統(tǒng)壓力為p2時，蓄能器還能釋放壓力油，應(yīng)取充氣壓力p0<p2，對皮囊式取p0=(0.6~0.65)p2有利于提高其使用壽命。四、蓄能器的安裝

作用不同，安裝位置也不同。注意：1、氣囊式蓄能器應(yīng)垂直安放，油口向下，否則會影響氣囊的正常伸縮。2、用于吸收液壓沖擊和壓力脈動的蓄能器應(yīng)盡可能安裝在振源附近。3、安裝在管路中的蓄能器必須用支架或支承板加固。4、蓄能器與管路之間應(yīng)安裝截止閥，以便于充氣檢修。第三十九頁，共五十二頁。45、什么叫基本回路？減壓回路及增壓回路各有何特點？用于什么場合？液壓基本回路是指實現(xiàn)某種規(guī)定的功能的液壓元件的組合。減壓回路是使用減壓閥減小某一支路的壓力。減壓回路常用于機械的制動；增壓回路使用增壓缸增加某一支路的壓力。增壓回路常用于需要超高壓的場合。第四十頁，共五十二頁。46、什么叫卸荷回路？有何作用？常見的卸荷回路有哪些？其特點如何？當液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件工作間歇時，通過回路控制使液壓系統(tǒng)的輸出功率近似降為零，這種回路稱為卸荷回路。作用：減小能耗，提高系統(tǒng)效率，減小發(fā)熱量。常見的卸荷回路分為：1、壓力泄載－將泵的出口直接接回油路，泵在零壓或接近零壓力下工作，2、流量卸載－使泵在零流量或接近零流量下工作。壓力卸荷應(yīng)用普遍，流量卸荷只適用于變量泵系統(tǒng)。第四十一頁，共五十二頁。51、在圖示液壓系統(tǒng)中，液壓缸無桿腔面積，泵的供油量Q=63L/min，溢流閥的調(diào)定壓力py=50bar，試分別就負載F=0和F=54000N時，（忽略任何損失）求：液壓缸的工作壓力p；活塞的運動速度v和溢流閥的溢流量Qy

第四十二頁，共五十二頁。解：（1）當負載F=0時，p=0；當F=54000N時，p=F/A=54000/100*10-4=54*105pa=54bar但此時系統(tǒng)溢流閥調(diào)定壓力為p=50bar,所以缸工作壓力為p=50bar，溢流閥打開。（2）當負載F=0時，溢流閥關(guān)閉，QY=0,V=Q/A=6.3m/min當F=54000N時，溢流閥打開。V=0，QY=63L/min第四十三頁，共五十二頁。65、什么叫液壓伺服系統(tǒng)？應(yīng)用于什么場合？液壓伺服系統(tǒng)是基于液壓伺服閥實現(xiàn)對液壓執(zhí)行元件的閉環(huán)控制。具有檢測反饋等閉環(huán)控制系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)。按使用的伺服閥不同，分為機液伺服系統(tǒng)和電液伺服系統(tǒng)。其特點是控制精度高，系統(tǒng)復(fù)雜，造價貴，用于精密控制的機械系統(tǒng)。第四十四頁，共五十二頁。64、什么是液壓比例系統(tǒng)，和液壓伺服系統(tǒng)系統(tǒng)相比，有何特點？液壓比例系統(tǒng)是使用電液比例閥實現(xiàn)對液壓元件電子控制的系統(tǒng)。其特點是系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，控制精度較伺服系統(tǒng)低，但系統(tǒng)簡單，造價低，可以用于工業(yè)多種機械設(shè)備。第四十五頁，共五十二頁。69、氣動系統(tǒng)和液壓傳動相比，有什么優(yōu)點？與液壓系統(tǒng)相比，氣動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：不存在漏油問題；無背壓問題，粘度變化，油溫問題；無需回油管道，執(zhí)行元件直接排氣。第四十六頁，共五十二頁。70、什么是氣動三聯(lián)件？畫出其職能符號，并說明各部分的作用。氣動三聯(lián)件：是水分濾氣器、減壓閥、油霧器三者無管化連接。其中：第四十