液压与气压传动阶段练习一.docx

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液压与气压传动阶段练习一

液压与气压传动阶段练习一

液压传动的基本知识与流体力学基础

一、思考题

1、简述液压传动的定义，并说明液压传动系统的组成以及各部分的主要作用。

2、什么叫做液体的粘性？

试说明常用粘度的表示方法及其单位，并说明液体粘性随液体压力和温度的变化关系。

3、液体的压力的定义是什么？

请说明压力的单位以及三种表达方式。

4、简述理想液体和稳定（定常）流动的概念。

5、液体在管路中的流动有哪两种基本型态？

简述它们的基本特征以及判别它们的方法。

6、液压系统中，液体的压力损失分为哪几类？

请说明各类压力损失分别产生在什么情况下。

二、计算题

1、如下图1所示，液压千斤顶柱塞的直径D=34mm，活塞的直径d=13mm，杠杆的长度如图中所示。

试问在杠杆端应加多大的力F才能将重力W为5×104N的重物顶起？

图1

2、如下图2所示，液压缸内径D=120mm，柱塞直径d=80mm，负载F=50kN。

若不计液压油自重及柱塞或缸体重量，求在a、b两种情况下液压缸内的液体压力。

图2

3、某压力控制阀如图3所示，当p1=6MPa时，压力阀开启。

若d1=10mm，d2=15mm，p2=0.5MPa，试求：

（1）弹簧的预紧力Fs；

（2）当弹簧刚度k=10N/mm时，弹簧的预压缩量x（预紧力不变）；

图3

4、如图4所示，油管水平放置，截面1-1、2-2处的内径分别为d1=5mm、d2=20mm，在管内流动的油液密度ρ=900kg/m3，运动粘度ν=20mm2/s。

若不计油液流动的能量损失，试问：

（1）截面1-1和2-2哪一处的压力较高？

为什么？

；

（2）若管内通过流量q=30L/min，求两截面之间的压力差Δp；

图4

5、如图5所示，一股在大气中的射流流量为q，以速度v射到与射流中心线成角的平板A后，射流分成两股，两股射流流量为q1和q2，取动量修正系数等于1。

试求垂直作用于平板A上的力F。

图5

6、某液压系统由液压泵、液压马达和中间管路所组成，如图6所示。

已知管路直径为16mm，油的密度为900kg/m3，运动粘度ν=20mm2/s，流速v=2m/s，管道为金属光滑圆管。

在45°处局部阻力系数ζ=1.3，在90°处ζ=2.12，试求由液压泵输出的压力油到达液压马达后总的压力损失。

图6

液压与气压传动阶段练习一答案

一、思考题

1、答：

液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的压力能来实现各种机械的传动和自动控制的系统。

液压传动系统主要由以下几部分组成：

1）能源装置：

把驱动电机的机械能转换成液体的的压力能装置，一般最常见的是各类液压泵。

2）执行装置：

把液体的压力能转换成机械能的装置，包括输出直线运动的液压缸和输出回转运动的液压马达。

3）控制调节装置：

对液压传动系统中液体的压力、流量、和流动方向进行控制和调节的装置，一般指各类液压阀。

4）辅助装置：

指在液压传动系统中除上述三类以外的其它装置，包括油箱、油管、滤油器等。

5）传动介质：

用来传递压力能的液体

2、答：

液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩擦力，这一现象称为液体的粘性。

液体粘性的表达方式主要有两类：

a）动力粘度μ：

它指的是液体的流动时，在单位速度梯度下单位面积上产生的液体的内摩擦力。

动力粘度的国际单位是：

Pa·s（帕斯卡·秒）。

b）运动粘度ν：

它是液体动力粘度与其密度的比值。

运动粘度的国际单位是m2/s（平方米/秒），常用单位还有St（10-4m2/s），cSt（10-6m2/s）

对液压传动系统的工作介质来说，当液体的压力增大时，液体的粘度增大，但在一般液压系统使用的压力范围内，粘度的变化很小，可以忽略不计。

但液压传动系统的工作介质对温度的变化十分的敏感，当温度升高时，液体的粘度将显著下降。

3、答：

液体的压力指的是施加在液体表面的，并垂直于液体表面指向液体内部的单位面积上作用的法向力的值。

压力的国际单位是Pa（帕斯卡），常用单位有MPa（106Pa），bar（105Pa）

压力的表达方式有三种，分别是：

绝对压力：

是指以绝对真空为基准所表示的压力。

相对压力：

它是以大气压为基准，当压力高于一个大气压时，则高于一个大气压的那部分压力值为相对压力的值。

即：

相对压力＝绝对压力－大气压力

真空度：

它是指以大气压为基准，当压力低于一个大气压时，则低于一个大气压的那部分压力值为真空度的值。

即：

真空度＝大气压力－绝对压力

4、答：

在研究液体流动时的运动规律时，所假定的既无粘性，又不可压缩的液体称之为理想液体。

当液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为定常稳定流动（定常流动）。

5、答：

液体在管路中的流动分为层流和湍流两种基本型态。

液体处于层流状态时，液体的流速较低，质点受粘性力制约，不能随意运动，粘性力起主导作用，液体质点的流动成线性和层状，且运动方向均平行于管路轴线；在处于湍流状态时，由于液体流速较高，粘性力的制约作用减弱，而惯性力起主导作用，因此液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管路轴线的运动之外，还包括剧烈的横向运动。

6、答：

液压系统中的压力损失分为两类，一类是油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，称之为沿程压力损失。

这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的；另一类是油液在经过局部障碍时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成漩涡从而引起油液质点间、以及质点和固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失，称之为局部压力损失。

局部压力损失主要出现在管路中的阀口、弯管、通流截面变化等处。

二、计算题

1、解：

由于千斤顶容器内液体压力相等（帕斯卡原理），若将重物顶起，则推动活塞所需要的力F’由以下关系得出：

根据杠杆原理：

则所需施加在杠杆上的力F为:

2、解：

对于a情况，外力通过柱塞加载到液体上，因此液体的压力p1为：

对于情况b，外力作用在缸体上，列缸体的受力平衡方程：

3、解：

（1）对于该压力阀，液体作用力等于液体压力在阀心钢球上的沿作用方向（横向）的投影面积之积。

由此列出钢球阀心的受力平衡方程：

（2）根据弹簧弹力的虎克定律：

4、解：

（1）2-2截面的压力要高于1-1截面的压力。

这是因为由于根据连续性方程，在相同流量的情况下液体流速与管路通流面积成反比，因此在2-2截面的流速要低于1-1截面流速。

在根据伯努利方程，在个截面机械能守恒的条件下，液体由1-1截面流到2-2截面，由于流速能降低，势能保持不变（位于同一管道轴线），因此压力能必然增加，故2-2截面的压力高于1-1截面。

（2）对1-1、2-2截面列伯努利能量方程

5、解：

由于题目所求的是液流垂直作用在平板上的力，因此，分别对两部分发散的液流在垂直与平板方向上列动量方程

6、解：

根据管路图可知，在系统中，直管段部分的总长为：

此外，管路中共有90°弯头3处，45°弯头2处。

根据雷诺方程，油液在管路中的雷诺数Re为：

由于Re<2320，则液体处于层流状态。

总的压力损失为直管段沿程压力损失与弯头处局部压力损失之和，则有：