流体传动与控制课后作业答案.docx

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流体传动与控制课后作业答案

1-1什么是流体传动？

除传动介质外，它由哪几部分组成？

各部分的主要作用是什么？

答：

以流体为工作介质，在密闭容器中实现各种机械的能量转换、传递和自动控制的技术称为流体传动。

动力元件——将原动机的机械能转换为执行机构所需要的流体液压能。

包括液压泵、空压机。

执行元件——将由动力元件输入的流体液压能转换为负载所需的新的机械能。

包括液压气动缸和液压气动马达。

控制元件——对系统中流体的压力、流量或流动方向进行控制或调节。

包括压力阀、流量阀和方向阀等。

辅助元件——流体传动系统中的各种辅助装置。

如油箱、过滤器、油雾器等。

1-2液压系统中的压力取决于什么？

执行元件的运动速度取决于什么？

液压传动是通过液体静压力还是液体动压力实现传动的？

答：

液压系统中的压力取决于外负载的大小，与流量无关。

执行元件的运动速度取决于流量Q，与压力无关。

液压传动是通过液体静压力实现传动的。

1-3用职能符号表示液压系统，可以简单明了地表示液压系统结构组成及其功能，且便于绘制

1-4优点：

体积小，质量轻，结构紧凑；

工作较平稳；

易于实现无极调速

操作简单、安全、经济

易实现过载保护

设计、制造和使用较简便

缺点：

不能保证严格的传动比

传动效率不高

对温度较敏感

制造精度要求高

故障不易排查

2-3液压油液的黏度有几种表示方法？

它们各用什么符号表示?

它们又各用什么单位？

答：

（1）动力黏度（绝对黏度）：

用μ表示，国际单位为：

Pas（帕秒）；工程单位：

P（泊）或cP（厘泊）。

（2）运动黏度：

用ν表示，法定单位为，工程制的单位为St（沲,），cSt（厘沲）。

（3）相对黏度：

中国、德国、前苏联等用恩氏黏度ºE，美国采用赛氏黏度SSU，英国采用雷氏黏度R，单位均为秒。

2-11解：

由题意D=q=4q/D=0.094m/s

又∵q=D∴=0.034m/s

q=（D-d）=3.86x10m/s=23.16L/min

q=（D-d）=3.74x10m/s=22.44L/min

2-13解：

设吸油管入口处截面为1-1截面，泵入口处的截面为2-2截面

列1-1、2-2截面处的伯努利方程：

由A=A∵A>>A所以<<，可忽略不计，且h忽略不计

∴,；

该状态是层流状态，即

代入伯努利方程：

液压泵的吸油高度为2.15m.

2-14解：

当柱塞往下运动时，缸套中的油液可以看成是缝隙流动

Q=－由题意h==1mm

以柱塞为研究对象有

F+PA=F+PA=P-P=

又F=A=dl

=-

而Q=A=d

d=-=（-）-

0.32m/s

t==0.3125s

3-1要提高齿轮泵的压力须解决哪些关键问题？

通常都采用哪些措施？

答：

要解决：

1、径向液压力不平衡2、轴向泄漏问题

为了减小径向不平衡力的影响，通常可采取：

1）缩小压油腔尺寸的办法，压油腔的包角通常<45o；

2）将压油腔扩大到吸油腔侧，使在工作过程中只有1~2个齿起到密封作用。

利用对称区域的径向力平衡来减小径向力的大小；

3）还可合理选择齿宽B和齿顶圆直径De。

高压泵可↑B，↑De；中、低压泵B可大些，这样可以减小径向尺寸，使结构紧凑。

4）液压平衡法：

在过渡区开设两个平衡油槽，分别和高低压腔相同。

这种结构可使作用在轴承上的力↓，但容积效率（ηv）↓

齿轮泵的泄漏途径主要有三条：

端面间隙泄漏（也称轴向泄漏，约占75~80%），指压油腔和过渡区段齿间的压力油由齿间根部经端面流入轴承腔内（其与吸油腔相通）。

径向间隙泄漏（约占15~20%），指压油腔的压力油经径向间隙向吸油腔泄漏。

齿面啮合处（啮合点）的泄漏，在正常情况下，通常齿面泄漏很小，可不予考虑。

因此适当的控制轴向间隙的大小是提高齿轮泵容积效率的重要措施。

3-2叶片泵能否实现正反转？

请说出理由并进行分析。

答：

不能。

因为定量叶片泵前倾13，是为了减小压力角，从而减轻磨损。

而变量叶片泵后倾24，有利于叶片紧贴定子内表面，有利于它的伸出，有效分割吸压油腔。

3-3简述齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的优缺点及应用场合。

齿轮泵——优点：

体积小、重量轻、结构简单，生产、维护成本低，自吸性能好，对油污染不敏感；缺点：

流量脉动大，噪声大，排量不变，磨损不易修复，互换性差；场合：

对稳定性要求不高、定量等场合。

叶片泵——优点：

结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿命较长；缺点：

吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高；场合：

稳定性要求高，压力不太大等场合。

柱塞泵——优点：

柱塞泵的工艺性能好（主要零件均为圆柱形），配合精度高，密封性能好，工作压力较高，效率高；缺点：

制造成本高；场合：

高压、大流量、大功率的场合。

3-4解：

理论流量q=qn=100x1450=145000ml/min=145l/min

=实际流量q=q=0.90x145=130.5l/min

=T===26851.8

P=T=26852w

3-5解：

在图上标出D点（2MPa，20L/min），过D点作线段AB的平行线，交q轴于G点。

在图上再标出E点（4.5MPa，2.5L/min），过E点作线段BC的平行线，交p轴于H点。

GD,EH相交于F点。

A（0，27.5）B（45，25）D（20，20）所以G（0，21.1）

B（45，25）C（63，0）E（45，2.5）所以H（48.5，0）

所以GF为y=-0.06x+21.1HF为y=-1.39x+67.42

所以F点（34.8，19）

所以P====1574.3w

3-6

解：

理论流量

理论输出转矩

=40.13N.m

可得

3-7某液压马达的进油压力p=10Mpa，理论排量q=200mL/r，总效率=0.75，机械效率=0.9。

试计算：

（1）该马达所能输出的理论转矩M。

（2）若马达的转速n=500r/min，则进入马达的实际流量应是多少？

（3）当外负载为200N.m（n=500r/min）时，该马达的输入功率和输出功率各为多少？

解：

（1）理论转矩M=pq=×10×106×200×10-3×10-3=318.5N.m

（2）实际流量q=nq/=nq/==120L/min

（3）输入功率P=pq=10×10×120×10/60=20kw

输出功率P=2nT==10.5kw

第四章

4-1套筒缸在外伸时是大直径柱塞先运动，小直径柱塞后运动；内缩时正好相反。

因为前一级柱塞是后一级柱塞的缸套。

4-2当液压缸速度较高且驱动质量较大的部件时，其惯性很大。

活塞运动到液压缸终端停止时，会产生很大的冲击和噪声，严重的可能使活塞和端盖发生撞击，使液压元件受损。

当活塞行程接近端盖时，利用对油液的节流作用，增大液压缸的回油阻力，使回油腔中产生足够大的缓冲压力，使活塞减速，从而防止活塞撞击缸盖。

4-3液压系统在安装和停车后，会混入空气；油液中也常常溶入空气。

这些空气会引起运动部件的不稳定性运动和振动，同时会加速油液的氧化和部件的腐蚀。

4-4

4-8一单杆液压缸，快速伸出时采用差动连接，快速退回时高压油输入缸的有杆腔。

假设此缸往复快动时的速度都是0.1m/s，慢速移动时，活塞杆受压，其推力为25000N；已知输入流量q=25×10cm/min，背压p=0.2MPa。

（1）试决定活塞和活塞杆的直径；

（2）如缸筒材料采用45钢，试计算缸筒的壁厚；

（3）如缸的活塞杆铰接，缸筒固定，其安装长度l=1.5m，试校核活塞杆的纵向稳定性。

解：

∵则：

（1）活塞杆的直径由

有

查缸径及活塞杆标准系列取d=80mm

活塞直径D==108.2mm

查缸径及活塞杆标准系列取D=150mm

（2）缸筒材料为45钢时，[σ]=σ/n==600/4=150MPa

F=[DP-（D-d）P]=0.95，P=0.2MPa

P=P==1.49MPa16MPa

P=1.5P=1.493.12=4.65MPa

按薄壁圆筒计算壁厚（取2.5mm）

（3）纵向稳定性校核

查表得

计算得

第五章

5-1稳态液动力是使阀芯关闭的力，其方向是使阀芯关闭的方向。

瞬态液动力的方向：

在油液流出阀口时，瞬态液动力与阀芯运动方向相反；油液流入阀口时，瞬态液动力与阀芯运动方向相同。

5-2液压卡紧的原因除污物进入缝隙和阀芯与阀体间隙过小因热膨胀卡死外，主要原因是滑阀阀芯与阀体间的几何形状误差所产生的径向不平衡力造成的。

危害：

是阀芯不能顺畅移动，影响滑阀工作甚至使其不能正常工作。

减小措施：

提高阀芯、阀孔的制造精度；要求阀芯的圆度和锥度允差为0.003-0.005mm，且要求顺锥布置；控制表面粗糙度，阀芯≤0.20μm；阀孔≤0.40μm，配合间隙不宜过大。

5-3说明O形、M形、P形、和H形三位四通换向阀在中间位置时的特点。

答：

O形：

中位时，各油口互不相通，系统保持压力，油缸两腔的油液被封闭，处于锁紧状态，停位精度高。

油缸进/回油腔充满压力油，故启动时较平稳。

M形：

中位时，P、T口连通，A、B口封闭；泵卸荷，不可并联其他执行机构；油缸两腔的油液被封闭，处于锁紧状态，停位精度高。

缸启动较平稳，与O型相似。

P形：

中位时，P、A、B连通，T口封闭；可形成差动回路；泵不卸荷，可并联其他执行机构；缸启动平稳；换向最平稳，常用。

H形：

中位时各油口互通，泵卸荷，油缸活塞处于浮动状态，其他执行元件不能并联使用（即不能用于并联多支路系统）；执行元件停止位置精度低；由于油缸油液回油箱，缸启动有冲击。

5-4分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用和差别

溢流阀在系统可以起到保压、防止系统过载、背压、远程调压及卸荷的作用。

减压阀在系统中的作用有：

降压、稳压等。

顺序阀可用于实现多缸顺序动作、平衡回路、卸荷等。

溢流阀的溢流口是常闭状态；减压阀的减压口是常开状态；顺序阀阀口常闭，出口不接回油箱而接入下一回路。

5-5现有三个外观形状相似的溢流阀、减压阀和顺序阀，铭牌已脱落，如何根据其特点做出正确的判断？

答：

溢流阀的先导阀泄油方式是内泄，常态下阀口常闭。

工作时，进、出口相通，进油口压力为调整压力，一般并联于系统。

出油口一般直接接回油箱，用于定压溢流或安全保护。

减压阀的先导阀泄油方式是外泄，常态下阀口常开。

工作时，出油口压力稳定在调定值上，一般串联于系统。

顺序阀的先导阀泄油方式多数情况是外泄，压力很低时是内泄，阀口处于常闭状态。

工作时，进、出油口相通，进油口压力允许随负载的增加而进一步增加。

实现顺序动作时串联于系统，出油口与负载油路相连，不控制系统的压力，只利用系统的压力变化控制油路的通断。

作卸荷阀用时并联于系统。

可将三个阀分别接于油路中，通过测试进出口压力及与负载的关系来判断阀的类型。

具体内容可参照上述部分。

5-6先导式溢流阀的阻尼小孔起什么作用？

如果它被堵塞或加工成大的通孔，将会出现什么问题？

答：

先导式溢流阀中的阻尼孔的作用是使油液流过时，使主阀芯上下端形成压力差。

当作用于先导阀上压力达到调定压力后主阀上腔油液产生流动，阻尼孔使下腔油液来不及补充上去，主阀芯上下端形成压力差，作用在主阀芯上产生的液压力超过主阀弹簧力、摩擦力和主阀芯自重时，主阀打开，油液经主阀阀口流回油箱，实现溢流作用。

如果先导式溢流阀主阀芯上的阻尼孔堵塞，进口油液无法进入主阀上腔，亦无法作用于先导阀上，溢流阀变成一个以主阀软弹簧为阻力的直动式溢流阀，很小的压力即使主阀芯打开而成为一个低压卸荷阀，不能控制系统压力。

如果把阻尼孔加工成通孔，主阀芯上下腔压力