液压传动-东南大学-习题集解答7章.doc

-* 第一章 思考题和习题解 注： 2-6 结果与答案不同， 6-1，2结果与答案不同 题1.7图 1.1 液压千斤顶如图1-7所示。小活塞直径15 mm，行程 10 mm，大活塞直径60 mm，重物产生的力= 48 000 N，手压杠杆比L：l = 750：25，试求：（1）此时密封容积中的液体压力p是多少？（2）杠杆端施加力F1为多少时，才能举起重物？（3）在不计泄漏的情况下，杠杆上下动作一次，重物的上升高度是多少？ 解：（1）MPa （2） N N （3）mm 答：密封容积中的液体压力p= 17MPa，杠杆端施加力F1 =100 N，重物的上升高度=0.625 mm。 如果小活塞摩擦力175N，大活塞摩擦力2000N，并且杠杆上下一次密封容积中液体外泄0.2cm3，重复上述计算。 解：（1） MPa （2） N N （3） mm 1-2 如下图所示，两液压缸的结构和尺寸均相同，无杆腔和有杆腔的面积各为和，，两缸承受负载和，且，液压泵流量为q,求并联和串联时，活塞移动速度和压力。 并联时： 两缸顺序动作，缸2先动。速度相同，。压力由负载决定。 串联时： 速度由泵的流量决定：前缸，后缸 压力由负载决定：后缸，前缸 1-3 液压传动系统有液压泵，液压阀、液压缸、油箱、管路等元件和辅件，还要有电动机，而电气驱动系统只要一台电动机就行了，为什么说液压传动系统的体积质量小呐？ 解答： 在同等功率条件下，液压传动相对于机械传动，体积和质量小。特别在大功率情况下，液压传动的优点更突出。 1-4 液压传动系统中，要经过两次能量的转换，一次是电动机的机械能转化为液压泵输出的液体能，另一次是输入执行元件的液压能转换为执行元件输出的机械能，能量的转化是有损失的，为什么要使用液压传动系统呐？ 解答： 传动系统的作用是传递和控制能量与信号，任何形式的传动系统都会有能量损失，问题如何将损失降低到最小，而不是因有损失而不使用。 第二章 思考题和习题解 2-1 有密闭于液压缸中的一段直径mm、长mm 的液压油，体积膨胀系数，密闭容积的一端的活塞可移动。如果活塞的外负载力不变，油温从℃上到℃，求活塞位移。 答： 2-2 同2-1，如果活塞不能动，液压缸是刚性的，试问由于温度变化，液压缸内的压力升高多少？ 答：气体体积弹性模量： 一般取值 2-3 某液压液在大气压下的体积是，当压力升高后，其体积减少到，取液压液的体积模最为，.试求压力升高值。 答：根据体积压缩系数公式 2-4 图2-4所示为标准压力表检验一般压力表的活塞式压力计。机内充满油液，其液体压缩率。机内的压力由手轮丝杠和活塞产生。活塞直径，丝杠螺距。当压力为时，机内油液体积,试求为在压力计内形成20MPa的压力。手轮要摇多少转? 解： 先求，由液体压缩率 （毫升是立方厘米） 答案 12转 2-5 如图2-5所示一液压缸，其缸筒内径，活塞直径d=119.6mm,，活塞长度L = 140mm，若油的动力粘度。活塞回程要求的稳定速度为，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F。 答：内摩擦力 2-6 一滑动轴承由外径d=98mm的轴和内径，长度的轴套所组成，如图2-6所示。在均匀的缝隙中充满了动力粘度的润滑油（油膜厚度为0.2mm）。试求使轴以转速n=480r/min旋转所需的转矩。 解： 内摩擦力 A= 答案0.4NM 2-7 图2-7所示一直径为200mm的圆盘，与固定圆盘端面间的间隙为0. 02mm，其间充满润滑油，油的运动粘度，密度为900㎏/m3，转盘以1500r/min转速旋转时，试求驱动转盘所需的转矩。 解： 内摩擦力 ， 在半径r处的力为 2-8动力钻度的油液充满在厚度为h的缝隙中，如图2-8所示。若忽略作用在截锥体上下表面的流体压力。试求将截锥体以恒速n旋转所需的功率。已知：，。 解： 内摩擦力 在半径r处的力为，应45度的角度，等边直角三角形，不同的r处，速度不同， W 第四章 思考题和习题解 4-1 已知液压泵的额定压力和额定流量，.若不计管道内压力损失，试说明图4-27所示各种工况下液压泵出口处的工作压力值。 解： ， ， ， 。 4-2 液压泵的额定流量为100 L/min，液压泵的额定压力为2.5 MPa，当转速为1 450 r/min时，机械效率为=0.9。由实验测得，当液压泵的出口压力为零时，流量为106 L/min；压力为2.5 MPa时，流量为100.7 L/min，试求： （1）液压泵的容积效率是多少？ （2）如果液压泵的转速下降到500 r/min，在额定压力下工作时，计算液压泵的流量是多少？ （3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？ 解：（1）实际除以理论： （2） 34.7L/min （3）在第一种情况下： W 在第二种情况下： W 答：液压泵的容积效率为0.95，在液压泵转速为500r/min时，估算其流量为34.7L/min，液压泵在第一种情况下的驱动功率为4.9103W，在第二种情况下的驱动功率为1.69103W。 4-3 设液压泵转速为950r/min，排量，在额定压力29. 5 MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min,额定工况下的总效率为0.87，试求: 1）泵的几何流量。 2）泵的容积效率。 3）泵的机械效率。 4）泵在额定工况下，所需电动机驱动功率。 5）驱动泵的转矩。 解：理论流量 =2660ml/s 容积效率 机械效率 泵在额定工况下的所需驱动功率： 驱动泵的转矩：0.85KN 4-4试分析双作用叶片液压泵配油盘的压油窗口端开三角形槽，为什么能降低压力脉动和噪声? 解 在配油盘压油窗口开三角形减振槽后，使工作容积逐渐与压油腔连通，压力变化率变小，就可以降低流量、压力脉动和噪声。 4-5 双作用叶片液压泵两叶片之间夹角为，配油盘上封油区夹角为，定子内表面曲线圆弧段的夹角为(图4-28)，它们之间应满足怎样的关系?为什么？ 解 保证吸压油腔不连通，减少困油 4.6 某床液压系统采用一限压式变量泵。泵的流量——压力特性曲线ABC如图4-29所示。泵的总效率为0.7,如机床在工作进给时泵的压力和流量分别为4.5MPa和在快速移动时.泵的压力和流量为2.0MPa和,试问泵的特性曲线应调成何种形状?泵所需的最大驱动功率为多少? 4-6 工进 快进 最大功率 最大：1.5KkW 坐标画图 4-7 某组合机床动力滑台采用双联叶片泵作油源，如图4-30所示，大、小泵的额定流量分别为40L/min和6L/min。快速进给时两泵同时供油，工作压力为1 MPa;工作进给时大流量泵卸荷(卸荷压力为0.3MPa)(注:大流量泵输出的油通过左方的卸荷阀3回油箱)，由小流量泵供油，压力为4.5 MPa 若泵的总效率为0. 8 ,试求该双联泵所需的电动机功率为多少? 解： 快进时： 工进时 4-8 某液压马达的进油压力为10 MPa，排量,总效率为0.75，机械效率为0.9，试计算: 1)该马达的几何转矩。 2)若马达的转速为500r/min，则输入马达的流量为多少? 3)若外负载为200Nm (n = 500r/min)时，该马达输人功率和输出功率各为多少? 解： 几何转矩： 马达输入流量 输出功率： 输入功率 4-9 一液压马达，要求输出转矩为52.5Nm,转速为30r/min,马达排量为105mL/r,马达的机械效率和容积效率均为0.9，出口压力p2=0.2 MPa;，试求马达所需的流量和压力各为多少? 解：输入流量 输入压力 所以输入3.69MPa。 4-10 单叶片摆动液压马达，叶片底端和顶端的半径分别为R1=50mm和R2=120mm，叶片宽度为b=40 mm，回油压力P2 =0. 2MPa，摆动马达的机械效率0.9 ,若负载转矩为1000Nm,试求摆动马达的输入油液压力p1是多少? 解 4.67+0.2=4.87MPa 4-11 双叶片摆动液压马达的输人压力P1=4MPa, q =25L/min，回油压力p2=0.2MPa，叶片的底端半径R1=60mm,顶端半径R2 = 110mm，摆动马达的容积效率和机械效率均为0.9，若马达输出轴转速n=13.55r/min，试求摆动马达叶片宽度b和输出转矩T。 解：双叶片： 第五章 思考题和习题解 5-1 如图5-23所示三种结构形式的液压缸，活塞和活塞杆直径分别为D, d，如进人液压缸的流量为q，.压力为P，试分析各缸产生的推力、速度大小以及运动方向。(提示:注意运动件及其运动方向) a） 力 缸体向左 b)差动连接： 力 缸体向右 c) 力 缸体向右 5-2 如图5-24所示一与工作台相连的柱塞液压缸，工作台质量为980kg，缸筒与柱塞间摩擦阻力F=1960N, D=100mm , d=70mm, do=30mm,试求:工作台在0.2s时间内从静止加速到最大稳定速度v=7m/min时，液压泵的供油压力和流量各为多少? 解： 加速度 P=3.15 压力3193684.21052632 不考虑加速度，在稳定时： 为3.05732484076433 MPa 流量 5 -3如图5-25所示两个单柱塞缸，缸内径为D，柱塞直径为d0，其中一个柱塞缸的缸固定，柱塞克服负载而移动;另一个柱塞固定，缸筒克服负载而运动。如果在这两个柱塞缸中输入同样流量和压力的油液，试问它们产生的速度和推力是否相等?为什么? 解： 1；柱塞移动： 力 2；缸体移动： 力 作用力与反作用力 相对运动 5-4 如图5-26所示两个结构和尺寸均相同相互串联的液压缸，无杆腔面积，有杆腔面积，输入油压力P1 =0.9MPa,输人流量q1=12L/min。不计损失和泄漏，试求: 1)两缸承受相同负载时()，负载和速度各为多少? 2)缸I不受负戟时()，缸2能承受多少负载? 3)缸2不受负载时()，缸1能承受多少负载? 解： 1） 2） p2=1.125 3） 答 速度相同 5 -5 液压缸如图5-27所示，输入压力为P1 ,活塞直径为D,柱塞直径为d,试求输出压力P2为多大? 解： 5-6 一单杆活塞缸快进时采用差动连接，快退时油液输人缸的有杆腔，设缸快进、快退的速度均为0.1 m/s，工进时杆受压，推力为25000N。已知输入流量q=25L/min，背压p2=0. 2MPa，试求: I)缸和活塞杆直径D,d 2) 缸简壁厚，缸筒材料为45钢。 3)如活塞杆铰接，缸筒固定，安装长度为1.5m，校核活塞杆的纵向稳定性。 解： 1，快进差动连接： 得 d=73mm 快退进入有杆腔： 得 D=105 103 mm 工进时： P1＝2.89+0.2MPa 2）缸筒的壁厚： 假设， 验证，实际满足 3）杆校核： 查表得 ， ， 5-7 液压缸如图5-28所示，缸径D =63mm，活塞杆径d=28mm，采用节流口可调式缓冲装置，环形缓冲腔小径dc = 35 min，试求缓冲行程1c =25mm，运动部件质量m = 2000㎏，运动速度v0=0, 3m/s,摩擦力Ff=950N，工作腔压力Pp=7MPa时的最大缓冲压力。如缸筒强度不够时该怎么办? 解： 答案： 时间： 适当开大节流口，增大行程。 第六章 思考题和习题解 6-1 如图6-68所示圆柱形阀心. D=20mm, d=10mm .阀口开度x =2mm。压力油在阀口处的压力降为，在阀腔a点到b点的压力降.,油的密度，通过阀口时的角度，流量系数,试求油液对阀心的作用力。 解： 稳态液动力： 答案 3.58N。 利用薄壁小孔流量公式 ： 流量 0.699L/min 8.164E-5 6-2 图6-69所示液压缸直径D=100mm, 杆径d=60mm ，负载F＝2000N，进油压力，滑阀阀心直径，阀口开度，射流角，阀口速度系数，流量系数不考虑沿程损失，求阀心受力的大小和方向，以及活塞运动的速度。 解：利用薄壁小孔流量公式 ： 驱动负载需要的压力： 活塞速度： 答案0.31 稳态液动力： 通流截面： 使阀心关闭。 6-3 如图6-70所示液压缸，，，，液控单向阀用作闭锁以防止液压缸下滑，阀的控制活塞面积是阀心承压面积点的三倍。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： 开启前对油缸受力分析： Pk=3.85MPa P1=11.55MPa 解：由图可知，液控单向阀反向流动时背压为零，控制活塞顶开单向阀阀芯最小控制压力PK=1/3P1，由缸的受力平衡方程P1A1=PKA2+F可得 PK=F/(3A1-A2)=30000/(33010-4-1210-4)MPa=3.85MPa P1=3PK=11.55MPa 当液控单向阀无控制压力，PK=0时，为平衡负载F，在液压缸中压力为 P==F/A1=30000/(3010-4) MPa=10MPa 计算表明：在打开液控单向阀时，液压缸中的压力将增大。 6-4如图6-71所示回路.内泄式液控单向阀的控制压力由电磁阀控制。试车时发现电磁铁断电时，液控单向阀无法迅速切断油路；此外，开启液控单向阀所需的控制压力pk也较高。试分析原因并提出改进的方法。 答 原因： 电磁铁断电时，控制腔压力不能迅速卸掉；原因是内泄式，故开启时所需控制压力较高，改进方法：用二位三通电磁阀，断电时接通油箱，用外泄式液控单向阀。 答 O P M Y H √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 6-6 图6-72所示系统中溢流阀的调整压力分别为。,。试求当系统外负载为无穷大时,液压泵的出口压力为多少?如将溢流阀B的遥控口堵住，液压泵的出口压力又为多少? 解 ： 1，泵出口压力2MPa，解释：此时B的控制口接C,B不起作用，直接通过。 2，3MPa解释：此时BC实现串联，开启压力为1.4+2，所以打不开，由A决定压力。 6-7图6-73所示两系统中溢流阀的调整压力分别为。,。当系统外负载为无穷大时。液压泵的出口压力各为多少?对图6-73a的系统.请说明溢流量是如何分配的? 解6-7 a；2MPa, 流量 qb>qc 解释：AB通过控制口流出，先导口不起作用，由压力由C决定压力，远程调压，主阀芯打开。通过控制口流向下一阀。 b；6MPa 解释：B卸荷，AC串联，流量相等。 6-8图6-74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)当液压泵出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)当液压泵出口压力山于工作缸快进，压力降到1.5MPa时(工件仍处于夹紧状态), 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? 解：1）工件夹紧时，夹紧缸压力即为减压调整压力，PA=PC=2.5MPa减压阀开口很小，这时仍有一部分油通过减压阀阀芯的小开口（或三角槽），将先导阀打开而流出，减压阀阀口始终处于工作状态。 2）泵的压力突然降到1.5MPa时，减压阀的进口压力小于调整压力，减压阀阀口全开而先导阀处于关闭状态，阀口不起减压作用，PA=PB=1.5MPa。单向阀 后的C点压力，由于原来夹紧缸处于2.5MPa，单向阀在短时间内有保压作用，故=2.5MPa以免夹紧的工件松动。 3）夹紧缸作空载快速运动时，PC=0，A点的压力如不考虑油液流过单向阀造成的压力损失， PA=0，因减压阀阀口全开，若压力损失不计， 则PB=0由此可见，夹紧缸空载快速运动时将影响到泵的工作压力。 6-9如图6-75所示的减压回路，已知液压缸无杆腔、有杆腔的面积分别为，，最大负载F1=14000N、F2=4250N，背压p =0.15MPa，节流阀的压差p =0.2MPa，试求: 1) A, B, C各点压力(忽略管路阻力)。 2)液压泵和液压阀1、2, 3应选多人的额定压力? 3)若两缸的进给速度分别为，。液压泵和各液压阀的额定流量应选多大? 解： 负载产生的压力： 背压在无杆腔产生压力0.075 MPa B点压力由负载决定：0.425+0.075＝0.5 PA=1.6MPa; PB=0.5 MPa ; PC=1.4 MPa; 负载决定 2，额定压力2.5 MPa 3， 缸1回油流量 缸2回油流量 总流量为 额定流量 所有的 背压阀 6-10如图6-76所示回路，顺序阀和溢流阀串联.调整压力分别为和，当系统外负载为无穷大时，试问; I)液压泵的出口压力为多少? 2)若把两阀的位置互换，液压泵的出口压力又为多少? 1，顺序阀在前：时；时 2，溢流阀在前： 解释：顺序阀常闭。压力达到才开启，类似溢流阀。 6-11 如图6-77所示回路，顺序阀的调整压力，,溢流阀的调整压力，试问在下列情况下A,B点的压力各为多少? 1)液压缸运动，负载压力、时。 2)如负载压力变为1时。 3)活塞运动到右端时。 解： 1，pa=pb=4MPa 顺序阀打开，直接联通，压力损失不计了 2，，负载决定，顺序阀没全打开。 3， 顺序阀顺序动作，溢流阀溢流。 6-12如图6-78所示系统，液压缸的有效而积，液压缸I负载，液压缸II运动时负载为零，不计摩擦阻力、惯性力和管路损失，溢流阀、顺序阀和减压阀的调定压力分别为、和2MPa,试求下列三种工况下A, B和C处的压力。 1)液压泵起动后，两换向阀处于中位时。 2) IYA通电，液压缸I运动时和到终端停止时。 3) IYA断电，2YA通电，液压缸Il运动时和碰到固定挡块停止运动时。 解： 缸负载产生压力 1， 2, 缸1运动时 顺序阀打开， 运动终止 3，1YA断电，2YA得电，缸2动时 1YA断电，2YA得电，缸2到位时 6-13如图6-79所示八种回路，已知:液压泵流量,液压缸无杆腔而积，有杆腔面积。.溢流阀调定压力，负载FL及节流阀通流而积AT均已标在图上，试分别计算各回路中活塞的运动速度和液压泵的工作压力。(设, ) 解： a 小于溢流阀压力，泵工作压力由负载决定的为2 MPa。 速度 B 小于溢流阀压力，泵工作压力负载决定的0.2 MPa。 速度 C 负载产生的压力 节流阀压差0.8 MPa， 泵出口压力2.4，得截流阀的压差为0.4*2=0.8 节流阀流量 泵流量 缸速 D负载产生压力： 节流阀流量 大于5， 泵流量 缸速 泵压2.4 缸前压力为0.625MPa 节流阀流量： E 负载和被压产生压力： 节流阀流量 缸速 泵压2.4 F 负载和被压产生压力： 节流阀流量为泵流量， 节流阀压差：0.14MPa 泵压2.29 MPa 泵没泄荷，缸速 G 泵压2.0 节流阀流量 缸速 H 泵压2.0时 节流阀流量 所以缸速 0， 节流阀流量为泵流量， 节流压差1.26MPa 6-14液压缸活塞面积，负载在500～40000N的范围内变化，为使负载变化时活塞运动速度恒定，在液压缸进口处使用一个调速阀。如将液压泵的工作压力调到其额定压力6.3MPa，试问这是否合适? 解 对节省泵的能耗不利。能使调速阀有良好的流量稳定性。 6-15零开口四边伺服阀的额定流最为，供油压力，阀的流量放大系数,流量系数.油液密度，试求阀心的直径和开口量。 解： 流量 得 流量放大系数 得 6-16 6mm直径的阀心，全周界通油，阀心移动1mm时一个阀口上有7MPa的压降。试问:当系统具有供油压力为14MPa, 21MPa时，该阀的流量增益有多大?（p，cd与6-15题同） 解： 流量放大系数 6-17 一个全周开口的零遮盖双边伺服阀，油的密度，阀心直径d=9mm，阀口流量系数为0.62，供油压力Pp=12MPa.无杆腔有效面积，有杆腔有效面积，液压缸运动速度,当负载压力时，试计算阀心的位移是多少? 解： 流量 阀芯位移：0.07mm 6-18试利用比例调速阀组成一个能实现“快进——工进(无级调速)——快退”的液压回路，且要求回路能承受负向负载。 6-19图6-80所示为二通插装阀组成换向阀的两个例子。如果阀关闭时A,B有压差，试判断电磁铁通电和断电时，图6-80a和图6-80b的压力油能否开启插装阀而流动，并分析各自是作何种换向阀使用的。 解： 电磁阀断电 对a图： 阀关闭 BA 对b图 AB， 阀关闭 电磁阀得电 电磁阀得电AB接通, 根据压力来流动 6.20 试用二通插装阀组成实现图6-81所示三种形式的三位换向阀。