流体传动与控制基础 课后习题答案 1 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 流体传动与控制基础流体传动与控制基础 课后习题答案课后习题答案 第一章第一章 液压传动概述液压传动概述 1-1 何为液压传动？ 用液体作介质利用其压力能传递动力的就成为液压传动。 1-2 液压传动与液体输送系统有何不同？ 液压传动能传递动力并通过执行机构对外界做功，是以液体为工作介质进行能量的转换、 传递、分配和控制的一门技术科学。而液体输送是利用离心机的工作原理将液体从一处转 移到另一处。 1-3 在应用液压传动时，重要的基本定律是什么？其意义何在？ 能量守恒定律和伯努利定律。 1-4 现代工业生产过程中有那几种基本的动力传动与控制方式？ 液压、气压、电气和机械传动与控制。 1-5 液压传动的优点？列举五种液压传动的应用实例。 优点：1、液压缸执行元件易于实现直线往复运动，并能输出较大的力。 2、液压传动装置体积小，质量轻，功率与质量之比大。 3、液压执行元件的机构响应速度快，加速能力较强。 4、功率损失可以通过工作介质液压油比较方便的带到热交换器和邮箱中去挥 发。 5、元件能自行润换，延长了使用寿命。 6、低速大扭矩液压马达运转平稳，输出扭矩大，可直接连接工作机构，使传动装 置紧凑。 7、易于实现过载保护，并能在很大范围内实现无级调速。 8、传动装置的速度刚度较大，带负载后速度变化较小。 应用实例：挖掘机，起重机，民用客机的起落架，发电设备，金属切削机船，机器人等。 1-6 液压传动系统有那几部分组成？ 流体传动与控制基础 课后习题答案 2 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 液压能源，执行元件，控制元件和液压辅件。 1-7 液压油的作用？列举四种液压油以及适用场合。 作用：传递动力，润滑元件，散热。 抗磨液压油：提高原件在高压条件下的抗磨性。 低温液压油：具有较好的你粘温特性和低温使用性能，适合户外低温环境下的液压系统。 难燃液压油：适用于要求防火的液压系统。 液压导轨油：适用于机床液压和导轨润滑合用液压油系统。 1-8 液压油的牌号是如何表示的？ 40时运动粘度的平均值 1-9 见 1-7 第二章第二章 液压流体力学基础液压流体力学基础 2-1 液体粘性是什么及其物理意义？ 当液体在外力作用下流动时，由于液体分子间的吸引力而产生阻碍流体运动的内摩擦力， 这种性质成为液体的粘性。 2-2 常用液体粘度的表示方法有哪几种？ 动力粘度：面积各为 1cm2 和相距 1cm 的两层液体，当其中的某层液体以 1cm/s 的速度与 另一层液体做相对运动时所产生的摩擦力。 运动粘度：液体动力粘度与它的密度的比值，用 表示。 恩氏粘度（中国用的相对粘度）：与运动粘度的换算关系： ( ) 2-4 液体的粘度与温度压力的关系？ 温度升高，粘度降低。 压力增大，粘度增大。 2-6 流体传动与控制基础 课后习题答案 3 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 以绝对真空作为基准所表示的压力，叫做绝对压力；以大气压作为基准所表示的压力，叫 做相对压力（表压力）；绝对压力比大气压小的那部分数值叫做真空度。 真空度=大气压绝对压力 2-7 流量连续性方程的物理意义和适用条件？ 流量连续性方程表示了液体动力学中质量守恒这一客观规律，说明在定常流动中，通过所 有过流断面上的流量都是相等的，并且断面平均流速是与断面面积成反比。适用条件必须 是理想液体。 常数 2-8 伯努利方程的物理意义？其理论式和实际式的区别？ 物理意义：理想液体再定常流动时，各界面上具有的总比能由比位能，比压能，和比动能 组成，三者可相互转化，但三者之和保持不变。 理论式： 常数 实际式： 2-9 什么是层流流动？ 层流流动是指液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，液体的流动呈直线型，而且 平行于管道轴线。 2-10 什么是湍流流动，产生的原因是？ 湍流是指液体中质点除沿管道轴线方向运动外，还有横向运动，呈杂乱无章的状态。 湍流是突然改变流向或横截面积，或是流速太高所引起的。 2-11 如何判断管中液体的流态？ 由雷诺数 Re 判定。 金属圆管的临界 Re=2320，当 Re2320 时为层流。 2-12 管路中流动的液体为什么会有压力降？ 由粘性摩擦引起。 流体传动与控制基础 课后习题答案 4 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 2-14 管路中压力损失有哪些，分别由什么引起？ 沿程压力损失与管长，流速和液体粘度成正比，与管径的平方成反比。 局部压力损失是当管路界面突然缩小、扩大或者改变方向时引起湍流，湍流导致液流产生 漩涡，流动摩擦力增大所产生的。 总压力损失为沿程压力损失和局部压力损失之和。 补充：液体流经小孔的流量计算。 第三章第三章 液压动力元件液压动力元件 3-1 液压泵在液压传动系统中的作用是什么？ 液压泵用来提供液压能，即具有一定压力和流量的液体。因此，液压泵又被称为液压能源 元件。 3-2 简述液压泵的基本原理。 通过进油口的单向阀只允许油液单向进入工作腔，排油口上的单向阀只允许油液从工作腔 中排出。当柱塞右移，使柱塞和缸体间的密闭工作腔增大，产生真空，邮箱中的油液在大 气压的作用下经进油口的单向阀进入密闭工作腔，这一过程为吸油。当柱塞左移，密闭工 作腔减小，压力增大，油液受挤压经排油口单向阀排出，这一过程为排油。 3-3 液压传动系统中的压力是如何建立起来的？ 吸油腔的压力取决于吸油高度和吸油管路的压力损失。吸油高度越高，管路阻力越大，则 吸油腔所需的真空度也越大。 液压泵输出油液的压力是由油液出流流动时所受到的阻力产生。这种阻力主要决定于作用 在执行器上的负载、管路中节流阀所产生的节流阻力以及管路的沿程压力损失等。 液压泵每工作一次循环过程所吸入和排出油液的理论体积取决于密闭工作腔的容积变化量， 而与排油压力无关。 3-4 液压泵的排量和流量是如何定义的？ 排量是指液压泵每转一弧度所输出的液体体积，其值是密闭容积几何尺寸的变化量，用 表示，国际单位为 。 流体传动与控制基础 课后习题答案 5 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 流量是指液压泵在单位时间内所输出的液体体积。通常有理论流量，实际流量和额定流量 三种。 理论流量是指液压泵在单位时间内由密闭容积几何尺寸变化所排出的液体体积，用 表示， 国际单位为 。理论流量正比于泵的排量 （ ）和角速度 （ ），即 实际流量是指液压泵工作时实际输出的流量，用 q 表示。实际流量一般随泵排油压力的升 高而减小，这是由泵的泄露所致。 额定流量是指液压泵在额定压力、额定转速下连续运行所输出的流量，用 表示。 3-5 定量泵和变量泵有何区别？ 在转速恒定的条件下，输出流量可变的为变量泵，反之为定量泵。 3-6 螺杆泵性能上有什么特点？ 运转平稳，噪声低，瞬时流量十分均匀，竖放占地小，再舰船、及其的润滑系统中应用广 泛。但加工制造要求比较高。 3-7 单作用叶片泵和双作用叶片泵有何区别？ 单作用叶片泵可通过调整偏心距，改变流量和排量大小，但受力不平衡。 双作用叶片泵受力平衡，使用寿命长，但排量不可变，且加工要求较高。 3-8 评价液压泵工作特性的指标有哪些？ 输入输出功率，容积效率，机械效率和总效率。 3-9 三种效率的定义。 容积效率：实际输出流量与理论输出流量之比。 机械效率：理论输入转矩与实际输入转矩之比或理论输入功率与实际输入功率之比。 总效率：输出功率与输入机械功率之比，或容积效率与机械效率的乘积。 流体传动与控制基础 课后习题答案 6 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 3-13 液压泵的额定工作压力的含义是什么？与实际工作压力的区别是什么？ 额定压力是指液压泵按试验标准规定能连续运转的最高压力，用 表示。额定压力是它能 承受的最大压力，实际压力是实际工作中泵承受的压力。额定压力是不变的，实际压力会 随负载或系统调定值的变化而变化，必须小于额定压力。 3-14 试比较齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的性能特点。 齿轮泵：体积较小，结构较简单，工作可靠，能产生较高的液体压力，对油的清洁度要求 不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。 叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀，运转平稳，排量大，效率 高，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。 柱塞泵：容积效率高，泄漏小，压力高，性能稳定，成本高，脉动最小，可以变量，常用 在高压系统和工程机械上；但结构复杂，材料和加工精度要求高，价格贵，对油的清洁度 要求高，它的自吸性能最差。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。 3-17 一轴向柱塞泵的排量为 125 ，在转速为 1500r/min 和排油压力为 20MPa 的工况 条件下，其输出流量为 179L/min。若原动机输入功率为 67kW，求泵的输出功率是多少？ 输入转矩是多少？泵的总效率是多少？ 解： 由题目已知： =125 ； =67kW； q=179L/min 故输出功率 =60kW 由 得 则 3-18 一轴向柱塞泵的排量为 71 ，额定转速为 960r/min，泵吸油口压力为 0.6MPa， 排油压力为 10MPa，容积效率 =0.95，总效率 =0.85。求液压泵的输出流量是多少？输 出液压泵的电动机所需功率是多少？ 解： 由题目已知： =71 ； =0.95； =0.85； 故输出流量 q= 输出功率 =10.14kW 由 得 流体传动与控制基础 课后习题答案 7 北京理工大学 Beijing Institute of Technology 祁正阳 Charles Qi E-mail:Charles.qi0501 输入功率 第四章第四章 液压执行元件液压执行元件 4-1 液压执行元件有几类？各有什么作用？ 按运动形式不同，液压执行元件可分为两大类：作直线往复运动的液压缸和做旋转运动的 液压马达。 液压缸是将液压能转变为直线往复运动机械能的装置。 液压马达能把液压能转变为马达轴上的转矩和转速运动输出，即把液流的压力能转变为马 达轴上的转矩输出，把输入液压马达的液流流量转变为马达轴的转速运动。 4-2 单作用液压缸和双作用液压缸的区别。 单作用液压缸只有一个工作腔，其外审运动是靠液压力的作用，而回程运动靠重力、外力 或弹簧力等实现。 双作用液压缸的伸出缩回都是利用液压油的操作来实现的。 4-3 液压缸的运动速度和工作压力如何确定？ 进入液压缸的液流流量等于液流截面面积和流速的乘积，液流截面即是液压缸工作腔的有 效面积，液流的平均流速即是活塞的运动速度。因此有 。 工作腔的油液压力由活塞杆上的作用力和工作强的有效面积决定， ，即油液的工作 压力取决于负载力。 4-4 液压马达的转速和工作压力如何确定？ *额定转速高于 500r/min 的属于高速液压马达。 液压马达每转一弧度所需输入液体的理论体积，成为排量。 当给定马达排量和输入马达的流量时，马达的角速度为 。 马达的工作压力决定于转矩负载和马达排量，对于给定