液压与气压传动-高殿荣习题答案.doc

第一章

1-1 答：
①动力元件—机械能转化成压力能；
②执行元件—压力能转化成机械能；
③液压介质—能量传递的载体；
④控制元件—介质流动的压力、流量及方向进行控制的元件；
⑤辅助元件—除了以上元件外，都叫辅助元件。

1-2 答：
与其他相比，优点：
①无级调速；
②功率重量比大；
③大功率时响应快；
④易于实现自动化；
⑤易于过载保护；
⑥标准通用化；
⑦布置灵活；
⑧热量被油液带走。
缺点：
①泄漏，传动比不严格；
②效率低；
③温度及污染敏感；
④造价高，需要单独泵源；
⑤故障排查困难；

1-3 答：
相同点：都以液体作为传动介质；
不同点：液力传动—机械能转化成动能；
液压传动—机械能转化成压力能。

1-4 答：
规定
①只表示职能，连接先后次序，不表示具体结构，参数及安装位置；
②油液流动方向以箭头表示，双向可逆；
③元件画静止位置或中间零位置

第一章
2-1 答：
工作压力取决于外负载的大小及管路的压力损失，与泵流量无关。
工作压力—液压泵实际工作时的输出压力；额定压力—液压泵正常条件下，长期工作时的最高压力。
额定压力>工作压力。
2-2 答：
排量—泵每转一圈，排出的液体体积。
理论流量—不考虑泄漏时，泵单位时间内排出的液体体积。
实际流量—实际工况下，泵单位时间内排出的液体体积。
关系：理论流量=排量*转速；
实际流量=排量*转速*容积效率。

2-3 答：
能量损失为容积损失与摩擦损失。
容积损失—高压腔泄漏，油液压缩性，吸空(吸油阻力大，粘度大，转速高)引起的油液不能充满密封工作腔；
摩擦损失—机械摩擦及液体粘性摩擦引起的。

2-4 答：
拐点压力之前，为低压、大流量工况，对应设备的快进状态；拐点压力之后，对应高压、小流量工况，对应设备的工进状态。能够自动实现设备的快进、工进状态切换。
泵的限定压力由调节螺钉来调节；最大流量由最大流量调节螺钉来调节
调节调节螺钉时，泵的拐点压力将在PQ曲线上左右移动；调节最大流量调节螺钉时，泵的流量将改变。

2-5 答：
柱塞泵的关键摩擦副为柱塞与柱塞孔间，为轴孔配合，加工精度高，泄漏少，因此可以适合高压场合。

2-6 答：
齿轮泵高压化需要解决泄漏及径向不平衡力问题。
泄漏：
轴向泄漏，采用浮动侧板，浮动轴套及弹性侧板方式补偿；
径向泄漏，一般不考虑；
啮合泄漏，不考虑。
径向不平衡力：
提高轴承强度，合理设计齿轮参数，以及减小齿頂圆上径向力(扩大吸入角，扩大压出角，开平衡槽)

2-7 答：
叶片泵原则上正反转可以实现油液反流，但是由于叶片泵出口位置侧板进行补偿，叶片存在前倾与后倾角度，所以不能实现正反转。

2-8 答：提高双作用叶片泵压力方法：
端面间隙补偿
减小吸油区叶片对定子曲线的压力，也能解除双作用叶片泵的压力限制：薄叶片结构，双叶片结构，子母叶片结构，柱销叶片结构，阶梯叶片结构，弹簧叶片结构。

2-9 答：
齿轮泵 优点：结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，质量轻，自吸性能好，油液不敏感，可靠度高；
缺点：压力低，脉动大，振动大，噪声大，排量不可调。
场合：低压，定量，脉动要求低，环境差的场合。
叶片泵 优点：流量均匀，脉动小，噪声小，振动小，工作平稳。
缺点：自吸性能不好，油液敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高。
场合：应用较广泛。
柱塞泵 优点：容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多用於大功率液压系统；
缺点：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。
场合：高压，变量场合。
螺杆泵 优点：脉动小，无困油，噪声小，振动小，效率高，寿命长，转速高，结构简单，自吸性能最好，工作可靠，油液污染不敏感。
缺点：流量小，价格贵，加工精度高。
场合：静压机床领域。

2-10 答：
(1)额定流量Pn=pn×qn；
(2)容积效率ηv=总效率η/机械效率ηm；
实际流量q=额定理论流量qn×容积效率ηv；
泄漏Δq=额定流量qn-实际流量q。

2-11 答：
排量V=2πm2zb
理论流量qn=排量V×转速n；
容积效率ηv=实际流量q/理论流量qn；

2-12 答：
（1）排量V=空载流量q0/转速n0；
（2）转速n=1420时，理论流量qn=排量*转速n；
容积效率ηv=实际流量q/理论流量qn；
总效率η=实际流量q*压力p/输入功率。

2-13 答：
（1）排量V=πd2Dz（tanα）/4；
理论流量qn=排量V×转速n；
（2）实际流量q=理论流量qn×容积效率ηv；
（3）总效率η=容积效率ηv×机械效率ηm；
理论功率Pn=理论流量qn×压力p；
实际输入功率=理论功率Pn/总效率η；

第三章
3-1 答：
活塞杆液压缸分别双活塞杆液压缸及单活塞杆液压缸。
双活塞杆液压缸用于往返速度及输出力相等的工况；而但活塞杆液压缸可以选择无杆腔进油、有杆腔进油及差动连接进油方式，来实现三种不同的运动速度及输出力的工况。

3-2 答：
无杆腔进油，
F=πD2p1ηm/4；
v=4qηv/π/D2；
有杆腔进油，
F=π(D2-d2)p1ηm/4；
v=4qηv/π/(D2-d2)；
差动连接，
F=πd2p1ηm/4；
v=4qηv/π/d2；

3-3 答：
v==4q/π/d2
注意，直径选择柱塞的直径，不要选择缸体的内径。

3-4 答：
P2=F2/A2；
P1=F1/A1+P2=F1/A1+F2/A2
v1=q1/A1
v2=q1/A2
注意：要求两个液压缸的容积一致。

3-5 答：
（1）泵的实际输出流量为：qp=排量Vp×转速n×容积效率ηvp；
马达的转速为：nM=泵实际流量qp×马达容积效率ηvM/马达排量VM；
（2）马达的输入压力为：pm=pp-0.5；
马达的输入功率为：Pr=pm×泵的实际输出流量qp；
马达的输出功率为：PM=pr×容积效率ηvM×机械效率ηmM；
（3）马达的输出转矩为：输出功率PM/（2*pi*马达转速nM）。

注意条件：不计泄漏是不计管道的泄漏，即泵输出流量与马达输入流量一致。
马达回油压力损失，即马达的回油压力为0.

第四章
4-1 答：
（1）普通单向阀：与其他元件组成组合元件（单向节流阀，单向顺序阀等）；作为背压阀；多泵供油时作为隔断（例如，两工一备时如果不加隔断，则工作泵打出的油直接从备用泵倒灌回油箱）
（2）液控单向阀：液压锁；平衡阀；充液阀；

4-2 答：
图5.13 简式外泄型液控单向阀
1 —控制活塞； 2 —顶杆；3 —阀芯。

外泄式的活塞背压腔直接接通油箱，这样反向开启时就可以减小P1腔压力对控制压力的影响，从而减小控制压力。故一般在反向出油口压力较低时采用内泄式，高压系统采用外泄式。

4-3 答：

O
P
M
Y
H
系统保压
可以
可以
不可以
可以
不可以
系统卸荷
不可以
不可以
可以
不可以
可以
换向精度
高
低
高
低
低
启动平稳性
好
好
好
差
差
浮动
不可以
可以
不可以
可以
可以

4-4 答：

（1）Y型先导阀可以使得主阀两控制右路压力为零，主阀阀芯在弹簧力对中作用下位于中位；
（2）阀不会动作。因为当电磁铁1得电时，先导阀左位工作，主阀左侧控制腔接进口压力油；但是由于M型中位机能，使得泵一直处于卸荷状态，压力绝对为零，故不会产生推动主阀运动的液压力，主阀不会换向。措施是在回油路上接一个背压阀即可。

4-5 答：
将执行元件锁紧与元件浮动相反，泵卸荷看P口接什么，答案与4-3基本一样。

4-6 答：
溢流阀作用是调压溢流以及安全作用；顺序阀作用是利用油液压力作为控制信号控制油路的通断；减压阀使系统的某一支路获得稳定的低压。
溢流阀原理：并联溢流式压力负反馈；

减压阀原理：串联减压式压力负反馈；

顺序阀原理：与直动型溢流阀相似，但是顺序阀为减小调压弹簧刚度，设置了截面积比阀芯小的控制活塞
顺序阀不可以作为溢流阀用。其一，出口不是溢流口，因此出口不接回油箱，而是与某一执行元件相连，弹簧腔泄油口L必须单独接回油箱；其二，顺序阀不是稳压阀，而是开关阀，它是一种利用压力的高低控制油路通断的“压控开关”。
4-7 答：

（1）如果堵塞该阀将变成直动型溢流阀。
（2）主阀始终处于关闭的状态。

4-8 答：
答案同4-4，不再赘述。

4-9 答：

节流阀为单纯节流口调速，流量刚度小。
调速阀为定差减压阀与节流阀串联，能够保证外负载变化时节流阀前后压差及节流面积不变，通过的流量不变，流量刚度大。
调速阀用于负载变化大的场合，节流阀用于负载变化小的场合。

4-10 答：

区别：（1）溢流阀是进口压力负反馈；减压阀是出口压力负反馈
（2）溢流阀阀口常闭；减压阀阀口常开。
（3）溢流阀出口接油箱；减压阀出口接负载。
（4）溢流阀无泄油口；减压阀有泄油口
方法：（1）是否有外泄口，有则是减压阀，无则是溢流阀；（2）在入口吹烟气，出口冒烟是减压阀，不冒是溢流阀。

4-11 答：(1)、没有负载； (2)、负载虽有，但由其所决定的压力值小于减压阀的调定值；（3）减压阀进出油口压差偏低。当进出油口压差低于0.5MPa时，其出口压力不稳，调节困难，即调不上去；（4）减压阀进、出油口接反。

4-12 答：用于卸荷阀使用时采用外控、内泄式。用于背压阀使用时可采用内控、内泄式。反之则不行，外控内泄式形成不了背压，内控内泄式不能使油液卸荷。

顺序阀当卸荷阀及平衡阀时，泄漏口按照内泄及外泄方式考虑接通（阀后无节流阀时，可以内泄；阀后有节流阀时，最后用外泄）；而当前端油压可靠稳定，且预先知道范围时采用内控式；否则采用外控式。
内控式，结构简单，但负载变化时可靠度不高；外控式，结构复杂，但可靠度高。

4-13 答：
当XF2压力为5 MPa时，XF1进口压力为10MPa，XF1全开。
当XF2压力调整至15MPa时，XF1进口压力为15MPa，XF1全开。

4-14 答：

溢流阀
减压阀
顺序阀
控制油口
进口压力
出口压力
进口压力
工作状态
常闭
常开
常闭
设泄油口
无
有
有
油路流向
油箱
系统
系统

4-15 答：
薄壁小孔的温度不敏感，即油液温度变化时，油液粘度变化，但是薄壁小孔非常短，油液粘度还来不及作用便流过节流口，不会产生速度变化，因此温度不敏感。

4-16 答：
1)通流能力大，特别适用于大流量的场合。
2)阀芯动作灵敏、抗堵塞能力强。
3)密封性好，泄漏小，油液流经阀口压力损失小。
4)结构简单，易于实现标准化。

第五章
5-1 答：
（1）O型圈密封，靠变形量来密封油液，静密封，用于静态及速度低的场合。
（2）唇形密封，靠唇形边变形密封油液，动，用于速度高的场合；
（3）组合密封，结合以上优点，场合应用广泛。
（4）防尘圈，防止外界杂质进入系统，用于低压场合。

5-2 答：
（1）网式过滤器，一层砂网进行过滤，可以清洗，但过滤精度低，通流能力大，作为吸油过滤器。
（2）线隙式过滤器，铜丝或者钢丝不断缠绕而依靠丝间间隙进行过滤，不可清洗，过滤精度好，通流能力大，作为回油过滤器。
（3）纸质式过滤器，采用滤纸过滤，无法清洗，过滤精度高，通流能力小，作为回油及压油过滤器。
（4）烧结式过滤器，烧结成多孔介质形，过滤精度高，滤芯强度大，作为高压过滤器。
（5）磁性过滤器，专门用磁铁来过滤铁屑，与其他过滤器配合使用。

5-3 答：
（1）吸油过滤器，过滤精度低，通流能力要大。
（2）压油过滤器，承受高压及冲击，强度要大，配有堵塞发信装置。
（3）回油滤油器，过滤精度高，承受压力低。
（4）独立过滤器，过滤精度及通流能力及承受压力均自行设计，独立运行，与主系统开启停止无关，一直过滤。

5-4 答：
过滤精度为过滤器过滤的杂质最小直径。一般分为NAS00-13级，00级最好，13级为最低精度，再低仪器直接爆表了。
过滤精度根据后面的元件要求油液清洁等级进行选取。一般要考虑通流能力及工作压力。
若要求通流能力大，则过滤精度一般低；反之，过滤精度高。

5-5 答：
油箱作用：储存工作介质；散发热量；分离空气；沉淀杂质；给泵站提供安装平台。
设计考虑的问题有：容积及散热面积；进出油油管的安放及位置；吊耳；隔板；放油螺塞；清洗口；密封装置；加热器；冷却器；液位计；空气滤清器等。

5-6 答：
油管的分类及场合为P115中的表5-2.
硬管管接头：扩口式，低压场合；卡套式，对轴向尺寸要求不高，但对管道尺寸精度要求高，否则卡不上，拆卸方便；焊接式，简单方便，但不可拆卸。
软管管接头：扩口式及压扣式，一般厂家直接做好，不需自行安装。

5-7 答：
蓄能器分为充气式（气囊式、活塞式、柱塞式及差动活塞式、直接接触式等），重力式，弹簧式等。
活塞式，结构简单，寿命长，用于大体积、大流量场合；反映不灵敏，稳定性差，作为吸收脉动用；
气囊式，结构简答，响应快，使用场合广泛，但工艺复杂。
重力式，反应慢，体积庞大，用于冶金等大型系统的恒压供油。
弹簧式，结构简单，反应灵敏，容量小，用于低压、小容量场合。

5-8 答：
公式：ΔV=V0p01/n[(1/p1)1/n-(1/p2)1/n]
快速供油，n=1.4；ΔV=5L；p0=9MPa；p1=10MPa；p2=20MPa。
结果自己算。

5-9 答：
公式：ΔV=V0p01/n[(1/p1)1/n-(1/p2)1/n]
慢速供油，n=1；V0=2.5L；p0=2.5MPa；p1=7MPa；p2=12MPa。
结果自己算。

5-10 答：
考虑通流能力，过滤精度，工作压差，承受的压力，清洗方便等。
此过滤器流量与泵一致，只能安装在泵出口，保护系统。

5-11 答：
吸油口及回油口应该在最低液面之下；而泄漏油口应该在最高液面之上；回油管端应该切45°角为佳。
隔板高度应比最低液面低一点为佳。

5-12 答：
轴用密封圈是安装在孔里面，来密封轴孔的，如活塞杆与导向套；
孔用密封圈是安装在轴里面，来密封轴孔的，如活塞与液压缸内壁。
因此活塞杆与导向套间需要轴用密封圈，不能用孔用密封圈。
Yx型密封圈分成两种，使用效果更佳。

5-13 答：
O型密封圈一般用于精密封及速度低的动密封；
当速度大时，两侧要安装有挡圈，防止O型圈挤进缝隙里面。

5-14 答：
d=2（q/π/v）0.5；
压油管速度要求：2.5---5；吸油管：0.5---1.5；回油管：1.5---2；控制油管：2---3；软管：<4；
δ=pdn/2/σb;
σb为各种管路的抗拉强度；
q=40L/min；p=6.3MPa；n为安全系数；小于7MPa为8；7、17.5范围内为6；大于17.5为4.
结果自己算

5-15 答：
计算方式与5-14一致。

第六章
6-1 答：

（1）负载无穷大，YA断电，则压力油只能通过先导溢流阀的先导阀开启，进行溢流，压力为4MPa。
（2）负载为2MPa，YA断电，则压力油进入系统，则压力为2MPa；
（3）负载为2MPa，YA得电，电磁溢流阀直接溢流，因此压力为0MPa。

6-2 答：
把先导式溢流阀的控制口当成泄漏口接油箱，则先导溢流阀直接卸荷，压力油直接打开主阀回油箱，则系统压力为0。

6-3 答：

（1）a图中，直动式溢流阀C的设定压力为2MPa；先导式溢流阀B的先导阀压力为4MPa，控制口接C阀，压力为2MPa，阀B的控制压力取最小值（C阀压力），为2MPa；同理，先导式溢流阀A的先导阀压力为6MPa，控制口接阀B，压力为2MPa，阀A的控制压力取最小值（B阀压力），为2MPa，则最终a图的溢流阀压力为2MPa；
流量分配为：
溢流流量通过A阀，分为主流量与小流量；主流量通过A主阀，小流量通过A先导阀；
A阀的先导阀流量又分成B阀的主流量与小流量；主流量通过B主阀，小流量通过B先导阀；
B阀的先导阀流量为C阀的流量；
（2）b图中，先导式溢流阀B的控制口接油箱，相当于阀B直接卸荷，不起作用；因此设定压力为阀A与阀C的设定压力之和，为6MPa。

6-4 答：
不同的减压阀串联，其压力取决于压力设定值小的那个阀；两个并联的话，压力取决于压力设定值大的那个阀。

6-5 答：
P130中图6-15即为答案。

6-6 答：

调速阀进出口装反后，其中的定差减压阀阀口全开，不起任何作用，就相当于节流阀。
 解答：在节流调速系统中，如果调速阀的进、出油口接反了，调速阀流量将随负载的变化而变化，流速不稳定。因为进、出油口接反后，调速阀中的 减压阀弹簧腔压力高，减压口开至最大而不起作用，相当于简式节流阀。
6-7 答：

（1）A、C点位置的压力为2.5MPa，而B位置的压力为5MPa。
（2）A、B、C三点位置的压力均为1.5MPa。
（3）A、B、C三点位置的压力均为0MPa。

6-8 答：

（1）快进时，列方程：
活塞杆受力平衡方程：p1A1=p2A2； （1）
油液流向：泵—阀1左腔—阀2左腔—液压缸无杆腔—液压缸有杆腔—阀3右腔—阀2左腔—差动连接。
各压力值的方程为：流经各阀口的压力损失为0.2MPa，则
p2-0.2=p0；p0-0.2=p1；p3-0.2=p0 （2）
联立方程（1）与（2），计算得到p1=0.4；p2=0.8；p0=0.6；p3=0.8
（2）快进速度为差动连接，实际油液作用面积为A1-A2=A2
则液压缸速度为v=q/A2
（3）工进时液压泵的工作压力取决于溢流阀，为1MPa；
（4）快退时，直接得到：
活塞杆受力平衡方程：p1A1=p2A2； （1）
各压力值的方程为：流经各阀口的压力损失为0.2MPa，则
p1=0+0.2=0.2；
p2=0.4；p0=p2+0.2=0.6；p3=p0+0.2=0.8
（5）差动时液压缸两腔压力值不相等。

6-9 答：
（1）右行时，列方程：
p2=0；
活塞受力p1=F/A1；
则经过节流阀的流量q1为：
q1=kA（p0-p1）m=kA（p0-F/A1）m；；
（2）左行时，列方程：
p2=p0；
活塞受力p0A0=F+p1A1-------- p1=p0A0/A1-F/A1
则经过节流阀的流量q2为：
q2=kA（p1-0）m=kA（p0A0/A1-F/A1）m；；
A0<A1，则q1>q2

6-10 答：
（1）顺序阀最小调定压力应为重物自重作用在有杆腔上产生的压力，p顺序阀=（FG-Ff）/A2；
（2）溢流阀最小调定压力应为推动重物下行的最大工作载荷；
重物下行时的工作载荷为：
驱动力=工作载荷+摩擦力-自重；则
P溢流阀=（R-FG+Ff）/A1：

6-11 答：
（1）液压缸大腔压力最高时为，液压缸不动作，进入节流阀1的油液全部从节流阀2流出，则列两个节流阀的流量方程：
q节流阀1=kAt1（py-p缸）0.5；
q节流阀2=kAt2（py）0.5；
两个流量相等，q节流阀1=q节流阀2，则p缸=1.6 MPa；
（2）当液压缸压力最大时，流进节流阀1的流量最少，则进入溢流阀的流量最大，其数值为：
q溢流阀=qp-q节流阀1= qp-kAt1（py-p缸）0.5；

6-12 答：
（1）1为低压大流量泵；2为高压小流量泵；3为截止阀，防止泵2的油流向左侧；4为溢流阀，用于大泵的卸荷；5为安全阀；6为减压阀，降低支路压力；7为单向阀，保压截至；8、12为电磁换向阀；9为压力继电器；10、15为液压缸；11为背压阀；13与14组成成单向节流阀；
（2）缸10为定位缸，用于工件定位；缸运动时，压力值为减压阀6的调定值；
当缸10定位后，缸不再运动，压力值升高，高于继电器9设定值时，报警；
缸15为夹紧缸，用于工件夹紧；当夹紧缸空载运行时，系统压力低，未达到溢流阀4的设定值，泵1与泵2同时供油，液压缸行进速度大；当液压缸夹紧工件时，系统压力高，达到溢流阀4的设定值，泵1通过溢流阀4进行卸荷；泵2单独向系统供油，为高压小流量；
（3）夹紧缸的工作负载为30000N/100cm2=3MPa，阀11为背压阀，一般设定值为0.5~1MPa；
减压阀6的设定值为1MPa；
阀4的设定值一般为小于等于3MPa；
阀5的设定值一般大于工作负载+背压，一般要大于3.5~4.0MPa。

6-13 答：
（1）阀4中位时，泵1及马达2均卸荷；
（2）阀4上位时，泵1出口接安全阀5、节流阀3及马达入口，为旁路节流调速；马达出口接油箱，泵带动马达转动；
（3）阀4下位时，泵1出口接油箱；马达进口接油箱，出口接安全阀5，马达转动排除的油需要克服安全阀5才能回油箱，具有一定负载，使得马达进行减速及制动；