机械、电气、气压及液压-四大传动方式的比较
㈠?机械
1.齿轮传动：
1）分类：平面齿轮传动、空间齿轮传动。
2）特点：优点适用的圆周速度和功率范围广；传动比准确、稳定、效率高。；工作可靠性高、寿命长。；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动
缺点要求较高的制造和安装精度、成本较高。；不适宜远距离两轴之间的传动。
3）渐开线标准齿轮基本尺寸的名称有齿顶圆；齿根圆；分度圆；摸数；压力角等。
2.涡轮涡杆传动：
适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力。
1）特点：优点传动比大。；结构尺寸紧凑。
缺点轴向力大、易发热、效率低。；只能单向传动。
涡轮涡杆传动的主要参数有：模数；压力角；蜗轮分度圆；蜗杆分度
圆；导程；蜗轮齿数；蜗杆头数；传动比等。
3.带传动：包括主动轮、从动轮；环形带
1）用于两轴平行回转方向相同的场合，称为开口运动，中心距和包角的概念。
2）带的型式按横截面形状可分为平带、V带和特殊带三大类。
3）应用时重点是：传动比的计算；带的应力分析计算；单根V带的许用功
率。
4）带传动的特点：
优点：适用于两轴中心距较大的传动；、带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；过载时打滑防止损坏其他零部件；结构简单、成本低廉。
缺点：传动的外廓尺寸较大；、需张紧装置；由于打滑，不能保证
固定不变的传动比；带的寿命较短；传动效率较低。
4.链传动包括主动链、从动链；环形链条。
链传动与齿轮传动相比，其主要特点：制造和安装精度要求较低；中心距较大时，其传动结构简单；瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差。
5.轮系
1）轮系分为定轴轮系和周转轮系两种类型。
2）轮系中的输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比称为轮系的传动比。等于各对啮合齿轮中所有从动齿轮齿数的乘积与所有主动齿轮齿数乘积之比。
3）在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即既作自转，又作公转的齿轮，称为行星轮，轴线位置固定的齿轮则称为中心轮或太阳轮。
4）周转轮系的传动比不能直接用求解定轴轮系传动比的方法来计算，必须利用相对运动的原理，用相对速度法（或称为反转法）将周转轮系转化成假想的定轴轮系进行计算。
5）轮系的主要特点：
适用于相距较远的两轴之间的传动；可作为变速器实现变速传动；可获得
较大的传动比；实现运动的合成与分解。
㈡?电气
1、精确度高：伺服电机作为动力源，由滚珠丝杠和同步皮带等组成结构简单而效率很高的传动机构。它的重复精度误差是0.01%。
2、节省能源：可将工作循环中的减速阶段释放的能量转换为电能再次利用，从而减低了运行成本，连接的电力设备仅是液压驱动所需电力设备的25%。
3、精密控制：根据设定参数实现精确控制，在高精度传感器、计量装置、计算机技术支持下，能够大大超过其他控制方式能达到的控制精度。
4、改善环保水平：由于使用能源品种的减少及其优化的性能，污染源减少了，噪音降低了，为工厂的环保工作，提供了更良好的保证。
5、降低噪音：其运行噪音值低于70分贝，大约是液压驱动注塑机噪音值的2/3。
6、节约成本：此机去除了液压油的成本和引起的麻烦，没有硬管或软喉，无须对液压油冷却，大幅度降低了冷却水成本等。
㈢.气压
优点
1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。
2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失
也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。
3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清
洁，不存在介质变质等问题。
4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。
5）成本低，过载能自动保护。
缺点
1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。
2）因工作压力低（一般为0.31.0MPa ），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10~40kN。
3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。
4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此, 气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。
㈣?液压
优点
1）从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵
2）从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达100 : l到2000 : 1 ；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与CPU（计算机）的连接，便于实现自动化。
3）从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化。
4）所有采用液压技术的设备安全可靠性好。
5）经济：液压技术的可塑性和可变性很强，可以增加柔性生产的柔度，和容易对生产程序进行改变和调整，液压元件相对说来制造成本也不高，适应性比较强。
6）液压易与微机控制等新技术相结合，构成机-电-液-光”一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。
缺点：
任何事物都是一分为二的，液压传动也不例外：
1）液压传动因有相对运动表面不可避免地存在泄漏，同时油液不是绝对不可压缩的，加上油管等弹性变形，液压传动不能得到严格的传动比，因而不能用于如加工螺纹齿轮等机床的内联传动链中。
2）油液流动过程中存在沿损失、局部损失和泄漏损失，传动效率较低，不适宜远距离传动。
3）在高温和低温条件下，采用液压传动有一定的困难。
4）为防止漏油以及为满足某些性能上的要求，液压元件制造精度要求高，给使用与维修保养带来一定困难。5）发生故障不易检查，特别是液压技术不太普及的单位，这一矛盾往往阻碍着液压技术的进一步推广应用。液压设备维修需要依赖经验，培训液压技术人员的时间较长。
第一章 1-1 某液压油在大气压下的体积是335010m -?，当压力升高后，其体积减少到 3349.910m -?，取油压的体积模量为700.0K Mpa =，求压力升高值。 解： ''3343049.9105010110V V V m ---?=-=?-?=-? 643070010110 1.45010 k V p Mpa V --?????=-==? 1- 3图示为一粘度计，若D=100mm ，d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s 时，测得转矩T=40N ?cm,试求其油液的动力粘度。 解：外筒内壁液体粘度： ()()0 2 4222/2 /20408 3.140.1 2.512/2224010410/0.1 3.140.2 /2/24100.050.0490.0512.512 p f D d a n D m s T T N m A DA D l d dy d dy dy d D d P S u F μπτπμτμτμμτμμτμμ-==??=??=====???=?===-?-∴===??? 1-4图示一液压缸，其缸筒内径D ＝12厘米，活塞直径d ＝11.96厘米，活塞长 度L ＝14厘米，若油的粘度μ＝0.065Pa.s ，活塞回程要求的稳定速度为v=0.5m/s ，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F 等于多少？ 解： F 力受到液体粘性的影响，根据液体的 粘性有 F=F f ＝μA(du /dy)
其中， A 为活塞表面积，A ＝л d L 又du /dy=v/h=v/{(D-d)/2} 所以 F ＝μA(du /dy)= μ×лdL × v/{(D-d)/2}=0.065×3.14×11.96×0.01×14×0.01×2 ×0.5/((12-11.96)×0.01)=8.54N 1-5 如图所示，一具有一定真空不度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的水槽中，液体与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h=1m,设液体的密 度为31000/kg m ρ=，试求容器内真空度。 解：取水槽液面为基面。列出静力学基本方程： a p p h g g ρρ+= 则真空度为： 310009.819.810a p p gh ρ-==??=?pa 1-7液压缸直径D=150mm ，柱塞直径d=100mm ，液压缸中充满油液。如果柱塞上作用着F=50000N 的 力，不计油液的重量，求图示的两种情况下液压缸中压力分别等于多少？ 解 : 00 224 6.34 6.3aa a a bb b p p gh p F F a p p Mp A d F F b p p Mp A D ρππ=+≈== ======缸缸缸图中图中 1-8图示容器A 中的液体的密度ρA ＝900Kg/m3,B 中液体的密度为ρB ＝1200 Kg/m3， Z A =200mm, Z B =180mm,h=60mm,U 形管中的测试介质是汞，试求A,B 之间的压力差。
附件8 《液压与气压传动》习题 《液压与气压传动》习题
1．1 液压传动系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 1．2 液压传动与机械传动、电传动相比有那些优点？为什么有这些优点？ 1．4普通液压油与抗磨液压油有什么区别？ 第二章习题 2．1 要提高齿轮泵的压力需解决哪些关键问题?通常都采用哪些措施? 2．2 叶片泵能否实现正、反转?请说出理由并进行分析。 2．3 简述齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的优缺点及应用场合。 2．4 齿轮泵的模数m=4 mm，齿数z=9，齿宽B=18mm，在额定压力下，转速n=2000 r／min 时，泵的实际输出流量Q=30 L／min，求泵的容积效率。 2.5 YB63型叶片泵的最高压力p max=6.3MPa，叶片宽度B =24mm，叶片厚度δ=2.25mm，叶片数z =12，叶片倾角θ= 13°,定子曲线长径R=49mm，短径r=43mm，泵的容积效率ηv=0.90，机械效率ηm=0.90，泵轴转速n=960r／min，试求：(1)叶片泵的实际流量是多少?(2)叶片泵的输出功率是多少? 2．6 斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角β=20°，柱塞直径d=22mm，柱塞分布圆直径D=68mm，柱塞数z=7，机械效率ηm=0.90，容积效率ηV=0.97，泵转速n=1450r／min，泵输出压力 p=28MPa，试计算：(1)平均理论流量；(2)实际输出的平均流量；(3)泵的输入功率。 第三章习题 3.1 多级伸缩缸在外伸、内缩时，不同直径的柱塞以什么样的顺序运动?为什么? 3.2 已知单杆液压缸缸筒直径D=50mm，活塞杆直径d=35mm，液压泵供油流量为q=10L／min，试求，(1)液压缸差动连接时的运动速度；(2)若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1000N，缸内油液压力有多大(不计管内压力损失)? 3.3 一柱塞缸的柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为p=10MPa，流量为 q=25L／min，缸筒直径为D=100mm，柱塞外径为d=80mm，柱塞内孔直径为d0=30mm，试求柱塞缸所产生的推力和运动速度。 3.4 设计一单杆活塞液压缸，要求快进时为差动连接，快进和快退(有杆腔进油)时的速度均为6m／min。工进时(无杆腔进油，非差动连接)可驱动的负载为F=25000N，回油背压为0.25 MPa，采用额定压力为6.3MPa、额定流量为25L／min的液压泵，试确定：(1)缸筒内径和活塞杆直径各是多少?(2)缸筒壁厚最小值(缸筒材料选用无缝钢管)是多少? 第四章习题 4.1 滤油器有哪些种类?安装时要注意什么? 4.2 根据哪些原则选用滤油器? 4.3 在液压缸活塞上安装O形密封圈时，为什么在其侧面安放挡圈?怎样确定用一个或两个挡圈? 4.4 举例说明油箱的典型结构及各部分的作用。 4.5 设蓄能器的充气压力为6MPa，求在压力为13 MPa和7 MPa之间时可供2L油液的蓄能器的容积，按等温充油、绝热放油和等温过程两种情况计算。 第五章习题 5.3 说明O型、M型、P型和H型三位四通换向阀在中间位置时的特点。 5.5 O型机能的三位四通电液换向阀中的先导电磁阀一般选用何种中位机能?由双液控单向阀 组成的锁紧回路中换向阀又选用什么机能? 为什么? 5.6 在图5.22(a)所示液动换向阀和图5.23(a)所示电液换向阀中，主阀和先导阀各是几台肩式?T、 A、P、 B、T所对应的阀体环形沟槽，何处为构成阀口节流边的工作槽?
2019智慧树知到[液压与气压传动]章节答案 [第一章测试] 绪论单元测试 1.【多选题】典型的液压系统由（）组成。 执行元件 辅助元件 控制调节元件 能源装置 答案：能源装置执行元件控制调节元件辅助元件 2.【多选题】一部完整的机器一般由（）几部分组成。工作执行装置 传动装置 辅助装置 动力装置 答案：动力装置传动装置工作执行装置 3.【单选题】液压传动起源于（）。 静压传递原理 质量守恒定律 动量守恒定律 能量守恒定律 答案：静压传递原理
4.【判断题】液压传动具有重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快等特点。 错 对 答案：对 5.【判断题】气压传动具有成本低、对环境无污染、适用于集中供气和远距离输送、使用安全、工作可靠性高、具有过载保护功能等特点。 错 对 答案：对 1.【判断题】液压油液的粘度值随着温度的升高而减小。 错 对 答案：对 2.【判断题】理想液体作恒定流动时，具有压力能、位能和动能三种能量形式，但三者不可以相互转换。 对 错
答案：错 3.【判断题】在液压泵的入口处，容易产生气穴现象。 错 对 答案：对 4.【判断题】根据静压力的基本方程，流体流动过程中，只要流速相等的地方，流体的压力也是相等的。 错 对 答案：错 5.【判断题】在液压传动系统中，所选用的油液的粘度越小越好。 对 错 答案：错 6.【单选题】在圆管层流中，某段管路前后压力差增大到原来的4倍，流量增大到原来的多少倍 16倍 8倍 4倍 2倍 答案：4倍 7.【单选题】在其它条件不变的情况下，薄壁孔口前后的压力差增大到原来的4倍，通过孔口的流量变为原来的（）倍。 2倍 16倍 8倍
第一章 液压泵与液压马达 3.1 简述液压泵与液压马达的作用和类型。 3.2 液压泵的工作压力取决于什么？泵的工作压力与额定压力有何区别？ 3.3 什么是液压泵的排量、理论流量和实际流量？它们的关系如何？ 3.4 液压泵在工作工程中会产生哪两方面的能量损失？产生损失的原因何在？ 3.5 齿轮泵压力的提高主要受哪些因素的影响？可以采取措施来提高齿轮泵的压力？ 3.6 试说明限压式变量叶片泵流量压力特性曲线的物理意义。泵的限定压力和最大流量如何调节？调节时泵的流量压力特性曲线将如何变化？ 3.7 双作用叶片泵和限压式变量叶片泵在结构上有何区别? 3.8 为什么轴向柱塞泵适用于高压 3.9 外啮合齿轮泵、叶片泵和轴向柱塞泵使用时应注意哪些事项 3.10 试比较各类液压泵性能上的异同点。 3.11 某液压泵在转速m i n /950r n =时，理论流量m i n /160L q t =。在同样的转速和压 M P a p 5.29=时，测得泵的实际流量为min /150L q =，总效率87.0=η，求： (1)泵的容易效率； (2)泵在上述工况下所需的电动功率； (3)泵在上述工况下的机械效率； (4)驱动泵的转矩多大？ 3.12 液压马达的排量r mL V /100=，入口压力MPa p 101=，出口压力MPa p 5.02=，容积效率95.0=v η，机械效率85.0=m η，若输入流量min /50L q =，求马达的转速n 、转矩T 、输入功率i P 和输出功率P 。各为多少？ 3.13 某液压泵当负载压力为MPa 8时，输出流量为min /96L ，而负力为MPa 10时，输出流量为min /94L 。用此泵带动一排量为r cm /803的液压马达，当负载转矩为m N ?120时液压马达的机械效率为0.94，其转速为min /1100r ，试求此时液压马达的容积效率为多少？
第一章 1-1 某液压油在大气压下的体积是335010m -?，当压力升高后，其体积减少到 3349.910m -?，取油压的体积模量为700.0K Mpa =，求压力升高值。 解： ''3343049.9105010110V V V m ---?=-=?-?=-? 64 3070010110 1.45010 k V p Mpa V --?????=-==? 1- 3图示为一粘度计，若D=100mm ，d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s 时，测得转矩T=40N ?cm,试求其油液的动力粘度。 解：外筒内壁液体粘度： ()()0 2 4222/2 /20408 3.140.1 2.512/2224010410/0.1 3.140.2 /2/24100.050.0490.0512.512 p f D d a n D m s T T N m A DA D l d dy d dy dy d D d P S u F μπτπμτμτμμτμμτμμ-==??=??=====???=?===-?-∴===??? 1-4图示一液压缸，其缸筒内径D ＝12厘米，活塞直径d ＝11.96厘米，活塞长 度L ＝14厘米，若油的粘度μ＝0.065Pa.s ，活塞回程要求的稳定速度为v=0.5m/s ，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F 等于多少？ 解： F 力受到液体粘性的影响，根据液体的 粘性有 F=F f ＝μA(du /dy) 其中， A 为活塞表面积，A ＝л d L 又du /dy=v/h=v/{(D-d)/2} 所以 F ＝μA(du /dy)=μ×лdL × v/{(D-d)/2}=0.065×3.14×11.96×0.01×14×0.01×2 ×0.5/((12-11.96)×0.01)=8.54N
第一章习题答案 1-1 填空题 1.液压传动是以（液体）为传动介质，利用液体的（压力能）来实现运动和动力传递的一种传动方式。 2.液压传动必须在（密闭的容器内）进行，依靠液体的（压力）来传递动力，依靠（流量）来传递运动。 3.液压传动系统由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）、（辅助元件）和（工作介质）五部分组成。 4.在液压传动中，液压泵是（动力）元件，它将输入的（机械）能转换成（压力）能，向系统提供动力。 5.在液压传动中，液压缸是（执行）元件，它将输入的（压力）能转换成（机械）能。 6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的（油液压力）、（油液流量）和（油液流动方向），以保证执行元件实现各种不同的工作要求。 7.液压元件的图形符号只表示元件的（功能），不表示元件（结构）和（参数），以及连接口的实际位置和元件的（空间安装位置和传动过程）。 8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的（常态位）表示。 1-2 判断题 1.液压传动不易获得很大的力和转矩。（×） 2.液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速起动、制动和频繁换向。（×） 3.液压传动与机械、电气传动相配合时，易实现较复杂的自动工作循环。（√） 4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。（×） 第二章习题答案 2-1 填空题 1．液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的（可压缩性），可用（体积压缩系数）或（体积弹性模量）表示，体积压缩系数越大，液体的可压缩性越（大）；体积弹性模量越大,液体的可压缩性越（小）。在液压传动中一般可认为液体是（不可压缩的）。
2．油液粘性用（粘度）表示；有（动力粘度）、（运动粘度）、（相对粘度）三种表示方法； 计量单位m2/s是表示（运动）粘度的单位；1m2/s ＝（106）厘斯。 3．某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40o C时（运动）粘度的中心值为22厘斯(mm2/s)。 4. 选择液压油时，主要考虑油的（粘度）。（选项：成分、密度、粘度、可压缩性） 5．当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较（高）的液压油。当工作压力低，环境温度低或运动速度较大时，为了减少功率损失，宜选用粘度较（低）的液压油。 6. 液体处于静止状态下，其单位面积上所受的法向力，称为（静压力），用符号（p ）表示。其国际 单位为（Pa 即帕斯卡），常用单位为（MPa 即兆帕）。 7. 液压系统的工作压力取决于（负载）。当液压缸的有效面积一定时，活塞的运动速度取决于（流量）。 8. 液体作用于曲面某一方向上的力，等于液体压力与（曲面在该方向的垂直面内投影面积的）乘积。 9. 在研究流动液体时，将既（无粘性）又（不可压缩）的假想液体称为理想液体。 10. 单位时间内流过某通流截面液体的（体积）称为流量，其国标单位为（m3/s 即米3/秒），常用单位为（L/min 即升/分）。 12. 液体的流动状态用（雷诺数）来判断，其大小与管内液体的（平均流速）、（运动粘度）和管道的（直径）有关。 13. 流经环形缝隙的流量，在最大偏心时为其同心缝隙流量的（2.5）倍。所以，在液压元件中，为了减小流经间隙的泄漏，应将其配合件尽量处于（同心）状态。 2-2 判断题 1. 液压油的可压缩性是钢的100～150倍。（√） 2. 液压系统的工作压力一般是指绝对压力值。（×） 3. 液压油能随意混用。（×） 4. 作用于活塞上的推力越大，活塞运动的速度就越快。（×） 5. 在液压系统中，液体自重产生的压力一般可以忽略不计。（√） 6. 液体在变截面管道中流动时，管道截面积小的地方，液体流速高，而压力小。（×） 7. 液压冲击和空穴现象是液压系统产生振动和噪音的主要原因。（√） 2-3 问答题 1. 静压力的特性是什么?
液压与气压传动的课后习题答案精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
第一章习题答案 1-1 填空题 1.液压传动是以（液体）为传动介质，利用液体的（压力能）来实现运动和动力传递的一种传动方式。 2.液压传动必须在（密闭的容器内）进行，依靠液体的（压力）来传递动力，依靠（流量）来传递运动。 3.液压传动系统由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）、（辅助元件）和（工作介质）五部分组成。 4.在液压传动中，液压泵是（动力）元件，它将输入的（机械）能转换成（压力）能，向系统提供动力。 5.在液压传动中，液压缸是（执行）元件，它将输入的（压力）能转换成（机械）能。 6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的（油液压力）、（油液流量）和（油液流动方向），以保证执行元件实现各种不同的工作要求。 7.液压元件的图形符号只表示元件的（功能），不表示元件（结构）和（参数），以及连接口的实际位置和元件的（空间安装位置和传动过程）。 8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的（常态位）表示。 1-2 判断题 1.液压传动不易获得很大的力和转矩。（×） 2.液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速起动、制动和频繁换向。（×） 3.液压传动与机械、电气传动相配合时，易实现较复杂的自动工作循环。（√） 4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。（×） 第二章习题答案 2-1 填空题 1．液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的（可压缩性），可用（体积压缩系数）或（体积弹性模量）表示，体积压缩系数越大，液体的可压缩性越（大）；体积弹性模量越大,液体的可压缩性越（小）。在液压传动中一般可认为液体是（不可压缩的）。 2．油液粘性用（粘度）表示；有（动力粘度）、（运动粘度）、（相对粘度）三种表示方法； 计量单位m2/s是表示（运动）粘度的单位；1m2/s ＝（106）厘斯。 3．某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40o C时（运动）粘度的中心值为22厘斯(mm2/s)。 4. 选择液压油时，主要考虑油的（粘度）。（选项：成分、密度、粘度、可压缩性） 5．当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较（高）的液压油。当工作压力低，环境温度低或运动速度较大时，为了减少功率损失，宜选用粘度较（低）的液压油。
1-1 某液压油在大气压下的体积是335010m -?，当压力升高后，其体积减少到 3349.910m -?，取油压的体积模量为700.0K Mpa =，求压力升高值。 解： ''33343049.9105010110V V V m m ---?=-=?-?=-? 由0P K V V ?=-?知： 64 3 070010110 1.45010k V p pa Mpa V --?????=-==? 1-2 用恩式粘度计测的某液压油（3850/kg m ρ=）200Ml 流过的时间为1t =153s ， 20C ?时200Ml 的蒸馏水流过的时间为2t =51s ，求该液压油的恩式粘度E ?，运动粘度ν和动力粘度μ各为多少？ 解：12153351t E t ?= == 62526.31(7.31)10/ 1.9810/E m s m s E ν--=?-?=?? 1- 3图示为一粘度计，若D=100mm ，d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s 时，测得转矩T=40N ?cm,试求其油液的动力粘度。 解：设外筒内壁液体速度为0u 由 du dy du dy τμτμ=?= 两边积分得 1-4图示一液压缸，其缸筒内径D ＝12厘米，活塞直径d ＝厘米，活塞长度L ＝ 14厘米，若油的粘度μ＝，活塞回程要求的稳定速度为v=0.5m/s ，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F 等于多少？ 解：对活塞列平衡方程： 对上式两边积分得： 1-5 如图所示，一具有一定真空度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的水槽中，液体与大 气相通的水槽中，液体在管中上升的高度 31000/kg m ρ=，试求 h=1m,设液体的密度为容器内真空度。
第4版《液压与气压传动》课后习题答案 第一章 习题 1-1某液压油在大气压下的体积是50L ，当压力升高后其体积减少到49.9L ，设液压油的体积弹性模量Pa K 5107000?=，求压力升高值。 解：V V p K ???-=Θ Pa Pa V V K p 551014)(50 )509.49(107000?=-??-=??-=?∴ 1-2用恩氏粘度计测得3/850m kg =ρ的某种液压油200mL 流过的时间s t 1531=。20℃时200mL 蒸馏水流过的时间s t 512=。问该液压油的E 0为多少？动力粘度)(s Pa ?μ为多少？运动粘度)/(2s m ν为多少？ 解：351 153210===t t E s m s m E E v /1083.19)/(10)3 31.6331.7(10)31.631.7(2626600---?=?-?=?-= s Pa s Pa v ??=???==-5610169.0)(1083.19850ρμ 1-3如题1-3图所示，容器A 内充满着3/900m kg =ρ的液体，汞U 形测压计的m s m h A 5.0,1==，求容器A 中心压力。 解：设B 、C 为等压面，容器A 中心压力为p A ，则： a C A A B c B p gh P p gZ p p p +=+==汞ρρ 得：a A A p gh p gZ +=+汞ρρ 容器A 中心的绝对压力为：
Pa Pa p Z h g p a A A 55331031.2)(1001.1)5.0109.01106.13(81.9)(?=?+??-???=+-=ρρ汞 容器A 中心的相对压力为： Pa Pa Z h g p p A a A 533103.1))(5.0109.01106.13(81.9)(?=??-???=-=-ρρ汞 1-4 如题1-4图所示，具有一定真空度的容器用一根管子倒置于一液面与大气相同的槽中，液体在管中上升的高度m h 5.0=，设液体的密度3/1000m kg =ρ，试求容器内的真空度。 解：根据液体静力学基本方程 gh p p A B ρ+= （1） 液面的压力即为大气压，即： a B p p = （2） 将（2）代入（1）得：gh p p A a ρ+= 容器内的真空度：Pa Pa gh p p A a 4900)(5.081.91000=??==-ρ 1-5如题1-5图所示，直径为d ，质量为m 的柱塞浸入充满液体的密闭容器中，在力F 的作用下处于平衡状态。若浸入深度为h ，液体密度为ρ，试求液体在测压管内上升的高度x 。 解：设柱塞底部的压力为p 以柱塞为研究对象，列受力平衡方程式： mg F d p +=??24π （1） )(h x g p +=ρ （2） 将（2）代入（1） 2 244)(d g mg F h x mg F d h x g ??+=++=?? +π ρπρ h g d mg F x -+=ρπ2)(4
第三章 二、作业题 3-1某一减速机要求液压马达的实际输出转矩T=，转速n=30r/min 。设液压马达排量V=r ，容积效率ηMv =，机械效率ηMm =，求所需要的流量和压力各为多少？ 解： π 2pV T t = t M Mm T T = η 6 10*5.12*9.0*2*5.522-== π ηπV T p Mm M = 60 *9.030*10*5.12/6-==Mv M Vn q η=s m /10*9.636- 3-2 某液压马达排量V=70cm 3 /r ，供油压力p=10MPa ，输入流量q=100L/min, 容积效率ηMv =，机械效率ηMm =，液压马达回油腔背压，求马达的输出转矩与转速。 解：=-==-πη294 .0*10*70*10*)2.010(*66Mm t M T T ====--6 310 *70*6092.0*10*100V q V q n Mv M t η 某液压马达排量V=40cm 3 /r ，当马达在p=和转速n=1450r/min 时，马达的实际流量q=63L/min,马达的实际输出转矩为，求马达的容积效 率、机械效率和总效率。 解：==== -π πη2/10*40*10*3.65 .372/66pV T T T M t M Mm ====--3 610*5.371450*10*40M M t Mv q Vn q q η 3-4 如图所示两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积A 1=50*10-4m 2 ，有杆腔的面积A 2=20*10-4m 2 ，输入流量 q=3L/min ，负载F1=5000N,F2=4000N,不计损失与泄漏，求 （1）两缸工作压力p1,p2两缸的运动速度v1,v2 解：对两缸进行受力分析2 1212211F A p F A p A p =+=D 得出p2=2MPa ，p1=3MPa 速度：v1=q/A1=s 1221A v A v = V2= m/s 3-5若要求差动液压缸快进速度v1是快退速度v2的3倍，试确定活塞面积A1与活塞杆面积A2之比 3-6 如图所示，液压缸活塞直径D=100mm ，活塞杆直径d=70mm ，进入液压缸的流量q=25L/min ，压力p1=2MPa ，回油背压p2=，试计算三种情况下运动速度与方向及最大推力（实际计算其中一种。其余用公式表示） 解：设作用面积，无杆腔A1=*10-3m 2 ,有杆腔A2=4*10-3m 2，活塞杆面积A=*10-3m 2 （1）方向向左 == 1 A q v s =-=2211A p A p F (2)方向向左
1-5．如图所示，一具有一定真空度的容器用一根管子倒置于一液面与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h = 1m，设液体的密度为ρ=1000㎏/m3，试求容器内的真空度。 2-1.某液压泵的输出压力为5MPa，排量为10mL/r，机械效率为0.95，容积效率为0.9，当转速为1200r/min时，泵的输出功率和驱动泵的电动机的功率各为多少？ 解：已知： 则泵的输出功率： 驱动泵的电动机功率： 2-2.某液压泵在转速n=950r/min时，排量为v=168ml/r。在同样的转速和压力29.5MP a时，测得泵的实际流量为150L/min，总效率η=087，求： (1) 泵的理论流量； (2) 泵在上述工况下的泵的容积效率机械效率； (3) 泵在上述工况下所需的电动功率； (4) 驱动泵的转矩多大？
解：(1) 泵的理论流量 q t =v ·n=168×950=159600ml/min=159.6L/min=2.66×10-3m 3 /s （2）94.060 /106.15960/1015033=??==--t v q q η (3) 电机的驱动功率 (4) 驱动泵的转矩 另解: 3-1.液压马达的排量V=250 ml/r ，入口压力p 1=10.5MPa ，出口压力p 2=1.0MPa ，容积 效率ηv =0.92，机械效率ηm =0.9，若输入流量q=22 L/min ，求马达的实际转速n 、输出转矩 T 、输入功率和输出功率各为多少？ 解： 3-3.为两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积A 1=100×10-4m 2，有杆腔的面 积A 2=80×10-4m 2，缸1的输入压力p 1=0.9MPa ，输入流量q=12 L/min ，不计摩擦损失和泄漏， 求： （1） 两缸承受相同负载（F 1=F 2）时，该负载的数值及两缸的运动速度； （2） 缸2的输入压力是缸1的一半（P 2=P 1/2）时，两缸各能承受多少负载？ （3） 缸1不承受负载（F 1=0）时，缸2能承受多少负载？ 解： （1） 3P Θ为大气压 30P ∴≈ （2） (3) 因为 022111=-=A P A P F 所以 ()MPa A A P P 125.110 8010100109.044 62112=????==-- 4-5.如图所示的液压系统，两液压缸的有效面积A 1=100×10-4m 2，缸I 负载F=35000N ， 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4MPa 、3MPa 和2MPa 。求在下列三中情况下，A 、B 、C 处的压力。 （1）液压泵启动后，两换向阀处于中位； （2）1YA 通电，液压缸1活塞移动时及活塞运动到终点时； （3）1YA 断电，2Y A 通电，液压缸2活塞运动时及活塞碰到固定挡块 解：(1) （2）I 移动： I 到达终端： MPa p p B A 4== （3）Ⅱ移动：MPa p p p c B A 0=== Ⅱ碰到固定挡块时： MPa p p B A 4== 4-8.液压缸的活塞面积为A=100×10-4m 2，负载在 500～40000N 的范围内变化，为使负载变化时活塞运动速 度稳定，在液压缸进口处使用一个调速阀，若将泵的工作 P 3
第一章 1-1某液压油在大气压下的体积是 50 10 3m 3，当压力升高后，其体积减少到 49.9 10 3m 3，取油压的体积模量为K 700.0Mpa ，求压力升高值。 解： ' ' 3 3 4 3 V V V 49.9 10 50 10 1 10 m k V 700 106 1 10 4 d … p 3 1.4Mpa V 0 50 10 3 1- 3图示为一粘度计，若 D=100mm ，d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s 时，测 得转矩T=40N cm,试求其油液的动力粘度。 1-4图示一液压缸，其缸筒内径 D = 12厘米，活塞直径d =厘米，活塞长度L = 14厘米，若油的粘度 =，活塞回程要求的稳定速度为v=s,试求不计油液 压力时拉回活塞所需的力F 等于多少 解： F 力受到液体粘性的影响，根据液体 的 粘性有 F=F = A(du /dy) 其中，A 为活塞表面积，A =^d L 又 du /dy=v/h=v/{(D-d)/2} 解：外筒内壁液体粘度: U P n D 8 3.14 0.1 2.512m/s F f 2T A DA 2T 2 40 10 2 2 0.1 3.14 0.2 4 2 4 10 N /m dy D/2 dy d/2 dy d D/2 d /2 4 104 0.05 0.049 2.512 0.051F a S
所以 F= A(du /dy)= Xj dL x v/{(D-d)/2}=xxxx 14 xx 2 x (X = 1-5如图所示，一具有一定真空不度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的水槽中，液体与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h=1m,设液体的密度 为1000kg/m3，试求容器内真空度。 解：取水槽液面为基面。列出静力学基本方程: 上h旦 g g 则真空度为: 3 P a p gh 1000 9.8 1 9.8 103 pa 1-7液压缸直径D=150mm,柱塞直径d=100mm，液压缸中充满油液。如果柱塞上作用着F=50000N的力，不计油液的重量，求图示的两种情况下液压缸中压力分别等于多少 解： P缸P0gh P o 图a中p 缸p aa F A a 4F d2 6.3Mp a 图b中p 缸p bb F4F 2 6.3Mp 1- 8图示容器A中的液体的密度p = 900Kg/m3,B中液体的密度为P B= 1200 Kg/m3, Z=200mm, Z B =180mm,h=60mm,U形管中的测试介质是汞，试求A,B 之间的压力差。 解：此为静压力问题，可列出静压力平衡方程解决： P A+ p g Zx= p g Z B + p 水银g h + P B 所以/P AB=P A-F B= p g Z B + p水银g h -p g Z A 因为76厘米高水银柱为P0 则60毫米高水银柱形成的压力P= (60/760) X P0 所以(取g=10 P)= 105Pa) i s
习题解 第一章 1— 3：解： 1136009.811133416p gh Pa ρ==??=汞 11334169009.810.51334164414.5129001.5A A p p gZ Pa ρ=-=-??=-= 1— 4：解： 10009.810.54905a a p p gh p p p gh Pa ρρ=-∴=-==??=Q 真 1— 5：解： h d g mg F x d mg F g h x -+=+= +2 2 )(4)(4)(πρπρ 1— 6：解： 3 22 4416100.85/600.02 q v m s d ππ-??==≈?? 4 22 22 0.850.02 Re 154523202 0.11100.850.20.007463.88229.817520.850.1791545.3215450.0229.81 vd v h m p gh Pa g l v h m p gh Pa d g ζζζλλλαυζρλρ-?= = =<=?==?≈?==?=??=??≈ ?==?层流 或或 列油箱液面与泵进口出的伯努利方程，以管子中心为基础： ζ λαραρh h h z m z v h z g v g p z g v g p w w a +====+++=++07.00 2221122 2 221211式中： 则： 2 222125 220.85108809.810.78809.810.00740.17929.81106042.988632.80.26106042.982244.53103798.450.1a v p p gz g h h g Pa MPa λζαρρ?? =+-++ ? ?? ?? ?=+??-??++ ???? =-?=-==： 1— 9：解：
第一章 1-1某液压油在大气压下的体积是 50 10 3m 3，当压力升高后，其体积减少到 49.9 10 3m 3，取油压的体积模量为K 700.0Mpa ，求压力升高值。 解： ' ' 3 3 4 3 V V V 0 49.9 10 50 10 1 10 m k V 700 106 1 10 4 d … p 3 1.4Mpa V 0 50 10 3 1- 3图示为一粘度计，若D=100mmd=98mm,l=200mm 外卜筒转速n=8r/s 时，测得 转矩T=40Ncm,试求其油液的动力粘度。 1-4图示一液压缸，其缸筒内径 D= 12厘米，活塞直径d = 11.96厘米，活塞长 度L = 14厘米，若油的粘度 =0.065Pa.s ，活塞回程要求的稳定速度为 v=0.5m/s ，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力 F 等于多少? 又 du /dy=v/h=v/{(D-d)/2} dy dy d D/2 dy d/2 d D/2 d/2 4 4 10 0.05 0.049 0 2.512 0.051 F a S 解：外筒内壁液体粘度: U P n D 8 3 ?14 z 2?512m/s F f 2T A DA 2T 2 40 10 2 0.1 3.14 0.2 4 2 4 10 N/m 解：F 力受到液体粘性的影响，根据液体的 粘性有 其中，A 为活塞表面积，A =^ d L F=F = A(du /dy)
所以 F= A(du /dy)= X 丑 dL X v/{(D-d)/2}=0.065 X 3.14 X 11.96 X 0.01 X 14X 0.01 X 2 X 0.5/((12-11.96) X 0.01)=8.54N 1-5如图所示，一具有一定真空不度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的 水槽中，液体与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度h=1m设液体的密度 为1000kg/m3，试求容器内真空度。 解：取水槽液面为基面。列出静力学基本方程: 上h旦 g g 则真空度为: 3 P a p gh 1000 9.8 1 9.8 10 pa 1-7液压缸直径D=150m，柱塞直径d=100mm液压缸中充满油液。如果柱塞上作用着F=50000N的力，不计油液的重量，求图示的两种情况卜液压缸中压力分别等于多少？ 解： P缸P Q gh P Q 图a中p 缸p aa F A a 4F d2 6.3Mp a 图b中p 缸p bb F A b 4F D2 6.3Mp 1- 8图示容器A中的液体的密度p A= 900Kg/m3,B中液体的密度为p B= 1200 Kg/m3, Z A=200mm, Z =180mm,h=60mm,形管中的测试介质是汞，试求A,B之间的压力差。 解：此为静压力问题，可列出静压力平衡方程解决： P A+ P A g Z A=P B g Z B + p 水银g h + P B 所以△ P A B= P\ -P B=P B g Z B + P 水银g h - P A g Z A 因为76厘米高水银柱为P Q 则60毫米高水银柱形成的压力P= (60/760) X P Q 所以(取g=10 P Q= 105Pa) 1 s lil
第六章习题 6—6：图示为某专用铣床液压系统，已知：泵的输出流量q p ＝30L ／min ，溢流阀调整压力p y ＝2.4MPa ，液压缸两腔作用面积分别为A 1＝50cm 2，A 2＝25cm 2，切削负载F L ＝9000N ，摩擦负载F f ＝1000N ，切削时通过调速阀的流量为q t ＝1.2L ／min ，若忽略元件的泄漏和压力损失，试求： 解1）：1)活塞快速趋近工件时，活塞的快进速度v 1及回路的效率η1； Pa A F p f 541 110210501000?=?==-
第2章 液压与气压传动流体力学基础思考题和习题 2.1 什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关 系？（答案略） 2.2 解释下述概念：理想流体、定常流动、过流断面、流量、平均流速、层流、 紊流和雷诺数。（答案略） 2.3 说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？（答案略） 2.4 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方 程有什么区别？（答案略） 2.5 如图2.32所示，已知测压计水银面高度，计算M 点处的压力是多少？ 解：取B －C 等压面，C B p p ＝： H g a C p p γ?+5.0＝ 因为D －B 为等压面，故 C B D p p p ＝＝。 取M 水平面为等压面，O H D M p p 2)5.05.1(γ-+＝O H H g a p 20.15.0γγ++＝。 2.6 一个压力水箱与两个U 形水银测压计连接如图2.33，a ，b ，c ，d 和e 分别为 各液面相对于某基准面的高度值，求压力水箱上部的气体压力p g 是多少？ 解：由等压面概念：)(0d e p p H g d ?-?+γ＝ )(2d c p p O H c d ?-?+γ＝ )(b c p p H g c b ?-?+γ＝ )(2b a p p p O H b a gas ?-?-γ＝＝ 整理：20()()gas Hg H O p p c e b d b d c a γγ+?+?-?-?+?-?+?-?＝ （a p 为e ?处大气压力） 2.7 如图2.34所示的连通器，内装两种液体，其中已知水的密度ρ1= 1 000 kg/m ，h1= 60 cm ，h1= 75 cm ，试求另一种液体的密度ρ是多少？ 解：取等压面1—1列方程： 11gh p p a ρ+＝左 ２２右＝gh p p a ρ+
1.1 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？ 答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。按照其工作 原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器 液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。1.2 液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是 液压系统的动力源。 （2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以 保证执行元件和工作机构的工作要求。 （3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出 力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄 能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作 用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统常使用液压油液作为工作介质。 1.3 液压传动的主要优缺点是什么？ 答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就 是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度 或力密度，力密度在这里指工作压力。 （2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速围大，并且对速度的调节还可 以在工作过程中进行。 （3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。 （4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。 （5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调 节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和 操作。 （6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。答：缺点：（1）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格 的传动比。 （2）液压传动中有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对