液动力(参考资料)
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第一部分设备管理专业题一、填空题1.斜齿轮应取()和()作为其标准参数。
2.螺杆相对于螺母转过一周时,它们沿轴线方向相对移动的距离称为()。
3.带传动的主要失效形式是()、()及带与带轮的磨损。
4.硬齿面齿轮可用低碳合金钢经()来得到,热处理后需要磨齿。
5.蜗杆传动的主要失效形式是()和()。
6.对于一般条件下工作的转轴,可使用()的方法进行强度计算。
7.刚度差或安装精度差的轴承可考虑采用()轴承,以保证正常工作。
8.常用的滑动轴承材料分为()、()和非金属材料三类。
9.滚动轴承的配合制度中轴承内圈与轴的配合为(),轴承与轴承座孔的配合为()。
10.平键联接靠键与键槽的()传力,其高度方向有(),不会影响轴与轴上零件的对中。
11.游标卡尺的具体读数步骤分为三步:(1)读整数、(2)读小数、(3)将上述两次读数()即为所求被测物的读数。
12.M24×1.5—表示()为24毫米,()为1.5毫米的细牙普通螺纹。
13.管子的内径是管螺纹的()直径。
14.基准制的选用,一般情况,优先选用()制。
15.用百分表测量平面时,测头应与平面()。
16.齿轮变速机构的主要作用是在一系列的齿轮传动中改变部分齿轮的啮合(),使最后的输出轴得到各种不同的()。
17.麻花钻修磨前刀面的主要作用是减小此处的(),提高刀齿的()。
18.采用带传动时,带在带轮上的包角不能()1200。
19.某一尺寸减基本尺寸所得的()差称为尺寸偏差,而允许尺寸的变动量称为()。
20.()凸轮机构可将凸轮的直线往复运动变为从动件的往复直线移动或摆动。
21.在液压系统中,系统的压力取决于(),而执行元件的运动速度取决于。
22.液压系统的组成部分为()、()、()、()和()。
23.溢流阀可作为()、()、()和()使用。
24.顺序阀在常态下阀口是()的,阀芯动作靠()压力控制。
25.调速阀是由()和()串联而成的组合阀。
26.压力的表示方法有()和(),大多数仪表所测得的压力都是()。
不同阀口形态对内流式锥阀液动力的影响佚名【摘要】研究了阀芯和阀座上是否有倒角存在的两种不同阀口形态下,内流式锥阀阀芯所受液动力的特性.采用CFD仿真模拟的方法,分别对两种阀口形态下,阀芯在不同开度、不同流量下所受液动力进行了数值求解,并对其液压阀的压降曲线进行了比较,最后,对仿真结果进行了网格无关性验证.结果表明,随着阀口形态的变化,阀芯所受液动力的方向和大小都相应地发生了改变,而两者的压降几乎没有变化,对于阀芯所受液动力优化有重要指导意义,此外,由网格无关性验证结果可知仿真结果是可靠的.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P90-94)【关键词】内流式锥阀;阀口形态;液动力;CFD仿真【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压阀作为液压系统的控制元件,在控制液流时,由于流过阀口处的液流方向和流速都产生了变化,阀芯受到液动力的附加作用。
液动力对阀的动、静态特性影响很大,是设计液压阀需考虑的重要因素,因而液动力一直是液压研究的重要关注点,国内许多学者已对此作出了大量研究[1-4]。
锥阀是液压阀主要结构形式之一。
锥阀由于密封性好、过流能力强、响应快、抗污染能力强、结构相对简单等优点,成为广泛应用的液压元件。
锥阀阀芯的形状可分为全锥型和平底型,其中,由于平底锥阀的通流能力大于全锥型[5],因而平底锥阀常用于液压插装阀中。
与锥阀阀芯配合的阀座通常可分为有倒角阀座和无倒角阀座,两种情况构成了不同的阀口配合形态,必然对阀芯所受液动力的影响不同。
锥阀按液流的流向可分为内流式与外流式,本研究主要针对内流工况,通过CFD仿真对内流式平底锥阀在不同阀口配合情况下所受液动力的特性进行了研究。
1 建模与仿真设置1.1 几何模型与网格划分首先在SolidWorks中建立三维模型,然后将其导入ICEM CFD中进行网格划分。
对流体域计算模型进行网格划分时,由于阀口周围流场变化剧烈,因此对阀口周围的流体网格需进行局部细化,以提高计算的准确度。
1、如图所示的回路中,溢流阀的调整压力为5MPa,减压阀的调整压力为2.5 MPa,夹紧缸在夹紧工件前作()。
1. 5MPa,5MPa,2.5 Mpa zxl2. 0MPa,0 MPa, 0MPa3. 5MPa,0 MPa ,0MPa2、在齿轮泵的泄漏当中,()泄漏量最大,占到总泄漏量的80%以上。
1.端面2.齿顶3.齿侧3、对于液动换向阀,按照阀芯对中的形式,分为弹簧对中式和()。
1.手动对中型。
2.液压对中型3.磁力对中式4、应用最广的减压阀类型是()。
1.定差减压阀2.定比减压阀3.定值减压阀5、按照气动控制元件的作用是,顺序阀属于()。
1.压力控制阀2.方向控制阀3.流量控制阀6、下列属于液压传动中最基本的参数是()。
1.压力2.效率3.功率7、利用先导型溢流阀的远程控制口卸荷属于()。
1.流量和压力卸荷两者都有2.压力卸荷3.流量卸荷8、世界上第一台水压机是()制成的。
1. B. 美国2.英国3.中国9、调速阀是将定差减压阀和节流阀串联起来,溢流节流阀是将稳压溢流阀和节流阀()起来1.串并联2.并联3.串联10、压力阀共同的特点是作用于阀芯上的()与弹簧力相平衡的原理进行工作的。
1.重力2.液动力3.液压力11、下列不属于溢流阀特征的是()。
1.阀与负载相并联2.采用进口压力控压。
3.阀和负载相串联12、液体质点互不干扰,液体的流动呈线性,且平行于管道轴线,这种流动状态称之为(1.紊流2.层流3.断流。
13、与溢流阀的图形符号和动作原理相同的是()。
1.内控内泄顺序阀2.内控外泄顺序阀3.外控外泄顺序阀14、差动连接能()液压缸行进速度。
1.减少2.增加3.相等。
15、活塞杆固定式双杆活塞缸,缸筒与工作台相连,工作台的移动范围等于活塞有效行程的(1. 4倍2. 2倍3. 3倍16、一水平放置的双杆液压缸,采用三位四通电磁换向阀,要求阀处于中位时,换向过程中工作部件不易制稳的是下列哪种中位机能()。
1.液压传动装置的组成及基本工作原理。
1、组成:动力装置、执行元件、控制调节装置、辅助装置、工作介质原理:液压传动的工作原理是利用液体的压力能来传递动力的;利用执行元件将液体的压力能转换为机械能,驱动工作部件运动。
液正系统工作,必须对油液压力、流量、方向进行控制与调节,以满足工作部件在力、速度和方向上的要求。
2. 粘度与粘性的概念,粘度与温度和压力的关系如何?2、粘度:液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。
(粘度是衡量液体粘性的指标)压力增大,粘度增大;温度升高,粘度下降。
粘性:液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,液体分子间内聚力要阻止分子间的相对运动,在液层相互作用的界面之间所产生的内摩擦力。
液体在外力作用下流动(或有流动趋势)时,液体分子间内聚力要阻止分子间的相对运动,在液层相互作用的界面之间所产生的内摩擦力。
3.液压油牌号的定义及其单位?3、液压油的牌号(即数字)表示在40℃下油液运动粘度的中心值(单位为cSt厘斯)。
4. 流体流动有几种状态,用什么来判断。
4、两种:层流:液体质点没有横向运动,互不干扰作定向而不混杂地有层次的流动。
(Re<Rer)湍流:求当液体的流速大于某一数值之后,液体除交错而又混乱地沿某一方向运动外。
(Re>Rer)5.流体在流动过程的能量损失按照产生的机理与损失分布区域特点可分为?5、两种压力损失:沿程压力损失,局部压力损失6.对于结构及尺寸确定的液压系统,其执行元件的工作压力和速度是由什么决定6、对于结构及尺寸确定的液压系统,其执行元件的工作压力决定于负载,速度决定于进缸的流量。
7.伯努力方程是何种定律在流体力学中的表达形式。
7、能量守恒定律8.作用在阀芯上的液动力的类型。
8、油液通过换向阀时作用在阀芯上的液动力有(稳态)液动力和(瞬态)液动力两种。
9.节流口型式常采用何种方式为好,主要原因是?9、节流口型式常采用薄壁小孔为好,这是因为其通过流量不受粘度变化影响。
习题库及参考答案一、名词解释1.帕斯卡原理(静压传递原理)(在密闭容器内,施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点。
)2.系统压力(系统中液压泵的排油压力。
)3.运动粘度(动力粘度μ和该液体密度ρ之比值。
)4.液动力(流动液体作用在使其流速发生变化的固体壁面上的力。
)5.层流(粘性力起主导作用,液体质点受粘性的约束,不能随意运动,层次分明的流动状态。
)6.紊流(惯性力起主导作用,高速流动时液体质点间的粘性不再约束质点,完全紊乱的流动状态。
)7.沿程压力损失(液体在管中流动时因粘性摩擦而产生的损失。
)8.局部压力损失(液体流经管道的弯头、接头、突然变化的截面以及阀口等处时,液体流速的大小和方向急剧发生变化,产生漩涡并出现强烈的紊动现象,由此造成的压力损失)9.液压卡紧现象(当液体流经圆锥环形间隙时,若阀芯在阀体孔内出现偏心,阀芯可能受到一个液压侧向力的作用。
当液压侧向力足够大时,阀芯将紧贴在阀孔壁面上,产生卡紧现象。
)10.液压冲击(在液压系统中,因某些原因液体压力在一瞬间突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。
)11.气穴现象;气蚀(在液压系统中,若某点处的压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时,原先溶解在液体中的空气就分离出来,使液体中迅速出现大量气泡,这种现象叫做气穴现象。
当气泡随着液流进入高压时,在高压作用下迅速破裂或急剧缩小,又凝结成液体,原来气泡所占据的空间形成了局部真空,周围液体质点以极高速度填补这一空间,质点间相互碰撞而产生局部高压,形成压力冲击。
如果这个局部液压冲击作用在零件的金属表面上,使金属表面产生腐蚀。
这种因空穴产生的腐蚀称为气蚀。
)12.排量(液压泵每转一转理论上应排出的油液体积;液压马达在没有泄漏的情况下,输出轴旋转一周所需要油液的体积。
)13.自吸泵(液压泵的吸油腔容积能自动增大的泵。
)14.变量泵(排量可以改变的液压泵。
)15.恒功率变量泵(液压泵的出口压力p与输出流量q的乘积近似为常数的变量泵。
2.3.2.4 作用在阀芯上的液动力问题当液流流经液压阀阀腔时,由于液流的动量发生变化,液流对液压阀会产生作用力,这个力称液动力,液动力是作用在阀芯上的主要轴向力之一。
液动力问题一直是液压界关注的一个重要问题,液动力不仅会影响阀的操纵力,而且还可能引起阀的自激振动,影响整个系统的稳定性和可靠性。
1. 作用在滑阀阀芯上的液动力图2.3-11a 所示为一四边滑阀,该滑阀具有两种不同油液进出形式的阀腔,如图2.3-11b 和c 所示。
b ) 出口节流c )进口节流a )四边滑阀图2.3-11滑阀的液动力计算对于某一固定的阀口开度x 来说,阀芯固定不动,阀腔中的流动为定常流动,液流对阀芯的作用力为稳态液动力。
图2.3-11a 为流体从阀腔流出时被节流的情况,选择阀腔进、出口过流断面及腔内壁面为控制面的控制体,运用式(2.3.6)得到阀芯所受轴向稳态液动力F s 为θρcos Qv F s -= (2.3.24)式中 v —滑阀节流口处的平均流速;θ—射流方向角,理想直角锐缘滑阀的射流角θ=690;Q —流量。
当流体反方向流动,即进口节流时,如图2.3-11b 所示,稳态液动力仍为式(2.3.24)。
应用阀口流速和流量公式,稳态液动力F s 的计算式还可以表示为θcos 2p wx C C F q v s ∆-= (2.3.25)式中 C v —流速系数,一般取0.98~0.99;C q —流量系数;Δp —阀口前后的压差;w ─阀口节流边周长,w=πd ;由于θ角总是小于900,因此不论流动方向如何,稳态液动力方向始终使阀口趋于关闭。
当阀芯处于运动状态时,阀口的开度x 变化而使流量随时间t 发生变化,阀腔内的液流速度也将随时间而变,因此属非定常流动的情况,此时除了上述稳态液动力以外,阀芯还受到轴向瞬态液动力F i ,F i 可由式(2.3.6)中第二项得到dtdQ L d v t F i ρτρ∂∂τ =-=⎰ (2.3.26) 式中 —当出口节流时取“-”,进口节流时取“+”;L —进、出口中心距离;由上式可知,对图2.3-11a 所示的出口节流情况,在滑阀开启过程中,由于流量增大,作用在阀芯上的瞬态液动力F i 指向左,使阀芯趋于关闭,而在滑阀关闭过程中使滑阀趋于开启。
液压传动期末试题A卷--参考答案题号一二三四五六总分统分人得分得分阅卷人一、填空题(每空1分,共25分)1.液压传动主要以液体的压力能进行工作。
对于结构及尺寸确定的液压系统,其执行元件的工作压力决定于工作负载,执行元件的速度决定于流量。
2.液体受压力作用而发生体积缩小的性质称为液体的可压缩性,当液压油中混有空气时,其抗压缩能力将降低。
3.限压式变量叶片泵是利用工作压力的反馈作用实现的,它具有内反馈和外反馈两种形式。
当其出口压力超过泵的限度压力,输出流量将显著地减少(降低)。
4.液体的粘度通常有三种不同的表示方法,它们是动力粘度,_运动粘度____,相对粘度。
5、液力传动是主要利用液体动能或位能的传动;液压传动是主要利用液体压力能的传动。
6、液体在管道中流动由于存在液阻,就必须多消耗一部分能量克服前进道路上的阻力,这种能量消耗称为压力损失;液流在等断面直管中流动时,由于具有粘性,各质点间的运动速度不同,液体分子间及液体与管壁之间产生摩擦力,为了克服这些阻力,产生的损失称之为沿程压力损失。
液体在流动中,由于遇到局部障碍而产生的阻力损失称为局部压力损失。
7、对于泵来说流量是变量,不同的泵,其(排)量不同,但选定适当的转速,可获得相等的_流___量。
8、实际工作时,溢流阀开口的大小是通过[压力]的变化来自动调整的。
9、轴向柱塞泵主要有驱动轴、斜盘、柱塞、缸体和配油盘五大部分组成,改变__斜盘的倾角___,可以改变泵的排量。
10、马达是_执行___元件,输入的是压力油,输出的是__转矩___和__转速___。
11、减压阀是利用液流通过_缝隙___产生压降的原理,使出口压力低于进口压力,并使出口压力保持基本不变的压力控制阀。
得分阅卷人二、判断题(对的打“√”,错的打“×”,每题1分,共15分)1.(×)连续性方程是能量守定律在流体力学中的一种表达形式。
2.(×)绝对压力是以绝对真空为基准的压力,用压力表测得的压力数值就是绝对压力。
2.3.2.4 作用在阀芯上的液动力问题
当液流流经液压阀阀腔时,由于液流的动量发生变化,液流对液压阀会产生作用力,这个力称液动力,液动力是作用在阀芯上的主要轴向力之一。
液动力问题一直是液压界关注的一个重要问题,液动力不仅会影响阀的操纵力,而且还可能引起阀的自激振动,影响整个系统的稳定性和可靠性。
1. 作用在滑阀阀芯上的液动力
图2.3-11a 所示为一四边滑阀,该滑阀具有两种不同油液进出形式的阀腔,如图2.3-11b 和c 所示。
b ) 出口节流
c )进口节流
a )四边滑阀
图2.3-11滑阀的液动力计算
对于某一固定的阀口开度x 来说,阀芯固定不动,阀腔中的流动为定常流动,液流对阀芯的作用力为稳态液动力。
图2.3-11a 为流体从阀腔流出时被节流的情况,选择阀腔进、出口过流断面及腔内壁面为控制面的控制体,运用式(2.3.6)得到阀芯所受轴向稳态液动力F s 为
θρcos Qv F s -= (2.3.24)
式中 v —滑阀节流口处的平均流速;
θ—射流方向角,理想直角锐缘滑阀的射流角θ=690;
Q —流量。
当流体反方向流动,即进口节流时,如图2.3-11b 所示,稳态液动力仍为式(2.3.24)。
应用阀口流速和流量公式,稳态液动力F s 的计算式还可以表示为
θcos 2p wx C C F q v s ∆-= (2.3.25)
式中 C v —流速系数,一般取0.98~0.99;
C q —流量系数;
Δp —阀口前后的压差;
w ─阀口节流边周长,w=πd ;
由于θ角总是小于900,因此不论流动方向如何,稳态液动力方向始终使阀口趋于关闭。
当阀芯处于运动状态时,阀口的开度x 变化而使流量随时间t 发生变化,阀腔内的液流速度也将随时间而变,因此属非定常流动的情况,此时除了上述稳态液动力以外,阀芯还受到轴向瞬态液动力F i ,F i 可由式(2.3.6)中第二项得到
dt
dQ L d v t F i ρτρ∂∂τ =-=⎰ (2.3.26) 式中 —当出口节流时取“-”,进口节流时取“+”;
L —进、出口中心距离;
由上式可知,对图2.3-11a 所示的出口节流情况,在滑阀开启过程中,由于流量增大,作用在阀芯上的瞬态液动力F i 指向左,使阀芯趋于关闭,而在滑阀关闭过程中使滑阀趋于开启。
F i 与阀芯的运动方向相反,是一个稳定的因素。
若将F i 看作阻尼力,则F i 为正阻尼力。
对图2.3-11b 所示进口节流情况,F i 则与阀芯的运动方向相同,此时瞬态液动力成为负阻尼力,对阀芯的运动是一个不稳定因素,这种情况将危及到滑阀工作稳定性,在滑阀的设计中应引起重视。
合理布置多个进、出油口的位置,可以控制瞬态液动力的大小及方向。
负阻尼作用有时也是可以加以利用的,瞬态液动力的负阻尼力可以提高阀的启闭快速性。
瞬态液动力F i 的计算式还可以表示为
dt dx p
wL C F q i ∆=ρ2 或 dt
dx K F L i = (2.3.27) p wL C K q L ∆=ρ2
式中
dx dt
—阀口开度变化率,即阀芯移动速度。
由上式可知瞬态液动力F i 与阀芯移动速度dx dt 成正比。
K L 称为阻尼系数,K L 与阀腔长度L 有关。
当F i 为正阻尼力时,K L 取负值;当F i 为负阻尼力时,K L 为正值,
因为是沿阀腔取控制体,当阀芯移动时,控制体内的液体也将随阀芯产生牵连运动,当牵连运动存在加速度时,若考虑由此产生的液体惯性力F f ,它作用在阀芯上
22dt
x d m F cv f -= (2.3.28)
式中 m cv —阀腔中所包含全部油液质量。
对于非定常流动,滑阀阀芯总的轴向液动力为 222cos 2dt
x d m dt dx p wL C p wx C C F F F F cv q v q f i s -∆∆-=++=ρθ (2.3.29) 一般液压控制阀,阀芯所受的各种作用力中,瞬态液动力所占的比例不大,常常予以忽略,动态响应很高的阀(例如伺服阀、高速开关阀、高响应的比例阀)中需要计算瞬态液动力。
2. 作用在锥阀阀芯上的液动力
按液流在锥阀中的流动方向不同,锥阀可分为外流式锥阀和内流式锥阀。
锥阀的稳态液动力计算原则与滑阀相同,应用动量定理进行计算。
首先讨论外流式锥阀,选取的控制体如图2.3-12a 所示。
忽略液体与阀座孔壁间的粘性力和液体重力,液流出口外侧的压力近似为0。
当定常流动时,阀芯受到的液动力只有稳态液动力F s ,按动量定理可得。
)cos (1211v v q A p F v s --=αρ (2.3.30)
式中 v 1,v 2—控制体进、出口断面上的平均流速;
p 1—控制体进口断面A 1上的压力;
α—半锥角即液流角。
α
a)无阀座 b)有阀座
图2.3-12 外流式锥阀液动力
一般v 1《v 2,略去v 1不计,应用阀口速度和流量公式,则稳态液动力F s 的计算式还可以表示为
)2sin 41(11αd x C C p A F q v s -= (2.3.31)
式中 x —阀芯抬起高度,即开度;
d —阀座内孔直径。
对于外流式锥阀,轴向稳态液动力随阀开度增加而减小,因此当阀芯抬起时,由于轴向稳态液动力的减小而使阀芯趋于关闭。
对于有阀座的锥阀,可选取如图2.3-12b 所示的控制体,列轴向动量方程,则可得阀芯所受液动力有:
αραcos sin 11v q dA p p A F v A i i -+=⎰ (2.3.32)
式中A i —阀座锥面面积;
p i —阀座锥面上的压力分布。
由于阀座上的锥面具有一定的压力分布,锥面的轴向投影面积宽度越大,对轴向液动力的影响越大。
内流式锥阀流动较复杂,传统的分析方法只着眼于上流阀腔控制体或只着眼于下流阀腔控制体。
内流式锥阀阀芯的受力分析,必须同时考虑上流与下流阀腔中流体动量变化对阀芯产生的作用力。
如图2.3-13所示的内流式锥阀,建立两个控制体,控制体ABCD 和控制体积BEFG ,分别对两个控制体积应用动量定理。
α
a)无阀座 b)有阀座
图2.3-13内流式锥阀液动力
对控制体积ABCD 应用动量定理,可得:
ψραρααππcos cos cos )sin (202
/2/10v q v q dx p rdr p F v v d d BC -=--⎰
式中:F 1——控制体积ABCD 内流体对阀芯的轴向作用力。
p ——阀座面AB 上的压力分布;
v 0——AD 上的平均流速;
ψ——v 0与垂直方向夹角;
对控制体积BEFG 应用动量定理,可得:
αρρααππ
cos cos )sin (42222v q v q dx p p d F v v BC -=+-
F 2为控制体积BEF
G 内流体对阀芯的轴向作用力。
同时考虑两个控制体对阀芯的作用,上述两式相加得:
ψρρππcos )42()(022/2/22210v q v q p d rdr p F F v v d d -=+-+⎰
则液动力为: ψρρππ
cos 24)(022
/2/22210v q v q rdr p p d F F F v v d d s -++=+=⎰ (2.3.33)
因此内流式与外流式锥阀液动力计算公式有显著的区别。
内流式锥阀的液动力随阀开口变化的规律是非线性的,一般情况下液动力是指向阀口关闭的方向。
也有实验发现,当阀背压接近于大气压时,阀口开度较大时,液动力方向使阀口开大。
锥阀的瞬态液动力与稳态液动力相比是较小的,通常不予考虑。