《液壓與氣壓傳動》課后習(xí)題及答案

《液壓與氣壓傳動》課后習(xí)題及答案第一章液壓傳動概述習(xí)題1.液壓傳動系統(tǒng)由哪幾部分組成，各組成部分的作用是什么？2.液壓傳動的優(yōu)缺點有哪些？3.某液壓泵輸出油壓$p=10MPa$，排量$V=100cm^3/r$，轉(zhuǎn)速$n=1450r/min$，泵的容積效率$\eta_v=0.95$，總效率$\eta=0.9$，求泵的輸出功率和驅(qū)動泵的電動機功率。答案1.液壓傳動系統(tǒng)由以下五部分組成：-動力元件：即液壓泵，其作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，為系統(tǒng)提供壓力油液。-執(zhí)行元件：包括液壓缸和液壓馬達，它們的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載做直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。-控制調(diào)節(jié)元件：如各種液壓閥，其作用是控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和方向，以滿足執(zhí)行元件對力、速度和運動方向的要求。-輔助元件：包括油箱、油管、濾油器、蓄能器等，它們的作用是保證液壓系統(tǒng)正常工作所必需的輔助裝置，如儲存油液、輸送油液、過濾雜質(zhì)等。-工作介質(zhì)：即液壓油，它是傳遞能量的載體，同時還起著潤滑、冷卻和防銹等作用。2.液壓傳動的優(yōu)點：-能方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。-在相同功率情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。-傳遞運動平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定，反應(yīng)快、動作靈敏，可實現(xiàn)頻繁換向。-操作控制方便，易于實現(xiàn)自動化，與電子技術(shù)結(jié)合更易于實現(xiàn)各種自動控制和遠距離操縱。-易于實現(xiàn)過載保護，液壓元件能自行潤滑，使用壽命長。-液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。液壓傳動的缺點：-液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使傳動無法保證嚴格的傳動比。-液壓傳動有較多的能量損失（泄漏損失、摩擦損失等），傳動效率相對較低。-液壓傳動對油溫的變化比較敏感，不宜在很高或很低的溫度條件下工作。-液壓傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不易診斷。-液壓元件制造精度要求高，造價高，對油液的污染比較敏感。3.首先計算泵的理論流量$q_t$：-根據(jù)公式$q_t=Vn$，其中$V=100cm^3/r=100\times10^{-6}m^3/r$，$n=1450r/min=\frac{1450}{60}r/s$。-則$q_t=Vn=100\times10^{-6}\times\frac{1450}{60}\m^3/s\approx2.42\times10^{-3}m^3/s$。然后計算泵的實際流量$q$：-由容積效率$\eta_v=\frac{q}{q_t}$，可得$q=\eta_vq_t$。-已知$\eta_v=0.95$，則$q=0.95\times2.42\times10^{-3}m^3/s\approx2.3\times10^{-3}m^3/s$。接著計算泵的輸出功率$P_o$：-根據(jù)公式$P_o=pq$，其中$p=10MPa=10\times10^6Pa$，$q=2.3\times10^{-3}m^3/s$。-則$P_o=10\times10^6\times2.3\times10^{-3}W=23000W=23kW$。最后計算驅(qū)動泵的電動機功率$P_i$：-由總效率$\eta=\frac{P_o}{P_i}$，可得$P_i=\frac{P_o}{\eta}$。-已知$\eta=0.9$，則$P_i=\frac{23}{0.9}kW\approx25.6kW$。第二章液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題1.什么是液體的粘性？粘性的物理本質(zhì)是什么？粘度有哪幾種表示方法？2.解釋液體的連續(xù)性方程的物理意義。3.如圖所示，已知容器$A$中液體的密度$\rho_A=900kg/m^3$，$h_A=0.6m$；容器$B$中液體的密度$\rho_B=1200kg/m^3$，$h_B=0.4m$，$h=0.3m$，$U$形管中測壓介質(zhì)為水銀，其密度$\rho_{Hg}=13600kg/m^3$，求$A$、$B$兩容器中液體的壓力差$p_A-p_B$。答案1.液體的粘性是指液體在流動時，相鄰液層間存在相對運動，層與層之間會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以阻止其相對運動的性質(zhì)。粘性的物理本質(zhì)：液體分子間的內(nèi)聚力和分子的熱運動。當(dāng)液體層間有相對運動時，分子間的內(nèi)聚力阻礙分子的相對滑動，同時分子的熱運動也會使分子在不同液層間進行交換，從而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。粘度的表示方法有：-動力粘度$\mu$：它是指液體在單位速度梯度下流動時，液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力，單位為$Pa\cdots$。-運動粘度$\nu$：它是動力粘度$\mu$與液體密度$\rho$的比值，即$\nu=\frac{\mu}{\rho}$，單位為$m^2/s$。-相對粘度：它是按一定的測量條件制定的，我國常用恩氏粘度$^{\circ}E$。2.液體的連續(xù)性方程是基于質(zhì)量守恒定律推導(dǎo)出來的。其表達式為$q=A_1v_1=A_2v_2=\cdots=A_nv_n$（不可壓縮液體穩(wěn)定流動），其中$A$為過流斷面面積，$v$為該斷面上的平均流速，$q$為流量。物理意義：在不可壓縮液體穩(wěn)定流動中，通過同一流管各過流斷面的流量相等，即液體的流速與過流斷面面積成反比。也就是說，當(dāng)液體在管道中流動時，管道通流面積大的地方流速小，通流面積小的地方流速大。3.選取等壓面1-1，根據(jù)等壓面的性質(zhì)，等壓面上各點壓力相等。對于等壓面1-1，左邊的壓力$p_1=p_A+\rho_Agh_A+\rho_{Hg}gh$，右邊的壓力$p_2=p_B+\rho_Bgh_B$。因為$p_1=p_2$，所以$p_A+\rho_Agh_A+\rho_{Hg}gh=p_B+\rho_Bgh_B$。則$p_A-p_B=\rho_Bgh_B-\rho_Agh_A-\rho_{Hg}gh$。已知$\rho_A=900kg/m^3$，$h_A=0.6m$；$\rho_B=1200kg/m^3$，$h_B=0.4m$；$\rho_{Hg}=13600kg/m^3$，$h=0.3m$，$g=9.8m/s^2$。代入數(shù)據(jù)可得：$p_A-p_B=1200\times9.8\times0.4-900\times9.8\times0.6-13600\times9.8\times0.3$$=4704-5292-40032$$=-40620Pa=-40.62kPa$。第三章液壓泵和液壓馬達習(xí)題1.簡述齒輪泵的工作原理和困油現(xiàn)象。2.什么是液壓泵的排量、流量？什么是泵的容積效率、總效率？3.已知軸向柱塞泵的排量$V=168cm^3/r$，額定壓力$p=32MPa$，額定轉(zhuǎn)速$n=1000r/min$，容積效率$\eta_v=0.95$，總效率$\eta=0.9$。求泵的實際流量$q$和驅(qū)動泵所需的電動機功率$P$。答案1.齒輪泵的工作原理：齒輪泵主要由一對相互嚙合的齒輪、泵體、端蓋等組成。當(dāng)齒輪按一定方向旋轉(zhuǎn)時，吸油腔的輪齒逐漸脫開嚙合，使吸油腔容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓作用下經(jīng)吸油管進入吸油腔，并填滿齒間。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，齒間的油液被帶到壓油腔，在壓油腔，輪齒逐漸進入嚙合，使壓油腔容積減小，油液被擠出，通過壓油口輸送到系統(tǒng)中。困油現(xiàn)象：齒輪泵在工作時，為了保證齒輪傳動的平穩(wěn)性和連續(xù)性，要求重合度$\varepsilon>1$，即同時有兩對輪齒嚙合。這樣在兩對輪齒同時嚙合的瞬間，就有一部分油液被困在兩對輪齒所形成的封閉容腔中，這個封閉容腔的容積隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)先由大變小，再由小變大。當(dāng)封閉容腔容積由大變小，被困油液受到擠壓，壓力急劇升高，使軸承受到很大的附加載荷，同時產(chǎn)生功率損失和油液發(fā)熱等現(xiàn)象；當(dāng)封閉容腔容積由小變大時，又會造成局部真空，使溶于油液中的氣體分離出來，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，引起振動和噪聲。2.排量$V$：是指液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容積幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積，單位為$m^3/r$或$cm^3/r$。流量：分為理論流量$q_t$和實際流量$q$。理論流量是指液壓泵在單位時間內(nèi)由其密封容積幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積，$q_t=Vn$（$n$為泵的轉(zhuǎn)速）；實際流量是指泵在工作時實際輸出的流量，由于存在泄漏等因素，實際流量小于理論流量。容積效率$\eta_v$：是指泵的實際流量$q$與理論流量$q_t$之比，即$\eta_v=\frac{q}{q_t}$，它反映了泵的泄漏程度。總效率$\eta$：是指泵的輸出功率$P_o$與輸入功率$P_i$之比，即$\eta=\frac{P_o}{P_i}$，它綜合反映了泵的容積損失和機械損失。3.首先計算泵的理論流量$q_t$：-根據(jù)公式$q_t=Vn$，其中$V=168cm^3/r=168\times10^{-6}m^3/r$，$n=1000r/min=\frac{1000}{60}r/s$。-則$q_t=Vn=168\times10^{-6}\times\frac{1000}{60}m^3/s\approx2.8\times10^{-3}m^3/s$。然后計算泵的實際流量$q$：-由容積效率$\eta_v=\frac{q}{q_t}$，可得$q=\eta_vq_t$。-已知$\eta_v=0.95$，則$q=0.95\times2.8\times10^{-3}m^3/s\approx2.66\times10^{-3}m^3/s$。接著計算泵的輸出功率$P_o$：-根據(jù)公式$P_o=pq$，其中$p=32MPa=32\times10^6Pa$，$q=2.66\