液压与气压传动课后问题详解.doc
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1、word37 / 371-1 某液压油在大气压下的体积是,当压力升高后,其体积减少到,取油压的体积模量为,求压力升高值。解: 由知: 1-2 用恩式粘度计测的某液压油200Ml流过的时间为=153s,时200Ml的蒸馏水流过的时间为=51s,求该液压油的恩式粘度,运动粘度和动力粘度各为多少?解:1- 3图示为一粘度计,假如D=100mm,d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s时,测得转矩T=40Ncm,试求其油液的动力粘度。 解:设外筒内壁液体速度为由 两边积分得1-4图示一液压缸,其缸筒内径D12厘米,活塞直径d11.96厘米,活塞长度L14厘米,假如油的粘度0.065Pa.s,
2、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:对活塞列平衡方程:对上式两边积分得:1-5 如下列图,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h=1m,设液体的密度为,试求容器内真空度。解:设为大气压,为绝对压力,如此真空度: 取水槽液面为基面,列出静力学根本方程:如此真空度为: pa1-6 如下列图,有一直径为d,质量为m的活塞浸在液体中,并在力F的作用下处于静止状态。假如液体的密度为,活塞浸入深度为h,试确定液体在测压管内的上升高度x。 解:由题意知:1-7液压缸直径D=150mm,柱塞直
3、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 :由图中分析知,在两种情况下,作用在柱塞上的面积均为1-8图示容器A中的液体的密度A900Kg/m3,B中液体的密度为B1200 Kg/m3, ZA=200mm, ZB =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: PA+A g ZAB g ZB + 水银g h + PB得 PABPA -PBB g ZB + 水银g h -A g Z12001030.069000.2Pa=8350
4、Pa1-9 如下列图,水深H=10m,截面,求孔口的出流流量以与点处的表压力取,不计损失解:对0-0和2-2截面列理想液体能量方程:对22和1-1截面列理想液体能量方程:显然,且有连续方程:由联立解得:如此处的表压力即1-10 如图示一抽吸设备水平放置,其出口和大气相通,细管处截面积,出口处管道截面积,h=1m,求开始抽吸时,水平管中所必需通过的流量q液体为理想液体,不计损失。 解:对截面和建立液体的能量方程: 1连续方程 2 又 3方程123联立,可得流量1-11有一液压缸,流量为25L/min,吸油管直径25mm,泵的吸油口比油箱液面高出400mm。如只考虑吸油管中500mm的沿程压力损失
5、,油液的运动粘度为 30,油液的密度为900,问泵的吸油腔处的真空度为多少?解:如图,对1-1截面和2-2截面建立液体能量方程:其中,表示沿程压力损失,所以流态为层流沿程压力损失所以,真空度为p=+1-12泵从一个大的油池中抽吸油液,流量为q150L/min,油液的运动粘度=34106m2/s,油液密度=900 kg/m3。吸油管直径d60毫米,并设泵的吸油管弯头处局部阻力系数0.2,吸油口粗滤网的压力损失p0.0178MPa。如希望泵入口处的真空度Pb不大于0.04 MPa,求泵的吸油高度h液面到滤网之间的管道沿程损失可忽略不计解:吸油管油液速度:故油在管中为层流流动。以油池液面为基准,定为
6、11截面,泵吸油处为22截面,列能量方程:其中,层流,因,所以,真空度 PaP2 =+1-13 图示水平放置的固定导板,将直径d=,而速度为20m/s的射流转过90度角,求导板作用于液体的合力大小和方向解:射流流量对射流列X轴方向的动量方程“表示力的方向与X轴正方向相反对射流列Y轴方向的动量方程导板作用于液体的合力,方向与X轴正方向成1-14 如下列图的安全阀,阀座直径d=25mm,当系统压力为5.0Mpa时,阀的开度x=5mm为,通过的流量q=600L/min,假如阀的开启压力为4.3Mpa,油液的密度为900kg/m3,弹簧的刚度k=20N/mm,求油液的出流角。解:对安全阀阀心列平衡方程
7、其中, 而 联立以上得, 代入数据得,1-15有 一管径不等的串联管道,大管内径为20mm,小管内径为10mm,流过粘度为30的液体,流量为q=20L/min,液体的密度=900kg/,问液流在两流通截面上的平均流速与雷诺数。1-16运动粘度=40106m2/s的油液通过水平管道,油液密度=900kg/m3,管道内径d=10mm,l=5m,进口压力P14.0MPa, 问流速为3 m/s时,出口压力P2为多少?解:由于油在水平管道中流动,此管道为等径直管,所以产生沿程压力损失: =P2P1P1-18 有一薄壁节流小孔,通过的流量为q=25L/min,压力损失为0.3Mpa,试求节流孔的通流面积,
8、设流量系数Cd=0.61,油液的密度900kg/m3解:由,得=1-19圆柱形滑阀如下列图:阀芯直径d=2cm,进口液压=9.8Mpa,出口液压油液的密度通过阀口时的流量系数求流过阀口的流量。解:当阀的开口较小时,可看作薄壁小孔,阀口的流量截面积: 流过阀口的流量:1-20图示柱塞直径d=,缸套直径D=20mm,长l=70mm,柱塞在力F40N作用下向下运动,并将油液从隙缝中挤出,假如柱塞与缸套同心,油液的动力粘度103Pa.s,问柱塞下落0.1 m所需的时间。解:此问题为缝隙流动问题,且为环形缝隙其中, 代入数据得,1-21 在一直径D=25mm的液压缸中放置着一个具有4条矩形截面槽的活塞,
9、液压缸左腔表压为,右腔直接回油箱,设油的粘度进口处压力损失可以忽略不计,试确定由液压缸左腔沿四条槽泄露到右腔去的流量,槽的尺寸是。解:由题意得,四条槽可以看作四个细长孔。 水力直径 如此所求的流量:1-22 如下列图,泵的供油压力为3.2Mpa,薄壁小孔节流阀的开口为2,薄壁小孔节流阀的开口为2,求活塞向右运动的速度v为多少?缸中活塞面积A=100cm2,油的密度900kg/m3,负载16000N,液流的流量系数Cd=0.6。解: 对活塞列平衡方程,得流过节流阀的流量 流过节流阀的流量进入缸的流量活塞的速度2-1 液压泵的额定压力和额定留量,不计管道内压力损失,说明图示各种工况下液压泵出口处的
10、工作压力值。解:a) b) c)d) e)2-2如下列图,A为通流截面可变的节流阀,B为溢流阀。溢流阀的调整压力是 Py,如不计管道压力损失,试说明,在节流阀通流截面不断增大时,液压泵的出口压力怎样变化?答:节流阀A通流截面最大时,液压泵出口压力P=0,溢流阀B不打开,阀A通流截面逐渐关小时,液压泵出口压力逐渐升高,当阀A的通流截面关小到某一值时,P达到Py,溢流阀B打开。以后继续关小阀A的通流截面,P不升高,维持Py值。2-3试分析影响液压泵容积效率的因素。答:容积效率表征容积容积损失的大小。由 可知:泄露量越大,容积效率越小而泄露量与泵的输出压力成正比,因而有 由此看出,泵的输出压力越高,
11、泄露系数越大,泵排量越小,转速越底,那么容积效率就越小。2-4泵的额定流量为100L/min,额定压力为2.5MPa,当转速为1450r/min时,机械效率为m0.9。由实验测得,当泵出口压力为零时,流量为106 L/min,压力为2.5 MPa时,流量为100.7 L/min,试求:泵的容积效率;如泵的转速下降到500r/min,在额定压力下工作时,计算泵的流量为多少?上述两种转速下泵的驱动功率。解: 通常将零压力下泵的流量作为理想流量,如此qt106 L/min 由实验测得的压力为2.5 MPa时的流量100.7 L/min为实际流量,如此v100.7 /106=0.95=95%qt=10
12、6500/1450 L/min =36.55 L0.95 L/min=34.72 L/min。当n=1450r/min时, P=pq/(vm10610-3/60当n=500r/min时, P=pq/(vm106310-3/602-5设液压泵转速为950r/min,排量168L/r,在额定压力29.5MPa和同样转速下,测得的实际流量为150L/min,额定工况下的总功率为0.87,试求:(1)泵的理论流量;(2)泵的容积效率;(3)泵的机械效率;(4)泵在额定工况下,所需电机驱动功率;(5)驱动泵的转矩。解: qtVpn=168950 L/min =159.6 L/minv =q/qt=150
13、/159.6=94%m =/v P=p q/10615010-3/60 因为=p q/T 所以T=p q/= p q/2n10615010-3/29503-1 图示三种结构的液压缸,活塞和活塞杆直径分别为D,d,如进入液压缸的流量为,压力为,试分析各缸产生的推力,速度大小以与运动方向。解:对于图a 杆受拉,液压缸左移对于图b 由式: 杆受压,液压缸右移对于图c 杆受压,液压缸右移3-2图示两个结构和尺寸均一样相互串联的液压缸,无杆腔面积A1100cm2,有杆腔面积A280cm2,缸1输入压力P10.9MPa,输入流量q112 L/min。不计损失和泄漏,试求:两缸承受一样负载时F1= F2,负
14、载和速度各为多少?缸1不受负载时F10,缸2能承受多少负载?缸2不受负载时F20,缸1能承受多少负载?解: 对缸1和2的活塞分别列平衡方程F1P1A1P2 A2F2P2A1 其中,F1F2 联立以上方程得,P210610010-4/8010-4+10010-4106Pa负载:F1F2= P2A110610010-4=5000N缸的速度:V1q1/ A1=12103/10010-4m/min =/min又由 V1 A2= V2A1得 V2V1 A2/ A1=/min 由 F1P1A1P2 A2=0 得 P2P1A1/ A2=1.125 MPaF2= P2A110610010-4=11250 N
15、由 F2= P2A1=0 得 P20F1P1A110610010-4N =9000 N3-3图示液压缸,输入压力为,活塞直径为D,柱塞直径为d,求输出压力,为多少?解:由受力可知:3-4差动连接液压缸,无杆腔面积A1100cm2,有杆腔面积A240 cm2,输入油压力p2 MPa,输入流量q40 L/min,所有损失忽略不计,试求:液压缸能产生最大推力;差动快进时管内允许流速为4m/s,进油管径应选多大? 解: 液压缸的推力 F= P1A1A2m 故 FmaxP1A1A21 21061004010-410-4N=12kN 活塞运动速度 V =q/A1A2=4010-3/(606010-4m/s
16、1/9 m/s 又 V A1= V管A管故 A管(1/9)10010-4/4d2/4 d=应取20mm3-5图示一个与工作台相连的柱塞缸,工作台质量980Kg,缸筒柱塞间摩擦阻力Ff1960N,D=100mm,d70mm,d030mm,试求:工作台在0.2时间内从静止加速到最大稳定速度v7m/min时,泵的供油压力和流量各为多少?解: 根据动量定理,Ft=mv2-mv1所以F总=m(v2-v1)/t=980N工作台开始上升时F-G-Ff=F总如此F=F总+G+ Ff=571.67+980又根据柱塞缸推力公式 可得又根据柱塞缸速度公式,可得3-6一单杆油压快进时采用差动连接,快退时油压输入缸的有
17、杆腔,设缸的快进快退速度均为m/s,工作时杆受压,推力为25000N。输入流量q=25L/min,背压,试求:1缸和活塞直径D,d; (2)缸筒壁厚,缸桶材料为45号钢解:1由于快进时为差动连接其中由式得,取d=75mm因为快进快退得速度一样,所以D=mm,取D=105mm按上式的D和d取值,对与的实际值进展验算可见,D和d的取值能够满足快进和快退的速度均为/s的要求。2缸壁的壁厚可由式求得 其中,对45号钢, 设缸的工作压力为P1,对缸列平衡方程: 此处视液压缸额定压力 当时,取 得, 取。3-7 图为定量泵和定量马达系统。泵输出压力Pp10 Mpa,排量Vp10 mL/r,转速np1450
18、r/min,机械效率mp0.9,容积效率vp0.9,马达排量Vm10 mL/r,机械效率mm0.9,容积效率vm0.9,泵出口和马达进口间管道压力损失0.2MPa,其它损失不计,试求:泵的驱动功率;泵的输出功率;马达输出转速、转矩和功率。解:泵所需的驱动功率为:P出=pPvPnPvp=101061010-61450泵的输出等于马达的输入量Vm nm/vm=vPnPvp得 nm= vPnPvpvm/ Vm=1010-614500.9/(1010-6输入马达的压力:马达的输出功率马达的转矩T=p/2n=1730/(23-8 图示系统,泵和马达的参数如下:泵的最大排量,转速,机械效率,总效率;马达排
19、量,机械效率,总效率,回路最大允许压力=8.3Mpa,假如不计管道损失,试求:1马达最大转速与该转速下的的输出功率和输出转矩。2驱动泵所需的转矩。解:1泵的流出流量等于流入马达的流量 即有 输出转矩 输出功率 驱动泵所需的转矩由 即 得 3-9 图示为变量泵和定量马达系统,低压辅助泵输出压力=0.4Mpa,泵的最大排量,转速,容积效率,机械效率。马达相应参数为,。不计管道损失,当马达的输出转矩为,转速为时,求变量泵的排量,工作压力和输入功率。解:1泵的输出流量等与流入马达的流量 即,2由马达的输出转矩 其中,为马达输入压力 当不计管道损失时,变量泵的输出压力p,即为马达的输入压力,即3变量泵的
20、输出流量: 变量泵的输入功率:4-1 如下列图液压缸,液控单向阀作用锁以防止液压缸下滑,阀的控制活塞面积是阀心承受面积A的3倍。假如摩擦力,弹簧力均忽略不计,试计算需要多大的控制压力才能开启液控单向阀?开启前液压缸中最高压力为多少?解:对刚缸体作受力分析有 由于控制面积为阀心承压面积的3倍故开启阀需 即 取临界条件开启最高压力 4-2如下列图系统中溢流阀的调整压力分别为pA=3MPa,pB=1.4MPa,pC=2MPa。试求当系统外负载为无穷大时,泵的出口压力为多少?如将溢流阀B的遥控口堵住,泵的出口压力为多少?答:1泵的出口压力PP=2MPa。阀A和阀B,C并联,泵的出口压力为两个支路压力较
21、小者,在系统负载无穷大时,阀B的进口压力是阀C的调整压力,即2MPa,而阀A的调整压力是3MPa所以此时泵的出口压力P=2MPa。2泵的出口压力PP=3MPa。假如溢流阀B的遥控口堵住,当阀C道通后,其进口压力是2MPa,而此压力又反应作用于阀B,使阀B的调整压力成为pB+pC=3.4MPa,而阀A的调整压力是3MPa。此时,两者调整压力的较小者为泵的出口压力,即PP=3Mpa。4-3如下列图,两系统中溢流阀的调整压力分别为pA=4MPa, pB=3MPa, pC=2MPa。当系统外负载为无穷大时,泵的出口压力各为多少?对图a的系统,请说明溢流量是如何分配的?解:a泵的出口压力PP=2MPa。
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