【2012年】《液压与⽓压传动》继海宋锦春⾼常识-第1-7章课后答案【最新经典版】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，传动效率相对低。
（3）液压传动对油温的变化⽐较敏感，不宜在较⾼或较低的温度下⼯作。（4）液压传动在出现故障时不易找出原因。1.6 国家新标准规定的液压油液牌号是在多少温度下的哪种粘度的平均值？答：我国液压油的牌号是⽤它在温度为40℃时的运动粘度平均值来表⽰的。例如32
号液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32 mm2/s。1.7 液压油的选⽤应考虑⼏个⽅⾯？
答：对液压油液的选⽤，⾸先应根据液压传动系统的⼯作环境和⼯作条件来选择合适的液压油液类型，然后再选择液压油液的粘度。
1.10 液压传动的介质污染原因主要来⾃哪⼏个⽅⾯？应该怎样控制介质的污染？答：液压油液被污染的原因是很复杂的，但⼤体上有以下⼏个⽅⾯：
（1）残留物的污染：这主要指液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带⼊的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈⽚、棉纱和灰尘等，虽然经过清洗，但未清洗⼲净⽽残留下来的残留物所造成的液压油液污染。
（2）侵⼊物的污染：液压传动装置⼯作环境中的污染物，例如空⽓、尘埃、⽔滴等通过⼀切可能的侵⼊点，如外露的活塞杆、油箱的通⽓孔和注油孔等侵⼊系统所造成的液压油液污染。
（3）⽣成物的污染：这主要指液压传动系统在⼯作过程中所产⽣的⾦属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离⽚、⽔分、⽓泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。控制污染的⽅法主要有：
（1）减少外来的污染：液压传动系统在装配前后必须严格清洗。组成液压系统的管件，⽤机械的⽅法除去残渣和表⾯氧化物，然后进⾏酸洗。液压传动系统在组装后要进⾏全⾯清洗，最好⽤系统⼯作时使⽤的油液清洗，特别是液压伺服系统最好要经过⼏次清洗来保证清洁。油箱要加空⽓滤清器，给油箱加油要⽤滤油机，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在⽆尘区进⾏。（2）滤除系统产⽣的杂质：应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。
（3）控制液压油液的⼯作温度：液压油液的⼯作温度过⾼会加速其氧化变质，产⽣各种⽣成物，缩短它的使⽤期限。所以要限制油液的最⾼使⽤温度。
（4）定期检查更换液压油液：应根据液压设备使⽤说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。
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：液体在单位⾯积上所受的法线⽅向的法向应⼒称为压⼒。压⼒有绝对压⼒和相对压⼒，绝对压⼒是以绝对真空为基准来度量的，⽽相对压⼒是以⼤⽓压为基准来进⾏度量的。
由公式P=F/A可知液压系统中的压⼒是由外界负载决定的。
2.2 解释下述概念：理想流体、定常流动、通流截⾯、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。答：理想液体：既⽆粘性⼜不可压缩的假想液体。
定常流动：流体流动时，流体中任何点处的压⼒、速度和密度都不随时间⽽变化，称
这种流动为定常流动。
通流截⾯：液体在管道中流动时，垂直于流动⽅向的截⾯称为通流截⾯。流量：在单位时间流过某⼀通流截⾯的液体体积称为体积流量，简称流量。平均流速：流量与通流截⾯积的⽐值即为平均流速v=q/A
层流：液体质点互不⼲扰、液体的流动呈线状或层状、且平⾏于管道轴线。
紊流：液体质点的运动杂乱⽆章，除了平⾏于管道轴线的运动外，还存在剧烈的横向运动。
雷诺数：由平均流速υ、管径d 和液体的运动粘度ν三个参数组成的⽆量纲数⽤来表明液体的流动状态。
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：连续性⽅程的本质是质量守恒定律。它的物理意义是单位时间流⼊、流出的质量流量的差等于体积V 中液体质量的变化率。
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：伯努利⽅程表明了流动液体的能量守恒定律。实际液体的伯努利⽅程⽐理想液体伯努利⽅程多了⼀项损耗的能量hw和⽐动能项中的动能修正系数。理想液体伯努利⽅程：22pzg gυρ++=const
实际液体伯努利⽅程：221112221222w p pz z hg g g gαυαυρρ++=+++
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 ＝：Hg 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 Hg a p 20.15.0γγ++＝。 2.6 如题1.5图所⽰的液压
千⽄顶，⼩柱塞直径d = 10 mm ，⾏程S 1= 25 mm ，⼤柱塞直径D = 50 mm ，重物产⽣的⼒F 2= 50 000 N ，⼿压杠杆⽐L ：l= 500：25，试求：（1）
此时密封容积中的液体压⼒p 是多少？（2）杠杆端施加⼒F 1为多少时，才能举起重物？（3）在不计泄漏的情况下，杠杆上下动作⼀次，重物的上升⾼度2S 是多少？解：（1）6232250000
25.4610(5010)4F p A π-==
=Pa = 25.46 MPa
（2）632125.4610(1010)20004F pA π-=== N1252000100500l F F
L ==?= N （3）221211210()25()150A d S S S A D ===?= mm
答：密封容积中的液体压⼒p = 25.46 MPa ，杠杆端施加⼒F 1 =100 N ，重物的上升⾼度2S =1 mm 。2.7 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 Hg d ?-?+γ＝)(2d c p p O H c d ?-?+γ＝ )(b c p p Hg 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）2.8 如图2.34所⽰的连通器，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？
11'
解：取等压⾯1—1列⽅程：
11gh p p a ρ+＝左 ２２右＝gh p p a ρ+121ρρh h ＝
２ 2.9 ⽔池如图2.35侧壁排⽔管为0.5?0.5 m ?m 的正⽅形断⾯，已知，h = 2 m ，
α = 45?，不计盖板⾃重及铰链处摩擦影响，计算打开盖板的⼒Ｔ是多少？ 解：盖板所受的总压⼒，54.53385.05.0)2
45sin 5.02(81.91000＝＝＝+
A gh F G ρ（N ） 压⼼位置，09.35.0)25.045sin 2(125.025.045sin 224
＝）＝（＝?+?++?+A J G G G C ηηη（m ）对铰链⼒矩平衡，-45cos 5..0)45sin (T hF C ＝η 66.394945cos 5.0)45sin 2
09.3(54.5338＝＝
-?T （N ）
2.10 如图2.36所⽰的渐扩⽔管，已知d = 15 cm ，D = 30 cm ，p A = 6.86×10 4
Pa ，p B = 5.88×10 4 Pa ，h = 1 m ，υB = 1.5 m/s ，求（1）υA =？（2）⽔流的⽅向，（3）压⼒损失为多少？解：（1）A B d D q υπυπ2244＝＝0.65.1)1015()1030(222
222＝＝＝--B A d D υυ（m/s ） （2）A 点总能头83.881.920.681.910001086.62242
＝＝?+??+g g p A A υρ（mH 2O ）B 点总能头11.7181.925.181.910001088.52242
＝＝+?+??++h g g p B B υρ（mH 2O ）故⽔流⽅向为由A 到B
（3）能头损失为 72.111.783.8＝-（mH 2O ） 压⼒损失为：41069.181.9100072.1＝（Pa ）2.11 如图2.37中，液压缸直径D = 150 mm ，活塞直径d = 100 mm ，负载F =
5×104N 。若不计液压油⾃重及柱塞与缸体重量，试求图⽰两种情况下液压缸的液体压⼒是多少？
解：（a ）p d F 24π＝62
3421037.6)
10100(10544-＝＝＝ππd F p （Pa ） （b ）p d F 24π＝62
3421037.6)
10100(10544-＝＝＝ππd F p （Pa ） 2.12 消防⽔龙软管如图2.38所⽰，已知⽔龙出⼝直径d = 5 cm ，⽔流流量q =2.36 m 3/min ，⽔管直径D = 10 cm ，为保持消防⽔管不致后退，试确定消防员的握持⼒为多⼤？ 解：94
78710560362100044
0＝＝＝＝-ππρυρd q q q F （N ）；向左98.196)1010(6036.21000440222
2＝＝＝＝-
-?--ππρυρD q q q F y （N ）；向上 握持⼒：x x F F -'＝，y y F F -'＝19.81298.19694.7872222＝＝＝+'+''y x F F F （N ）握持⼒⽅向 ?''04.1494.78798
.196＝＝＝arctgF F arctgx y θ；
（右下） 2.13 如图2.39中所⽰的压⼒阀，当p = 6 MPa 时，液压阀动作。若d = 10 mm ，
d = 15 mm ，p = 0.5 MPa ，试求：（1）弹簧的预压⼒Fs ；（2）当弹簧刚度k = 100 N/mm 时的弹簧预压缩量x 。
解：（1）⼒平衡关系：
26632121()(6100.510)(1010)431.9744
s F p p d ππ--?-
＝＝＝（N ）
（2）由于0kx F s ＝ 则有0431.974.32100s F x k ＝
＝＝（mm ） 2.14 虹吸管道如图2.40所⽰，已知⽔管直径D = 10 cm ，⽔管总长L = 1 000
m ，h 0 = 3 m ，求流量q 是多少？（局部阻⼒系数：⼊⼝ζ = 0.5，出⼝ζ = 1.0，弯头ζ= 0.3，沿程阻⼒系数λ= 0.06）解：g
g D L h 2220２
出⼝弯头⼊⼝）（＝υζζζυλ+++23023
4.98510100020.060.50.3 1.01010h LgDυλζζζ--?+++?
+++?⼊⼝出⼝弯头＝＝＝（m ）
313.081.9210985.43＝＝-υ（m/s ）2123(1010)0.313 2.461044q D ππ
υ--＝＝＝（m 3/s ）
2.15 压⼒表校正装置原理如图2.41所⽰，已知活塞直径d = 10 mm ，丝杠导
程S =2 mm ，装置油液的体积弹性模量K =1.2×105MPa 。当压⼒为1个⼤⽓压 (p a ≈ 0.1 MPa) 时，装置油液的体积为200 mL。若要在装置形成21 MPa 压⼒，试求⼿轮要转多少转？
解：由于VV pK ??-＝ 则有：48.3102.1200
)101.01021(9
66＝＝＝-?-?-?K pV V （mL ） ⽽，Sn d V 4π＝?
故，15.22102)1010(1048.3443236
2＝＝＝---ππS d V n （转）
2.16 如图2.42所⽰，液压泵的流量q = 25 L/min ，吸油管直径d =25 mm ，泵
⼝⽐油箱液⾯⾼出400 mm ，管长l = 600 mm 。如果只考虑吸油管中的沿程压⼒损失△P λ，当⽤32号液压油，并且油温为40℃时，液压油的密度ρ= 900kg/m 3，试求油泵⼊⼝处的真空度是多少？
解：60
)1025(102544233
2==--ππυd q ＝0.8488（m/s ） 125.6631032.010258488.04
3＝＝＝--νυd R e <2320，所以液体是层流。1131.0125.6637575＝＝＝eR λ
22ρυλd l p ＝沿?323
600109000.84880.1131.03525102
--＝＝880（Pa ） 忽略液柱⾼影响，油泵吸油⼝的真空度为101325880.035100444.965v p -＝＝（Pa ）
2.17 沿直径d = 200 mm ，长度l = 3000 m 的钢管（ε = 0.1 mm ），输送密度
为 ρ = 900 kg/m 3的油液，流量为q = 9?104 kg/h ，若其粘度为 ν = 1.092 cm 2/s ，求沿程损失。
解：0278.09.0360090＝＝q （m 3/s ）
流速884.02.040278
.02＝＝＝?πυAq （m/s ）2300161910092.1884.02.047575＝＝＝e R λ 沿程损失22
30000.8840.046.4820.229.81l l h d g υλ＝＝＝27（⽶油柱）59009.8127.48 2.42610l p gh ρ＝＝＝（Pa ）
2.18 如图2.43所⽰⽔的管路，已知：d 1 = 300 mm ，l 1 = 500 m ；d 2 = 250 mm ，
l 2 = 300 m ；d 3 = 400 mm ，l 3 = 800 m ；d AB = 500 mm ，l AB = 800 m ；d CD = 500 mm ，l CD = 400 m 。B 点流量为q=300 l/s ，液体粘度0.0101cm 2/s ，并设 321λλλ＝＝，计算全程压⼒损失是多少？ 解：全程压⼒损失＝沿p ?222222
CD CD CD CD BC BC BC BC ABAB AB AB
d l d l d l ρυλρυλρυλ?+?+? 2222333322
22221111ρυλρυλρυλ?d l d l d l p BC ＝＝＝()
q d d d ＝3232221214υυυπ++
由于321λλλ＝＝，则有21211222υυl d l d ＝213
11323υυl d l d ＝解得：??
++233
1132221122114d l d l d d l d l d d qπυ＝＝0.213 (m/s)
2υ＝0.251 (m/s) 3υ＝0.194 (m/s)＝＝νυ1
11d R e 63139.6＝＝νυ222d R e 62005＝＝νυ
333d R e 76831.7
/d 1 = 0.00033，?/d 2 = 0.00025，?/d 3 = 0.0004。
查表：ε＝0.1（mm ），则1λ＝0.02，2λ＝0.02，3λ＝0.02。 假设成⽴，故：221113150010000.2130.02.12300102BC l p d ρυλ-＝＝＝753（Pa ）528.1)10500(1030044233
2＝＝＝--ππυAB AB d q （m/s ） 3450010 1.5287564350.010110AB ABeAB d R υν--??=?＝
＝>2320，液体流动是紊流。 ＝AB λ0.02522380010001.5280.02.72500102AB AB AB AB
AB l p d ρυλ-＝＝＝46695（Pa ） AB CD υυ＝，＝CD λ＝AB λ0.025
22
34001000 1.5280.025.82500102CD CD CD CD
CD l p d ρυλ-＝＝＝23347（Pa ） 所以CD BC AB p p p p ?+?+??＝沿.7753.123347.8++＝46695.6＝70796（Pa ）
2.19 如图2.44所⽰，液压泵从⼀个⼤容积的油池中抽吸润滑油，流量为q = 1.2
L/s ，油液的粘度?E = 40，密度ρ= 900 kg/m 3，假设液压油的空⽓分离压为2.8 ⽶⽔柱，吸油管长度l = 10 m ，直径d = 40 mm，如果只考虑管中的摩擦损失，求液压泵在油箱液⾯以上的最⼤允许安装⾼度是多少？
解：油液粘度：61031.631.7-???? ?-?=E E ν
42.922410-?＝（m 2/s ）()33234
4 1.21040104010130.723002.922410e dR πυν----<＝＝
故为层流，75750.5740130.7e R λ＝＝＝沿程损失()2
323234 1.2109004010100.5740240102l p d πρυλ---
沿＝＝ 58885.34＝（Pa ）
空⽓分离压2746881.910008.2＝＝分p （Pa ） 最⼤安装⾼度处max 10132558885.3427468H g ρ--?＝故696.1)81.9900()2746834.58883101325(max ＝／＝?--H （m ）2.20 管路系统如图2.45所⽰，A 点的标⾼为10 ⽶，B 点的标⾼为12 ⽶，管
径d = 250 mm ，管长l =1000 ⽶，求管路中的流量q 是多少?（沿程阻⼒系数λ = 0.03，局部阻⼒系数：⼊⼝ζ1 = 0.5，弯管ζ2= 0.2，出⼝ζ3 = 1.0）。 解：有效静压头为 875.4)1012(225
.07)(2＝＝---?-?--A B d H （m ） gd l 2)(875.42321υζζζλ+++＝υ（m/s ）
232(25010)44q d ππυ-??＝＝（m 3/s ）
2.21 已知容器中空⽓的压⼒为 1.1705?105 Ｐa （绝对压⼒），空⽓的温度为
0 ℃，经管嘴喷⼊压⼒为1.0136?105 Pa 的⼤⽓中，计算喷嘴出⼝处⽓流的速度是多少？解：空⽓在0℃、5100140.1?Pa 时的密度为1.285（kg/m 3），容器中空⽓的密度为：483.110
0140.1101705.1285.15
50＝＝ρ（kg/m 3） 4501018.6101705.1528.0528.0＝＝＝p p k （Pa ）因为k p p >
????-???-????? ??----4.114.155
51000101705.1100136.11483.1101705.114.14.12112＝＝k k p p p k k ρυ 2.149＝（m/s ）3.5 试说明齿轮泵的困油现象及解决办法。
答：齿轮泵要正常⼯作，齿轮的啮合系数必须⼤于1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有⼀部分油液因困在两对轮齿形成的封闭油腔之。当封闭容积减⼩时，被困油液受挤压⽽产⽣⾼压，并从缝隙中流出，导致油液发热并使轴承等机件受到附加的不平衡负载作⽤；当封闭容积增⼤时，⼜会造成局部真空，使溶于油液中的⽓体分离出来，产⽣⽓⽳，这就是齿轮泵的困油现象。消除困油的办法，通常是在两端盖板上开卸荷槽。
3.6 齿轮泵压⼒的提⾼主要受哪些因素的影响？可以采取哪些措施来提⾼齿轮泵的⼯作压⼒？
答：齿轮泵压⼒的提⾼主要受压⼒油的泄漏的影响。通常采⽤的⽅法是⾃动补偿端⾯间隙，其装置有浮动轴套式和弹性侧板式齿轮泵。
3.9 试说明叶⽚泵的⼯作原理。并⽐较说明双作⽤叶⽚泵和单作⽤叶⽚泵各有什么优缺点。
答：叶⽚在转⼦的槽可灵活滑动，在转⼦转动时的离⼼⼒以及通⼊叶⽚根部压⼒油的作⽤下，叶⽚顶部贴紧在定⼦表⾯上，于是两相邻叶⽚、配油盘、定⼦和转⼦间便形成了⼀个个密封的⼯作腔。当转⼦旋转时叶⽚向外伸出，密封⼯作腔容积逐渐增⼤，产⽣真空，于是通过吸油⼝和配油盘上窗⼝将油吸⼊。叶⽚往⾥缩进，密封腔的容积逐渐缩⼩，密封腔中的油液往配油盘另⼀窗⼝和压油⼝被
压出⽽输到系统中去，这就是叶⽚泵的⼯作原理。
双作⽤叶⽚泵结构复杂，吸油特性不太好，但径向⼒平衡；单作⽤叶⽚泵存在不平衡的径向⼒。
3.10 限压式变量叶⽚泵的限定压⼒和最⼤流量怎样调节？在调节时，叶⽚泵的压⼒流量曲线将怎样变化？
答：调节弹簧预紧⼒可以调节限压式变量叶⽚泵的限定压⼒，这时BC 段曲线左右平移；调节流量调节螺钉可以改变流量的⼤⼩，AB 段曲线上下平移。
c c max
3.18 液压泵的额定压⼒为2.5 MPa，当转速为1 450 r/min时，机械效率为ηm =0.9。由实验测得，当液压泵的出⼝压⼒为零时，流量为106 L/min；压⼒为2.5 MPa 时，流量为100.7 L/min，试求：（1）液压泵的容积效率ηV 是多少？（2）如果液压泵的转速下降到500 r/min，在额定压⼒下⼯作时，估算液压泵的流量是多少？（3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？
4.1从能量的观点来看，液压泵和液压马达有什么区别和联系？从结构上来看，液压泵和液压马达⼜有什么区别和联系？答：从能量的观点来看，液压泵是将驱动电机的机械能转换成液压系统中的油液压⼒能，是液压传动系统的动⼒元件；⽽液压马达是将输⼊的压⼒能转换为机械能，输出扭矩和转速，是液压传动系统的执⾏元件。它们都是能量转换装置。从结构上来看，它们基本相同，都是靠密封容积的变化来⼯作的。
4.3在供油流量q不变的情况下，要使单杆活塞式液压缸的活塞杆伸出速度相等和回程速度相等，油路应该差动连接，⽽且活塞杆的直径d与活塞直径D的关系为：D=（根号2）乘以d.
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