机床液压传动习题集

1第一章绪论液压传动，由于它有很多突出的优点，所以在工业部门中获得了广泛的应用。它的主要优点是：在极低的稳定速度下能够产生极大的推力(或转矩)；单位功率的系统重量轻，尺寸小。而它的缺点—--泄漏，可以采用密封技术加以减小或消除。1-1千斤顶的小活塞直径为10mm，行程20mm，大活塞直径为40mm，重物W为5000N，杠杆比为L：l=500:25,求1)杠杆端施加多少力才能举起重物W？2)此时密封容积中的液体压力等于多少？3)杠杆上下动作一次，重物的上升量。又如小活塞上有摩擦力200N，大活塞上有摩擦力1000N，并且杠杆每上下一次，密封容积中液体外泄0.2cm3到油箱，重复上述计算。注：演算此题，可体会到得之于力，失之于速的道理。考虑损失后，对输入功率、输出功率及功率损失有一初步的概念。1-2液压传动系统有泵、阀、执行元件、油箱、管路等元件和辅件，还得有驱动泵的电机。而如电机驱动系统，似乎只需一只电机就行了。为什么说液压系统的体积小，重量轻呢？1-3液压系统中，要经过两次能量的转换，一次是电机的机械能转换成泵输出的流动液体的压力能，另一次是输入执行元件的流动液体的压力能转换成为执行元件的机械能。经过能量转换是要损失能量的，那么为什么还要使用液压系统呢？2第二章液压油在液压系统中，液压油是一个重要的环节，它不仅传递动力和信号，而且还起到润滑冷却的作用。常用的液压油是矿物油型的。液压油的性质对液压系统的特性有很大的影响。在液压油的物理性质中，最主要的有：粘性、可压缩性、比热容及体积膨胀系数。粘性影响着液压系统的阻力以及液压油通过缝隙的泄漏；在研究液压系统的动态特性时要考虑油液的可压缩性；而液压系统中油液的温升却和系统的功率损耗、装置散热条件以及和油液的比热容值有关。因此要熟悉这几个参数的物理概念和它们的计算方法。2-1有密闭于液压缸中的一段直径d=15cm，长L=40cm的液压油，它的体积膨胀系数Kt/1105.64，此密闭容积一端的活塞可以移动。如活塞上的外负载力不变，油温从-20℃上升到+25℃，求活塞移动的距离。2-2同题2-1，如果活塞不能移动，液压缸又是刚性的，问由于温度的变化，油液的膨胀使液压缸中的液压油的压力上升多少？注：由此可见，完全密闭的液压油，由于油温的增大而产生的数值如此高的液体压力，很有可能使液压缸爆裂。这在使用环境周围的气温会发生很大变化的野外装置的液压系统时应该注意的。2-3密闭容器内的油，压力为0.5MPa时容积为2L。求压力升高到5MPa时的容积，其压缩率是多少(用%表示)？设油的压缩系数为Ncm/10626。2-4如图所示，根据标准压力表检验一般的压力表的活塞式压力计。机内充满油液，其压缩系数Ncm/1075.426。机内的压力由手轮丝杆和活塞产生。活塞直径d=1cm，螺距t=2mm。当压力为0.1MPa时，机内油液体积V=200mL。求压力计内形成20MPa的压力，手轮要摇多少转？2-5某液压系统的油液中混入占体积1%的空气，求压力分别为35×510Pa和70×510Pa时该油的等效体积模量。若油中混入5%的空气，压力为35×510Pa时油的等效体积模量等于多少(没钢管的弹性忽略不计)？注：由此例可见，混入空气对油液的体积模量影响很大。当混入空气从1%增大到5%时，油的体积模量从0.394×29/10mNPa下降到29/10093.0mN，几乎减小了75%，而如与纯油的29/100.2mN相比，则几乎减小了95%，由此可见油中气泡的危害了。这就是为什么液压油要有消泡性能的原因。此例还可看到，同样的空气混入量，当压力增大时，油的等效体积模量也增大，所以在高压时混入空气的影响要比低压时小些。2-6某容器中有2L的油，它的压力从0.5MPa升高到20.5MPa时，1)设容器是刚性的；2)假定压力每升高0.1MPa容器本身的体积增大0.01%，试计算必须由泵补充输入该容器的油的体积。2-7油经溢流阀流入油箱消耗了全部的能量，已知此阀两端压力降为11.3MPa，而油的比热容为1.67)/(KkgkJ，试概略计算油的温升。2-820℃时200mL的蒸馏水从恩氏粘度计中流尽的时间为51s,若200mL的某液压油在50℃时从恩氏粘度计中流尽的时间为229.5s，试求该液压油的及、E的值，设油的密度为3kg/m900。32-9已知某液压油在20℃时为10E，在80℃时为3.5E，试求温度为60℃时的运动粘度。2-10矿物质油在20℃及1大气压(atm)时的粘度为/scm102022，求在50℃及21MPa以sPa为单位的动力粘度值。设油的相对密度为0.88。2-11图示一液压缸，内径D=12cm，活塞直径d=11.96cm，活塞宽度L=14cm，油液粘度=0.065sPa，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？2-12图示一粘度计，若D=100mm,d=98mm,l=200mm,外筒转速n=8r/s时，测得的转矩T=40Ncm，试求油液的粘度。4第三章液压流体力学基础液压传动的力学基础是液压流体力学。在液压流体力学中，主要研究了流体在静止时和运动时的一些基本规律。这些基本规律在研究液压系统和元件时是非常重要的。这里主要包括：压力以及它对固体壁面作用力的计算；流体流动时的四个主要方程（运动方程﹑连续方程﹑能量方程和动量方程）；和液压传动紧密相关的几种流动（管流﹑孔口流和缝隙流）以及影像系统主要性能的两个主要因素（液压冲击和空穴现象）。本章运算的题目较多，要注意单位之间的换算。如都用国家法定单位计算，可以省去不少麻烦。在有的例题中，指出了一些容易引起的错误和算题的技巧，但最主要的一点，就是不要忘记题目所包含的基本概念。3—1静止流体力学3-1连通器中，存在两种液体，已知水的密度31/1000mkg，cmh601，cmh752，求另一种液体的密度2。3-2用三种不同而不相混的液体A﹑B﹑C盛在同一容器之内，如果它们的密度分别是800﹑1000﹑16003/mkg，试求容器右侧各测压管的液面高度。3-3U形管中有两种液体，密度为1﹑2，高度分别为1h﹑2h，管一端通大气，另一端为球形容器（内为气体），求球形容器内气体的绝对压力和真空度。3-4图中容器内装有水，容器上半部充满压力为p的气体，液面高度cmh40，小管内液柱高度mH1，其上端和大气相通，问容器内气体的绝对压力﹑表压力各是多少？53-5图示油箱通大气，油液中插入一玻璃管，管内气体的绝对压力为Pa5106.0，求玻璃管内液面上升高度h等于多少？设油的密度为3/900mkg。3-6如图所示，有一直径为的，重量为G的活塞浸在液体中，并在压力F的作用下处于静止状态。若液体的密度为，活塞浸入深度为h，试确定液体在测压管内的上升高度x。3-7有一微压计，根据读数计算21pp。3-8用多个U形管汞压强计测量水管中A点的压力，设my3.0，mh1.01，mh2.02。问A点的压力等于多少？63-9图示容器A中液体密度3/900mkgA，mmZA200，mmZB180，mmh60，U形计测压介质为汞，试求A﹑B之间的压差。3-10被相对密度为0.91的油所充满的容器中的压力为p，由水银压力计的读数和来确定。水银的相对密度为13.6。如压力p不变，而使压力计下移a距离，求压力计的读数变化量h。3-11将水银一小部分﹑一小部分地从左肢管注入断面不变的U形管，但右肢管的上端是封闭的，其水银柱高为h。停止注入后，试求左﹑右肢管内液面高度1Z和2Z间的函数关系（水银的密度为s，管内气压按等温压缩）。3-12水平截面是圆形的容器，上端开口，求作用在容器底的作用力。如在开口端加一活塞，连活塞重量在内，作用力为30000N，问容器底总作用力是多少？73-13图示用一圆锥体堵塞直径cmd1的底部通孔，求作用于锥形体的总作用力。容器中的液体为水。3-14图示容器，有直径mmD200的钢球堵塞着垂直壁面上直径mmd150的圆孔。试求钢球（相对密度为8）恰好处于平衡状态时容器内油（相对密度为0.82）的高度h。3-15液压缸直径mmD150，柱塞直径mmd100，液压缸内充满油液。如果柱塞上作用着NF50000的力，不计油液的重量，求图示两种情况下液压缸中的压力分别为多少？3-16试确定安全阀上弹簧的预压缩量0x，设压力MPap3时阀开启，弹簧刚度为8N/mm，mmD22，mmD200。83-17两液压缸的结构和尺寸均相同，无杆腔和有杆腔的面积各为1A和2A，212AA两缸承受负载1F和2F，且212FF，泵流量q，求两缸并联和串联时，活塞移动速度和缸内压力。3-18一盛水容器，水流沿变截面管向外作恒定流动。已知204mA，2104.0mA，221.0mA，2303.0mA。液面到各截面的距离为mH11，mH22，mH33。试求1A和2A处的相对压力。3-19图示倾斜管路，mh11，压力表上指示PapA5102.4，Pap5102.4，内中流动的油液密度3/900mkg，问油的流动方向如何？3-20图示管路由两根圆管和一段异径管接头连接而成。mmd2001，mmd4002，截9面1相对压力MPap07.01，截面2相对压力MPap04.02，smv/12，截面1﹑2间中心高度差为1m，判断液流方向，并计算两截面间的水头损失。3-21有油从垂直安放的圆管中流出，如管内径cmd101，管口处平均流速smv/4.11，求管垂直下方mH5.1处的流速和油柱直径2d。3-22水管以smq/1032的流量垂直向上喷水，喷嘴口面积为215cm，忽略损耗，求水柱升高两米时的截面积。3-23水在图示竖管中流动，smv/61，mmd3001，为使截面1﹑2的压力读数相等，求2d。3-24有一管路，尺寸为mmd1001，mmd1502mmd1253，mmd754，Pap2452500（绝对压力），mH5，不计阻力损失，求通过管路的水流量。3-25如图所示，管端喷嘴直径mmd50，管道直径100mm，不计损失，求：1）喷嘴出10流速度及流量；2）E处的流速和压力。3-26有一容器的出水管管径cmd10，当龙头关闭时压力计的读数为49000Pa（表压）。龙头开启时，压力计读数降至19600Pa（表压）。如果总能量损失为4900Pa，试求通过管路的水流流量。3-27一个水深1.5m，水平截面积为mm33的水箱，底部接一直径mmd200，长为2m的竖直管，在水箱进水量等于出水量下作恒定流动，求3点的压力及流出速度，略去水流阻力。3-28图示虹吸管自水池中吸水，如不计管中流动的能量损失和动能的修正，求3点处的真空度。如果使3点的真空度最大不超过7m水柱，问1h何2h有何限制？3-29当油在管道内流动时，用测压计测A﹑B两点间的压力损失。A﹑B间距离ml3，md20，油在管中流速smv/1，3/920mkg。水银的密度3/13600mkg。求在管中油流方向不同时，压差计读数值h为多少？113-30密度为3/800mkg,气化压力为Pa510268.0的液体在管中流动。截面1—1的相对压力为Pa5107.0。设当地的大气压为Pa51094.0，为防止管中发生气蚀，问管中的流量最大可达多少？3-31图示抽吸设备水平放置，出口通大气，求开始能够抽吸时的流量。抽吸和被抽吸介质相同。设备尺寸为：细管处212.3cmA，出口处124AA，mh1，不计液体流动的能量损失。3-32用文丘利管测量流量。如输水管轴线水平放置或者倾斜放置时，流量q和测压水头差h间的关系又没有变化？123-33图同题3-32，已知mmd2501，mmd1002，mmh800水银柱高，忽略损失，不计动能修正，求理论流量等于多少？3-34利用毕托管测量水流速度。差压计中液体为4C