液压传动基础知识

1、第一章 液压传动基础知识一、填空题1液压传动是利用 系统中的 液体作为工作介质传递运动和动力的一种传动方式。2液压泵是利用密闭容积由小变大时，其内压力 ，密闭容积由大变小时，其内压力 的原理而吸油和压油的。3液压系统由 、 、 、 和 五部分组成。4液压泵是将原动机输入的 转变为液体的 的能量转换装置。它的功用是向液压系统 。5液压缸是将液体的压力能转变为 的能量转换装置；液压马达是将液体的压力能转变为 的能量转换装置。6各种液压阀用以控制液压系统中液体的 、 和 等，以保证执行机构完成预定的工作运动。7辅助装置包括油箱、油管、管接头、过滤器、压力表和流量计等，它们分别起 、 、 、 和 等作

2、用。8目前液压技术正向着 、 、 、 、 、 及液压与 相结合的方向发展。9液体流动时， 的性质，称为液体的粘性。10液体粘性用粘度表示。常用的粘度有 、 和 。11液体的动力粘度与其密度的比值称为 ，用符号 表示，其国际单位为 ，常用单位为 ，两种单位之间的关系是 。12将 mL被测液体在°C时由恩氏粘度计小孔中流出所用的时间t1与 mL蒸馏水在 °C时由同一小孔中流出所用的时间t2之比，称为该被测液体在 °C时的 ，用t2 表示。13矿物油在15°C时的密度约为 ，水的密度为 。14液体受压力作用而发生体积变化的性质，称为液体的 。在 或 时，应考虑

3、液体的可压缩性。15当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动件速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较 的液压油；当工作压力低，环境温度低或运动件速度较快时，为了减小功率损失，宜采用粘度较 的液压油。16液体为相对静止状态时，其单位面积上所受的法向压力，称为 ，用符号 表示。其国际单位为 ，常用单位为 ，工程单位为 ，它们之间的关系为 。17液压系统的工作压力决定于 。18在密闭系统中，由外力作用所产生的压力可 ，这就是静压力传递原理。19液体作用于曲面某一方向上的力，等于液体压力与 的乘积。20在研究流动液体时，将既 又 的假想液体，称为理想液体。 21单位时间内流过 称为流量，其国际单位为

4、，常用单位为 ，它们之间的关系为 。22流过过流断面的流量与其面积之比，称为过流断面处的 ，其国际单位为 ，常用单位为 。23当液压缸的有效面积一定时，活塞运动的速度由 .决定。24要使液压泵吸油口处的真空度不致过高，应减小 和 。一般情况下，吸油管应 ，泵的安装高度h不大于 。 25液体流动时为层流还是紊流，与管内液体的 、 及管子的 有关。26流经环形缝隙的流量，在最大偏心时为其同心时缝隙流量的 倍。二、判断题1液压传动系统因其工作压力可很高，因而其最突出的特点是：结构紧凑，能传递大的力或转矩。 ( )2液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速启动、制动和频繁换向。 ( )3

5、液压传动能保证严格的传动比。 ( ) 4液压传动与机械、电气传动相配合，能很方便地实现运动部件复杂的自动工作循环。 ( )5液体的可压缩性比钢的可压缩性大1015倍。( )6当压力大于10MPa或压力变化较大时，则需要考虑压力对粘性的影响。 ( )7液压系统的工作压力数值是指其绝对压力值。 ( )8液压元件不要轻易拆卸，如必须拆卸时，应将清洗后的零件放在干净地方。在重新装配时要防止金属屑、棉纱等杂物进入元件内。 ( )9作用于活塞上的推力越大，活塞运动的速度就越快。( )10在一般情况下，液压系统中由液体自重引起的压力差，可忽略不计。 ( )11液压系统工作时，液压阀突然关闭或运动部件迅速制动

6、，常会引起液压冲击。 ( )12液体在变径管中流动时，其管道截面积越小，则流速越高，而压力越小。 ( )三、问答题1、什么是液体传动、液压传动和液力传动?答：(1)液体传动 以液体为工作介质传递能量和进行控制的传动方式称为液体传动。 (2)液压传动 利用液体压力能传递动力和运动的传动方式称为液压传动。 (3)液力传动 主要利用液体动能的传动方式称为液力传动。2、什么是液压传动原理图?什么是元件、回路和系统?答：(1)液压传动原理图 由代表各种液压元件、辅件及连接形式的图形符号组成，用以表示一个液压系统工作原理的简图，称为液压传动原理图。图11所示的磨床工作台液压传动原理图，即是一例。图形符号有

7、两种表达方式：一种用结构示意图，如图11a所示，这样的图形比较直观，元件的结构特点清楚明了，但图形太繁琐，绘图麻烦；另一种是图形符号图，即把各类液压元件用其图形符号表示，(2)元件 由数个不同零件组成的，用以完成特定功能的组件，称为元件，如液压缸、液压马达、液压泵、阀、油箱、过滤器、蓄能器、冷却器和管接头等。这些元件有的是通用的、标准化的。(3)回路 液压回路是完成某种特定功能、由元件构成的典型环节。(4)系统 液压系统是由回路组成的，用以控制和驱动液压机械完成所需工作的整个传动系统。 在农业机械中，采用液压技术电很广泛，如联合收割机、拖拉机和犁等。 在汽车工业中，液压越野车、液压自卸式汽车、

8、液压高空作业车和消防车等均采用了液压技术。 在轻纺工业中，采用液压技术的有塑料注塑机、橡胶硫化机、造纸机、印刷机和纺织机等。 在船舶工业中，应用液压技术很普遍，如全液压挖泥船、打捞船、打桩船、采油平台水翼船、气垫船和船舶辅机等。 近几年，又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设备中，也采用了液压技术。 总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术，其前景非常光明。3、什么是压力与压强?压力的单位是什么?答：液体的压力是指液体在单位面积上所受到的垂直作用力，常用p表示。 压强与压力概念相同，是同义词

9、，在物理学中称为压强；在液压传动中称为压力。 压力的法定计量单位为Pa(帕，Nm2)或MPa(兆帕)，1MPa=106Pa。4、静止液体的压力特性如何?答：（1）静止液体中，任何一点所受到的各个方向的压力都相等。如果液体中某点受到的各个方向的压力不等，那么液体就要运动，破坏了静止的条件。 （2）液体只能承受压力，且液体的压力总是垂直于承受压力的表面，其压力的方向指向承压表面的内部。如果压力不垂直于承压表面，则液体就要沿着这个表面的某个方向产生相对运动；如果压力的方向不是指向承压表面的内部，则由于液体不能承受拉力，液体也要离开这个表面产生运动，于是破坏了液体的静止条件。 （3）在密闭容器中的静止

10、液体如果任意一点的压力有变化，这个压力的变化值将传给液体中的所有各点，且其值不变。5、什么是大气压力、相对压力、绝对压力和真空度?它们之间有什么关系?液压系统中的压力指的是什么压力?答：(1)大气压力 由大气中空气重力产生的压力称为大气压力。 (2)相对压力 以大气压力为基准测得的高出大气压的那一部分压力称为相对压力。通常，压力计所指示的压力是相对压力。 (3)绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力。 (4)真空度 如果作用在液体某处上的绝对压力小于大气压力时，绝对压力比大气压力小的那部分数值，叫做该点的真空度。 ， (5)液压系统中的压力 液压系统中的压力，指的是相对压力。6、在液

11、压传动中，计算液体的压力时，为什么一般忽略由液体质量引起的压力，而在建筑水渠时必须计算水的质量对坝产生的压力?答：液体内部所受到的压力为，由此可知，液体内部压力包括两部分，一是由液体质量所引起的压力，另一是由外力所引起的压力。 在一般的液压传动系统中，管道配置高度通常不超过10m，若液压油的密度为900kgm3，这时由液压油质量所引起的压力，但由外力所引起的压力是很高的，在低压系统中可达2.5MP，在高压系统中可达32MPa以上。可见，在液压传动系统中，由外力引起的压力远远大于由液体本身质量引起的压力，因此在计算液体的压力时，可忽略由液体本身质量引起的压力。对于水渠来说高达几米或更高，这时由河

12、水本身引起的压力已相当大，而由大气压引起的压力是微不足道的，这时必须计算水的质量对坝产生的压力。 7、什么是流动液体的液阻和压力损失?压力损失分哪两种形式?答：(1)液阻 实际液体具有粘性，在管道中流动就会产生阻力，这种阻力称为液阻。(2)压力损失 液体在管道中流动时，由于存在液阻，就必须多消耗一些能量来克服前进路上的阻力，这种能量消耗称为压力损失。(3)压力损失的形式 液体在直管中流动时，由于液体具有粘性，因液体各质点的运动速度不同。液体分子间存在内摩擦力的作用，液体与管壁间也产生摩擦，由于摩擦阻力的存在，液体流动必须克服摩擦力的阻碍，因此消耗了一部分能量，这是沿程压力损失。 液体在管道中流

13、动时，还会遇到管道的弯曲、直径突然扩大或缩小、管道分支、小孔、阀口等局部装置，液体流经这些局部地区时就会产生撞击，速度突然变化而产生附加摩擦，流向改变形成旋涡等，因此要消耗一部分能量，这是局部压力损失。液体在管道中流动时的压力损失，就表面而言，为沿程压力损失和局部压力损失这两种形式。8、 溢流阔的调节压力低于推动活塞运动所需压力时，系统能正常工作吗?为什么?答：溢流阀的调节压力低于推动活塞运动所需的压力时，系统不能正常工作。理由是：当系统压力达到溢流阀的调节压力时，溢流阀打开，油液经溢流阀排出，系统中的压力也就不会再升高了，这时系统的压力等于溢流阀的调整压力，因油压低于推动活塞运动所需压力，所

14、以系统不能正常工作。要使系统正常工作，必须提高溢流阀的调整压力，使其稍高于系统的工作压力。9、什么是理想液体和实际液体?答：(1) 理想液体 假设液体既无粘性又不可压缩，这样的液体称为理想液体。实际上不存在理想液体，仅在一般分析中为了简化起见，才引用这一概念。(2) 实际液体 任何液体都具有粘性，而且可以上压缩(尽管可压缩性很小)，这样的液体称为实际液体。10、 什么是流量和流速?二者之间有什么关系?液体在管道中的流速指的是什么速度?答：(1)流量 在单位时间内，流过某通流截面的液体体积，称为流量。通常用q表小，单位为cm3s或Lmin (1L=l000cm3)。(2 ) 流速 是指流动液体内

15、的质点在单位时间内流过的距离。以v表示，单位为mmin或cm/s。(3 ) 液体在管道中的流速 由于实际液体都具有粘性，所以液体在管道中流动时，在同一截面上各点的实际流速不相等，越接近管子中心、流速越高，管子中心的流速最高；相反，越接近管壁其流速越低。在一般场合下，都以平均流速计算。平时所说液体在管道中的流速指的是平均流速。 (4 ) 流量和流速的关系 流量和流速的关系可用下式表示，即 q=vA式中q流量； v液体的流速； A液体流经某横截面的面积。这表明液体的流量q等于液体通过某一横截面的面积A与液体流速v的乘积。当液体通过的横截面面积一定时，液体的流动速度越高，需要的流量越大。11、什么是

16、流动液体连续性原理?举例说明它的应用。答：在一般工作状态下液体基本上是不可压缩的，即密度是常数；液体又是连续的，不可能有空隙存在，因此液体在压力作用下稳定流动时，液体中间也不可能产生空隙，根据物质不灭定律，液体在管内既不可能增多，也不可能减少，所以它在单位时间内流过管道每一截面的液体质量一定是相等的。这就是液体的连续性原理。这一原理应用很广泛，例如利用它可计算图15中柱塞4上升的速度v2。设活塞5的有效面积为A1，活塞下降速度为v1，柱塞4的有效面积为A2。根据液体的连续性原理可知： 于是， 从计算v2的过程可以看出，液体流经截面一定时，流量越大，则流速越高。根据这个道理可计算出执行元件的运动

17、速度和所需流量。12、什么是流动液体的能量方程(伯努利方程)?在液压传动中为什么只考虑油液的压力能?答：(1) 流动液体的能量方程 理想液体在管内做稳定流动时，具有三种能量形式，即压力能、动能和位能。它们之间可以互相转换，并且液体在管内的任何位置，这种能量的总和是一定的。其方程式为：式中，液体的密度； g重力加速度。 (2)在液压传动中所考虑的能量形式 在液压传动中，位能h 和动能与压力能相比小得多，因此可忽略不计。也就是说，油液中的能量主要是以压力能形式出现，所以在计算时只考虑压力能的作用。13、必须具备哪些条件才能应用伯努利方程解决实际问题?答：（1）液体是稳定流动。（2）液体所受质量力只

18、有重力。（3）液体是连续的，不可压缩的，即密度=常数。（4）所选择的两个通流截面必须符合渐变流条件，而不考虑两截面间的流动状态。14、什么是层流和紊流?答：(1)层流 层流是指液体流动时，液体质点没有横向运动，互不混杂，呈线状或层状的流动。 (2)紊流 紊流是指液体流动时，液体质点有横向运动(或产生小旋涡)，做混杂紊乱状态的运动。15、用什么来判断液体的流动状态?雷诺数有什么物理意义?答：(1) 对液体流动状态的判断 液体的流动状态为层流或紊流，通过雷诺数Re来判断。液体在圆管中流动时的雷诺数Re用数学式表示为： 式中d管道直径； v一液体流动速度； 液体的运动粘度。液体流动的状态，由层流转为

19、紊流的条件由临界雷诺数决定。当雷诺数Re小于临界雷诺数Rec时为层流：大于Rec时为紊流。通过实验得出的常见液流管道的临界雷诺数见表1 -l。表1-1 临界雷诺数管道形状临界雷诺数Rec光滑的金属圆管橡胶软管光滑的同心环状缝隙光滑的偏心环状缝隙200023001600200011001000有环槽的同心环状缝隙有环槽的偏心环状缝隙 滑阀阀口 700400260(2)雷诺数的物理意义 由雷诺数Re的数字表达式可知，惯性力与粘性力的无因次比值是雷诺数；而影响液体流动的力主要是惯性力和粘性力。所以雷诺数大就说明惯性力起主导作用，这样的液流呈紊流状态；若雷诺数小就说明粘性力起主导作用，这样的液流呈层流

20、状态。16、产生空穴现象有何危害?应怎样防止它产生?答：如果在液流中产生了空穴现象，会使系统中的局部压力猛烈升高，引起噪声和振动，加上气泡中有氧气，在高温、高压和氧化的作用下就会产生气蚀，使零件表面受到腐蚀，甚至造成零件失灵。尤其在液压泵部分发生空穴现象时，除了会产生噪声和振动外，还会由于液体的连续性被破坏，降低吸油能力，以致造成流量和压力的波动，使液压泵零件承受冲击载荷，降低液压泵的使用寿命。要想完全消除空穴现象是十分困难的，但可尽力加以防止，其主要措施有下面几点： （1）保持液压系统中的油压高于空气分离的压力。对于管道来说，要求油管要有足够的管径，并尽量避免有狭窄处或急剧转弯处。对于液压泵

21、，离油面的高度不得过高，以保证液压泵吸油管路中各处的油压都不低于空气分离压力。 （2）降低液体中气体的含量，例如管路的密封要好，不要漏气，以防空气侵入。 （3）对液压元件应选用抗腐蚀能力较强的金属材料，并进行合理的结构设计，适当增加零件的机械强度，减小表面粗糙度，以提高液压元件的抗气蚀能力。17、为什么要限制液体在管路中流动的速度?答：液压传动中的压力损失，绝大部分转变为热能，造成油温升高，泄漏增多，使液压传动效率降低，因而影响液压系统的工作性能。油液流动时，其流速对压力损失影响很大。层流时的沿程压力损失p与油液的流动速度v一次方成正比，紊流时的沿程损失p与油液流动速度v1.75v2成正比；流

22、动油液的局部压力损失与其流速v2成正比。可见降低流速对减少压力损失是十分重要的，因此应限制液体在管道中的最高流速。但是液体的流速太低又会使管路和阀类元件的结构尺寸变大。所以应当使油液在管路中有个适宜的速度， 18、压力损失对液压系统有什么危害?有什么益处?答：压力损失p越大，压力效率越低，因此推动液压缸工作的压力p越低；压力损失的绝大部分转变为热能，造成油温升高，使液压元件受热膨胀，泄漏增加，影响系统的工作性能，这是压力损失对液压系统有害的方面。但是，压力损失对液压系统也有有益的一面，有些控制阀，如减压阀和节流阀等就是利用改变液阻的办法来控制压力或流量，即通过压力损失的变化来改变控制阀的压力或

23、流量；又如有些液压缸也是依靠液阻的阻尼作用而实现缓冲的。19、怎样减少液压系统中的压力损失?答：减少压力损失的常见措施有：（1）尽量缩短管道长度，减少管道弯曲和截面的突然变化。（2）管道内壁力求光滑。（3）选用的液压油粘度要适当。（4）管道应有足够大的通流面积，并将液流的速度限制在适当范围内。20、在液压系统中，什么是泄漏?有什么危害?产生的根源是什么?答：在液压系统和液压元件中，由于加工误差和配合表面具有相对运动要求，总会存在一定的缝隙，油液流经这些缝隙时就会产生泄漏现象。泄漏的形式有两种：一是油液由高压区流向低压区的泄漏为内泄漏；二是系统内的油液泄漏到液压系统外面的泄漏为外泄漏。泄漏会使液

24、压系统效率降低，并污染环境；内泄漏的损失转换为热能，使系统油温升高，影响液压元件的性能和液压系统的正常工作。泄漏是由压力差与配合件表面问的间隙造成的。21、什么是空穴?什么是气蚀?答：(1)空穴 油液中能溶解的空气量比水中能溶解的要多。在大气压下正常溶解于油液中的空气，当压力低于大气压时，就成为过饱和状态。如果压力继续降低到某一值，过饱和的空气将从油液中迅速分离析出而产生气泡。此外，当油液中某一点处的压力低于当时温度下的蒸气压力时，油液将沸腾气化，也在油液中形成气泡。上述两种情况都会使气泡混杂在液体中，产生气穴，使原来充满在管道或元件中的油液成为不连续状态，这种现象一般称为空穴现象。(2)气蚀

25、 当气泡随着液流进入高压区时，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来填补这一空间，质点间相互碰撞而产生局部高压，形成液压冲击。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则称为气蚀。22、液压系统常用的工作介质有哪些类型？国外发展动态如何？答：(1)矿物油系 主要成分是由提炼后的石油制品加入各种添加剂精制而成的；具有润滑性好、腐蚀性小和化学稳定性较好等优点，广泛应用于液压设备上。 (2)抗燃性介质 这种液压介质分为水基液压油和合成液压油两种。水基液压油的主要成分是水，加入某些防锈和润滑等

26、添加剂，具有价格便宜、抗燃等优点，但是润滑性能差、腐蚀性大、适用温度范围小，因此，一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成液压油是由多种磷酸酯和添加剂用化学方法合成的，其优点是润滑性能好、凝固点低，防水性能好，缺点是价格贵、有毒，一般用于钢铁厂、压铸车间、火力发电厂和飞机等防火要求较高的场合。 国外20世纪70年代初，随着能源危机而发展起来的高水基液(HWBF)，现在已演变到第三代。第一代是可溶性油，由5的可溶性油和95的水制成，即原始的水包油型乳化液。第二代是合成溶液，不含油，由无色透明的合成溶液和水按5：95的比例配制而成。第三代是微型乳化液，它既不是乳化液，也不是溶液，而是一种

27、在95水相中均匀扩散着的水溶性抗磨添加剂的胶状悬浮液。这种合成乳化液伴随着科学技术的发展将会广泛地应用于各个工业领域。23、液压油的粘度新牌号与旧牌号有何不同?答：液压油粘度新牌号是以40ºC为运动粘度的标准温度，而旧牌号以50ºC为标准温度。它们的粘度牌号如表22所示。表22液压油新、旧粘度牌号对照表新牌号粘度级7101522324668100150旧牌号粘度级571015203040608024、什么是液体的压缩性和膨胀性?为什么在液压系统计算时常常被忽略?答：液体受压力作用而发生体积变小的性质称为液体的可压缩性。液体的体积随温度升高而膨胀的性质称为液体的膨胀性。 液体

28、由于受压力和温度的影响，所以具有压缩性和膨胀性，当压力增高时，其密度增加而体积变小；当温度升高时，其密度减小而体积变大。但是，在液压传动系统中的工作压力变化不大时，其油温又在控制范围内的情况下，对油液的压缩性和膨胀性影响甚小，所以在液压系统计算时可忽略不计。可是，在要求精确计算时，如动态分析或在压力变化很大的高压情况下工作时，就应考虑液体压缩性的影响；对于容积很大的封闭液体，要注意因温升而引起的膨胀，因为这种膨胀能产生很高的压力，往往会胀裂液压系统的某些薄弱部位。25、什么是液压油的粘性?答：当油液在外力作用下发生流动时，由于油液分子与固体壁面之间的附着力和分子之间内聚力的作用，会导致油液分子

29、间产生相对运动，从而在油液中产生内摩擦力。人们称油液在流动时产生内摩擦力的特性为粘性。 从油液的粘性定义可知，油液只有在流动时才有粘性，而处于静止状态则不显示粘性。26、用什么衡量油液的粘性?答：油液粘性的大小可用粘度来衡量。粘度是表征油液流动时内摩擦力大小的系数。通常用粘度单位表示粘度的大小，我国常用的粘度单位有三种。即：动力粘度、运动粘度和相对粘度。27、什么是动力粘度、运动粘度和相对粘度?答：(1)动力粘度是用液体流动时所产生的内摩擦力大小来表示的粘度。它的物理意义是：面积各为1cm2，相距为1cm的两层液体，以1cms的速度相对运动，此时所产生的内摩擦力，称为动力粘度，用表示。为动力粘

30、度系数。 动力粘度的单位在法定计量单位中，是用帕斯卡秒表示，简称为帕·秒(Pa·s)。(2)运动粘度 在相同温度下，液体的动力粘度与它的密度之比，称为运动粘度，用表示，即 。（3）相对粘度（恩氏粘度） 用恩式粘度计进行测量，故称恩氏粘度。恩氏粘度的测定方法是：将被测的油放在一个特制的容器里(恩氏粘度计)，加热至tC后，由容器底部一个2.8mm的孔流出，测量出200cm3体积的油液流尽所需时间t油，与流出同样体积的20ºC的蒸馏水所需时间t水相比，比值就是该油在温度tºC时的恩氏粘度，用符号ºE表示。 式中 2003cm。被测油液流过恩氏粘度计小

31、孔所需要的时间(s)； 200cm3蒸馏水，在20ºC温度下流过恩氏粘度计小孔所需的时间(s)。 28、使用液压油时应注意些什么问题?答：（1）应保持液压油清洁，防止金属屑和纤维等杂质进入油中。换油时，要彻底清洗油箱，注入新油时必须过滤。 （2）油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免油中产生沉淀物质。 （3）为防止空气进入系统，回油管口应在油箱液面以下，并将管口切成斜面；液压泵和吸油管路应严格密封；液压泵和油管安装高度应尽量小些，以减少液压泵吸油阻力；必要时在系统的最高处设置放气阀。 （4）定期检查油液质量和油面高度。 （5）应保证油箱的温升不超过液压油允许的范围，通常不得超过70ºC，否则应进行冷却调节。29、液压油为什么会污染?如何防止?答：(1)油中混入空气 油液中混入空气后，油易变质，甚至不能使用。油中混入空气，主要由于管接头、液压泵、控制元件、蓄能器、液压缸等密封不好，油箱中有气泡，或者油液质量差等原因引起。 防止措施是：应及时地更换不良的密封件，降低液压泵安装高度，正确选择液压油等。(2)油中混入水分 油中混入一定量的水分后，会使油液变成乳白色并变质，以致不能继续使用，其原因是湿度较高的空气