液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)習(xí)題答案

第一章概述

思考題與習(xí)題

1-1說明什么叫液壓傳動(dòng)？

解：用液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式稱為液體傳動(dòng)。按照其工作原理的

不同，液體傳動(dòng)又可分為液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)兩種形式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力

能來傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要利用液體的動(dòng)能來傳遞能量。

1-2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由哪幾部分組成？試說明各組成部分的作用。

解：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下四個(gè)部分組成：

(1)動(dòng)力元件將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的裝置，其作用是為液壓系統(tǒng)

提供壓力油，是系統(tǒng)的動(dòng)力源。如各類液壓泵。

(2)執(zhí)行元件將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其作用是在壓力油的推動(dòng)下輸出力

和速度(或轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)，以驅(qū)動(dòng)工作部件。如各類液壓缸和液壓馬達(dá)。

(3)控制調(diào)節(jié)元件用以控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動(dòng)方向的裝置。如

溢流閥、節(jié)流閥和換向閥等。

(4)輔助元件除以上元件外的其它元器件都稱為輔助元件，如油箱、工作介質(zhì)、過濾

器、蓄能器、冷卻器、分水濾氣器、油霧器、消聲器、管件、管接頭以和各種信號(hào)轉(zhuǎn)換器

等。它們是一些對(duì)完成主運(yùn)動(dòng)起輔助作用的元件，在系統(tǒng)中也是必不可少的，對(duì)保證系統(tǒng)

正常工作有著重要的作用。

1-3液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)、缺點(diǎn)是什么？

解：1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)液壓傳動(dòng)容易做到對(duì)速度的無級(jí)調(diào)節(jié)，且其調(diào)速范圍大，并且對(duì)速度的調(diào)節(jié)還可以

在工作過程中進(jìn)行；

(2)在相同功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；

(3)液壓傳動(dòng)工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、換向沖擊小，能快速起動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向；

(4)液壓裝置易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以方便地對(duì)液體的流動(dòng)方向、壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控

制，并能很容易地與電氣、電子控制或氣壓傳動(dòng)控制結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和操作；

(5)液壓傳動(dòng)易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，液壓元件能夠自行潤(rùn)滑，故使用壽命較長(zhǎng)；

(6)液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

2.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

(1)液體的泄漏和可壓縮性使液壓傳動(dòng)難以保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比；

(2)液壓傳動(dòng)在工作過程中能量損失較大，因此，傳動(dòng)效率相對(duì)低，不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng);

(3)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，不宜在較高和較低的溫度下工作；

(4)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，不易診斷。

總的說來，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)非常突出，其缺點(diǎn)也將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸得到克服。

1-4國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液壓系統(tǒng)職能符號(hào)的繪制主要有哪些規(guī)定？

解：一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖都應(yīng)按照GB/T7861.卜93所規(guī)定的液壓圖形符號(hào)來繪制。圖

1-1(a)所示液壓系統(tǒng)，用圖形符號(hào)繪制的系統(tǒng)圖如圖1-2所示。使用圖形符號(hào)可使液壓

傳動(dòng)系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單明了，便于繪制。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖中的圖形符號(hào)只表示元件的功能、操作

(控制)方法和外部連接口，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖只表示各元

件的連接關(guān)系，而不表示系統(tǒng)管道布置的具體位置或元件在機(jī)器中的實(shí)際安裝位置：液壓

傳動(dòng)系統(tǒng)圖中的圖形符號(hào)通常以元件的靜止位置或零位來表示。

1-5國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液壓油的牌號(hào)是如何規(guī)定的？

解：GB7631.2—87等效采用【SO6743/4的規(guī)定。液壓油采用統(tǒng)一的命名方式，其

一般形式如下：類-品種數(shù)字LHv22其中：L一類別（潤(rùn)滑劑和有關(guān)產(chǎn)品，GB7631.1）

HV一品種（低溫抗磨）22一牌號(hào)（粘度級(jí)，GB3141）液壓油的粘度牌號(hào)由GB3141做出了規(guī)

定，等效采用ISO的粘度分類法，以40,C運(yùn)動(dòng)粘度的中心值來劃分牌號(hào).

第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)

思考題與習(xí)題

2-1什么是液體的粘性？常用的粘度表示方法有哪幾種？說明粘度的單位。

解：1、液體的粘性：液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)聚力會(huì)阻止分子間的相對(duì)

運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，這種特性叫做液體的粘性。

2、粘度表示方法：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度三種。

3、動(dòng)力粘度的法定計(jì)量單位為Pa-s和MPa-s；

運(yùn)動(dòng)粘度的法定計(jì)量單位為m7s和mm7s;

2-220℃時(shí)水的運(yùn)動(dòng)粘度為1.0mm2/s,密度為1000.Okg/n?；20℃時(shí)空氣的運(yùn)動(dòng)粘度為

15.0nim7s,密度為L(zhǎng)2kg/m：請(qǐng)比較水和空氣的粘性。（提示:只有動(dòng)力粘度才能直接反

映粘性大小）

解：由于是等式比較，且單位相同，所以可直接比較。

由4=夕”得〃水=1.0*1000=1000>〃空氣=15*1.2=18,所以水的粘性比空氣大。

2-3液壓油有哪些主要品種？如何選用液壓油？

解：（1）液壓油的品種

我國液壓油的主要品種、粘度等級(jí)、組成和特性見表27。

我國液壓油（液）的主要品種

油名（品種）粘度等級(jí)組成和特性

L-HL15、22、32、46、68、100、150精制礦油、R&0

L-HM15、22、32、46、68、100、150精制礦油、R&O、

L-HG32、46、68精制礦油、R&0、AIT.ASS

L-HFC15、22、32、46、68、100含聚合物水溶液、LS、HVI,LPP

L-HFDR15、22、32、46、68、100磷酸酯無水合成液、LS、AH-

L-HFAE7、10、15、22、32水包油乳化液、LS

L-HFB22、32、46、68、100油包水乳化液

L-HV15、22、32、46、68、100精制礦油、R&O、A%HVI.LPP

L-HS10、15、22、32、46合成液（合成燃油）、R&0、4族HVI,LPP

注：衣&0抗氧防銹，4%抗磨，小7-高粘度指數(shù)，〃^低傾點(diǎn)，4$心防爬，Z6難燃

（2）液壓油品種的選擇

液壓油品種的選擇通?？蓞⒖急?-2,根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境、工況條件和液

壓泵的類型等選擇液壓油的品種。一般而言，齒輪泵對(duì)液壓油的抗磨性要求比葉片泵和柱

塞泵低，因此齒輪泵可選用L-HL或L-HM油，而葉片泵和柱塞泵一般則選用L-HM油。

液壓油(液)品種的選擇

壓力:7.0MPa以下壓力：7.0?14.0MPa壓力：7.0MPa以上

環(huán)境、工況

溫度：50℃以下溫度：50℃以下溫度：50~100℃

室內(nèi)、固定液壓設(shè)備L-HLL-HL,L-HML-HM

露天寒冷和嚴(yán)寒區(qū)L-HVL-HV,L-HSL-HV,L-HS

高溫?zé)嵩椿蛎骰鸶浇麹-HFAEL-HFB,L-HFCL-HFDR

2-4壓力的定義是什么？壓力有哪幾種表示方法？相互之間的關(guān)系如何？

解：(1)在面積AA作用有法向力AF時(shí)，該點(diǎn)處的壓力P可定義為

p=lim---

根―°AA

(2)壓力的表示方法有：在壓力測(cè)試中，根據(jù)度量基準(zhǔn)的不同，液體壓力分為絕

對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種。

以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力稱為絕對(duì)壓力。以大氣壓力為基準(zhǔn)測(cè)得的高于大氣壓力

的那部分壓力稱為相對(duì)壓力。在地球表面上，一切物體都受到大氣壓的作用，大氣壓力的

作用都是自相平衡的，因此一般壓力儀表在大氣中的讀數(shù)為零。由測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力

就是高于大氣壓的那部分壓力，所以相對(duì)壓力也稱為表壓力。在液壓技術(shù)中，如不持別指

明，壓力均指相對(duì)壓力。

當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，比大氣壓小的那部分壓力稱為真空度。

(3)幾種壓力相互之間的關(guān)系：

W

田P>Pa

長(zhǎng)

我

■

SKS宙I----Pa

S田S

rl

-KI

。=0(絕對(duì)真空)

2-5什么是液體的層流與紊流？說明其判別方法。

解：19世紀(jì)末，英國學(xué)者雷諾通過實(shí)驗(yàn)觀察水在圓管內(nèi)的流動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)液體有兩種

流動(dòng)狀態(tài)，即層流和紊流。在層流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，流動(dòng)呈層狀且平行于導(dǎo)管軸線;

在紊流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，除了平行于導(dǎo)管軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在劇烈的橫向

運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明，液體在圓管中的流動(dòng)狀態(tài)與管內(nèi)液體的平均流速。、管道內(nèi)徑d和液體

的運(yùn)動(dòng)粘度丫有關(guān)。判定液體流動(dòng)狀態(tài)常用由這三個(gè)參數(shù)所組成的雷諾數(shù)R。

2-6伯努利方程的物理意義是什么？實(shí)際液體伯努利方程與理想液體伯努利方程的區(qū)別

是什么？

解：(1)伯努利方程的物理意義是：在某通道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的理想液體具有三種形式

的能量，即壓力能、位能和動(dòng)能。這三種形式的能量在液體流動(dòng)過程中可以相互轉(zhuǎn)化，但

其總和在各個(gè)截面處均為定值。

(2)在實(shí)際液體的計(jì)算當(dāng)中，還要考慮液體粘性和流態(tài)的影響，對(duì)其加以修正。

2-7如題2-6圖所示，由一直徑為d,重量為G的活塞浸在液體中，并在力F的作用下

處于靜止?fàn)顟B(tài)。若液體的密度為p,活塞浸入深度為h,試確定液體在測(cè)壓管內(nèi)的上升高度

x?

題2-6圖

解：取活塞底端為研究水平面

則有：pgx+pgh=4(F+G)/血,

故呻好

2-8圖2-3所示液壓千斤，若大活塞的直徑為50.0cm,小活塞的直徑為12.5cm。問在

小活塞上所加的力為多大才能將重力為5xlO3N的重物頂起？

FwA.-W

=312.5N

由帕斯卡原理得4,所以

解:4A2

2-9如題2-7圖所示，容器內(nèi)充滿密度為p的油液，容器內(nèi)的壓力由水銀壓力計(jì)的讀數(shù)

h來確定。若壓力計(jì)與容器用軟管連接，將壓力計(jì)的測(cè)壓管向下移動(dòng)距離a,這時(shí)容器內(nèi)

的壓力不變，但測(cè)壓管的讀數(shù)由h變?yōu)閔+Ah。試確定Ah與a的關(guān)系。

題2-7圖

解:設(shè)初始油柱高度為%=EMBEDEquation.DSMT4%,則有

a

J+PoirS-a0=pHg-g-h

P+g,(a。+a)=Pug?g?(Ji+Ah)

聯(lián)立兩方程可得PHg，kh/poil

2-10如題圖2-8所示，管道輸送密度p=900kg/m的液體，已知h=15m,1處的壓力

為4.5xlO5Pa,2處的壓力為4、105Pa,試判斷管中液流的方向。

題2-8圖

2z

解：假設(shè)也流從1流向2,貝！|：p,+l/2pv=p2+pgh2+l/2pv+p,

由連續(xù)性方程可得：qv.=qv2

vA=V2A2

++

所以，Pi=P2Pgh2Pw

450000=40000+900*10*15+p.

所以，p,.=_85000pa

所以，流向與假設(shè)方向相反，液體由2流向1.

2-11如題2-9圖所示變截面水平圓管，通流截面直徑d產(chǎn)也/4,在1-1截面處的液體平

均流速為8.0m/s、壓力為l.OMPa,液體的密度為1000.Okg/m：求2-2截面處的平均流速

和壓力。（按理想液體考慮）

題2-9圖

解：=。2,2

11

6+Pg%+~P^=￡+Pgh+-pu2

聯(lián)立上面兩方程得％=85m/s,P]=13MP"。

2-12如題2-10圖所示，活塞上作用有外力F=3000N,活塞直徑D=50nm,若使油從

液壓缸底部的銳緣孔口流出，設(shè)孔口直徑d=10mm,孔口速度系數(shù)Cv=0.97,流量系數(shù)

Cq=O.63,油液的密度p=870kg/m3,不計(jì)摩擦，試求作用在液壓缸缸底壁面上的力。

題2-10圖

解:F在缸體內(nèi)產(chǎn)生的壓力為：p=4F/JID2=l.529*106pa

小孔流量為：

q、.=CqA](2△p/p嚴(yán)=0.63*0.25*3.14*(10*10：i)2(2*15.29*107870產(chǎn)=0.00293m%

活塞速度為：v=4qv/3.14D2=1.493m/s

孔口液流速度為：

2

Vd=4qv/3.14d=37.3m/s

若以缸內(nèi)的液體為控制液體，設(shè)作用在液壓缸缸底壁面上的力為R,則由動(dòng)量方程得：

F-R=pqv(v0-v)

R=F-pqv(v0-v)=3000-870*0.00293*(37.3-1.493)=2908.72(N)向右

2-13如題2T2圖所示，液壓泵輸出流量可手動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)流量為25.0L/min時(shí)，測(cè)得阻

尼孔前的壓力為0.05MPa；若流量為50.0L/min時(shí)，阻尼孔前的壓力為多大？(提示：阻尼

孔分別按細(xì)長(zhǎng)孔和薄壁孔兩種情況考慮，阻尼孔后壓力為零)

題2-12圖

解：(1)細(xì)長(zhǎng)孔

由公式128/

?=二

班2P2

代入數(shù)據(jù)得6月

(2)薄壁孔

P2=0.2此

2-14研究孔口和縫隙的流量特性具有什么意義？

解：在液壓系統(tǒng)中，液流流經(jīng)小孔或縫隙的現(xiàn)象是普遍存在的。例如，液壓傳動(dòng)中常利

用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制系統(tǒng)的流量和壓力，液壓元件的泄漏也屬于縫隙流動(dòng)，

因此有必要研究液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量計(jì)算。

2-15管路中的壓力損失有哪幾種？各受哪些因素影響？

解：(1)沿程壓力損失

液體在直徑不變的直通道中流動(dòng)時(shí)因其內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的能量損失，稱為沿程壓力損

失。它主要決定于液體平均流速。、動(dòng)力粘度"(°”)、通道的長(zhǎng)度/和內(nèi)徑”等。

(2)局部壓力損失

液體流經(jīng)管道的彎頭、大小管的接頭、突變截面、閥口和網(wǎng)孔等局部障礙處時(shí)，因

液流方向和速度大小發(fā)生突度，使液體質(zhì)點(diǎn)間相互撞擊而造成的能量損失，稱為局部壓力

損失。液體流過這些局部障礙處時(shí)，流態(tài)極為復(fù)雜，影響因素較多，一般都依靠實(shí)驗(yàn)求得

各種類型局部障礙的局部阻力系數(shù)，然后再計(jì)算局部壓力損失“Ao

2-16液壓沖擊和空穴現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？有什么危害？如何防止？

解：一、液壓沖擊

(1)產(chǎn)生液壓沖擊的原因

a閥門突然關(guān)閉引起液壓沖擊若有一較大容腔(如液壓缸、蓄能器等)和在另一端裝

有閥門的管道相通。當(dāng)閥門開啟時(shí)，管內(nèi)液體從閥門流出。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，從閥門處

開始液體動(dòng)能將逐層轉(zhuǎn)化為壓力能，相應(yīng)產(chǎn)生一從閥門向容腔推進(jìn)的壓力沖擊波，出現(xiàn)液

壓沖擊。

b運(yùn)動(dòng)部件突然制動(dòng)引起液壓沖擊如換向閥突然關(guān)閉液壓缸的回油通道而使運(yùn)動(dòng)部

件制動(dòng)時(shí)，這一瞬間運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為被封閉油液的壓力能，壓力急劇上升，出現(xiàn)

液壓沖擊。

c液壓系統(tǒng)中元件反應(yīng)不靈敏造成液壓沖擊如系統(tǒng)壓力突然升高時(shí)，溢流閥不能迅

速打開溢流閥口，或限壓式變量泵不能和時(shí)自動(dòng)減小輸出流量等，都會(huì)導(dǎo)致液壓沖擊。

(2)液壓沖擊的危害

在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生液壓沖擊時(shí)，瞬時(shí)壓力峰值有時(shí)比正常壓力要大好幾倍，會(huì)引起振

動(dòng)和噪聲，導(dǎo)致密封裝置、管路和液壓元件的損壞，甚至還會(huì)使某些液壓元件(如壓力繼電

器、順序閥等)產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而影響系統(tǒng)正常工作。可見應(yīng)力求減小液壓沖擊。

(3)通?？刹扇∠铝写胧﹣頊p少液壓沖擊：

a延長(zhǎng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間?？刹捎脫Q向時(shí)間可調(diào)的換向閥。實(shí)驗(yàn)證

明當(dāng)換向時(shí)間大于0.3s時(shí)，液壓沖擊就大大減少。

b限制管路內(nèi)液體的流速和運(yùn)動(dòng)部件的速度。一般在液壓系統(tǒng)中將管路流速控制在

4.5m/s以內(nèi)，運(yùn)動(dòng)部件的速度一般小于10.0/min,并且當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量越大，則其運(yùn)動(dòng)

速度就應(yīng)該越小。

c適當(dāng)增大管徑。這樣不僅可以降低流速，而且可以減小壓力沖擊波傳播速度。

d盡量縮小管道長(zhǎng)度，可以減小壓力波的傳播時(shí)間。

e用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置畜能器，以吸收沖擊的能量；也可以在容易出現(xiàn)液壓沖

擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥。

二、空穴現(xiàn)象

(1)產(chǎn)生原因：在液壓系統(tǒng)中，如果某處壓力低于油液工作溫度下的空氣分離壓時(shí)，

油液中的空氣就會(huì)分離出來而形成大量氣泡；當(dāng)壓力進(jìn)一步降低到油液工作溫度下的飽和

蒸汽壓力時(shí)，油液會(huì)迅速汽化而產(chǎn)生大量汽泡。這些氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生空穴，使原

來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現(xiàn)象一般稱為空穴現(xiàn)象。

空穴現(xiàn)象一般發(fā)生在閥口和液壓泵的進(jìn)油口處。油液流過閥口的狹窄通道時(shí)，液流速度

增大，壓力大幅度下降，就可能出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。液壓泵的安裝高度過高，吸油管道內(nèi)徑過

小，吸油阻力太大，或液壓泵轉(zhuǎn)速過高、吸油不充足等，均可能產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。

(2)危害：液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象后，氣泡隨油液流到高壓區(qū)時(shí)，在高壓作用下氣

泡會(huì)迅速破裂，周圍液體質(zhì)點(diǎn)以高速來填補(bǔ)這一空穴，液體質(zhì)點(diǎn)間高速碰撞而形成局部液

壓沖擊，使局部的壓力和溫度均急劇升高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。在氣泡凝聚處附近的

管壁和元件表面，因長(zhǎng)期承受液壓沖擊和高溫作用，以和油液中逸出氣體的較強(qiáng)腐蝕作用，

使管壁和元件表面金屬顆粒被剝落，這種因空穴現(xiàn)象而產(chǎn)生的表面腐蝕稱為氣蝕。故應(yīng)力

求避免空穴現(xiàn)象得產(chǎn)生。

(3)避免措施：

a減小閥孔或其他元件通道前后的壓力差。

b降低液壓泵的吸油高度，采用內(nèi)徑較大的吸油管，并盡量少用彎頭，以減小管路阻

力，必要時(shí)對(duì)大流量泵采用輔助泵供油。

c各元件的連接處要密封可靠，以防止空氣進(jìn)入。

d整個(gè)系統(tǒng)管路應(yīng)盡可能直，避免急彎和局部狹窄等。

e提高元件的抗氣蝕能力。對(duì)容易產(chǎn)生氣蝕的元件，如泵的配油盤等金屬材料，增加

元件的機(jī)械強(qiáng)度。

第三章液壓泵

思考題與習(xí)題

3-1液壓泵要完成正常的工作過程，必須具備哪些條件？

解：(1)具備密封容積；

(2)密封容積周期變化；

(3)進(jìn)油口和出油口分開。

3-2液壓泵的工作壓力取決于什么?泵的工作壓力與公稱壓力有何關(guān)系？

解：液壓泵的工作壓力取決于負(fù)載；

泵的工作壓力一般小于公稱壓力。

3-3要提高齒輪泵的工作壓力需解決哪些關(guān)鍵問題？通常都采用哪些措施?

解：在液壓泵中，運(yùn)動(dòng)件間是靠微小間隙密封的。這些微小間隙從運(yùn)動(dòng)學(xué)上形成摩擦

副，而高壓腔的油液通過間隙向低壓腔泄漏是不可避免的；齒輪泵壓油腔的壓力油可通過

三條途徑泄漏到吸油腔去：一是通過齒輪嚙合線處的間隙(齒側(cè)間隙)，二是通過體定子

環(huán)內(nèi)孔和齒頂間隙的徑向間隙(齒頂間隙)，三是通過齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙(端面

間隙)。在這三類間隙中，端面間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油液就

越多。因此為了實(shí)現(xiàn)齒輪泵的高壓化，為了提高齒輪泵的壓力和容積效率，需要從結(jié)構(gòu)上

來采取措施，一般采用對(duì)齒輪端面間隙進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)霓k法。

3-4簡(jiǎn)述齒輪泵、葉片泵和柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。

解：由于各類液壓泵各自突出的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)、功用和動(dòng)轉(zhuǎn)方式各不相同，因此應(yīng)根據(jù)

不同的使用場(chǎng)合選擇合適的液壓泵.一般在機(jī)床液壓系統(tǒng)中，往往選用雙作用葉片泵和限

壓式變量葉片泵；而在筑路機(jī)械、港口機(jī)械以和小型工程機(jī)械中往往選擇抗污染能力較強(qiáng)

的齒輪泵；在負(fù)載大、功率大的場(chǎng)合往往選擇柱塞泵。

3-5齒輪泵產(chǎn)生困油現(xiàn)象是什么？有何危害?如何解決？

解：齒輪泵要能連續(xù)地供油，就要求齒輪嚙合的重疊系數(shù)￡大于1,也就是當(dāng)一對(duì)齒

輪尚未脫開嚙合時(shí)，另一對(duì)齒輪已進(jìn)入嚙合，這樣就出現(xiàn)同時(shí)有兩對(duì)齒輪嚙合的瞬間，在

兩對(duì)齒輪的齒向嚙合線之間形成了一個(gè)封閉容積。一部分油液也就被困在這一封閉容積中

(見圖3-5(a)),齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，這一封閉容積便逐漸減小，到兩嚙合點(diǎn)處于圖3-5(b)

所示節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的對(duì)稱位置時(shí)，封閉容積為最小。齒輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉容積又逐漸增大，

直到圖3-5(c)所示位置時(shí)，容積又變?yōu)樽畲?。在封閉容積減小時(shí)，被困油液受到擠壓，壓

力急劇上升，使軸承上突然受到很大的沖擊載荷，使泵劇烈振動(dòng)，這時(shí)高壓油從一切可能

泄漏的縫隙中擠出，造成功率損失，使油液發(fā)熱等。當(dāng)封閉容積增大時(shí)，由于沒有油液補(bǔ)

充，因此形成局部真空，使原來溶解于油液中的空氣分離出來，形成了氣泡。油液中產(chǎn)生

氣泡后，會(huì)引起噪聲、氣蝕等一系列惡果。以上情況就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。這種困油現(xiàn)

象極為嚴(yán)重地影響著泵的工作平穩(wěn)性和使用壽命。

為了消除困油現(xiàn)象，在CB—B型齒輪泵的泵蓋上銃出兩個(gè)困油卸荷凹槽，其幾何關(guān)系如

圖3-6所示。卸荷槽的位置應(yīng)該使困油腔由大變小時(shí)，能通過卸荷槽與壓油腔相通；而當(dāng)

困油腔由小變大時(shí)，能通過另一卸荷槽與吸油腔相通。兩卸荷槽之間的距離為a,必須保

證在任何時(shí)候都不能使壓油腔和吸油腔互通。

3-6軸向柱塞泵的斜盤傾角為什么不能太大？其配油盤的配油窗口和斜盤應(yīng)保持怎樣的

幾何關(guān)系？裝配時(shí)若誤將配油盤從正確位置上轉(zhuǎn)過90。，會(huì)出現(xiàn)什么后果？

解：(1)當(dāng)斜盤傾角太大時(shí)，容易使柱塞與斜盤間摩擦增大，降低效率，如果達(dá)到自

鎖角，兩者將不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

(2)配油盤的配油窗口和斜盤應(yīng)保證當(dāng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柱塞吸油腔和壓油腔隔開；

(3)當(dāng)裝配時(shí)若誤將配油盤從正確位置上轉(zhuǎn)過90。，柱塞泵不能吸油和壓油。

3-7某齒輪泵的節(jié)圓直徑為28mll1,齒數(shù)為10,齒寬為16mm,容積效率在泵進(jìn)、出口壓

差為lOMPa、轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)為0.9。試求：

(1)該泵的排量和實(shí)際輸出流量；

(2)若已知泵的機(jī)械效率為0.88,試計(jì)算泵的輸入功率。

解：

2

(1)V=27tzmB=8.35x10,3/s

辦=8.35x10-6x3000x0.9/60=375.75x10-6//s

=4.75(或)

(2)%在.〃“，

3-8某液壓泵的工作壓力為10.OMPa,轉(zhuǎn)速為1450.Or/min,排量為46.2mL/r,容積效

率為0.95,總效率為0.9。求泵的實(shí)際輸出功率和驅(qū)動(dòng)該泵所需的電機(jī)功率。

解：

泵的實(shí)際輸出功率為必=",分=10x106x46.2x1450x10x0.95/60=10.6kw

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為P，"=P。"切工=10-6/0-9=1L785疑

3-9某葉片泵的定子短半徑為35.35mm,長(zhǎng)半徑為37.8mm,葉片寬度為20mm,厚度

4.72mm,葉片傾角為12。，葉片數(shù)為10,泵的轉(zhuǎn)速為1500r/min。若已知泵的工作壓力為

MMPa時(shí)，其輸出流量為4L/min,試求泵的容積效率為多少？

〃=心-/M/嗑='〃%=1174.5"min

解：/M

qv=qv」nv=2B兀即一廠)------bz叫，

由Lcos。J可得以

4x10760=2x0.02(3.14(0.03782-0.035352)-(0.0378-0.03535)0.00472xl0/cosl2°)

x%x1500/60。

小=(4x10760)+(2x0.02(3.14X(0.03782-0.035352)-(0.0378-0.03535)

0.00472x10/cosl20)x1500/60)=71%

3-10設(shè)軸向柱塞泵的斜盤傾角為22。33，，柱塞直徑為22mm,柱塞在缸體上的分布圓

直徑為68mm,柱塞數(shù)為7,其容積效率/=°-98,機(jī)械效率*=09,轉(zhuǎn)速

/?=960r/min,泵進(jìn)、出口的壓差如=［。明，試計(jì)算泵的理論輸出流量、實(shí)際流量和

泵的輸入功率分別為多少？

解：泵的理論流量為分'=”/(tan7)z〃/4,代入數(shù)據(jù)得如=1.597x1()6加//min,

泵的理實(shí)際量為即=%，=L597x10',x0.98=1.566x1O'加//min,

P”P。'/Ns/=295.82的

泵的輸入功率為/%//J*

3-11如題3-11圖所示的雙泵供油液壓系統(tǒng)，由低壓大流量泵高壓小流量泵2、溢流閥

3、單向閥4、液控順序閥(卸荷閥)5和8換向閥6以和單向順序閥7組成。試問：

(1)系統(tǒng)中的負(fù)載壓力由哪個(gè)元件控制？

(2)液壓泵1向系統(tǒng)供油或卸荷由什么控制？

(3)單向閥4和液控順序閥5在系統(tǒng)中的作用是什么？

圖3-1

解：(1)當(dāng)負(fù)載無窮大時(shí)，系統(tǒng)為低壓時(shí)，系統(tǒng)壓力由閥5決定；當(dāng)系統(tǒng)為高壓時(shí)，系統(tǒng)

壓力油閥3決定。

(2)液壓泵1向系統(tǒng)供油或卸荷由換向閥控制。

(3)當(dāng)系統(tǒng)需要高壓小流量時(shí)，單向閥4防止高壓油進(jìn)入液壓泵1,即隔離高壓和低壓油

液，此時(shí)液控順序閥5在高壓油的作用下打開，使液壓泵1在較小壓力下卸荷。

4液壓缸與液壓馬達(dá)

思考題與習(xí)題

4-1液壓缸與液壓馬達(dá)在功能特點(diǎn)上有何異同？

解：液壓缸是輸出直線運(yùn)動(dòng)，而液壓馬達(dá)是輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

4-2為什么伸縮套筒式液壓缸活塞伸出的順序是從大到小，而縮回的順序是由小到大?

(提不：應(yīng)考慮有效工作面積)

解：當(dāng)伸出時(shí)，作用面積最大的先伸出，因此活塞伸出順序是從大到??；同理，縮回

時(shí)順序由小到大。

4-3活塞與缸體、活塞桿與端蓋之間的密封形式有幾種？各應(yīng)用于什么場(chǎng)合？

解：液壓缸中常見的密封裝置如下圖所示。圖中(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的

微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的

環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏

大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度

較高的缸筒和活塞間使用。圖4中(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼

龍或其他高分子材料制成）在0形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較

好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不

便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖中（c）、（d）所示為密封圈（0形圈、V形圈等）密封，

它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)

構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞

桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。

密封裝置

間隙密封（b）摩擦環(huán)密封（c）O形圈密封（d）V形圈密封

4-4單活塞桿缸差動(dòng)連接時(shí)，有桿腔與無桿腔相比誰的壓力高？為什么？

解：可以認(rèn)為兩者壓力相等。但需要說明的是：開始工作時(shí)差動(dòng)缸左右兩腔的油液壓

力相同，但是由于左腔（無桿腔）的工作面積比右腔（有桿腔）的工作面積大，活塞向右的推力

大于向左的推力，故其活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使右腔中排出的油液（流量為qv'）也進(jìn)入左腔，

加大了流入左腔的流量（q、+q、.'），從而也加快了活塞移動(dòng)的速度。實(shí)際上活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)，

由于差動(dòng)缸兩腔間的管路中有壓力損失，所以右腔中油液的壓力稍大于左腔油液壓力。而

這個(gè)差值一般都較小可以忽略不計(jì)

4-5如何實(shí)現(xiàn)液壓缸的排氣和緩沖？

解：（1）液壓缸的排氣裝置：

在液壓系統(tǒng)安裝時(shí)或停止工作后又重新啟動(dòng)時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，

為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，必須把液壓系統(tǒng)中的空氣排出去。

對(duì)于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸筒兩端的最高處，

通過回油使缸內(nèi)的空氣排往油箱，再從油面逸出，對(duì)于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸或大

型液壓缸，常在液壓缸兩側(cè)的最高位置處（該處往往是空氣聚積的地方）設(shè)置專門的排氣裝

置。常用的排氣裝置有兩種形式，如下圖所示。

(a)(b)(c)

排氣裝置

1一缸蓋2—放氣小孔3—缸體4—活塞桿

(2)液壓缸的緩沖裝置：為了防止活塞在行程的終點(diǎn)與前后端蓋板發(fā)生碰撞，引起噪

音，影響工件精度或使液壓缸損壞，常在液壓缸前后端蓋上設(shè)有緩沖裝置，以使活塞移到

快接近行程終點(diǎn)時(shí)速度減慢下來終至停止。

緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的

部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸

減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。

4-6要使差動(dòng)連接單活塞桿缸快進(jìn)速度是快退速度的2倍，則活塞與活塞桿直徑之比應(yīng)

為多少？

解：設(shè)快進(jìn)速度為片，快退速度為匕。

差動(dòng)連接時(shí)，快進(jìn)片=4〃皮2,快退％=4”[萬(°2_筋)],由匕=2%可得

D=y[3d

所以，要使差動(dòng)連接單活塞桿缸快進(jìn)速度是快退速度的2倍，活塞與活塞桿直徑之比

應(yīng)為5

4-7如圖所示的液壓系統(tǒng)中，液壓泵銘牌參數(shù)qv=18L/min,p=6.3MPa,設(shè)活塞直徑

D=90mm,活塞直徑d=60mm,F=28000N時(shí)，不計(jì)壓力損失，試求在各圖示情況下壓力

表的指示壓力。

解：設(shè)無桿腔面積為"I,有桿腔面積為“2。

P”=2.8x104,=40外

4^x（90xl0-3）'

⑵4=。；

(3)A4=尸+42P2得6-55Mpei

4-8已知單桿液壓缸缸筒內(nèi)徑D=100mm,活塞桿直徑d=50mm,工作壓力pi=2MPa,

流量qv=10L/min,回油壓力p2=0.5MPa。試求活塞往返運(yùn)動(dòng)時(shí)的推力和速度。

解：(1)活塞伸出時(shí)：

2

7rd-6和―2）

4=12.8kN,

4“

v.=——v=0.02m/s

7TD2

（2）活塞退回時(shí):

22

F2=Pi^（D-d）-P1?-=7.85ZN

v,=-4%=0.028m/s

27r(D2-d2)

4-9下圖為兩結(jié)構(gòu)尺寸相同的液壓缸，Ai=100cm2,A2=80cm2,pi=0.9Mpa,

%〕=15L/min。若不計(jì)摩擦損失和泄漏，試求：

(1)當(dāng)兩缸負(fù)載相同(F|=F2)時(shí)，兩缸能承受的負(fù)載是多少？

(2)此時(shí)，兩缸運(yùn)動(dòng)的速度各為多少？

則:（1）4'4=41兄+”

分4=F2

F、=F2

由以上3式可得月=瑪=5左N。

(2)匕=%/4=0。25m/s

v2=*匕=002加/s

4T0設(shè)計(jì)一差動(dòng)連接液壓缸，已知泵的公稱流量為25L/min,公稱壓力為6.3MPa,工

作臺(tái)快進(jìn)、快退速度為5m/min。試計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。當(dāng)快進(jìn)外負(fù)載為

25xlO3N時(shí)，液壓缸的壓力為多少？

'=79.8(加加)

解：1m,

又因快進(jìn)和快退速度相等，所以°=J5d=112.8加加

2

p_7td

~T'P.=4F/(7rd2)=4.99MPa

田付，

4-11已知液壓馬達(dá)的排量‘M=250mL/r,入口壓力為0=9.8MPa,出口壓力為

P2=0.49MPa,此時(shí)總效率〃=0.9,容積效率%"=0.92。當(dāng)輸入流量/'=22L/min時(shí),試求：

(1)液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩(N-m):

(2)