液压与气动作业答案.doc

《液压与气动》作业参考答案
作业一：
1．液压与气压传动系统是由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？
答：（1）液压与气压传动系统均由以下五个部分组成：能源装置；执行装置；控制调节装置；辅助装置；工作介质。
（2）能源装置的作用是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的装置；执行装置的作用是将液体或气体的压力能转换成机械能的装置；控制调节装置的作用是对系统中流体的压力、流量、流动方向进行控制和调节的装置；辅助装置是指除上述三个组成部分以外的其他装置。分别起散热、贮油、过滤、输油、连接、测量压力和测量流量等作用，是液压系统不可缺少的组成部分；工作介质的作用是进行能量的传递。
2. 液压传动的优缺点有哪些？
答：（1）液压传动与其它传动相比有以下主要优点：
① 液压传动可以输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，这是其它传动方式所不能比的突出优点。
② 液压传动能很方便地实现无级调速，调速范围大，且可在系统运行过程中调速。
③ 在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。
④ 液压传动能使执行元件的运动十分均匀稳定，可使运动部件换向时无换向冲击。而且由于其反应速度快，故可实现频繁换向。
⑤ 操作简单，调整控制方便，易于实现自动化。特别是和机、电联合使用，能方便地实现复杂的自动工作循环。
⑥ 液压系统便于实现过载保护，使用安全、可靠。由于各液压元件中的运动件均在油液中工作，能自行润滑，故元件的使用寿命长。
⑦ 液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造、维修和推广使用。
（2）液压传动与其它传动相比，具有以下缺点：
① 油的泄漏和液体的可压缩性会影响执行元件运动的准确性，故无法保证严格的传动比。
② 对油温的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度条件下工作。
③ 能量损失(泄漏损失、溢流损失、节流损失、摩擦损失等)较大，传动效率较低，也不适宜作远距离传动。
④ 系统出现故障时，不易查找原因。
3．气压传动的优缺点有哪些？
答：（1）气压传动与其它传动相比，具有如下优点：
① 工作介质是空气，来源于大自然空气，取之不尽，用之不竭，使用后直接排入大气而无污染，不需要设置专门的回气装置。
② 空气的粘度很小，所以流动时压力损失较小，节能，高效，适用于集中供应和远距离输送。
③ 气动动作迅速，反应快，维护简单，调节方便，特别适合于一般设备的控制。
④ 工作环境适应性好。特别适合在易燃、易爆、潮湿、多尘、强磁、振动、辐射等恶劣条件下工作，外泄漏不污染环境，在食品、轻工、纺织、印刷、精密检测等环境中采用最适宜。
⑤ 成本低，能自动过载保护。
（2）气压传动与其它传动相比，具有以下缺点：
① 空气具有可压缩性，不易实现准确的传动比、速度控制和定位精度，负载变化时对系统的稳定性影响较大。
② 空气的压力较低，只适用于压力较小的场合。
③ 排气噪声较大，高速排气时应加消声器。
④ 空气无润滑性能，故在气路中应设置给油润滑装置。
⑤ 有问题难查找，工人水平要求高。

作业二：
1．压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外负载有什么关系? 表压力是指什么压力?
答：（1）压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。
（2）液压系统的压力与外负载的关系是：外负载越大，液压系统的压力就越高；反之，外负载越小，液压系统的压力就越低。
（3）表压力是指相对压力。
2．解释下述概念：理想液体、恒定流动、层流、紊流和雷诺数。
答：理想液体：是为简化问题难度而假设的既无粘性，又不可压缩的液体。
恒定流动：是指液体流动时，液体中任一质点处的压力、流速和密度不随时间而变化的流动。
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。
紊流：是指液体流动时，液体质点有横向运动（或产生小旋涡），作紊乱状态的流动。
雷诺数: 是用来判定液体流动时呈现出的流态是层流还是紊流的一个数。
3．管路中的压力损失有哪几种？对压力损失影响最大的因素是什么?
答：管路中的液体在流动时的压力损失可分为两种：一种是沿程压力损失，一种是局部压力损失。
对压力损失影响最大的因素是液体的流速。因为，两种压力损失都与液体流速的平方成正比。
4．由液体流经平行平板间隙的流量公式=分析，为减少间隙的漏油量可采取哪些措施?其中，最有效的措施是什么?
答：为减少平行平板间隙的漏油量可采取的措施是：减小间隙两端的压力差，减小平板间隙的高度，减小平板的宽度，增加平板的长度，选用动力黏度大的液压油等。其中，最有效的措施是减小平板间隙的高度。因为，在压力差作用下，流过间隙的流量与间隙高度的三次方成正比，所以液压元件间隙的大小对泄漏的影响最大。
作业三：
1．简述外啮合齿轮泵的工作原理。

1—泵体 2、4—齿轮 3、5—齿轮传动轴
作业三：1图 外啮合齿轮泵的工作原理
答：外啮合齿轮泵是由两个相互啮合的齿轮、泵体、两个端盖和两根传动轴组成（如图所示），它们形成了密封的工作容积。该密封的工作容积以相互啮合齿轮的轮齿接触的啮合线为界，分隔成左右两个密封的空腔，即腔和腔，腔接吸油口，b腔接压油口。当主动轴带动主动齿轮2按图示方向旋转时，在腔中，啮合的两轮齿逐渐脱开，工作容积逐渐增大，形成局部真空。油箱中的油液在大气压力作用下经吸油口进入腔（腔为吸油腔），流入各个齿槽中，齿槽中的油液随齿轮转动沿带尾箭头所示方向被带到右侧腔。同时，在腔中齿轮啮合处的轮齿逐渐啮合，使工作容积逐渐减小，油液压力增加，形成高压油液，腔的高压油液被挤压经压油口排出（腔为压油腔）。这样，齿轮不停地转动，吸油腔不断地从油箱中吸油，压油腔就不断地排油，这就是外啮合齿轮泵的工作原理。
2．简述限压式变量叶片泵的工作原理。
答：限压式变量叶片泵工作原理如图所示。转子1的中心O1是固定的，定子2可以左右移动，在右端限压弹簧3的作用下，定子被推向左端、靠紧在活塞6右端面上，使定子中心O2和转子中心O1之间有一原始偏心距，它决定了泵的最大流量。的大小可用流量调节螺钉7调节。泵的出口压力油经泵体内的通道作用于活塞6的左端面上，使活塞对定子2产生一个作用力，它平衡限压弹簧3的预紧力 (为弹簧压缩系数，为弹簧的预压缩量)。当负载变化时，发生变化，定子相对转子移动，使偏心量改变。其工作过程如下所述。

1—转子 2—定子 3—限压弹簧 4—调压螺钉 5—配油盘 6—活塞 7—流量调节螺钉
作业三：2图 限压式变量叶片泵工作原理图
当泵的工作压力小于限定压力时，<，限压弹簧的预压缩量不变，定子不作移动，最大偏心量保持不变，泵输出流量为最大；当泵的工作压力升高等于限定压力时，=，此时限压弹簧处于临界状态，开始被压缩；当泵的工作压力升高而大于限定压力时，＞，此时限压弹簧被压缩，定子右移，偏心量减小，泵输出流量也减小。泵的工作压力越高，偏心量越小，泵输出流量也越小。工作压力达到某一极限值（截止压力）时，定子移到最右端位置，偏心量减至最小，使泵内偏心所产生的流量全部用于补偿泄漏，泵的输出流量为零。此时，不管外负载再怎样加大，泵的输出压力也不会再升高，所以这种泵被称为限压式变量叶片泵。 
3．简述斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。

1—斜盘 2—滑履 3—压板 4—内套筒 5—柱塞 6—弹簧 7—缸体 8—外套筒 9—传动轴 10—配油盘
作业三：3图 斜盘式轴向柱塞泵工作原理图
答：斜盘式轴向柱塞泵的工作原理如图所示。斜盘式轴向柱塞泵主要由柱塞5、缸体7、配油盘10和斜盘1等零件组成。它的柱塞平行于缸体轴心线，并均布在缸体的圆周上。斜盘法线和缸体轴线间的交角为。内套筒4在弹簧6作用下通过压板3而使柱塞头部的滑履2和斜盘靠牢；同时，外套筒8则使缸体7和配油盘10紧密接触，起密封作用。当缸体转动时，由于斜盘和压板的作用，迫使柱塞在缸体内作往复直线运动，通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。当缸孔自最低位置向前上方转动（相对配油盘作逆时针方向转动）时，柱塞转角在→范围内，柱塞向左运动，柱塞端部和缸体形成的密封容积增大，通过配油盘吸油窗口进行吸油；柱塞转角在→范围内，柱塞被斜盘逐步压入缸体，柱塞端部容积减小，泵通过配油盘排油窗口排油。若改变斜盘倾角的大小，则泵的输出流量改变；若改变斜盘倾角的方向，则进油口和排油口互换，即可双向输出高压油液，形成双向变量轴向柱塞泵。
4．单杆活塞式液压缸有什么特点？差动连接应用在什么场合？
答：由于液压缸两腔的有效面积不等，因此，如向两腔输入的流量相同时，活塞在两个方向的运动速度也就不相等；同样，如向两腔输入的油压相同时，活塞在两个方向所产生的力（拉力或推力）也不相等。
实际生产中，常将单活塞杆液压缸的差动连接，用在需要实现“快速接近（）”工作循环的场合。
5．节流阀与调速阀有何区别？分别应用于什么场合？
答：① 区别一是：节流阀是通过改变节流口的过流断面积来调节流量的流量控制阀；调速阀则是由一个节流阀和一个定差减压阀串联组合而成的流量控制阀。区别二是：节流阀的流量随压力差变化较大；而调速阀在压力差大于一定数值后，流量基本上保持恒定。
② 节流阀一般用于负载变化较小、速度稳定性要求不高的场合；调速阀则用于负载变化较大、速度稳定性要求较高的场合。
6．溢流阀、减压阀的进、出口反接后，各会出现什么情况？
答：① 当溢流阀的进、出口反接后，不论进油口的压力有多大，溢流阀都不会被打开，失去溢流作用。② 当减压阀的进、出口反接后，阀芯移动会使阀口关闭，无法起到减压作用。
7．常用的过滤器有哪几种类型？各有什么特点？一般应安装在什么位置？
答：（1）按滤芯的材质和过滤方式不同，过滤器可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式和磁性式等多种类型。
（2）各种过滤器的特点与安装位置
① 网式过滤器也称滤油网或滤网，其特点是结构简单，通油能力大，但过滤精度低，所以一般用于粗过滤，安装在泵的吸油管路上，以保护泵。
② 线隙式过滤器，它由端盖、壳体、带有孔眼的筒形芯架和绕在芯架外部的铜线或铝线组成。其特点是结构简单，过滤效果较好，通油能力大但不易清洗，由于具有壳体，所以，用来装在液压泵吸油管路上或中、低压系统的压力管路上。
③ 纸芯式过滤器是用微孔滤纸做的纸芯装在壳体内而成的，它的过滤精度较高，但通油能力小，易堵塞，无法清洗，需常换，故一般只用于油液的精过滤。
④ 烧结式过滤器由壳体、烧结式青铜滤芯和端盖组合而成。其滤芯是由球状青铜颗粒用粉末冶金烧结工艺高温烧结而成的。它利用青铜颗粒之间的微孔过滤掉油液中的杂质。这种过滤器的优点是强度大，性能稳定，抗冲击性能好，抗腐蚀性强，能耐高温，过滤精度高，制造简单。其缺点是易堵塞，清洗困难，若有颗粒脱落将会影响过滤精度。可用于不同等级的精密过滤，能在温度高、压力较大的场合工作。
⑤ 磁性过滤器利用磁化原理过滤油液中铁屑、铸铁粉末等铁磁性物质的一种过滤器。磁性过滤器用来滤除混入油液中的能磁化的杂质效果很好，特别适用于经常加工铸件的机床液压系统，用于清除铁屑等铁磁性杂质。
8．蓄能器的功用是什么？
答：蓄能器在液压系统中的主要功用是：
（1）用于辅助油源；
（2）用于系统保压、补油；
（3）用于吸收压力冲击、脉动
9．油箱的作用是什么？
答：油箱主要用来储存液压油，除此外，还可以起到散热、使油液中的空气逸出以及使油液中的污物沉淀等作用。
作业四：
1．简述调压回路、减压回路的作用及其实现元件。
答：调压回路的作用是调定或限制液压系统中的最高压力，或者使执行机构在工作过程的不同阶段实现多级压力变换。通常由溢流阀来实现这一功能。
减压回路的作用是使系统中的某一支路获得低于系统调定值的稳定工作压力，常用于机床的控制油路、夹紧回路和润滑油路中。通常在所需要的低压支路上串联一个减压阀来实现这一功能。
2．卸荷回路的作用是什么？常采用的压力卸荷方式有哪些？
答：卸荷回路的功用是指在液压泵的驱动电动机不频繁启闭的情况下，使液压泵在功率输出接近于零的情况下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电动机的寿命。
因为液压泵的输出功率为其流量和压力的乘积，所以，两者中的任一个近似为零，则液压泵的功率损耗就近似为零。因此液压泵的卸荷有流量卸荷和压力卸荷两种，前者主要是使用变量泵，使变量泵仅为补偿泄漏而以最小流量运转，此方法比较简单，但泵仍处在高压状态下运行，磨损比较严重。压力卸荷的方法是使泵在接近零压下运转。
常见的压力卸荷方式有以下几种：
1. 换向阀卸荷
2. 用先导型溢流阀的远程控制口卸荷
3. 用液控顺序阀卸荷
3．简述回油节流调速回路与进油节流调速回路的不同点。
答：回油节流调速回路和进油节流调速回路的不同之处是：
① 对于回油节流调速回路，由于液压缸的回油腔中存在一定背压，因而能承受一定负值负载（即与活塞运动方向相同的负载，如顺铣时的铣削力和垂直运动部件下行时的重力等)；而进油节流调速回路，在负值负载作用下活塞的运动会因失控而超速前冲。
② 在回油节流调速回路中，由于液压缸的回油腔中存在背压，且活塞运动速度越快产生的背压力就越大，故其运动平稳性较好；而在进油节流调速回路中，液压缸的回油腔中无此背压，因此其运动平稳性较差，若增加背压阀，则运动平稳性也可以得到提高。
③ 在回油节流调速回路中，经过节流阀发热后的油液能够直接流回油箱并得到冷却，对液压缸泄漏的影响较小；而进油节流调速回路，通过节流阀发热后的油液直接进入液压缸，会引起泄漏的增加。
④ 对于回油节流调速回路，在停车后，液压缸回油腔中的油液会由于泄漏而形成空隙，再次起动时，液压泵输出的流量将不受流量控制阀的限制而全部进入液压缸，使活塞出现较大的起动超速前冲；而对于进油节流调速回路，因进入液压缸的流量总是受到节流阀的限制，故起动冲击小。
⑤ 对于进油节流调速回路，比较容易实现压力控制过程，当运动部件碰到死挡铁后，液压缸进油腔内的压力会上升到溢流阀的调定压力，利用这种压力的上升变化可使压力继电器发出信号；而回油节流调速回路，液压缸进油腔内的压力变化很小，难以利用，即使在运动部件碰到死挡铁后，液压缸回油腔内的压力会下降到0，利用这种压力下降变化也可使压力继电器必出电信号，但实现这一过程所采用的电路结构复杂、可靠性低。
4．常见的快速运动回路有几种？
答：常见的快速运动回路有：① 液压缸差动连接的快速运动回路；② 双泵供油的快速运动回路；③采用蓄能器的快速运动回路；④ 增速缸快速回路。
作业五：
已知： =2.5 MPa， =100 mm，=140 mm，=153 kN，不计一切损失，
求： =？

作业五图
解：对于增压缸： = （1）
对于压紧缸： = = 代入（1）式得
=
=
==== 0.0077.16 = 0.05 m = 50 mm
答：增压缸（小油缸）的缸径是50 mm。
作业六：
1．气源装置包括哪些设备？每件设备的功用和职能符号是什么？
答：气源装置由空气压缩机、冷却器、过滤器、干燥器和储气罐等组成的。
空气压缩机是将机械能转换成气体压力能的装置，即产生压缩空气的设备。其职能符号是。
冷却器一般安装在空压机的出口管路上，其作用是降低空压机排出的压缩空气的温度，由140~170℃降至40~50℃，使其中大部分的水、油转化成液态排出。其职能符号是。
过滤器（即油水分离器）的作用是将经后冷却器降温凝结的水滴、油滴等杂质从压缩空气中分离出来。其职能符号是。
干燥器的作用是进一步除去压缩空气中的水、油和灰尘，从而达到所需要的干燥度。其职能符号是。
储气罐的作用是消除压力波动，保证供气的连续性。稳定性；储存一定数量的压缩空气以备应急时使用；进一步分离压缩空气中的油份、水份。其职能符号是。
2．气动三大件中的每个元件分别起什么作用？哪件用于控制系统的压力？
答：在气压传动系统中，将空气过滤器、减压阀和油雾器统称为气动“三大件”。
空气过滤器的作用是滤除压缩空气中的水分，油滴及杂质微粒（但不能除去气态油、水），以达到气动系统要求的净化程度。减压阀将系统入口处的空气压力降低调节到每台气动装置实际需要的工作压力，并保证该压力稳定。油雾器是使润滑油雾化后注入空气流中，随空气进入需要润滑的部件。
气动“三大件”中，减压阀用来控制系统的压力。
3．简述串联气液阻尼缸的工作原理。
答：气—液阻尼缸是由气缸和液压缸组合而成，以压缩空气为能源，以液压油作为控制调节气缸运动速度的介质，利用液体的不可压缩性控制液体排量，调节活塞的运动速度，获得活塞的平稳运动。

作业六：3图 串联气—液阻尼缸工作原理图
1—油箱 2、3—单向阀 4—节流阀 5—气缸 6—液压缸
上图所示为串联气—液阻尼缸的工作原理图，气缸活塞的左行速度可由节流阀4来调节，油箱1起补油作用。一般将双活塞杆腔作为液压缸，这样可使液压缸的两腔的排油量相等，以减小补油箱1的容积。其两缸间可能产生窜油窜气现象，缸体长，在小孔间内不能使用，常使用并联气—液阻尼缸。
作业七：
1．简述常见气动压力控制回路的种类及其用途。
答：气动系统是由气源、控制元件、执行元件和辅助元件构成，完成规定动作的气动装置。气动系统压力控制回路的种类有调压回路、减压回路和增压回路等。
调压回路是由空压机、气罐、安全阀等组成。这种回路主要是利用安全阀（溢流阀）控制气罐的压力不超过规定值。当气罐压力超过调定值时，溢流阀就会打开。此种回路结构简单，工作可靠，但由于在一定压力下溢流，会浪费能量。
减压回路是当气压系统中的某一部分需要较低压力时，则可用减压回路来减小压力。
增压回路也称压力放大回路，当气压系统中的某一部分需要较高压力（超过气源压力）时，则可用增压回路提高压力。
2．简述气液转换速度控制回路。
答：气液联动是以气压为动力，利用气液转换器把气压传动变为液压传动，来获得更为平稳的和更为有效地控制运动通度的气压传动。

上图所示为采用气/液转换器的调速回路。当电磁阀处于下位接通时，气压作用在气缸无杆腔活塞上，有杆腔内的液压油经机控换向阀进入气/液转换器，从而使活塞杆快速伸出。当活塞杆压下机控换向阀时，有杆腔油液只能通过节流阀到气/液转换器，从而使活塞杆伸出速度减慢，而当电磁阀处于上位时，活塞杆快速返回。此回路可实现快进、工进、快退工况。
3．在节流调速系统中，为什么通常采用排气节流调速方法而不采用进气节流调速？
答：从理论上讲，气缸活塞运动速度可以采用进气节流调速和排气节流调运来实现控制。但由于在进气节流调速系统中，气缸排气压力很快降至大气压力，随着活塞运动，气缸腔也将增大，进气压力变化很大，造成气缸产生“爬行”现象。因而在实际应用中，大多采用排气节流调速方法。这是因为排气节流调速时，排气腔内的压力在节流阀的作用下，产生与负载相应的背压，在负载保持不变或变动很小的条件下，运动速度比较平稳。但当负载变化很大时，排气腔背压也随着变化，有可能使气缸产生“自走”现象。
4．气动回路中，为什么要设置安全回路？
答：由于气动机构负荷的过载、气压的突然降低以及气动执行机构的快速动作等原因都可能危及操作人员或设备的安全，因此在气动回路中，常常要加入安全回路。
作业八：
教材中图8.4所介绍的机床气动夹紧系统的夹紧力大小是否可调？如何调整？
答：教材中图8.4所介绍的机床气动夹紧系统的夹紧力大小是可以调整的。通过调整气动“三大件”中的减压阀来调整机床气动夹紧系统的夹紧力的大小。
作业九：
简述减压阀常见故障与排除方法。
答：溢流阀的常见故障有压力波动、振动和噪声、压力调整无效、泄漏等。
各种故障的产生原因和排除方法见下表所示：
故障现象
产 生 原 因
排 除 方 法
压力波动
（1）弹簧弯曲或弹簧刚度太低
（2）油液不清洁，阻尼孔不畅通
（3）锥阀与锥座接触不良或磨损
（4）滑阀表面拉伤或弯曲变形，滑阀动作不灵
（1）更换弹簧
（2）清洗阻尼孔
（3）更换锥阀
（4）修磨滑阀或更换滑阀
振动和噪声
（1）回油路有空气进入
（2）调压弹簧永久变形
（3）流量超过额定值
（4）锥阀与阀座接触不良或磨损
（5）油温过高，回油阻力过大
（6）滑阀与阀盖配合间隙过大
（7）回油不畅通
（1）拧紧油管接头
（2）更换弹簧
（3）更换流量匹配的溢流阀
（4）修磨锥阀或更换锥阀
（5）降低油温，降低回油阻力
（6）检查滑阀，控制配合间隙
（7）清洗回油管路
压力调整无效
（1）滑阀卡住
（2）进、出油口接反
（3）远程控制口接油箱或泄漏严重
（4）主阀弹簧太软、变形
（5）先导阀座小孔堵塞
（6）滑阀阻尼孔堵塞
（7）紧固螺钉松动
（8）压力表不准
（9）调压弹簧折断
（1）修磨滑阀或更换滑阀
（2）纠正进、出油口位置
（3）远程控制口不接油箱
（4）更换弹簧
（5）检查清洗
（6）清洗阻尼孔
（7）调整阀盖螺钉
（8）检修或更换压力表
（9）更换弹簧
泄漏
（1）锥阀与阀座配合不良
（2）滑阀与阀体配合间隙过大
（3）紧固螺钉松动
（4）密封件损坏
（5）工作压力过高
（1）修磨锥阀或更换锥阀
（2）修配滑阀或换滑阀
（3）拧紧螺钉
（4）检查密封，更换密封
（5）降低工作压力或选用压力高的阀

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