第3章 液压系统的能量和功率
东北大学第三章液压习题和答案

一、判断题1.液压马达的实际输入流量大于理论流量()2.不考虑泄漏的情况下,根据液压泵的几何尺寸计算而得到的流量称为理论流量()3.液压泵自吸能力的实质是由于泵的吸油腔形成局部真空,油箱中的油在大气压作用下流入油腔()4.为了提高泵的自吸能力,应使泵的吸油口的真空度尽可能大()5.双作用叶片泵可以做成变量泵()6.齿轮泵的吸油口制造比压油口大,是为了减小径向不平衡力()7.柱塞泵的柱塞为奇数时,其流量脉动率比偶数时要小()8.限压式变量泵主要依靠泵出口压力变化来改变泵的流量()9.齿轮泵、叶片泵和柱塞泵相比较,柱塞泵最高压力最大,齿轮泵容积效率最低,双作用叶片泵噪音最小()10.从能量转换的观点来看,液压马达与液压泵是可逆工作的液压元件,所以在实际应用中,同类型的液压泵都可以直接作液压马达用。
11.用职能符号绘制的液压系统图表明组成系统的元件、元件间的相互关系、整个系统的工作原理及实际安装位置及布管。
12.根据实验结果而推荐的可连续使用的最高压力为泵的额定输出压力。
13.在系统中,液压泵的实际工作压力是泵的额定压力。
14.对同一定量泵,如果输出压力小于额定压力且不为零,转速不变,则实际流量小于额定流量。
15.额定压力14MPa的液压泵,其工作压力为14MPa。
16.液压泵按供油流量能否改变可分为定量泵和变量泵。
流量可改变的液压泵称为变量泵。
17.定量泵是指输出流量不随泵的输出压力改变的泵。
18.液压泵的实际输出流量小于其理论流量,输入液压马达的实际流量大于其理论输入流量。
19.齿轮泵多用于高压系统,柱塞泵多用于中压系统,叶片泵多用于低压系统。
液压泵产生困油现象的充分必要条件是:存在闭死容积,而且闭死容积大小发生变化。
20.当液压泵的进、出口压力差为零时,泵输出的流量即为理论流量。
21.在齿轮分度圆半径一定时,增大模数m,减少齿数Z可以增大泵的排量。
22.双作用叶片泵两个吸油窗口、两个压油窗口对称布置,因此作用在转子和定子上的径向液压力平衡,轴承承受径向力小、寿命长。
第3章动力元件

泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏: 10%-15%; 齿面啮合处间隙的泄漏:很少; 齿轮端面间隙的泄漏, 70%-75%。
减小端面泄漏是提高齿轮泵容积效率的主要途径。
2.液压径向不平衡力
• 原因:
在压油腔和吸油腔之间存 在着压差; 泵体内表面与齿轮齿顶之 间存在着径向间隙。 • 液体压力的合力作用在 齿轮和轴上,是一种径 向不平衡力。
⑵ 额定压力: 液压泵在正常工作条件下,按试 验标准规定连续长期运转的最高压力。额定压
力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来 决定。超过这个压力值,液压泵有可能发生机械或 密封方面的损坏。
液压泵在正常工作时,其工作压力应小 于或等于泵的额定压力。
⑶ 最高允许压力:在超过额定压力的条件下,根据
c) 在配油盘上开卸荷三角槽。
③定子工作表面(内)曲线 要求: a) 叶片不发生脱空 ; b) 获得尽量大的理论排量; c) 减小冲击,以降低噪声,减少磨损 d) 提高叶片泵流量的均匀性,减小流量脉动。 常用定子的过渡曲线有:阿基米德曲线、
等加速-等减速曲线、正弦曲线、高次曲线等。
④叶片倾角:
叶片在转子中的安放应当有利于叶 片的滑动,磨损要小。
压泵技术规格指标之一。
⑹瞬时流量qin:泵在每一瞬时的流量,一般指 泵瞬时理论(几何)流量。
3.功率:
液压泵的输入能量为机械能,其表现为转 矩和转速;液压泵的输出能量为液压能,表现 为压力和流量。
⑴理论功率Pt: 它用泵的理论流量与泵进出
口压差的乘积来表示,
Pt pqt
⑵输入功率Pi 实际驱动液压泵轴所需要的机械功 率,由电动机或柴油机给出,即 Pi T 2nT
q
《液压与气动技术》第三章解读

p3
F3 A3
4MPa
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第三部分拓展题及答案
T3-4
解:(1) V 100.7 / 106 0.95
(2)
36.550.95 34.72(L / min)
(3)泵的驱动功率在第一种情况下为4.91KW。第二种情况 下为1.69kw
T3-5试分析双作用叶片液压泵配油盘(图T3-5)
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第三部分拓展题及答案
T3-2图T3-2所示
解 (a) p 0;(b) p 0;(c) p p;(d ) p F / A
(e) p 2TM / VMM M
T3-3如图T3-3所小的液压系统
解:
p1
F1 A1
2MPa
p2
F2 A2
3MPa
油困难。 3-3解液压泵的工作压力和额定压力的区别如下。 ①工作压力是指液压泵出日处的实际压力值,由外界负载决
定,而额定压力是指液压泵连续工作中允许达到的最高压力, 其值由液压泵的结构强度和密封性决定。
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第二部分主教材习题及答案
②从数值上看,正常工作时实际压力不会超过额定压力,但 在外负载突然增大的瞬间实际压力也可能超过额定压力。
往复运动的同时改变工作腔的容积来实现压油和吸油。 7.常用液压泵的性能比较(表3-1 )
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第二部分主教材习题及答案
3-1 解:在液压泵运转的过程中,密封工作腔容积发生周期 性变化,容积增大时将油液吸入,容积减少时将油液压出。 压油腔与吸油腔之间用配流装置隔开。
3-2解:①密闭的工作腔。 ②容积可周期性变化的工作腔。 ③将吸油腔和压油腔隔开的配流装置。 ④吸油过程中油箱必须通大气或增压,以免形成真空造成吸
第三章-补充知识-液压传动基础知识-精简版2020

二、液压传动的主要缺点
与机械传动、电气传动相比,液压传动具有以下缺点
1、由于流体流动的阻力损失和泄漏较大,所以效率较低。如果处理不当,泄 漏不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。
2、工作性能易受温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 3、液压元件的制造精度要求较高,因而价格较贵。由于液体介质的泄漏及可
液压传动
第一章 液压传动概述
第一节 液压传动的定义、工作原理及组成
一、基本概念 1、液压传动的定义
用液体作为工作介质,在密封的回路里,以液体的压力能进行能 量传递的传动方式,称之为液压传动。
2、液压控制的定义
液压控制与液压传动的不同之点在于液压控制是一个自动控制系 统,具有反馈装置,系统具有较强的抗干扰能力,所以系统输出量 的精度高。
与机械传动、电气传动相比,液压传动具有以下优点
1、液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置; 2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快; 3、操纵控制方便,可实现大范围的无级调速(调速范围达2000:1); 4、可自动实现过载保护; 5、一般采用矿物油为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长; 6、很容易实现直线运动; 7、容易实现机器的自动化,当采用电液联合控制后,不仅可实现更高程
低速液压马达的基本形式是 径向柱塞式,例如多作用内曲线式、单作 用曲轴连杆式和静压 平衡式等。
低速液压马达的主要特点是:排量大,体积大,转速低,有的可低到每 分钟几转甚至不到一转。通常低速液压马达的输出扭矩较大,可达 几千 到几万 ,所以又称为低速大扭矩液压马达。
第三节 液压缸
一、 液压缸的类型和特点
3、 活塞式液压缸典型结构
第三章 液压泵

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双作用叶片泵
结构组成 – 定子 其内环由两段大半径R 圆弧、两段小半 径 r 圆弧和四段过渡曲线组成 – 转子 铣有Z个叶片槽,且与定子同心,宽度 为b – 叶片 在叶片槽内能自由滑动 – 左、右配流盘 开有对称布置的吸、压油窗口 – 传动轴
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工作原理 (动画) • 当转子依顺时针方向旋转时,左上角和右下角的 叶片向转子外伸出,使密封工作腔容积逐渐增大, 形成局部真空,于是经配油盘上相应的腰形窗口 将油吸入,实现吸油过程;右上角和左下角的叶 片向转子内缩进,使密封工作腔容积逐渐缩小, 原来吸入的油液受挤压后经配油盘上相应的窗口 压入系统,实现排油过程。在吸、压油窗口之间 有一段封油区将它们隔开,避免吸、排油口互相 窜通。 排量公式
工作原理是柱塞在液压缸内作往复运动来实现吸 油和压油。与齿轮泵和叶片泵相比,该泵能以最 小的尺寸和最小的重量供给最大的动力,为一种 高效率的泵,但制造成本相对较高,该泵用于高 压、大流量、大功率的场合。它可分为轴向式和 径向式两种形式。 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵,柱塞轴向 布置的泵称为轴向柱塞泵。
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2.3叶片液压泵
• 叶片泵分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作 用叶片泵只能作定量泵用,单作用叶片泵可作变 量泵用。 • 双作用叶片泵因转子旋转一周,叶片在转子叶片 槽内滑动两次,完成两次吸油和压油而得名。 • 单作用叶片泵转子每转一周,吸、压油各一次, 故称为单作用。
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液压泵的图形符号
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2.2 齿轮泵
• 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的,根据啮合形 式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。
液压第3-4章参考答案

第3章 思考题与习题参考答案1.液压泵的工作压力取决于什么?液压泵的工作压力和额定压力有什么区别? 答:液压泵的工作压力取决于负载,负载越大,工作压力越大。
液压泵的工作压力是指在实际工作时输出油液的压力值,即液压泵出油口处的压力值,也称为系统压力。
额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下,泵连续运转时允许使用的压力限定值。
2.如何计算液压泵的输出功率和输入功率?液压泵在工作过程中会产生哪两方面的能量损失?产生这些损失的原因是什么?答:液压泵的理论输入功率为P T nT i ==ωπ2,输出功率为0PF pA pq υυ===。
功率损失分为容积损失和机械损失。
容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成的流量上的损失;机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。
3.齿轮泵为什么有较大的流量脉动?流量脉动大会产生什么危害?答:由于齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的,因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。
流量脉动引起压力脉动,随之产生振动与噪声。
4.为什么齿轮泵的吸油口和出油口的位置不能任意调换?答:由于齿轮泵存在径向液压力不平衡的问题,为减小液压力的不平衡,通中出油口的直径小于吸油口的直径,因此吸油口和出油口的位置不能任意调换。
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内。
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。
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。
液压传动 第三章

m
Tt T
Tt
Tt T
(3-6)
式中, ΔT ——液压泵的机械摩擦损耗。
3、总效率 η
液压泵的输出功率与输入功率的比值称为总效率,即
Po Pi
pq T
vm
(3-7)
由上式表明,液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。
五.液压泵的转速
一
二
三
四
额定转速 ns
在额定压力 下,能连续长 时间正常运转 的最高转速。
其中,端面泄漏量最大,约占总泄漏量的 75%~80% 。泵的压力越高, 端面泄漏量越大。
对于低压齿轮泵,为了减小端面泄漏,在设计和制造时都对端面间隙 加以严格控制,但这一办法用于高压齿轮泵则不能取得好的效果,因为泵 在使用一段时间后磨损会使间隙越来越大。
对于高压齿轮泵通常采取端面间隙自动补偿措施,在齿轮与前后盖板 间增加一个零件,如浮动轴套或弹性侧板。
(3-1)
式中,pi ——液压泵的输入转矩; n ——泵轴的转速。
2、输出功率 po 液压泵的输出功率为其实际流量 q 和工作压力 p 的乘积,即
Po pq
(3-2)
液压泵工作时,由于存在泄漏和机械摩擦,就会出现能量损失,故其功 率有理论功率和实际功率之分,并且输出功率 po 小于输入功率 pi 。如果忽 略能量损失,则液压泵的输入功率(理论功率)等于输出功率(理论功率), 其表达式为 2πnTt pqt pnV ,则有
螺杆直径越大、螺旋糟越深,泵的排量就 越大;螺杆的密封层次越多,泵的额定压力就 越高。
螺杆泵结构紧凑,自吸能力强,运转平稳, 输油量稳定,噪声小,对油液污染不敏感,并 允许采用高转速,特别适用于对压力和流量变 化稳定要求较高的精密机械。 其主要缺点是, 加工工艺复杂,加工精度要求高。
第三章 液压系统的能量和功率

第三章液压系统的能量和功率(Energy and Power in Hydraulic Systems)3.1概述(INTRODUCTION)在液压系统中,油液在大气压下进入油泵,这个压力称为吸油压力。
当油液通过油泵时,油液压力的增加使其势能显著增加。
当油液流过管道、阀和管接头时,因摩擦作用引起这些能量损失。
摩擦能量的损失表现为热能。
在输出装臵(液压执行元件)上剩余的能量传递给负载完成有用的工作。
这实质上是能量传递在液压系统中的循环。
油泵将能量加入系统并传递到系统执行元件用来驱动外负载。
一个液压系统本身是没有能源的。
这个能源是驱动油泵的原动机(如电机或一种内燃机)。
事实上,一个液压系统仅仅是一个能量传递系统。
为什么不取消液压传动而直接将原动机与机械设备连接起来?回答是在传递功率方面液压系统优点非常强。
这些优点包括调速方便、变向容易、易于过载保护、功率-单位重量比高以及发生故障的情况下危险性小。
能量守恒定律表明能量既不产生也不消失。
这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。
能量总和包含因高度和压力而表现出的势能与因速度而表现出的动能。
如果所有的能量改变了,那么真正说明液压系统总是能量守衡的。
这将用伯努利原理来完成,当油液经过液压系统时注意这些变化表现在势能和动能的变化。
由于摩擦产生的能量损失变成热能,由油泵输入机械能,负载执行元件输出机械能。
3.2 能量守恒(CONSERV ATING OF ENERGY )能量守恒定律表明了能量既不能产生也不能消失。
其意味着系统的能量总和在任何情况下都是恒定的。
总能量包括因高度和压力而表现出的势能和因速度而表现出的动能。
我们来探讨这三种能量。
1.势能(EPE ):如图所示为一距离基准面高度为Z 重W (N )的流体。
相对于基准面这个重量的流体具有相应的势能因为已经对流体作了功使其离开基准面一个距离Z :(3-1)注意EPE 的单位是N•m 。
2.压力能(PPE ):如果图中的流体具有压力p ,它就包含了压力能。
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第三章液压系统的能量和功率(Energy and Power in Hydraulic Systems)3.1概述(INTRODUCTION)在液压系统中,油液在大气压下进入油泵,这个压力称为吸油压力。
当油液通过油泵时,油液压力的增加使其势能显著增加。
当油液流过管道、阀和管接头时,因摩擦作用引起这些能量损失。
摩擦能量的损失表现为热能。
在输出装臵(液压执行元件)上剩余的能量传递给负载完成有用的工作。
这实质上是能量传递在液压系统中的循环。
油泵将能量加入系统并传递到系统执行元件用来驱动外负载(In hydraulic systems, fluid enters the pump at below atmospheric pressure, called thesuction pressure. As the fluid passes through the pump, its potential energy increases as evidenced by an increase in fluid pressure. Some of this energy is lost due to friction as the fluid flows through pipes, valves, and fittings. These frictional energy losses show up as heat energy and therefore are accounted for. At the output device(hydraulic actuator)the remaining energy is transferred to the load to perform useful work. This is essentially the cycle of energy transfer in a fluid power system. Energy is added to the system by the pump and removed from the system via the actuator as it drives the output load)。
一个液压系统本身是没有能源的。
这个能源是驱动油泵的原动机(如电机或一种内燃机)。
事实上,一个液压系统仅仅是一个能量传递系统。
为什么不取消液压传动而直接将原动机与机械设备连接起来?回答是在传递功率方面液压系统优点非常强。
这些优点包括调速方便、变向容易、易于过载保护、功率-单位重量比高以及发生故障的情况下危险性小(A hydraulic system is not a source of energy. The energy source is the prime mover(such as an electric motor or an internal combustion engine)which drives the pump. Thus, in reality, a hydraulic system is merely an energy transfer system. Why not, then, eliminate hydraulic and simply couple the mechanical equipment directly to the prime mover. The answer is that a hydraulic system is much more versatile in its ability to transmit power. This versatility includes advantages of variable speed, reversibility, overload protection, high horsepower per weight ratio, and immunity to damage under stalledconditions)。
能量守恒定律表明能量既不产生也不消失。
这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。
这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。
能量总和包含因高度和压力而表现出的势能与因速度而表现出的动能。
如果所有的能量改变了,那么真正说明液压系统总是能量守衡的。
如果所有的能量改变了,那么真正说明液压系统总是能量守衡的。
这将用伯努利原理来完成,当油液经过液压系统时注意这些变化表现在势能和动能的变化。
由于摩擦产生的能量损失变成热能,由油泵输入机械能,负载执行元件输出机械能(The law of conservation of energy states that energy can neither be created nor destroyed. This means that the total energy at any location of the system remains constant. The total energy includes potential energy due to elevation andpressure and also kinetic energy due to velocity. If all the energy changes are properly accounted for, the hydraulic system will always have an energy balance. This will be accomplished by using Bernoulli’s theorem, which keeps track of the changes which occur to the potential and kinetic energy of the fluid as it passes through the hydraulic system. Also included are energy losses due to friction which transfers into heat, mechanical energy added by the pump, and mechanical energy removed by the load actuators)。
3.2 能量守恒(CONSERV ATING OF ENERGY)能量守恒定律表明了能量既不能产生也不能消失。
其意味着系统的能量总和在任何情况下都是恒定的。
总能量包括因高度和压力而表现出的势能和因速度而表现出的动能。
我们来探讨这三种能量(The conservationof energy law states that energy can neither be created nor destroyed. This means that the total energy of system at any location remains constant. The total energy includes potential energy due to elevation and pressure and also kinetic energy due to velocity. Let’s examine each of the three types of energy)。
1.势能(EPE)(Potential energy due to elevation):如图所示为一距离基准面高度为Z(m)、重量为W(N)的流体。
相对于基准面这个重量的流体具有相应的势能因为已经对流体作了功使其离开基准面一个距离Z (The figure shows a chunk offluid of weight W at an elevation Zwith respect to a reference plane. The weight haspotential energy (EPE )relative to the reference plane because work would have to be done on the fluid to lift it through a distance Z ):(3-1)注意EPE 的单位是N•m 。
2.压力能(PPE )(Potential energy due topressure ):如果图中重量为W (N )的流体具有压力p(N/m 2),它就包含了压力能(If the W of fluid in figure possesses a pressure p , it contains pressure energy as represented by ):WZ EPE =(3-2)其中:γ为流体的重度(where γ is the weight density )。
PPE 的单位是N•m 。
3.动能(KE )(Kinetic energy ):如果图中重量为W (N )的流体以速度v 运动,它就包含了动能,能够用下式计算(If the W of fluid in figure is moving with a velocity v , it contains kinetic energy, which can be found using )(3-3)其中:g =9.81m /s 2;KE 的单位是N•m 。
重量为W (N )的流体所具有的能量总和既不会生也不会灭。
能量的代数和E T 是常数(The total energy221v g W KE =γp W PPE =possessed by the W chunk of fluid can neither be created nor destroyed. Mathematically the total energy E T remains constant ):(3-4)当然,能量可以从一种形式转变为另一种形式。
例如,流体可以损失高度而减小势能。
但是,将导致压力能或动能的增加(Of course, energy can change from one form to another. For example, the chunk of fluid may lose elevation and thus have less potential energy. This, however, would result in an equal increase in either pressure energy or kinetic energy )。