液压与气压传动课后习题答案

液压与气压传动习题解答第1章液压传动概述、何谓液压传动？液压传动有哪两个工作特性？答：液压传动是以液体为工作介质，把原动机的机械能转化为液体的压力能，通过控制元件将具有压力能的液体送到执行机构，由执行机构驱动负载实现所需的运动和动力，把液体的压力能再转变为工作机构所需的机械能，也就是说利用受压液体来传递运动和动力。液压传动的工作特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。、液压传动系统有哪些主要组成部分？各部分的功用是什么？答：动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。传动介质：液压油，传递能量。、液压传动与机械传动、电气传动相比有哪些优缺点？答：液压传动的优点：输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。容易实现无级调速，调速方便且调速范围大。容易实现过载保护和自动控制。机构简化和操作简单。液压传动的缺点：传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。出现故障不易诊断。液压元件制造精度高，油液易泄漏。第章 液压传动的基础知识 1、选用液压油有哪些基本要求？为保证液压系统正常运行，选用液压油要考虑哪些方面？ 答：选用液压油的基本要求：粘温特性好，压缩性要小。润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。抗泡沫、抗乳化性好。抗燃性能好。 选用液压油时考虑以下几个方面，按工作机的类型选用。按液压泵的类型选用。按液压系统工作压力选用。考虑液压系统的环境温度。考虑液压系统的运动速度。选择合适的液压油品种。 2、油液污染有何危害？应采取哪些措施防止油液污染？ 答：液压系统中污染物主要有固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。其中固体颗粒性污垢是引起污染危害的主要原因。1)固体颗粒会使滑动部分磨损加剧、卡死和堵塞，缩短元件的使用寿命；产生振动和噪声。2)水的侵入加速了液压油的氧化，并且和添加剂一起作用，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。3)空气的混入能降低油液的体积弹性模量，引起气蚀，降低其润滑性能。4)微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。 污染控制贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用、维修等各个环节。在实际工作中污染控制主要有以下措施：1)油液使用前保持清洁。2)合理选用液压元件和密封元件，减少污染物侵入的途径。3)液压系统在装配后、运行前保持清洁。4)注意液压油在工作中保持清洁。5)系统中使用的液压油应定期检查、补充、更换。6)控制液压油的工作温度，防止过高油温造成油液氧化变质。3、什么是液压油的粘性和粘温特性？为什么在选择液压油时，应将油液的粘度作为主要的性能指标？答：液体流动时分子间相互牵制的力称为液体的内摩擦力或粘滞力，而液体流动时呈现阻碍液体分子之间相对运动的这种性质称为液体的粘性。粘温特性：液体粘度随温度变化的性质称为液体的粘温特性。粘度是液体流动时阻力的度量，它是衡量粘性大小的指标，是液压油最重要的性质。液压油的粘度大，流动阻力大，流动时压力损失也大，动作反应变慢，机械效率降低；液压油粘度小可以降低阻力，提高机械效率，但容易泄漏，造成容积效率降低。因此，粘度是选择液压油的重要依据，它的大小关系到液压系统的正常工作、效率和动作灵敏度等。4、伯努利方程和连续性方程的物理意义是什么？在液压传动系统中为什么只考虑油液的压力能？答：伯努利方程的物理意义：理想液体在重力场作稳定流动时，具有压力能、位能和动能三种形式，它们之间可以相互转化，且总和保持不变。连续性方程物理意义：液体在管道中做作稳定流动时，管内液体的质量不会增多也不会减少，因而单位时间内液体流经管道任意截面的质量相等。液压传动中压力能的数量级远远大于位能和动能的数量级。5、液体的流动状态有几种？各自的特点以及判别方法是什么？答：液压的流动状态有层流和紊流两种：层流：液体流动呈现层状，粘性力起主导作用，液体质点受粘性的约束，流动时能量损失小。紊流：液体流动呈现混杂状，惯性力起主导作用，粘性力的制约作用减弱，流动时能量损失大。流态用雷诺数Re来判断，当ReRec时，为层流；当ReRec时，为紊流。6、管路中的液压冲击是否就是管路中压力升高？为什么？如何防止液压冲击？答：液压冲击并不是管路中简单压力的升高。液压冲击是指液压系统中，由于某种原因引起液体局部压力在瞬间急剧升高，形成很大的压力峰值的现象。减小液压冲击的主要措施有以下几点：限制管中液流的流速和运动部件的速度，减少冲击波的强度。开启阀门的速度要慢。采用吸收液压冲击的能量装置如蓄能器等。在出现有液压冲击的地方，安装限制压力的安全阀。适当加大管道内径或采用橡胶软管。7、什么是气穴现象？如何防止？答：当液体某一点处的绝对压力降到了相应温度的饱和蒸气压以下时，油液中的空气就会分离出来，产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。泵的吸入口、油液流经节流部位、突然启闭的阀门、带大惯性负载的液压缸、液压马达在运转中突然停止或换向时等都将产生气穴现象。为了防止产生气穴和气蚀现象，一般可采用以下的预防措施：减少流经节流口及缝隙前后的压力差，一般希望节流口或缝隙前后压力比小于3.5；正确确定液压泵吸油管内径，对管内液体的流速加以限制，降低液压泵的吸油高度，尽可能减少吸油管路中的压力损失；提高管道的密封性能，防止空气的渗入；提高零件的机械强度和降低零件表面的粗糙度，采用抗腐蚀能力强的金属材料（如铸铁和青铜等），以提高元件的抗气蚀能力。8、有200mL的液压油，密度为900kg/m3,在40时流过恩氏粘度计的时间t1=150s；而200mL的蒸馏水，在20时流过的时间是t2=50s。试计算油液在40时的恩氏粘度、运动粘度、动力粘度各是多少？9、根据连续性方程和伯努利方程判别，液体在一个水平放置的管道中流动，不考虑压力损失，分别流过三个不同面积的截面A1、A2、A3，且A1A3A2，请问通过这三个截面时，流量 q1、q2、q3之间的大小关系是怎样的？流速v1、v2、v3之间的大小关系又是怎样的？10、某液压系统，如图2-18所示，两液压缸串联，缸1的活塞是主运动，缸2的活塞对外克服负载(从动运动)。已知小活塞的面积Al=14cm2，大活塞的面积A2=40cm2,连接两液压缸管路的流量q=25Lmin，试求两液压缸的运动速度及速比。第3章 液压泵与液压马达 1、举例说明液压泵的工作原理。如果油箱完全封闭不与大气相通，液压泵是否还能工作？ 答：以柱塞泵为例，其工作原理为：随着偏心轮转动，柱塞与泵体所形成的密封工作容积发生变化，当工作容积由小变大时，形成真空，油箱油液在大气压作用下通过吸油单向阀进入到工作容积。当工作容积由大变小时，油液受挤压，压力增大，油液通过排油单向阀进入到液压系统。偏心轮连续转动，泵不断的吸油和排油。 如果开式油箱完全封闭不与大气相通，就失去利用大气压力将油箱的油液强行压入泵内的条件，从而无法完成吸油过程，液压泵便不能工作了。 2、为什么说液压泵的工作压力取决于负载？ 答：液压泵的工作压力是指液压泵在工作时建立起来的压力。 以千斤顶为例，输出的油液进入液压系统，输入到工作油缸，油缸顶起重物时克服阻力：重物负载所造成的阻力，管道摩擦阻力，两种阻力都属于负载，使系统的液压油压力逐渐升高并建立起压力，直至升高到能克服阻力，于是重物被顶起。所以液压泵工作压力取决于负载。3、为什么液压泵的压力升高会使流量减少？答：液压泵的输出流量与泵的结构参数、转速、容积效率有关。由于泵的工作容积的相邻零件之间存在着间隙，不可避免的产生泄漏，负载越大，压力越高，泄漏越大，流量减少。4、什么是液压泵的实际工作压力，排量的大小取决于什么?答：液压泵的实际工作压力是指液压泵在实际工作时建立起来的压力。液压泵排量取决于密封可变容积的几何变化量。不同的泵，因结构参数不同，所以排量不一样。5、齿轮泵的困油现象、径向力不平衡是怎样引起的？对其工作有何影响？如何解决？答：困油现象：为保证齿轮连续传动，必须要求前一对轮齿尚未脱开前，后一对轮齿就要进入啮合，即重叠系数大于1，因此有一部分液体被困在两对轮齿、啮合线及前后端盖之间形成的密封可变容积内。对工作的影响：当密封容积由大变小时，被困在容积内的液体受到挤压，压力急剧升高。从缝隙强行挤出，这时齿轮和轴承受到很大的径向力，功率损失增加，磨损加剧。当密封容积由小变大时，剩余的被困液体压力下降，形成局部真空，使溶解在液体中气体析出或液体本身汽化形成汽蚀，使泵产生振动和噪声。解决措施：为消除困油现象，可以采取一些卸荷措施，使密封容积及时与吸油或压油腔连通。即在轴套或者是在前后端盖上开两个卸荷槽。径向力不平衡：齿轮轴上主要受到齿轮啮合时产生的力和油液压力产生的径向液压力。后者要比前者大得多，对轴承受力起主要作用。从低压的吸油腔到高压的压油腔，压力沿齿轮旋转方向逐齿递增，因此齿轮和轴受到径向不平衡力的作用。对工作的影响：径向力不平衡加速了轴承磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴变形，造成齿顶与泵体内壁的摩擦等。解决措施：为了解决径向力不平衡问题，可在齿轮泵的泵体上开均压槽和减小压油口尺寸。6、为什么齿轮泵的齿数少而模数大？第四章液压缸1、液压缸的主要组成部分有哪些？缸固定和杆固定液压缸其工作台的最大活动范围有何差别？答：液压缸的主要组成包括缸筒组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置等五大部分。双杆活塞缸缸固定其工作台的最大活动范围约为活塞有效行程的三倍，杆固定其工作台最大活动范围约为活塞有效行程的二倍。单杆活塞缸无论是缸固定还是杆固定其工作台最大活动范围约为活塞有效行程的两倍。2、某液压系统执行元件为双杆活塞缸(见图4-1)，液压缸的工作压力p=4MPa，活塞直径为D=80mm，活塞杆直径d=50mm，工作时进给速度v=0.02m/s。请问液压缸能克服多大的负载？进入液压缸的流量为多少？8、第五章 液压控制阀 1、换向阀有几种操纵方式？ 答：换向阀有五种操纵方式：手动、机动、液动、电磁、电液动。 2、什么是换向阀的中位机能？O、P、Y、M和H型各具有那些特点？ 答：换向阀的中位机能：三位换向阀的阀芯在中间位置时，各油口的连通方式及对系统产生的性能称为换向阀的中位机能。 O型：P、A、B、T四口全封闭，液压泵不卸荷，液压缸闭锁，可用于多个换向阀的并联工作； P型：P、A、B口相通，T口封闭，泵与缸两腔相通，可组成差动回路； Y型：P口封闭，A、B、T三口相通，活塞浮动，在外力作用下可移动，泵不卸荷； M型：P、T口相通，A、B口均封闭，活塞闭锁不动，泵卸荷，也可用于多个M型换向阀串联工作； H型：四口全串通，活塞处于浮动状态，在外力作用下可移动，泵卸荷。 3、试说明电液动换向阀的组成、特点和适用范围？ 答：电液动换向阀是电磁阀和液动阀的组合，电磁阀起先导作用，以改变液动阀的阀芯位置，液动阀控制主油路换向。 电液动换向阀用较小的电磁铁来控制较大的液动阀，换向时间可调。 适用于大流量、换向平稳的场合。4、溢流阀、减压阀和顺序阀各起什么作用？在控制方式上、阀芯常态上、泄漏方式上有和区别？顺序阀能否用作溢流阀使用？答：顺序阀能作溢流阀使用。9、节流阀的最小稳定流量有什么意义？答：当节流阀的开口面积很小时，通过节流阀的流量会出现断流现象，节流阀能够输出无断流的最小流量。保证了液压缸的最小稳定速度。10、调速阀和节流阀在结构和性能上有何异同？各适用于什么场合？答：在结构上，调速阀是由定差减压阀与节流阀串联组成的流量控制阀，而节流阀仅是通过改变阀口通流面积的大小实现流量调节的流量控制阀，结构组成上无定差减压阀。在性能上，节流阀受外负载的影响，外负载变化，执行元件速度变化；调速阀不受外负载的影响。通过阀的流量稳定，使执行元件速度平稳。适用场合：节流阀用于执行元件速度稳定要求低调速系统，调速阀用于执行元件速度稳定要求高调速系统。11、为什么叠加阀获得了广泛的应用？答：叠加阀是在板式阀集成化基础上发展起来的一种新型元件。将阀体都做成标准尺寸的长方体，使用时将所用的阀在底板上叠积，然后用螺栓紧固。这种连接方式从根本上消除了阀与阀之间的连接管路，组成的系统更简单紧凑，配置方便灵活，工作可靠。11.插装阀有什么特点？各适用于什么场合？答：插装阀是一种较为新型的液压元件，它的特点是通流能力大，密封性能好，动作灵敏，结构简单，因此，在大流量系统中获得了广泛的应用。12、13、电液比例阀有什么特点？适用于什么场合？答：它是一种利用输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行实时控制的阀。它与手动调节的普通液压阀相比，电液比例阀能够提高液压系统的参数控制，它与伺服阀相比，电液比例阀在某些性能方面稍差一些，但它的结构简单、成本低，因此，广泛应用于要求对液压参数进行连续控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。第六章液压辅助装置1、蓄能器起什么作用？在执行机构附近的蓄能器有什么作用？答：在液压系统中，蓄能器的是储存油液的压力能。常常用作：辅助动力源和应急能源；减少压力冲击与脉动；保持系统压力。在执行机构附近的蓄能器主要是提高液压缸的动态响应速度，常应用在比例或伺服系统。2、过滤器安装有那些位置？各起什么作用？答：1）安装在液压泵的吸油管路上。液压泵的吸油管路上一般安装网式或线隙式粗过滤器，目的是滤除掉较大颗粒的杂质，以便保护液压泵。同时要求过滤器有较小的压力降和很大的通流能力（通常是液压泵流量的两倍以上）。2）安装在液压泵的压油管路上。这种安装方式常将过滤器安装在对杂质敏感的调速阀、伺服阀等元件之前。由于过滤器在高压下工作，要求滤芯有足够的强度。为了防止过滤器堵塞，可并联一旁通阀或堵塞指示器。3）安装在回油管路上。安装在回油路上的过滤器能使油液在流回油箱之前得到过滤，以控制整个液压系统的污染度。4）安装在旁油管路上。在大型液压系统中，常在旁油管路上安装过滤器和冷却器，构成独立的过滤系统。3、油箱起什么作用？答：油箱的作用是储存油液、散发热量、沉淀杂质和分离混入油液中的空气和水分。4、热交换器起什么作用？图形符号上有什么区别？答:热交换器的作用主要是控制油液的温度，油箱上常安装冷却器和加热器。图形符号箭头向里表示加热器，箭头向外表示冷却器。5、密封圈有那些形式？各适用于那些场合？答：1）O形密封圈：结构简单、安装尺寸小、使用方便、摩擦阻力小、价格低，主要应用于静密封。2）Y形密封圈：适用于运动速度较高的场合。3）V形密封圈：适用于相对运动速度不高的场合。第七章液压基本回路1.容积节流调速回路中的流量阀和变量泵之间是如何实现流量匹配的？ 答：设变量泵的流量为qb,流量阀的流量为qj，工作时流量匹配qb=qj，若qb=qj时，泵的压力升高，偏心减小，流量qb减小，使流量匹配qb=qj，若qb=qj时，泵的压力降低，偏心增大，流量qb增加，使流量匹配qb=qj。2.试说明图7-32中，单向阀和液控单向阀在该容积调速回路中的功用。在液压缸正反向移动时，为了向系统提供过载保护，安全阀应如何接？试作图表示。答：液压缸运动时输入与输出流量不相等，这与双向变量泵的流量不匹配，液压缸活塞杆伸出时，双向变量泵的吸油量不足，需从单向阀补油；液压缸活塞杆缩回时，液压缸无杆腔排油量过多，需从液控单向阀排油。将液压缸的进出油口处各接一个安全阀或进出油口处各接一个单向阀后再与安全阀连接。3.不同操纵方式的换向阀组成的换向回路各有什么特点？答：手动换向阀：实现换向，换向和运行的速度可调；机动换向阀：实现换向，换向位置准确；电磁换向阀：实现换向，便于自动化控制；液动换向阀：实现换向，换向平稳，适应大流量；电液动换向阀：实现换向，便于自动化控制，换向平稳，适应大流量。4.锁紧回路中三位换向阀的中位机能是否可任意选择？为什么？答：锁紧回路选择三位换向阀的中位机能时主要考虑瞬态响应是否影响锁紧效果，即瞬态关闭的可靠性，若有瞬态可靠关闭的要求时，应选用H、Y型，若无瞬态可靠关闭的要求时，可以任意选择。5.如图7-33所示的液压调速回路，可以实现“快进工进块退”动作（活塞右行为进，左行为退），如果设置压力继电器的目的是为了控制活塞的换向，试问：图中有哪些错误？应该如何改正？答：1）调速回路为进油调速，单向阀装反了；2）压力继电器位置不对，应该放在无杆腔的进口处；3）快进时，不需要背压，工进时，需要背压，提高运动平稳性，但位置装错了，应该把接到换向阀T1口的背压阀改接到T2口。6.图7-17所示回路中，如将阀1的外控油路上的阀（包括阀2、阀3、和阀4）改接到泵的出口，是否可以同样实现三级调压？两种接法有什么不同？答：）可以实现三级调压；）两种接法流量规格不同，阀2、阀3、和阀4原很小规格流量需要换成泵的流量规格。7.三个溢流阀的调定压力如图7-34所示，试问泵的供油压力有几级？数值各是多大？ 答：）可以实现八级压力调定，分别为、2、4、6、8、10、12、14。 8.在液压系统中，当工作部件停止运动后，使泵卸荷有什么益处？常用的卸荷方法有哪些？ 答：）当工作部件停止运动后，使泵卸荷可以降低功率损耗，减少系统发热，避免了泵的频繁启动。 2）常用的卸荷方法有压力卸荷和流量卸荷，压力卸荷主要有换向阀和卸荷阀的卸荷方式；流量卸荷主要是变量泵的卸荷方式。 9.回路7-35能否实现“夹紧缸先夹紧工件，然后进给缸再移动”的要求（夹紧缸的速度必须能调节）？为什么？应该怎么办？ 答：不能，因为1缸前安装了节流阀并且必须能调速，那么节流阀前压力已升高并且打开了顺序阀Px；应将内控顺序阀改为外控顺序阀并且必须安装在节流阀的出口处。 10.请列表说明图示7-36所示的压力继电器顺序动作回路是怎样实现1234顺序动作的？在元件数目不增加时，如何实现1243的顺序动作？ 答：见表7-1电磁铁、行程开关和继电器动作顺序表。 表7-1 电磁铁、行程开关和继电器动作顺序表10.第八章思考题与习题1.说明图8-2所示的动力滑台液压系统有哪些基本液压回路组成？是如何进行差动的？单向阀5在系统中的作用是什么？答：系统中设有换向回路、快速运动回路、容积节流调速回路、二次进给调速回路、速度换接回路、卸荷回路等基本回路。按下启动按钮，此时为空载快进，顺序阀因系统压力不高仍处于关闭状态，这时进油路为：变量泵1单向阀2换向阀6左行程阀11下位液压缸14左腔；回油路：液压缸14右腔换向阀6左位单向阀5行程阀11下位液压缸14左腔。液压缸回油经过单向阀5进入了液压缸进油腔，这时液压缸14差动连接。单向阀5的作用：差动快进时打开，工作进给时关闭，将高低压分开。2.说明在图8-4所示的压力机液压系统中，顺序阀10、单向阀12和13的作用有哪些？答：顺序阀10的作用，打开此阀需要一定的压力，为此给控制油路提供了压力；液控单向阀12的作用，控制液压缸5停留在任意位置并锁紧；单向阀13的作用，通过防止油液倒流来达到保压。3.说明在图8-6所示的汽车起重机液压系统中，为什么采用弹簧复位式手动换向阀控制各个执行元件动作？答：采用弹簧复位式手动换向阀控制起重机的各个动作适用于起重机作业，起重机无固定的作业程序，完全靠视觉观察作业，手动换向阀既可以控制速度又可以控制换向，操作灵活，弹簧复位停止。4.一般液压系统中产生振动和噪声的原因有哪些？如何解决？ 答:第九章液压系统设计1.试编制液压系统设计步骤的程序流程图。答：液压系统设计步骤程序流程图如图9-1所示2.设计省略3.设计省略第十章 思考题与习题 1.液压伺服系统主要由哪些部分组成?有何特点? 答：液压伺服系统由以下五部分组成 ：1)液压控制阀：用以接收输入信号，并控制执行元件的动作。2)执行元件：接收控制阀传来的信号，并产生与输入信号相适应的输出信号。3)反馈装置：将执行元件的输出信号反过来输入给控制阀，以便消除原来的误差信号。4)外界能源：为了使作用力很小的输入信号获得作用力很大的输出信号，就需要外加能源，这样就可以得到力或功率的放大作用。5)控制对象：负载。 2.液压伺服系统与液压传动系统有什么区别？使用场合有何不同？ 答：液压伺服系统具备了液压传动的显著优点，此外，还具有系统刚度大、控制精度高，响应速度快，自动化程度高，能高速起动、制动和反向等优点。因而可以组成体积小、重量轻、加速能力强、快速动作和控制精度高的伺服系统，可以控制大功率和大负载。同样，液压伺服系统也具备了液压传动的些缺点，同时，它的精密控制元件(如电液伺服阀)加工精度高，因而价格贵；对液压油精度要求高，液压油的污染对系统可靠性影响大等。主要应用于高精度实时连续控制的场合，由于液压伺服系统的突出优点，使得它在国民经济的各个部门和国防建设等方面都得到了广泛应用。3.电液伺服阀有哪几部分组成，它是如何工作的？答：电液伺服阀由电磁式力矩马达、喷嘴挡板式液压前置放大级和四边滑阀功率放大级三部分组成。当线圈中没有电流通过时，电磁式力矩马达无力矩输出，挡板处于两喷嘴中间位置。当线圈通入电流后，衔铁因受到电磁力矩的作用偏转角度，由于衔铁固定在弹簧上，这时，弹簧管上的挡板也偏转相应的角，使挡板与两喷嘴的间隙改变，如果右面间隙增加，左面间隙减小，则左喷嘴腔内压力升高，右喷嘴腔内压力降低，主滑阀芯在此压差作用下右移。由于挡板下端的球头是嵌放在滑阀的凹槽内，在阀芯移动的同时，带动球头上的挡板一起向右移动，使右喷嘴与挡板的间隙逐渐减小，在新的位置平衡，间隙相等。同时滑阀芯在一定的开度下达到平衡，滑阀便不在移动，并使其阀口一直保持在这一开度上。通过线圈的控制电流越大，挡板挠曲变形越大，导致滑阀两端的压差以及滑阀的位移量越大，伺服阀输出的流量也就越大。第十一章思考题与习题1.气压传动有哪些基本组成部分？各部分的功用是什么？答：气压传动基本由四大部分组成：1）气源装置，它将原动机的机械能转化为空气的压力能，是获取压缩空气的装置。主要为各种形式的空气压缩机。2）执行元件，它把压缩空气的压力能转换为机械能，以驱动负载。包括气缸和气马达等。3）控制元件，它是控制气动系统中的压力、流量和方向的，从而保证执行元件完成所要求的运动规律。如各种压力阀、流量阀和方向阀等。4）辅助元件，保持压缩空气清洁、干燥、消除噪声以及提供润滑等作用，以保证气动系统正常工作。如过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。2.气压传动与机械传动、电气传动和液压传动相比有哪些优缺点？答：气压传动与机械传动、液压传动相比具备了如下优点：1)以空气为工作介质，来源易得，无污染，不需设回收管道；2)介质清洁，管道不易堵塞，而且不存在介质变质、补充和更换问题，维护简单；3)空气的粘度很小，因此流动损失小，便于实现集中供气，远距离输送；4)气动动作迅速，反应灵敏，借助溢流阀可实现过载自动保护；5)成本低廉，工作环境适应性好。安全可靠地应用于易燃、易爆场合，以及严格要求清洁、无污染的场合，如食品、轻工等环境中。气压传动的缺点：1)气动工作压力低，故气动系统的输出力（或力矩）较小；2)空气具有可压缩性，因此不易实现精确的速度和定位要求，系统的稳定性受负载变化的影响较大；3)气动系统的排气噪声大，高速排气时需设置消声器；4)空气本身无润滑性能，需另加润滑装置。第十二章思考题与习题1.气源装置作用是什么？各设备的作用是什么？答：气源装置的主体是空气压缩机。空气压缩机是产生压缩空气的装置，是气动系统的动力源。2.什么是气动三大件，各有什么作用，三者的安装顺序如何？答：气动三大件：气动辅助元件、气动控制元件、气动执行元件。三者的安装顺序为：气动辅助元件、气动控制元件、气动执行元件。3.油雾器是怎样实现在气动系统不停气的情况下加油的？答：在气动系统正常工作过程中，若需向贮油杯中添加润滑油时，可以不停止供气而实现加油。此时只需拧松油塞，贮油杯的上腔立即和外界大气沟通，油面压力下降至大气压，钢球在其上方的压缩空气的作用下向下压紧在截止阀1的阀座上，封住加压通道；同时由于吸油管中的油压下降，单向阀也处于截止状态，防止压缩空气反向通过节流阀和吸油管倒灌入贮油杯，从而实现气动系统在不停气的情况下添加润滑油。4.简述减压阀、节流阀和或门型梭阀的工作原理。答：减压阀：图14-7所示为QTY型直动式减压阀及图形符号。阀处于工作状态时，顺时针旋转手柄，向下压缩弹簧和以及膜片，迫使阀芯下移，从而使阀口10被打开，压缩空气从左端输入，经阀口10减压后从右端输出。输出气体一部分经阻尼管进入膜片气室，对膜片产生向上的推力，当作用在膜片上的推力略大于等于弹簧力时，阀芯便保持在某一平衡位置并保持一定的开度，减压阀也得到了一个稳定的输出压力值。减压阀工作过程中，当输入压力增大时，输出压力也随之增大，膜片所受到向上的推力也相应增大，使膜片上移，阀芯在出口气压和复位弹簧的作用下也随之上移，阀口10开度减小，减压作用增强，输出压力下降，输出压力又基本上重新维持到原值。反之，若输入压力减小，则阀的调节过程相反，平衡后仍能保持输出压力基本不变。节流阀：圆柱斜切型节流阀的结构简图及图形符号如图12-10所示。压缩空气自P口流入，从A口流出。旋转阀芯螺杆即可调节阀芯开口面积，从而改变气流流量。或门型梭阀：相当于两个单向阀的组合。如图12-12所示，当压缩空气从P1口进入时，阀芯被推向右边，将P2口关闭，气流从A口流出；反之，当压缩空气从P2口进入时，则阀芯被推向左边将P1口关闭，气流从P2口流至A口。若P1口和P2口同时进气，则哪端压力高，A口就与哪端相通，而另一端关闭。或门型梭阀的作用相当于逻辑或，广泛应用于逻辑回路和程序控制回路中。5.简述三种特殊功能气缸的工作原理和功用。答：薄膜式气缸如图12-17所示。主要由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等主要零件组成，利用压缩空气通过膜片的变形推动活塞杆作往复直线运动。气液阻尼缸由气缸和油缸组合而成，有串联型和并联型两种形式。它以压缩空气为能源，并且利用油液的不可压缩性和控制油液排量来获得活塞的平稳运动以及调节活塞的运动速度。如图12-18a所示，当压缩空气自气缸右端进入时，气缸活塞克服外负载向左移动。由于两活塞固定在一个活塞杆上，因此同时带动液压缸活塞向左运动。此时液压缸左腔排油，单向阀关闭，油液只能经节流阀缓慢流入液压缸右腔，对整个活塞的运动起阻尼作用。调节节流阀的开度能调节活塞的运动速度。当气缸左端供气时，液压缸右腔排油，顶开单向阀，活塞能快速返回原来位置。冲击气缸是一种较新型的气动执行元件，与普通气缸相比，在结构上增加了一个具有一定容积的蓄能腔和喷嘴。其结构原理为中盖5和缸体8固定在一起，它和活塞7把气缸容积分隔成三部分：蓄能腔3、活塞腔2和活塞杆腔1。压缩空气进入蓄能腔中，通过喷嘴作用在活塞上。由于此时活塞上端气压作用面积为较小的喷嘴口4面积，而活塞下端受压面积较大（一般设计成喷嘴口面积的9倍），活塞杆腔的压力虽因排气而下降，但此时活塞下端向上的作用力仍然大于活塞上端向下的作用力。蓄能腔进一步充气，压力继续增大，活塞杆腔的压力继续降低，活塞上下端的压差逐渐达到能够驱使活塞向下移动，活塞一旦离开喷嘴，蓄能腔内的高压气体突然通过喷嘴口作用在活塞上端的全面积上，使活塞在很大的压力差作用下迅速加速，在很短的时间内获得很大的动能，在冲程达到一定时，获得最大冲击速度和能量，利用这个能量对工件进行冲击做功，可以产生很大的冲击力。冲击气缸广泛应用于锻造、冲压、下料及压坯等方面。第十三章思考题与习题1.一次压力控制回路和二次压力控制回路有什么不同，各用于什么场合？答：一次压力控制回路主要是用来控制储气罐内的压力，使其不超过规定值。在空压机的出口安装溢流阀当储气罐内压力达到调定值时，溢流阀即开启排气。或者也可在储气罐上安装电接点压力计，当压力达到调定值时，用其直接控制空气压缩机的停止或启动。二次压力控制回路主要用来控制气动系统中设备进口处的压力。该回路通过安装一个减压阀来实现压力控制，提供给气动设备稳定的工作压力。2.节流供气调速回路和节流排气调速回路有何不同，试比较二者的优缺点？答：由于采用节流供气时，节流阀的开度较小，造成进气流量小，不能满足因活塞运动而使气缸容积增大所需的进气量，所以易出现活塞运动不平稳及失控现象。故节流供气调速回路多用于垂直安装的气缸，而水平安装的气缸则一般采用节流排气调速回路。在气缸的进、排气口都装上节流阀，则可实现进、排气的双向调速，构成双向调速回路。3.如图13-20所示为一含有延时回路的时间控制单往复动作回路，试分析其工作原理。答：工作原理：按下阀1后，阀3换位，活塞杆伸出，行至将行程阀2压下，系统经节流阀缓慢向气罐充气，延迟一定时间后，达到设定压力值，阀3才能复位，使活塞杆返回。4.若将图13-8所示的气液联动速度控制回路中的气液转换器1和2去掉，即为单纯的气动双向调速回路，是比较二者优缺点。答：气液转换器将气压转换成液压，通过液压驱动缸运动，从而能获得平稳的运动速度。将转换器去掉，用气压驱动缸，由于空气具有可压缩性，不容易实现精确的速度和定位要求，系统的稳定性受负载变化的影响较大。5.试设计一个可完成气缸的快进工进快退工作循环的气动回路。 答：如图13-21所示，当活塞杆刚开始向左前进时，液压缸无杆腔的油液可经a口快速流向有杆腔，实现活塞杆的快进；当活塞杆向左移动到封住a口时，液压缸无杆腔的油液只能经b口通过节流阀慢速流向有杆腔，此时活塞杆为慢速工进；当活塞杆向右退回时，液压缸有杆腔的油液可顶开单向阀快速流回无杆腔，实现活塞杆的快退。6.图13-18所示的气液动力滑台气动系统可实现两种工作循环，若要在二者间切换应操纵哪个阀，应分别使该阀处于哪个工作位置？调整挡铁A、B和C的安装位置对系统分别有什么影响？ 答：气液动力滑台气动系统可实现两种工作循环，若要在二者间切换应操纵换向阀4。对于工作循环快进工进快退停止工作循环，手控换向阀4右位工作；对于快进工进慢退快退停止工作循环，换向阀4左位工作。挡铁A的位置决定了活塞“停”的位置，挡铁B的位置决定了何时由快进转为工进，挡铁C的位置决定了何时由工进转换为快退。7.试分析图13-19所示的气动夹紧系统中单向节流阀5和6的开口度大小对系统的影响。答：调节单向节流阀5和6的开口，可以分别控制阀3和阀4的换位延时时间，从而控制钻削加工时间。第十四章 思考题与习题 1. 管路安装应注意哪些问题？ 答：1）管道接口部分的几何轴线必须与管接头的几何轴线重合。2）螺纹连接头的拧紧力矩要适中。3）为防止漏气，连接前螺纹处应涂密封胶。4)软管安装时应避免扭曲变形。5)软管的弯曲半径应大于其外径的910倍。6)硬管的弯曲半径一般情况下应不小于其外径的2.53倍。7)管路走向要合理。8)安装时应注意保证系统中的任何一段管道均能自由拆装。9)压缩空气管道要涂标记颜色，一般涂灰色或蓝色，精滤管道涂天蓝色。 2. 气动系统的调试主要可分为哪几个阶段进行？ 答：1）调试前的准备工作机械部分动作经检查完全正常后,方可进行气动回路的调试。在调试气动回路前，首先要仔细阅读气动回路图 2）空载试运转：空载试运转不得少于2h，注意观察压力、流量、温度的变化。如果发现异常现象应立即停车检查，待排除故障后才能继续试运转。3）负载试运转：负载试运转应分段加载，运转不得少于4h，要注意油位、摩擦部位的温升等变化。在调试中应作好记录，以便总结经验，找出问题。3.气动系统的定期维护措施主要有哪些？答：为使气动系统能长期稳定地运行，应采取下述定期维护措施：1)每天应将过滤器中的水排放掉。检查油雾器的油面高度及油雾器调节情况。2)每周应检查信号发生器上是否有铁屑等杂质沉积。查看调压阀上的压力表。检查油雾器的工作是否正常。3)每三个月检查管道连接处的密封，以免泄漏。更换连接到移动部件上的管道。检查阀口有无泄漏。用肥皂水清洗过滤器内部，并用压缩空气从反方向将其吹干。4)每六个月检查气缸内活塞杆的支承点是否磨损，必要时需更换。同时应更换刮板和密封圈。第11章思考题与习题1.液压系统正确使用的要求和注意事项答：液压系统使用时，一定要按操作规程进行逐步确认，一般液压系统都有使用说明书，认真阅读、仔细操作。在启动液压设备前，设备操作者应熟悉液压系统的工作原理，掌握系统动作程序，熟悉各种元件的操作特点和要求，严防调节错误造成事故，注意元件的调节手轮转动方向与压力，流量大小的变化关系，利用目视、听觉及触觉等比较简单的“五感”方法注意设备的运行状态。2.液压系统点检的内容和方法答：1)所有液压阀、液压缸、管件是否有渗漏。2)液压泵和液压马达运转时是否有异常噪声，温度是否过高。3)液压缸运动全行程中是否正常平稳。4)液压系统中各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定。5)液压系统油液的温度是否在允许范围内。6)液压系统中各部位有无高频振动。7)油箱内油位是否在油标刻线范围内。8)电气控制式撞块（凸轮）控制的换向阀是否灵敏可靠。9)行程开关式限位挡块的是否有变动，固定螺钉是否松动。10)液压系统手动式自动循环时是否有异常现象。11)定期对油箱内油液进行取样化验，检查油液的污染状况。12)定期检查蓄能器工作性能。13)定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺帽、接头和法兰螺钉。14)点检的方法用“看”，“听”，“摸”，“闻”，“阅问”也就是利用五官来点检。3液压系统的维护要点答：1）按设计规定和工作要求，合理调节液压系统工作压力和工作速度。2）注意油质的变化，定期取样化验。3）系统工作温度不应超过60，一般在3555范围内。4）保证电磁阀工作正常，保持电压稳定。5）不允许使用有缺陷的压力表，不允许在无压力表的情况下工作或调压。6）电气柜，电气盒，操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用。7）液压系统某部位产生异常时，要及时分析原因进行处理，不要勉强运转，以免造成大事故。8）定期检查冷却器和加热器工作性能。9）经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合时，应及时充气或修理。10）经常检查管件、接头、法兰盘等的固定状况，发现松动及时紧固。11）高压软管、密封件的使用期限，应根据具体的液压设备而定。12）主要液压元件定期进行性能测定，并实行定期更换维修制。13）各部润滑是否良好，油量是否充足。4.液压设备在使用初期的管理要点答：1）注意管接头、法兰、活结、管夹子等因振动而松动。2）各部分密封件质量差或由于装配不当而被损伤造成泄漏。3）管道式液压元件油道内的毛刺、型砂、切屑等污物在油流的冲击下脱落，堵塞阻尼孔和泄油口造成压力和速度不稳定。4）由于负荷大或外界散热条件差，使油液温度过高，引起泄漏，导致压力和速度的变化。5.液压设备在运行中期的管理要点。答：液压设备运行到中期，故障率最低，这个阶段液压系统运行状态最佳，但应特别注意控制油液的污染。6.液压设备管理要点。答：制定液压设备维护规程手册。制定操作保养规程手册。制定点检、定检手册。第12章思考题与习题解答1液压系统故障的特点。答：液压系统的故障大量在于突发性故障和磨损性故障，这些故障在液压系统运行的不同时期表现形式与规律也是不一样的，因此诊断与排除这些故障不仅要有专业理论知识，还要有丰富的设计、制造、安装、使用、维护、保养方面的实践经验。2.液压系统在各不同运行阶段的常见故障现象答：1）液压设备调试阶段的故障，液压设备调试阶段的故障率较高，其特征是设计、制造、安装等质量问题交织在一起。除机械电气问题外，液压传动系统经常发生的故障有：外泄严重，主要发生在接头和有关元件的端盖处。执行元件运动速度不稳定。液压阀和阀芯卡死或运动不灵活，导致执行元件动作不灵活。压力控制的阻尼小孔堵塞，造成压力不稳定。阀类元件漏装弹簧、密封件造成控制失灵，甚至管道接错而使系统运行错乱。液压系统设计不完善，液压元件选择不当，造成系统发热，执行元件同步精度差等故障现象。2）液压设备运行初期的故障，液压设备经过调试阶段后，便进行正常生产运行阶段，此阶段故障特征是：管接头因振动而松脱。密封件质量差或由于装配不当而损伤造成泄漏。管道式液压元件油道内的毛刺、型砂、切屑等污物在油流冲击下脱落堵塞阻尼孔和漏油口造成压力和速度不稳定。由于负荷大或外界环境散热条件差使油液温度过高引起泄漏导致压力和速度的变化。3）液压设备运行中期的故障，液压设备运行到中期故障率最低，这个阶段液压系统运行状态最佳，但应特别注意控制油液的污染。4）液压设备运行后期的故障，液压设备运行到后期，液压元件因工作频率和负荷的差异，易损件先后开始正常性的超差磨损，此阶段故障率较高，泄漏增加，效率降低。针对这一状况，要对元件进行全面检查，对已失效的液压元件应进行修理或更换。以防止液压设备不能运行而被迫停产。3.液压系统故障诊断与排除的步骤及方法答：见图12-1所示。4.常见压力故障的现象、原因及排除方法答:1）压力调不上去：溢流阀的调压弹簧太软、装错或漏装。先导式溢流阀的主阀阻尼孔堵塞，滑阀在下端油压作用下克服上腔的液压力和主阀弹簧力，使主阀上移调压弹簧失去对主阀的控制作用，因此主阀在较低的压力下打开溢流口溢流。系统中正常工作的压力阀，有时突然出现故障往往就是这种原因。阀芯和阀座关闭不严，泄漏严重。阀芯被毛刺或其他污物卡死在开口位置。2）压力过高调不下来：a阀芯被毛刺或污物卡死于关闭位置，主阀不能开启。b安装时，阀芯的进出口接错，没有压力油去推动阀芯移动，因此阀芯打不开。c先导阀前的阻尼孔堵塞，导致主阀不能开启。3）压力振摆大：a油液中混有空气。b阀芯与阀座接触不良。c阻尼孔直径过大，阻尼作用弱。d产生共振。e阀芯在阀体内移动不灵活。5.常见动作故障现象、原因及排除方法答：1）换向阀不换向的原因：电磁铁吸力不足，不能推动阀芯运动。直流电磁铁剩磁大，使阀芯不复位。对中弹簧轴线歪斜，使阀芯在阀内卡死。阀芯被拉毛，在阀体内卡死。油液污染严重，堵塞滑动间隙导致阀芯卡死。由于阀芯、阀体加工精度差，产生径向卡紧力，使阀卡死。2）单向阀泄漏严重或不起单向作用的原因：a锥阀与阀座密封不严。b锥阀式阀座被拉毛或在环形密封面上有污物。c阀芯卡死，油液反向流动时锥阀不能关闭。6.液压设备的振动和噪声故障的产生原因、特点及其应采取的对策答：1）振动产生原因及采取的对策见图12-2。2）噪声产生原因及采取的对策见图12-3。图12-2振动产生原因及采取的对策图12-3噪声产生原因及采取的对策7.工作介质温升过高的原因及其排除方法答：液压系统温升过快，一般都是某一元件内泄漏所造成的，也就是高压油泄漏并大部分能量转变为热量，出现这种情况时，用手触摸方法来排除，某一元件温度大于油液温度，这个元件就是产生热量的地方，更换或修理该元件。8.液压系统泄漏故障分析答：液压系统泄漏故障分析见图12-4。9.预防和控制液压系统污染的措施答：液压系统中的油液介质清洁度对于一个系统非常重要，尤其是精密液压系统，所以在设备运行前要进行冲洗，在冲洗过程中要不断敲击管道，目的是把管道内附着物振下来，待油液清洁度达到要求后设备才能运转，液压系统设计时，建议采用单独的循环过滤装置和在主回油处加过滤装置，这样能有效控制液压系统污染。10.液压卡紧现象产生的原因及消除液压液压卡紧的措施答：1）卡紧原因：径向力不平衡引起的液压卡紧。油液中极性分子的吸附作用。油液中杂质楔入配合间隙。滑阀移动时附加阻力。干式电磁铁的电磁推杆偏斜。阀芯、阀孔加工质量较差。2）消除卡紧的措施：a在阀芯的台阶上开均压槽。b使阀芯环面略带顺锥度。c使阀芯和阀体振动（比例阀、伺服阀都有自振功能）。d提高机械加工和装配质量。11.引起密封故障的原因答：1）密封过渡磨损，所以要定期更换密封。2）密封被挤出，这主要是密封沟槽设计不合理造成。3）系统中空气引起密封损坏。4）系统油温过高也易引起密封损坏。