項目九-液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算課件

項目九液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計計算課題二工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖課題四選擇液壓元件并確定安裝連接形式課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件課題七液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例項目九液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和

設(shè)計計算一、液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計與是整機設(shè)計的一部分，主要采用的方法是傳統(tǒng)的經(jīng)驗法。其設(shè)計與整機設(shè)計聯(lián)系緊密，必須同時進行。液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟的一般流程見圖9-1。二、液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的各項要求，具體有以下幾個方面：

1）液壓系統(tǒng)的動作和性能要求。例如：運動方式、行程和速度范圍、負(fù)載條件、運動平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)和動作周期、同步或互鎖要求以及工作可靠性等。

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設(shè)計計算一、液壓系統(tǒng)的設(shè)計課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和

設(shè)計計算2）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境要求例如：環(huán)境溫度、濕度、外界情況以及安裝空間等。3）其它方面的要求例如：液壓裝置的重量、外觀造型、外觀尺寸及經(jīng)濟性等。上一頁返回課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和

設(shè)計計算2）液壓系統(tǒng)的工作課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)一、運動分析運動分析即對液壓執(zhí)行件一個工作循環(huán)中各階段的運動速度變化情況進行分析，并畫出速度循環(huán)圖。圖9-2為某機床動力滑臺的運動分析圖。其中，圖9-2a為滑臺工作循環(huán)圖，它是一個示意圖，用來對液壓系統(tǒng)的運動進行定性分析；圖9-2b為滑臺的速度一位移曲線圖，通常稱為速度循環(huán)圖。它表明了滑臺在二個工作循環(huán)內(nèi)各階段運動速度的大小及變化情況。二、負(fù)載分析把執(zhí)行元件工作的各個階段所需克服的負(fù)載，用負(fù)載一位移曲線表示，稱為負(fù)載循環(huán)圖。繪制負(fù)載循環(huán)圖時，應(yīng)先分析計算執(zhí)行元件的受力情況。圖9-3為液壓負(fù)載分析簡圖。液壓缸的實際總負(fù)載F可用下式計算：F=Fw+Ff+Fb+Fs+Fi(9-1)下一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)一、運動分析下一課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)（二）外摩擦阻力Ff

指液壓缸驅(qū)動運動部件時所受的導(dǎo)軌摩擦阻力，它與運動部件的導(dǎo)軌形式、放置情況和運動狀態(tài)有關(guān)。各種形式的導(dǎo)軌摩擦阻力計算公式可查閱有關(guān)手冊。（三）液壓缸回油阻力Fb,

如果回油時存在背壓，就有回油阻力。但在液壓系統(tǒng)方案以及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前；回油阻力是無法確定的，所以在液壓缸工況分析時，先假定回油阻力Fb為零。在驗算液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)性能時，再按液壓缸的實際尺寸和背壓計算。（四）密封摩擦阻力FS

液壓缸密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力的計算比較繁瑣，通?？扇s=（0.05～0.1)F。

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主要參數(shù)（二）外摩擦阻力課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)（五）慣性負(fù)載Fi慣性負(fù)載是運動部件的速度變化時，由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可按牛頓第二定律計算。在加速時?。獸i；減速時取－Fi；恒速時取只Fi=0

用公式（9-1）計算出工作循環(huán)中各階段的工作負(fù)載后，便可以繪出液壓缸工作負(fù)載循環(huán)圖，如圖9-4所示。為使圖示直觀簡單，可將各階段的負(fù)載線按其段內(nèi)的最大負(fù)載等值繪出，以便分析。下一頁上一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)（五）慣性負(fù)載F課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)三、液壓缸主要參數(shù)的確定

在工況分析過程中，初步確定的液壓缸主要參數(shù)是指液壓缸活塞直徑D和活塞桿直徑d。關(guān)于這一部分內(nèi)容，在第四章已經(jīng)介紹過了。但由于計算出來的液壓缸工作面積與液壓缸推力和運動速度都有關(guān)，因此主機若有最低速度要求時，還需進行速度方面的驗算，即下一頁上一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)三、液壓缸主要參課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)四、繪制執(zhí)行元件工況圖

液壓缸尺寸確定之后，就可根據(jù)液壓缸的速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖，算出液壓缸在工作循環(huán)中不同階段的工作壓力、流量和功率，繪制液壓缸的工況圖，工況圖則包括壓力循環(huán)圖（p-s圖）、流量循環(huán)圖（q-s圖）和功率循環(huán)圖（P-s圖）。也可將三個圖合在一起繪制，如圖9-5所示。上一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)四、繪制執(zhí)行元件課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖是用圖形符號表示的液壓系統(tǒng)油路結(jié)構(gòu)圖，它應(yīng)體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)書中提出的性能要求，因此擬定液壓系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中的重要一步。其具體內(nèi)容為：1)確定油路類型。結(jié)構(gòu)簡單的液壓系統(tǒng)或采用節(jié)流調(diào)速的液壓系統(tǒng)，一般采用開式油路；容積調(diào)速系統(tǒng)或要求效率較高的系統(tǒng)，多采用閉式油路。

2）選擇液壓回路。油路類型確定后，可根據(jù)工況圖和系統(tǒng)的設(shè)計要求來選擇液壓回路。選擇工作應(yīng)從對主機主要性能起決定性作用的回路開始（例如：組合機床液壓系統(tǒng)首選調(diào)速回路；磨床液壓系統(tǒng)首選選擇換向回路；壓力機液壓系統(tǒng)首選選擇調(diào)壓回路；注塑機液壓系統(tǒng)首選選擇多缸順序回路等），然后再考慮其它液壓回路。

下一頁返回課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖3）確定控制方式?？刂品绞街饕鶕?jù)主機的要求確定，如果要求系統(tǒng)按一定順序自動循環(huán)，可使用行程控制或壓力控制。采用行程閥控制可使動作可靠。若采用電液比例控制、可編程控制器控制和微機控制，可簡化油路，改善系統(tǒng)的工作性能，而且使系統(tǒng)具有較大的柔性和通用性。4）組成液壓系統(tǒng)。把選擇出來的各種液壓回路進行綜合、歸并整理，增添必要的元件或輔助回路，使之組成完整的系統(tǒng)。整理后，務(wù)必使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工作安全可靠，動作平穩(wěn)，效率高，調(diào)整和維護保養(yǎng)方便，而且盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件，以降低成本，縮短設(shè)計和制造周期。

上一頁返回課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖3）確定控制方式。上一課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式一、選擇液壓泵首先確定液壓泵的類型，然后根據(jù)液壓缸工況圖中的最高工作壓力和系統(tǒng)壓力損失，確定液壓泵最高工作壓力，計算公式如下：系統(tǒng)壓力損失為進油路總壓力損失與回油路總壓力損失、合流路總壓力損失折算值之和（的計算方法見第五節(jié)）。在液壓元件沒有確定之前，系統(tǒng)壓力損失可憑經(jīng)驗進行估計：一般用節(jié)流閥調(diào)速和管路簡單的液壓系統(tǒng)，取=0.2～0.5MPa；油路中有調(diào)速閥或復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，可取=0.5～1.5MPa；如果系統(tǒng)在執(zhí)行元件停止運動時才出現(xiàn)最高工作壓力，則確定液壓泵量高工作壓力時，取=0。

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連接形式一、選擇液壓泵下一課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式二、選擇閥類元件各種閥類元件的規(guī)格型號按液壓系統(tǒng)原理圖和工況圖中提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取。各種閥的公稱壓力和額定流量一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近。必要時，通過閥的流量可略大于該閥的額定流量，但一般不超過20％。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍選取，其最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足工作部件最低運動速度的要求。三、選擇液壓輔助元件

（一）油管

油管的規(guī)格尺寸大多由它所連接的液壓元件接口處的尺寸決定，對一些重要的管道應(yīng)驗算其內(nèi)徑和壁厚。油管內(nèi)徑按下式計算：

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連接形式二、選擇閥類元件下課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式(二)油箱為了儲油和散熱，油箱必須有足夠的容積和散熱面積。油箱的有效容量（指液面高度為油箱高度的80％時，油箱所儲液壓油的體積）確定如下：當(dāng)Pp≤2.5MPa時：V=（120～240)q當(dāng)2.5MPa＜Pp＜6.3MPa時：V=（300～420)q當(dāng)Pp＞6.3MPa時：V=（360～720)q

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連接形式(二)油箱下一頁上課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式四、液壓元件安裝連接形式的確定液壓元件的安裝連接形式與液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和元件的配置形式有關(guān)，現(xiàn)分別加以討論。

（一）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式確定

液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分為集中式和分散式兩種。

集中式結(jié)構(gòu)是將液壓系統(tǒng)的動力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和油箱等放在主機之外，單獨設(shè)置一個液壓站。這種形式的優(yōu)點是安裝連接方便，液壓源的振動、發(fā)熱都不會影響主機的工作性能。缺點是設(shè)置液壓站，增加了占地面積和管路長度。分散式結(jié)構(gòu)是將液壓元件分散放置在主機的某些部位，與主機合為一體，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、管路短。缺點是安裝連接（包括維護）復(fù)雜，液壓源的振動和發(fā)熱都會影響主機的工作性能和精度。下一頁上一頁返回課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式四、液壓元件安裝連課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式（二）按閥類元件的配置形式確定

1.箱體式配置按照液壓系統(tǒng)的油路要求，設(shè)計出專用的箱體。板式閥類元件可緊固在箱體的側(cè)面和頂面上；插人閥、插裝閥和管接頭等元件亦可插入或旋接于箱體內(nèi)，各元件之間的油路全部由在箱體內(nèi)所加工出的孔道形成，如圖9-6所示。這種配置形式的優(yōu)點是可以使元件致密安裝，使制造安裝費用減至最低限度，缺點是加工較困難。

2.集成塊式配置根據(jù)液壓系統(tǒng)各種典型回路做成通用的集成塊。每個集成塊上下兩面是塊體間疊加的接觸面；四個側(cè)面中，一個面上安裝管接頭，另外三個面用來安裝板式閥、插人閥和插裝閥元件；塊內(nèi)孔道由鉆孔形成。各集成塊與頂蓋、底板一起用長螺栓疊裝起來，即組成液壓系統(tǒng)，如圖9-7所示。這種配置形式的優(yōu)點是元件按回路模塊化，便于設(shè)計與制造，更改設(shè)計方便，通用性好。上一頁返回課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式（二）按閥類元件的課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算一、液壓系統(tǒng)的壓力損失及泵的工作壓力通過系統(tǒng)壓力損失的計算，我們可以把整個系統(tǒng)的各段壓力損失折合到液壓泵出口處，以便于更確切地算出液壓泵出口、液壓缸進、出口的實際工作壓力，從而確定各壓力閥（溢流閥、順序閥、卸荷閥、壓力繼電器等）的調(diào)整壓力?，F(xiàn)將單桿液壓缸在不同連接時的系統(tǒng)壓力損失計算公式討論如下。

（一）單桿液壓缸一般連接時藝的計算

如圖9-9a）所示，根據(jù)液壓缸活塞上的受力平衡關(guān)系得

下一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算一、液壓系統(tǒng)的壓力損失及泵課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算由于系統(tǒng)回油管路通油箱，故，代入上式并解得泵的工作壓力PP及系統(tǒng)總壓力損失為下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算（二）液壓缸差動時的計算如圖9-9b所示，根據(jù)液壓缸活塞受力平衡關(guān)系得由于液壓缸兩腔相連通，其兩腔的液壓關(guān)系為下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算（二）液壓缸差動時課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算代入上兩式可解得：綜上所述，液壓泵要驅(qū)動液壓缸活塞克服負(fù)載運動，它除了要產(chǎn)生一個與負(fù)載相平衡的壓力外，同時還要產(chǎn)生一個附加的壓力，這個附加壓力就是系統(tǒng)壓力損失。

下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算代入上兩式可解得：下一頁上課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算二、液壓系統(tǒng)的總效率η

在液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)（如液壓缸）輸出的有效功率與輸人動力裝置（如液壓泵）功率的比值，稱為系統(tǒng)總效率，即下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算二、液壓系統(tǒng)的總效率η

課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算三、液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升校核液壓系統(tǒng)在單位時間內(nèi)的發(fā)熱量，可以由液壓泵的總輸入功率和執(zhí)行元件的有效功率或系統(tǒng)效率計算，即或下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算三、液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升校核課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算當(dāng)油箱溫度比外界溫度高時，油箱向四周空間散熱，單位時間散熱按下式計算，即上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件一、繪制工作圖（一）繪制液壓系統(tǒng)圖在圖上應(yīng)注明各元件的規(guī)格、型號以及壓力、流量調(diào)整值，并附有執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖，控制元件的動作順序表和簡要說明。

（二）繪制液壓系統(tǒng)裝配圖液壓系統(tǒng)的裝配圖是正式安裝、施工的圖紙，包括油箱裝配圖、液壓泵裝置圖、油路裝配圖和管路裝配圖等。在管路裝配圖中要標(biāo)明液壓元、部件的位置和固定方式、油管的規(guī)格尺寸和布管情況以及各種管接頭的形式和規(guī)格等。液壓專用件或閥塊須畫全裝配圖和專用零件圖。

下一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件一、繪制工作圖下一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件二、編制技術(shù)文件

技術(shù)文件一般包括設(shè)計計算說明書，零、部件目錄表，標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和外購件明細(xì)表，技術(shù)說明書，操作使用說明書等。上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件二、編制技術(shù)文件

課題七液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例設(shè)計課題：四軸臥式鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡圖如圖9-10所示。一、工況分析（一）負(fù)載分析暫時不考慮回油腔的背壓力，可按式（9-1）計算工作負(fù)載。取液壓缸密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力Ff=0.1F,外負(fù)載包括切削力Ft和導(dǎo)軌的摩擦力Ff。由手冊查得導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)是0.2，動摩擦系數(shù)是0.1，導(dǎo)軌的正壓力就等于動力部件的重力。設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦阻力為Ffs，動摩擦阻力為Ffv，則Ffs=μsFN=0.2×2×103×9.8N=3.92×103NFfv=μvFN==0.1×2×103×9.8N=1.96×103N下一頁返回課題七液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例設(shè)計課題：四軸臥式鉆孔專用機課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件運動部件啟動或制動將產(chǎn)生慣性力Fi，取啟動或制動時間為0.15s，則慣性力為Fi==2*103N=1×103N下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（二）速度分析已知快進快退速度為75mm/s,工進速度為1.67mm/s。二、運動分析根據(jù)已知條件繪制出速度循環(huán)圖，如圖9-12所示。三、確定液壓缸尺寸1.計算液壓缸內(nèi)徑=m=0.0798m下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（二）速度分析下一頁上一課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件2.確定活塞桿直徑根據(jù)條件可知液壓缸快進速度和快退速度相等，在油路上采用差動連接，這時活塞桿的直徑可按下式計算d=0.71D=0.71×80=56.8mm3.液壓缸實際有效面積無桿腔=π×82/4=50.3cm2

有桿腔=π（82-5.62）/4=25.6cm2下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件2.確定活塞桿直徑=π（課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件4.按最低速度驗算液壓缸有效面積四、繪制液壓缸工況圖根據(jù)液壓缸負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖和有效面積，就可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率，計算結(jié)果見表9-5。根據(jù)表9-5畫出的液壓缸工況圖如圖9-14所示。cm2=5cm2＜50.3cm2下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件4.按最低速度驗算液壓缸課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件五、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（一）確定調(diào)速方法及供油形式

為了減小負(fù)載變化對液壓缸運動速度的影響，滿足系統(tǒng)對執(zhí)行元件速度穩(wěn)定性的要求，采用調(diào)速閥的進油路節(jié)流調(diào)速。由工況圖可知，工進時液壓力高，但流量??；快進時壓力低，但流量大。為減小功率損失，采用雙泵供油的開式油路。（二）確定換向方式為了滿足工作臺能在任何位置停止以便調(diào)整機床，同時考慮到采用差動聯(lián)接方式以實現(xiàn)快進，故采用滑閥機能為Y型的三位五通電磁閥。下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件五、擬定液壓系統(tǒng)原理圖下課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（三）確定工作進給油路使用調(diào)速閥和三位五通電磁閥實現(xiàn)工作進給時，液壓缸回油腔油液需經(jīng)換向閥左位流回油箱；同時又為了實現(xiàn)差動連接，回油腔的油液也需經(jīng)換向閥左位流人進油腔。為了滿足這兩方面的要求，可在回油路上加一只液控順序閥，見圖9-14。鉆削動力部件快進時，系圖9-14液壓缸工況圖統(tǒng)壓力較低，順序閥關(guān)閉，實現(xiàn)差動快進。工作進給時系統(tǒng)壓力升高，順序閥打開，回油腔油液經(jīng)三位五通換向閥和順序閥流回油箱。圖中單向閥的作用是防止高壓油液倒流。

下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（三）確定工作進給油路下課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（四）確定快進轉(zhuǎn)工進方案

由工況圖可知，快進轉(zhuǎn)工進時，流量變化很大，為了保證快進轉(zhuǎn)工進時速度換接平穩(wěn)可靠，采用行程換向閥比采用電磁換向閥好。為了保證回油腔有一定背壓力，防止工作臺前沖，在回油路上設(shè)置一個背壓閥（溢流閥）。（五）終點轉(zhuǎn)換方式的選擇

為了加工不通孔，采用死擋鐵停留，由壓力繼電器發(fā)信號控制電磁換向閥換向。鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)如圖9-14所示，表9-6是電磁鐵和行程換向閥動作表。上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（四）確定快進轉(zhuǎn)工進方案表9-5液壓缸的壓力、流量和功率返回表9-5液壓缸的壓力、流量和功率返回表9-6電磁鐵和行程閥動作表返回表9-6電磁鐵和行程閥動作表返回圖9-1液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般流程返回圖9-1液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般流程返回圖9-2動力滑臺工作循環(huán)和速度循環(huán)圖返回圖9-2動力滑臺工作循環(huán)和速度循環(huán)圖返回圖9-3液壓缸負(fù)載分析簡圖返回圖9-3液壓缸負(fù)載分析簡圖返回圖9-4液壓缸工作負(fù)載循環(huán)圖返回圖9-4液壓缸工作負(fù)載循環(huán)圖返回圖9-5液壓缸工況圖返回圖9-5液壓缸工況圖返回圖9-6箱體式配置返回圖9-6箱體式配置返回圖9-7集成塊式配置返回圖9-7集成塊式配置返回圖9-9系統(tǒng)壓力損失計算簡圖返回圖9-9系統(tǒng)壓力損失計算簡圖返回圖9-9系統(tǒng)壓力損失計算簡圖返回圖9-9系統(tǒng)壓力損失計算簡圖返回圖9-10鉆孔專用機床方案簡圖返回圖9-10鉆孔專用機床方案簡圖返回圖9-12液壓缸速度循環(huán)圖返回圖9-12液壓缸速度循環(huán)圖返回圖9-14鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)圖返回圖9-14鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)圖返回圖9-14鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)圖返回圖9-14鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)圖返回項目九液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計計算課題二工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖課題四選擇液壓元件并確定安裝連接形式課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件課題七液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例項目九液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和

設(shè)計計算一、液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計與是整機設(shè)計的一部分，主要采用的方法是傳統(tǒng)的經(jīng)驗法。其設(shè)計與整機設(shè)計聯(lián)系緊密，必須同時進行。液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟的一般流程見圖9-1。二、液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的各項要求，具體有以下幾個方面：

1）液壓系統(tǒng)的動作和性能要求。例如：運動方式、行程和速度范圍、負(fù)載條件、運動平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)和動作周期、同步或互鎖要求以及工作可靠性等。

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設(shè)計計算一、液壓系統(tǒng)的設(shè)計課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和

設(shè)計計算2）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境要求例如：環(huán)境溫度、濕度、外界情況以及安裝空間等。3）其它方面的要求例如：液壓裝置的重量、外觀造型、外觀尺寸及經(jīng)濟性等。上一頁返回課題一液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和

設(shè)計計算2）液壓系統(tǒng)的工作課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)一、運動分析運動分析即對液壓執(zhí)行件一個工作循環(huán)中各階段的運動速度變化情況進行分析，并畫出速度循環(huán)圖。圖9-2為某機床動力滑臺的運動分析圖。其中，圖9-2a為滑臺工作循環(huán)圖，它是一個示意圖，用來對液壓系統(tǒng)的運動進行定性分析；圖9-2b為滑臺的速度一位移曲線圖，通常稱為速度循環(huán)圖。它表明了滑臺在二個工作循環(huán)內(nèi)各階段運動速度的大小及變化情況。二、負(fù)載分析把執(zhí)行元件工作的各個階段所需克服的負(fù)載，用負(fù)載一位移曲線表示，稱為負(fù)載循環(huán)圖。繪制負(fù)載循環(huán)圖時，應(yīng)先分析計算執(zhí)行元件的受力情況。圖9-3為液壓負(fù)載分析簡圖。液壓缸的實際總負(fù)載F可用下式計算：F=Fw+Ff+Fb+Fs+Fi(9-1)下一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)一、運動分析下一課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)（二）外摩擦阻力Ff

指液壓缸驅(qū)動運動部件時所受的導(dǎo)軌摩擦阻力，它與運動部件的導(dǎo)軌形式、放置情況和運動狀態(tài)有關(guān)。各種形式的導(dǎo)軌摩擦阻力計算公式可查閱有關(guān)手冊。（三）液壓缸回油阻力Fb,

如果回油時存在背壓，就有回油阻力。但在液壓系統(tǒng)方案以及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前；回油阻力是無法確定的，所以在液壓缸工況分析時，先假定回油阻力Fb為零。在驗算液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)性能時，再按液壓缸的實際尺寸和背壓計算。（四）密封摩擦阻力FS

液壓缸密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力的計算比較繁瑣，通常可取Fs=（0.05～0.1)F。

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主要參數(shù)（二）外摩擦阻力課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)（五）慣性負(fù)載Fi慣性負(fù)載是運動部件的速度變化時，由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可按牛頓第二定律計算。在加速時取＋Fi；減速時取－Fi；恒速時取只Fi=0

用公式（9-1）計算出工作循環(huán)中各階段的工作負(fù)載后，便可以繪出液壓缸工作負(fù)載循環(huán)圖，如圖9-4所示。為使圖示直觀簡單，可將各階段的負(fù)載線按其段內(nèi)的最大負(fù)載等值繪出，以便分析。下一頁上一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)（五）慣性負(fù)載F課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)三、液壓缸主要參數(shù)的確定

在工況分析過程中，初步確定的液壓缸主要參數(shù)是指液壓缸活塞直徑D和活塞桿直徑d。關(guān)于這一部分內(nèi)容，在第四章已經(jīng)介紹過了。但由于計算出來的液壓缸工作面積與液壓缸推力和運動速度都有關(guān)，因此主機若有最低速度要求時，還需進行速度方面的驗算，即下一頁上一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)三、液壓缸主要參課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)四、繪制執(zhí)行元件工況圖

液壓缸尺寸確定之后，就可根據(jù)液壓缸的速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖，算出液壓缸在工作循環(huán)中不同階段的工作壓力、流量和功率，繪制液壓缸的工況圖，工況圖則包括壓力循環(huán)圖（p-s圖）、流量循環(huán)圖（q-s圖）和功率循環(huán)圖（P-s圖）。也可將三個圖合在一起繪制，如圖9-5所示。上一頁返回課題二工況分析和確定執(zhí)行元件

主要參數(shù)四、繪制執(zhí)行元件課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖是用圖形符號表示的液壓系統(tǒng)油路結(jié)構(gòu)圖，它應(yīng)體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)書中提出的性能要求，因此擬定液壓系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中的重要一步。其具體內(nèi)容為：1)確定油路類型。結(jié)構(gòu)簡單的液壓系統(tǒng)或采用節(jié)流調(diào)速的液壓系統(tǒng)，一般采用開式油路；容積調(diào)速系統(tǒng)或要求效率較高的系統(tǒng)，多采用閉式油路。

2）選擇液壓回路。油路類型確定后，可根據(jù)工況圖和系統(tǒng)的設(shè)計要求來選擇液壓回路。選擇工作應(yīng)從對主機主要性能起決定性作用的回路開始（例如：組合機床液壓系統(tǒng)首選調(diào)速回路；磨床液壓系統(tǒng)首選選擇換向回路；壓力機液壓系統(tǒng)首選選擇調(diào)壓回路；注塑機液壓系統(tǒng)首選選擇多缸順序回路等），然后再考慮其它液壓回路。

下一頁返回課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖3）確定控制方式?？刂品绞街饕鶕?jù)主機的要求確定，如果要求系統(tǒng)按一定順序自動循環(huán)，可使用行程控制或壓力控制。采用行程閥控制可使動作可靠。若采用電液比例控制、可編程控制器控制和微機控制，可簡化油路，改善系統(tǒng)的工作性能，而且使系統(tǒng)具有較大的柔性和通用性。4）組成液壓系統(tǒng)。把選擇出來的各種液壓回路進行綜合、歸并整理，增添必要的元件或輔助回路，使之組成完整的系統(tǒng)。整理后，務(wù)必使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工作安全可靠，動作平穩(wěn)，效率高，調(diào)整和維護保養(yǎng)方便，而且盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件，以降低成本，縮短設(shè)計和制造周期。

上一頁返回課題三擬定液壓系統(tǒng)原理圖3）確定控制方式。上一課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式一、選擇液壓泵首先確定液壓泵的類型，然后根據(jù)液壓缸工況圖中的最高工作壓力和系統(tǒng)壓力損失，確定液壓泵最高工作壓力，計算公式如下：系統(tǒng)壓力損失為進油路總壓力損失與回油路總壓力損失、合流路總壓力損失折算值之和（的計算方法見第五節(jié)）。在液壓元件沒有確定之前，系統(tǒng)壓力損失可憑經(jīng)驗進行估計：一般用節(jié)流閥調(diào)速和管路簡單的液壓系統(tǒng)，取=0.2～0.5MPa；油路中有調(diào)速閥或復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，可取=0.5～1.5MPa；如果系統(tǒng)在執(zhí)行元件停止運動時才出現(xiàn)最高工作壓力，則確定液壓泵量高工作壓力時，取=0。

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連接形式一、選擇液壓泵下一課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式二、選擇閥類元件各種閥類元件的規(guī)格型號按液壓系統(tǒng)原理圖和工況圖中提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取。各種閥的公稱壓力和額定流量一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近。必要時，通過閥的流量可略大于該閥的額定流量，但一般不超過20％。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍選取，其最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足工作部件最低運動速度的要求。三、選擇液壓輔助元件

（一）油管

油管的規(guī)格尺寸大多由它所連接的液壓元件接口處的尺寸決定，對一些重要的管道應(yīng)驗算其內(nèi)徑和壁厚。油管內(nèi)徑按下式計算：

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連接形式二、選擇閥類元件下課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式(二)油箱為了儲油和散熱，油箱必須有足夠的容積和散熱面積。油箱的有效容量（指液面高度為油箱高度的80％時，油箱所儲液壓油的體積）確定如下：當(dāng)Pp≤2.5MPa時：V=（120～240)q當(dāng)2.5MPa＜Pp＜6.3MPa時：V=（300～420)q當(dāng)Pp＞6.3MPa時：V=（360～720)q

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連接形式(二)油箱下一頁上課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式四、液壓元件安裝連接形式的確定液壓元件的安裝連接形式與液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和元件的配置形式有關(guān)，現(xiàn)分別加以討論。

（一）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式確定

液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分為集中式和分散式兩種。

集中式結(jié)構(gòu)是將液壓系統(tǒng)的動力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和油箱等放在主機之外，單獨設(shè)置一個液壓站。這種形式的優(yōu)點是安裝連接方便，液壓源的振動、發(fā)熱都不會影響主機的工作性能。缺點是設(shè)置液壓站，增加了占地面積和管路長度。分散式結(jié)構(gòu)是將液壓元件分散放置在主機的某些部位，與主機合為一體，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、管路短。缺點是安裝連接（包括維護）復(fù)雜，液壓源的振動和發(fā)熱都會影響主機的工作性能和精度。下一頁上一頁返回課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式四、液壓元件安裝連課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式（二）按閥類元件的配置形式確定

1.箱體式配置按照液壓系統(tǒng)的油路要求，設(shè)計出專用的箱體。板式閥類元件可緊固在箱體的側(cè)面和頂面上；插人閥、插裝閥和管接頭等元件亦可插入或旋接于箱體內(nèi)，各元件之間的油路全部由在箱體內(nèi)所加工出的孔道形成，如圖9-6所示。這種配置形式的優(yōu)點是可以使元件致密安裝，使制造安裝費用減至最低限度，缺點是加工較困難。

2.集成塊式配置根據(jù)液壓系統(tǒng)各種典型回路做成通用的集成塊。每個集成塊上下兩面是塊體間疊加的接觸面；四個側(cè)面中，一個面上安裝管接頭，另外三個面用來安裝板式閥、插人閥和插裝閥元件；塊內(nèi)孔道由鉆孔形成。各集成塊與頂蓋、底板一起用長螺栓疊裝起來，即組成液壓系統(tǒng)，如圖9-7所示。這種配置形式的優(yōu)點是元件按回路模塊化，便于設(shè)計與制造，更改設(shè)計方便，通用性好。上一頁返回課題四選擇液壓元件并確定安裝

連接形式（二）按閥類元件的課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算一、液壓系統(tǒng)的壓力損失及泵的工作壓力通過系統(tǒng)壓力損失的計算，我們可以把整個系統(tǒng)的各段壓力損失折合到液壓泵出口處，以便于更確切地算出液壓泵出口、液壓缸進、出口的實際工作壓力，從而確定各壓力閥（溢流閥、順序閥、卸荷閥、壓力繼電器等）的調(diào)整壓力?，F(xiàn)將單桿液壓缸在不同連接時的系統(tǒng)壓力損失計算公式討論如下。

（一）單桿液壓缸一般連接時藝的計算

如圖9-9a）所示，根據(jù)液壓缸活塞上的受力平衡關(guān)系得

下一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算一、液壓系統(tǒng)的壓力損失及泵課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算由于系統(tǒng)回油管路通油箱，故，代入上式并解得泵的工作壓力PP及系統(tǒng)總壓力損失為下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算（二）液壓缸差動時的計算如圖9-9b所示，根據(jù)液壓缸活塞受力平衡關(guān)系得由于液壓缸兩腔相連通，其兩腔的液壓關(guān)系為下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算（二）液壓缸差動時課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算代入上兩式可解得：綜上所述，液壓泵要驅(qū)動液壓缸活塞克服負(fù)載運動，它除了要產(chǎn)生一個與負(fù)載相平衡的壓力外，同時還要產(chǎn)生一個附加的壓力，這個附加壓力就是系統(tǒng)壓力損失。

下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算代入上兩式可解得：下一頁上課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算二、液壓系統(tǒng)的總效率η

在液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)（如液壓缸）輸出的有效功率與輸人動力裝置（如液壓泵）功率的比值，稱為系統(tǒng)總效率，即下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算二、液壓系統(tǒng)的總效率η

課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算三、液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升校核液壓系統(tǒng)在單位時間內(nèi)的發(fā)熱量，可以由液壓泵的總輸入功率和執(zhí)行元件的有效功率或系統(tǒng)效率計算，即或下一頁上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算三、液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升校核課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算當(dāng)油箱溫度比外界溫度高時，油箱向四周空間散熱，單位時間散熱按下式計算，即上一頁返回課題五液壓系統(tǒng)主要性能的驗算課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件一、繪制工作圖（一）繪制液壓系統(tǒng)圖在圖上應(yīng)注明各元件的規(guī)格、型號以及壓力、流量調(diào)整值，并附有執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖，控制元件的動作順序表和簡要說明。

（二）繪制液壓系統(tǒng)裝配圖液壓系統(tǒng)的裝配圖是正式安裝、施工的圖紙，包括油箱裝配圖、液壓泵裝置圖、油路裝配圖和管路裝配圖等。在管路裝配圖中要標(biāo)明液壓元、部件的位置和固定方式、油管的規(guī)格尺寸和布管情況以及各種管接頭的形式和規(guī)格等。液壓專用件或閥塊須畫全裝配圖和專用零件圖。

下一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件一、繪制工作圖下一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件二、編制技術(shù)文件

技術(shù)文件一般包括設(shè)計計算說明書，零、部件目錄表，標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和外購件明細(xì)表，技術(shù)說明書，操作使用說明書等。上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件二、編制技術(shù)文件

課題七液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例設(shè)計課題：四軸臥式鉆孔專用機床液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡圖如圖9-10所示。一、工況分析（一）負(fù)載分析暫時不考慮回油腔的背壓力，可按式（9-1）計算工作負(fù)載。取液壓缸密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力Ff=0.1F,外負(fù)載包括切削力Ft和導(dǎo)軌的摩擦力Ff。由手冊查得導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)是0.2，動摩擦系數(shù)是0.1，導(dǎo)軌的正壓力就等于動力部件的重力。設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦阻力為Ffs，動摩擦阻力為Ffv，則Ffs=μsFN=0.2×2×103×9.8N=3.92×103NFfv=μvFN==0.1×2×103×9.8N=1.96×103N下一頁返回課題七液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例設(shè)計課題：四軸臥式鉆孔專用機課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件運動部件啟動或制動將產(chǎn)生慣性力Fi，取啟動或制動時間為0.15s，則慣性力為Fi==2*103N=1×103N下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（二）速度分析已知快進快退速度為75mm/s,工進速度為1.67mm/s。二、運動分析根據(jù)已知條件繪制出速度循環(huán)圖，如圖9-12所示。三、確定液壓缸尺寸1.計算液壓缸內(nèi)徑=m=0.0798m下一頁上一頁返回課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件（二）速度分析下一頁上一課題六繪制工作圖和編制技術(shù)文件2.確定活塞桿直徑根據(jù)條件可知液壓缸快進速度和快退速度相等，在油路上采用差動連接，這時活塞桿的直徑可按下式計算d=0.71D=0.71×80=56.8mm3.液壓缸實際有效面積