液壓與液力傳動課件：液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算-

液壓與液力傳動下午2時22分液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算

液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算是液壓機械總設(shè)計的一部分，是對前面各章內(nèi)容的綜合運用?？傇O(shè)計過程為：（1）根據(jù)整機的用途、特點和性能，明確對液壓系統(tǒng)的設(shè)計任務。（2）對工況進行分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；（3）擬定出合理的液壓系統(tǒng)原理圖；（4）計算和選擇液壓元件的規(guī)格（5）演算液壓系統(tǒng)的性能（6）繪制工作圖、編寫技術(shù)文件。下午2時22分第一節(jié)液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟一、負載分析

負載分析------就是分析液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件在工作過程中各階段的負載變化規(guī)律。通常將一個工作循環(huán)內(nèi)的各階段的負載值列表表示，或作出負載隨位移變化的曲線，稱為負載圖。例如下午2時22分（1）液壓缸負載計算液壓缸承受的負載主要有工作負載Fw

、慣性負載Fm

、摩擦負載Ff

、重力負載Fg

、背壓負載Fb

、密封負載Fsf，即

F＝±Fw±Fm+Ff+Fg+Fb+Fsf其中，工作負載Fw－一般是隨時間變化的函數(shù)，需要根據(jù)具體情況來確定。慣性負載Fm－是在啟動和制動過程中產(chǎn)生的，

Fm＝mΔv/Δt下午2時22分

摩擦負載Ff－是液壓缸取得工作部件時需要克服的摩擦力。

平行導軌：Ff＝f（mg＋Fn）；

V型導軌：Ff＝f（mg＋Fn）/sin(α/2)

其中，F(xiàn)n是作用在軌道上的垂直載荷；α為V型導軌夾角，通常α＝90°;f為導軌摩擦系數(shù)見下表所示。導軌類型導軌材料摩擦系數(shù)滑動鑄鐵啟動0.16~0.2;低速(V<10m/min)0.1~0.12;高速(V>10m/min)0.05~0.08滾動鑄鐵導或淬火鋼導軌鑄鐵導軌0.005～0.02；淬火鋼導軌0.003～0.006靜壓鑄鐵0.0005下午2時22分

重力負載Fg－當工作部件垂直放置或傾斜放置時，自重也是一種負載；當工作部件水平放置時，F(xiàn)g＝0。背壓負載Fb－當液壓缸運動時，還有克服回油路壓力形成的負載，即Fb＝pbA2

液壓缸密封負載Fsf－當液壓缸工作時，還要克服內(nèi)部密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力Fsf。由于計算比較繁瑣，一般將它計入液壓缸的機械效率中考慮。通常ηm=0.9~0.95下午2時22分（2）液壓缸運動循環(huán)各階段的負載

啟動時：F＝(Ff+Fg+Fb+Fsf)/ηm

加速時：F＝(Fm+Ff±

Fg+Fb+Fsf)/ηm

工進時：F＝(±Fw+Fm+Ff±

Fg+Fb+Fsf)/ηm

減速制動：F＝(

±Fw-Fm+Ff

±Fg+Fb+Fsf)/ηm下午2時22分二、執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定下面以液壓缸為例，說明如何確定主要參數(shù)：1.初選液壓缸的工作壓力2.液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定3.做執(zhí)行元件工況圖，稱為負載圖。下午2時22分

1.初選液壓缸的工作壓力

壓力的選擇是根據(jù)負載大小和類型確定的，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件以及元件供應情況等。負載/kN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/Mpa<0.8~11.5~22.5~33~44~5>5按負載選擇工作壓力各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型磨床組合機床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機械重型機械工作壓力/Mpa0.8~23~52~88~1010~1820~32下午2時22分2液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定對于單活塞桿，當無桿腔為工作腔時對于單活塞桿，當有桿腔為工作腔時下午2時22分對于雙活塞桿液壓缸，A1＝A2＝A當用上述公式確定液壓缸的尺寸時，需要首先選取回油腔的壓力p2（背壓）和桿徑比d/D執(zhí)行元件背壓按工作壓力選擇d/D

按速度比要求確定d/D下午2時22分執(zhí)行元件背壓系統(tǒng)類型背壓p2/MPa系統(tǒng)類型背壓p2/MPa簡單系統(tǒng)0.2～0.5用補油泵的回路0.8～1.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4～0.6回油路復雜的工程機械1.2～3回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.5～1.5回油路較短的系統(tǒng)可忽略下午2時22分按工作壓力選擇d/D工作壓力<5.05.0~7.0>7.0d/D0.5~0.550.62~0.700.7V2/V11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71按速比要求選擇d/D.備注：V1為無桿腔進油時的活塞速度；V2為有桿腔進油時的活塞速度下午2時22分缸筒直徑設(shè)計注意事項：當采用差動連接時，并要求往返速度相等時，2＝A1/A2

即d=0.71D對于行程與活塞桿直徑比l/d>10時，要對壓桿穩(wěn)定性驗算。對于要求工作速度很低的液壓油缸，要按最低速度要求驗算液壓缸尺寸即在D和d確定之后，可求得液壓缸所需流量為：

q1＝vmaxA下午2時22分3執(zhí)行元件工況圖

工況圖是指液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，根據(jù)主機工作循環(huán)，算出不同階段中的實際工作壓力、流量和功率隨時間變化圖，如圖所示。工況圖反映了液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中，三個參數(shù)的隨時間變換情況。下午2時22分三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖就是正確選擇液壓元件及液壓基本回路，并將它們有機地組合在一起。所組成的液壓系統(tǒng)原理圖應能滿足設(shè)計任務中提出的各項要求，同時還應力求使系統(tǒng)的油路簡單、可靠、效率高、成本低。擬定液壓系統(tǒng)圖時，主要包括以下幾項內(nèi)容：1.執(zhí)行元件類型的確定根據(jù)任務要求，確定執(zhí)行元件的類型，是液壓馬達，還是采用液壓缸，是單桿缸還是雙桿缸。2.油路類型的確定確定液壓系統(tǒng)在類型上究竟是采用開式還是閉式回路。下午2時22分3.選擇液壓回路首先應根據(jù)主機的工作特點和性能要求，確定對主機性能起決定性影響的液壓主回路。例如： 1）機床液壓系統(tǒng)，調(diào)速和速度轉(zhuǎn)換是主要回路。

2）壓力機液壓系統(tǒng)，調(diào)壓回路是主要回路。當主回路確定之后，要考慮其他輔助回路，例如：

1）垂直運動部件系統(tǒng)，要考慮平衡回路，

2）多執(zhí)行部件系統(tǒng)，要考慮順序動作、同步回路。

3）有控制運行的系統(tǒng)，要考慮卸荷回路下午2時22分（1）制定調(diào)速控制回路根據(jù)執(zhí)行元件工況圖的壓力、流量和功率的大小，以及系統(tǒng)對（2）制定壓力控制回路（3）制定順序控制回路4.繪制液壓系統(tǒng)原理圖下午2時22分四、液壓元件的計算與選擇（一）液壓泵的選擇1.確定液壓泵的最大工作壓力2.確定液壓泵的最大流量3.選擇液壓泵的規(guī)格型號和驅(qū)動電機功率（二）控制閥的選擇（三）輔助元件的選擇（四）液壓元件配置形式的選擇1.集成油路板式2.集成塊式3.疊加閥式下午2時22分五、驗算液壓系統(tǒng)性能液壓系統(tǒng)初步確定后就需對系統(tǒng)的有關(guān)性能加以驗算，以檢測系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量，并對液壓系統(tǒng)進行完善和改進。根據(jù)液壓系統(tǒng)的不同，需要驗算的項目也有所不同，但一般的液壓系統(tǒng)都要進行回路壓力損失和發(fā)熱溫升的驗算。1.系統(tǒng)壓力損失的驗算

液壓系統(tǒng)的壓力損失包括沿程、局部損失和閥的局部損失。2.系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算液壓系統(tǒng)的總輸入總功率，一部分用于輸出有效功率，其余的功率損失全部轉(zhuǎn)換為熱量。下午2時22分

發(fā)熱功率通常按以下公式計算Z,nm--－分別為液壓液壓缸、液壓馬達的數(shù)量當只考慮油箱散熱時，散熱功率可按照以下公式計算K為散熱系數(shù)下午2時22分液壓系統(tǒng)設(shè)計實例-P設(shè)計要求：某組合機床工作臺，16個孔的加工進給，其中，14個孔的直徑為13.9mm；2個孔直徑為8.5mm；工件材料為鑄鐵，硬度HB＝240。運動部件G＝9800N，快進、快退速度V1＝v3＝0.1m/s，工進速度V2＝0.88m/s，快進程L1＝100mm，工進程L2＝50mm，往返運動加速時間為0.2s，靜摩擦因數(shù)0.2，動摩擦因數(shù)0.1，液壓執(zhí)行元件為液壓元件。設(shè)計液壓缸的面積和確定液壓系統(tǒng)控制圖下午2時22分一、負載分析（1）切削力：

式中，F(xiàn)e為鉆削力，N；D為鉆頭直徑，mm；S為每轉(zhuǎn)進給量，mm；HB為工件硬度。對于直徑為13.9mm的孔，轉(zhuǎn)速n1＝360r/min,S1=0.147mm/r;對于直徑為8.5mm的孔，轉(zhuǎn)速n2＝550r/min,S2=0.096mm/r;帶入上式，可得：

下午2時22分（2）摩擦力：靜摩擦力：Fs＝μsmg＝1962N

動摩擦力：Fd＝μdmg＝981N（3）慣性力：慣性力：Fm＝mΔv/Δt＝500N（4）重力：由于工作部件為臥式安裝，因此，重力Fg＝0

由根據(jù)上述分析，取液壓缸的機械效率為0.9，則在各工作階段的負載，見表9－5。下午2時22分工況負載組成液壓缸負載

F(N)液壓缸推力

F/η(N)啟動加速快進工進F＝μsmgF＝μdmg＋FmF＝μdmgF＝Fe

＋Fm19621481

9813144921801645109034943反啟動加速快退制動F＝μsmgF＝μdmg＋FmF＝μdmgF＝μdmg

－Fm19621481

981481218016451090534下午2時22分二、繪制F－t圖和V－t圖（1）工進速度：按照鉆頭轉(zhuǎn)速和進給量求得：

V1＝n1S1＝0.88mm/s V2＝n2S2＝0.88mm/s（2）快進、工進和快退時間

t1=L1/v1=1s; t2=L2/v2=56.8s; t3=(L1+L2)/v1=1.5S下午2時22分（3）F－t圖和V－t圖 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以繪制出F－t圖和V－t圖下午2時22分三、確定液壓缸參數(shù)（1）初選液壓缸工作壓力 根據(jù)組合機床常用工作壓力為3～5MPa，初選液壓缸工作壓力p1＝4MPa（2）設(shè)計液壓缸直徑 由于快進和快退的速度相等，因此，選用差動連接。設(shè)活塞桿直徑為d，則活塞缸直徑D＝1.414d，即A2＝A1/2;設(shè)液壓缸背壓p2＝0.6MPa，以防止鉆透時出現(xiàn)前沖。根據(jù)受力平衡，可知：

p1A1－p2A2＝F/η下午2時22分

A1＝94.4Cm2

D＝109.7mm；d＝77.6mm

園整得：D＝110mm；d＝80mm四、擬定液壓系統(tǒng)

(1)確定調(diào)速方式：進口節(jié)流調(diào)速

(2)選擇液壓泵類型：雙聯(lián)葉片泵

(3)選擇快速運動回路和換接回路：差動連接和五通電液換向閥。

(4)選擇調(diào)壓回路和卸荷回路

(5)綜合液壓系統(tǒng)下午2時22分五、選擇液壓元件1、確定液壓泵工作壓力小流量泵壓力＝4＋1Mpa式中，1為進口壓力損失。大流量泵壓力＝1.73＋0.5MPa式中，1.73MPa為快進壓力，0.5為壓力損失。2、確定液壓泵流量

qp＝1.15*30=34.5L/min式中，1.15為系統(tǒng)泄漏這算系