液壓傳動系統(tǒng) 第5版 課件 第7、8章 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算；液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行

第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算本章主要內(nèi)容介紹液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算程序、內(nèi)容和方法第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第一節(jié)設(shè)計計算的內(nèi)容和步驟第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第二節(jié)明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析一、設(shè)計依據(jù)1.全面了解主機的結(jié)構(gòu)和總體布局右圖為常用液壓執(zhí)行元件的工作機構(gòu)第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第二節(jié)明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析2.了解機械對性能的要求（1）機器對負載特性、運動方式和精度的要求；（2）控制方式及自動化程度；（3）驅(qū)動方式；（4）循環(huán)周期。3.明確液壓系統(tǒng)的使用條件和環(huán)境情況4.查明機器在安全可靠性和經(jīng)濟性方面對液壓系統(tǒng)的要求5.了解、搜集同類型機器的有關(guān)技術(shù)資料第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算二、負載分析及負載循環(huán)圖（一）液壓缸的負載及其負載循環(huán)圖工作機構(gòu)作直線往復運動時，液壓缸必須克服的外負載其中：Fe—工作負載工作負載與機器的工作性質(zhì)有關(guān)，有恒值負載與變值負載Ff—摩擦負載，即液壓缸驅(qū)動工作機構(gòu)共作時所要克服的機械摩擦阻力Fi—慣性負載慣性負載即運動部件在啟動和制動過程中的慣性力。第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第二節(jié)明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析（二）液壓馬達的負載及其負載循環(huán)圖工作機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時，液壓馬達必須克服的負載轉(zhuǎn)矩其中：Te—工作負載轉(zhuǎn)矩有阻力負載和超越負載兩種形式Tf—摩擦轉(zhuǎn)矩

旋轉(zhuǎn)部件軸頸出的摩擦轉(zhuǎn)矩Ti—慣性轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性轉(zhuǎn)矩第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第二節(jié)明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析三、運動分析及運動循環(huán)圖運動分析就是研究一部機器按工藝要求，以怎樣的運動規(guī)律完成一個工作循環(huán)，并繪制位移循環(huán)圖（L-t圖）和速度循環(huán)圖（v-t圖）。第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第二節(jié)明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析第三節(jié)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)壓力和流量是液壓系統(tǒng)最主要的兩個參數(shù)。根據(jù)這兩個參數(shù)計算和選擇液壓元件、輔件和原動機規(guī)格型號一、初選系統(tǒng)壓力液壓系統(tǒng)的壓力既不能選的過高、也不能選的過低設(shè)備類型機床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械工程機械的輔助機構(gòu)液壓機中、大型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床系統(tǒng)壓力（MPa）0.8~23~52~88~1010~1620~32第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算二、計算液壓缸尺寸或液壓馬達排量（一）計算液壓缸主要尺寸1.單活塞桿液壓缸無桿腔為工作腔時：有桿腔為工作腔時：2.雙活塞桿液壓缸第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第三節(jié)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)3.背壓選擇回路特點背壓（MPa）回路特點背壓（MPa）回油路上沒有節(jié)流閥0.2~0.5采用補油泵的閉式回路1~1.5回油路上有背壓閥或調(diào)速閥0.5~1.54.液壓缸常用往返速比速比i1.11.21.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.7對于要求工作速度很低的液壓缸還需按最低工作速度驗算液壓缸尺寸，即第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第三節(jié)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)（二）計算液壓馬達排量液壓馬達排量：對于要求工作轉(zhuǎn)速很低的液壓馬達，按負載轉(zhuǎn)矩計算出的液壓馬達排量，還需按最低工作速度驗算其排量，即第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第三節(jié)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)三、計算液壓缸或液壓馬達所需流量1.液壓缸的最大流量2.液壓馬達的最大流量第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第三節(jié)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)四、作出液壓缸或液壓馬達的工況圖液壓缸或液壓馬達的工況圖是指液壓缸或液壓馬達的壓力循環(huán)（p-t）圖、流量循環(huán)（q-t）圖和功率循環(huán)（p-t）圖。液壓缸尺寸或液壓馬達排量確定后，可算出一個循環(huán)中p和t對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系，繪制出液壓缸或液壓馬達

p-t圖。通過工況圖找出最高壓力點、最大流量點和最大功率點及其相應(yīng)參數(shù)，鑒別各工況所選定參數(shù)的合理性或進行相應(yīng)調(diào)整，合理地選擇系統(tǒng)的主要回路。第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第三節(jié)確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)第四節(jié)擬定液壓系統(tǒng)圖要考慮的主要問題一.確定和選擇基本回路：根據(jù)各類機械設(shè)備具體要求確定二.調(diào)速方式的選擇：根據(jù)壓力、流量和功率的大小及對系統(tǒng)溫升、工作平穩(wěn)性的要求來選擇調(diào)速回路。三.油路循環(huán)形式的選擇：根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)速方式選擇開式或閉式回路四.綜合考慮其它問題注意防止回路間可能存在的相互干擾；提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)過熱；防止液壓沖擊；

確保系統(tǒng)安全可靠；應(yīng)盡量采用標準化、通用化元件；注意輔助回路的設(shè)計第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第五節(jié)液壓元件的選擇一、液壓執(zhí)行元件的選擇液壓缸：應(yīng)根據(jù)負載和運動方式綜合考慮液壓缸的主要尺寸、安裝形式和占用空間的大小、重量、剛度、成本和密封性液壓馬達：應(yīng)根據(jù)馬達排量、轉(zhuǎn)矩、壓力等參數(shù)綜合考慮占用空間安裝條件等第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算二、液壓泵選擇1.確定液壓泵的工作壓力：2.確定液壓泵的流量多液壓缸或馬達同時動作：采用差動液壓缸回路時：當系統(tǒng)使用蓄能器時：3.選擇液壓泵的規(guī)格選取液壓泵額定壓力時應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%~60%4.確定驅(qū)動液壓泵的功率第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第五節(jié)液壓元件的選擇三、控制閥的選擇1.確定通過閥的實際流量2.注意單活塞桿液壓缸兩腔回油的差異3.控制閥的使用壓力、流量不要超過其額定值4.注意單向閥開啟壓力的合理選擇5.注意合理選用液控單向閥的泄壓方式6.注意電磁換向閥和電液換向閥的應(yīng)用場合7.要注意先導式減壓閥的泄漏量比其他控制閥大的情況8.注意節(jié)流閥、調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量符合要求9.注意卸荷溢流閥與外控順序閥作卸荷閥的區(qū)別10.注意滑閥的過渡狀態(tài)機能第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第五節(jié)液壓元件的選擇四、蓄能器的選擇補充液壓泵供油不足時蓄能器容積：作應(yīng)急能源時蓄能器的有效容積：五、管道的選擇1.管道種類的選擇：根據(jù)壓力選擇鋼管、銅管等2.管接頭的選擇：

管接頭應(yīng)具有足夠的通流能力和較小的壓力損失，并可以裝卸方便、連接牢固、密封可靠3.管道內(nèi)徑的確定：4.管道壁厚的確定：

第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第五節(jié)液壓元件的選擇六、確定油箱容量1.按經(jīng)驗公式確定：低壓系統(tǒng)α=2-4；高壓系統(tǒng)α=5-72.按發(fā)熱量計算公式確定：根據(jù)油液的允許溫升和系統(tǒng)發(fā)熱量計算。七、濾油器的選擇依據(jù)過濾精度、通油能力、工作壓力、允許壓降等選擇。八、液壓油的選用

根據(jù)系統(tǒng)壓力的高低、環(huán)境溫度的高低、工作部件運動速度的大小和液壓泵對液壓油粘度的要求選擇第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第五節(jié)液壓元件的選擇第六節(jié)液壓系統(tǒng)性能驗算一、系統(tǒng)壓力損失計算其中二、系統(tǒng)效率計算液壓系統(tǒng)的效率是系統(tǒng)輸出功率與其輸入功率之比第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算三、液壓系統(tǒng)發(fā)熱計算系統(tǒng)的總發(fā)熱Q可按下式估算如能計算出液壓系統(tǒng)的總效率，也可按下式估算系統(tǒng)的總發(fā)熱量當只考慮油箱散熱時，其散熱量可按下式計算第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第六節(jié)液壓系統(tǒng)性能驗算第七節(jié)液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計及編制技術(shù)文件一、液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式可分為集中配置和分散配置兩種形式。集中配置是將系統(tǒng)的動力源、控制及調(diào)節(jié)裝置集中安裝于主機外；分散配置是將系統(tǒng)的動力源、控制及調(diào)節(jié)裝置按主機的布局分散安裝。（二）液壓元件的配置形式

可分為板式配置與集成式配置兩種。板式配置是把標準元件與其底板用螺釘固定在平板上，集成式配置是借助某種專用或通用的輔助件，把元件組合在一起。

（三）管路連接方式

粘合式連接板、整體鉆孔或鑄造式連接板（四）液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容

液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是泛指液壓系統(tǒng)中需自行設(shè)計的那些零、部件的技術(shù)設(shè)計的統(tǒng)稱。第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第七節(jié)液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計及編制技術(shù)文件二、繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件正式工作圖一般包括正式的液壓系統(tǒng)圖，非標準液壓元件、輔件的零件圖及其裝配圖和整個液壓裝置的裝配圖。1.初擬液壓系統(tǒng)圖，繪制正式液壓系統(tǒng)圖2.繪制液壓裝置裝配圖3.編制技術(shù)文件第七章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行本章主要內(nèi)容介紹影響液壓系統(tǒng)正常工作的污染、泄漏、噪聲和爬行幾個主要問題，分析了產(chǎn)生這些問題原因，介紹了治理辦法。

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行第一節(jié)液壓系統(tǒng)的污染一、污染物形態(tài)及危害

1.固體顆粒包括元件加工和組裝過程中未清除掉的金屬切屑、焊渣和型砂等，系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的磨屑和銹蝕剝落物，以及油液氧化和分解產(chǎn)生的沉淀物等其危害是加速元件的磨損，導致元件性能下降；堵塞閥的間隙和小孔，引起閥的故障等2.水和空氣水的危害作用是腐蝕金屬表面；加速油液氧化變質(zhì)空氣混入油液中會降低油液的體積彈性模量，降低油液的剛度，并引起氣蝕現(xiàn)象第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行一、污染物形態(tài)及危害3.化學污染物常見的化學污染物有溶劑、表面活性化合物和油液氧化分解物等其中有的化合物與水反應(yīng)形成酸類，對金屬表面產(chǎn)生腐蝕作用4.微生物在水基工作液體和含有水的石油型液壓油中微生物易于生存和繁殖。大量微生物的生成將引起油液變質(zhì)劣化，降低油液的潤滑性能，以及加速元件的腐蝕5.污染能量液壓系統(tǒng)內(nèi)的熱能、靜電、磁場和放射線等能量往往對系統(tǒng)產(chǎn)生有害的影響。例如系統(tǒng)內(nèi)過高的熱能使溫度超過規(guī)定的限度，使油液粘度降低，泄漏增大，甚至使油液變質(zhì)。第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行

二.污染物的控制1.殘留污染物的清除

液壓元件加工制造過程中每一個工序都應(yīng)采取凈化措施，如去毛刺，清洗等；裝配前和裝配后也要嚴格清洗和檢驗。2.防止污染物的侵入在液壓系統(tǒng)工作過程中，外界的污染物通過各個渠道侵入系統(tǒng)，如通過油箱呼吸孔、液壓缸的密封裝置及注入的新油液帶入的污染物等。3.油液污染度、油液的過濾與凈化

油液污染度：用來描述和評定液壓油液被污染的程度，現(xiàn)采用國際標準IS04406和美國NASl638油液污染度等級標準油液的過濾與凈化：控制油液污染度的重要措施是在液壓系統(tǒng)中安裝濾油器，濾油器的作用是在系統(tǒng)工作中不斷濾除內(nèi)部產(chǎn)生的和外界侵入的污染物，使油液得以凈化。第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行第二節(jié)液壓系統(tǒng)的泄漏一.泄漏及其危害

1.定義液壓系統(tǒng)中的工作液體是在液壓元件及管路中流動或暫存，然而由于壓力和間隙等種種原因，仍有少量液體從密閉的容腔流出來，這種現(xiàn)象稱為泄漏。若液壓元件內(nèi)部有少量液體從高壓腔泄漏到低壓腔稱為內(nèi)泄漏，從元件或管路中向外部泄漏稱為外泄漏。2.泄漏的危害泄漏是一個不可忽視的問題。泄漏會使系統(tǒng)壓力調(diào)不高，執(zhí)行元件速度不穩(wěn)定，浪費油液，消耗能量，降低系統(tǒng)效率、油溫升高，污染環(huán)境，外泄漏還可能引起火災(zāi)，可見，泄漏治理不好會影響液壓技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行

二.泄漏的治理1.固定密封處的外泄漏及治理對螺紋聯(lián)接件，要合理選用，注意類型和使用條件，管接頭的加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量應(yīng)嚴格符合規(guī)范要求。各接合面緊固螺栓要有足夠的擰緊力矩且要相等。多個閥塊連接時，應(yīng)避免用過長的螺栓連接。為減少因沖擊和振動使管接頭等部位松動引起的泄漏，要用減震支架固定管路。裝配時應(yīng)十分注意各密封部位及密封圈的清潔度，并按規(guī)定方法正確安裝，防止密封圈在裝配時損壞。強調(diào)良好的配管作業(yè)，避免管接頭和法蘭連接件裝配不良第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行

二.泄漏的治理

2.運動密封處的外泄漏及治理運動密封表現(xiàn)在軸向滑動表面密封和轉(zhuǎn)動表面密封。消除活塞桿和驅(qū)動軸密封上的側(cè)載荷。用防塵圈和防護罩保護活塞桿，防止磨料性粉塵。使活塞桿和轉(zhuǎn)軸的運動速度盡可能低。相對運動表面的幾何精度和表面粗糙度要嚴格保證。第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行

二.泄漏的治理3.密封件的選擇首先要根據(jù)密封裝置的使用條件和要求，例如，負載情況、工作壓力及峰值壓力、速度大小及變化情況、使用環(huán)境和對密封性能的具體要求等，正確選擇與之相適應(yīng)的密封件結(jié)構(gòu)型式。然后再根據(jù)所用工作介質(zhì)的種類、性質(zhì)和使用溫度等，合理選擇密封件材料。

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行第三節(jié)液壓系統(tǒng)的噪聲一.振動和噪聲的基本概念1.聲波的產(chǎn)生及其傳播

振動與聲音是同一物理現(xiàn)象的兩個方面。物體的振動通過空氣或其它介質(zhì)，在一定頻率范圍內(nèi)，才能被人的聽覺感受。聲波在介質(zhì)中的傳播速度叫聲速。聲速與介質(zhì)的種類及其密度和彈性有關(guān)。聲波在空氣中的傳播速度為：C=331.5+0.61t式中:C—聲速，m／s；t—溫度，℃。

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行一.振動和噪聲的基本概念2.聲壓與聲壓級

聲波在空氣中傳播時，使空氣時而變密，時而變稀?？諝庾兠軌毫ι撸諝庾兿毫档?。這種壓力的微小變化叫聲壓，其單位為Pa。聲壓越大，聲音越強；反之，聲壓越小，聲音越弱。

習慣上以聲壓級來代替聲壓。相當于聲壓p的聲壓級Lp的定義為：式中Lp—聲壓級，無量綱的相對量，記為dB；p0—基準聲壓，其值為2×10-5Pa；

p—實際聲壓，單位為Pa。

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行一.振動和噪聲的基本概念3.聲功率與聲功率級聲源在單位時間內(nèi)輻射出的總聲能稱為聲功率。聲功率的變化范圍很寬，例如輕聲耳語的聲功率約為10-10W，而大功率噴氣式飛機的聲功率可達103w以上。聲功率和聲壓一樣，人們聽覺所能承受的范圍很大，常用聲功率級來表示，

式中Lw—聲功率級，dB；N—聲功率，w；

N0—基準聲功率，值為10-12w。

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行一.振動和噪聲的基本概念4.噪聲的測量方法儀器測量：噪聲測量常用的儀器有聲級計、頻率分析儀等。聲級計是將聲壓信號通過傳聲器變成電信號，經(jīng)放大器和計權(quán)網(wǎng)絡(luò)反映在表頭上，在表頭上可直接讀出dB值。噪聲的頻譜分析是按一定寬度的頻帶進行的。通常使用帶通濾波器，它使信號中特定的頻率成分通過，抑制其它頻率成分。從而測出一定寬度的頻帶所對應(yīng)的聲壓級。

測量方法：測量方法主要有噪聲級和聲功率的測量噪聲級的測量多在現(xiàn)場進行。一般是測量A聲級及倍頻程噪聲頻譜。另外，還必須測量基底噪聲，以避免基底噪聲對測量的干擾和影響。聲功率級與測量位置無關(guān)。在一定工作狀態(tài)下，機器設(shè)備的聲功率級是定值。第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行二.液壓系統(tǒng)的噪聲源1.機械噪聲機械噪聲來源于零部件之間的摩擦、撞擊和振動等，其主要噪聲源是液壓泵、電動機、聯(lián)軸節(jié)、軸承等?；剞D(zhuǎn)零件的不平衡：電動機、液壓泵和液壓馬達的轉(zhuǎn)子不平衡聯(lián)軸節(jié)的不同軸：加工或安裝不當造成電機軸線與液壓泵軸線不同軸，使聯(lián)軸節(jié)偏斜。液壓閥可動部件的撞擊：如溢流閥閥芯產(chǎn)生的高頻振動、齒輪泵的齒輪嚙合精度不高。第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行二.液壓系統(tǒng)的噪聲源2.流體噪聲流量、壓力脈動壓力急劇變化氣穴與氣蝕液壓沖擊紊流與渦流

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行

三.主要液壓元件的噪聲及其防治

1.齒輪泵產(chǎn)生噪聲的原因困油現(xiàn)象流量脈動和壓力脈動齒輪齒形和節(jié)距的制造誤差和表面粗糙度降低噪聲的措施合理的確定間隙和卸荷槽的寬度與形狀改進齒形，可以減輕由于流量脈動而引起的噪聲保證齒輪的加工精度第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行三.主要液壓元件的噪聲及其防治2.葉片泵

葉片泵產(chǎn)生振動和噪聲的主要原因：由于高壓油與低壓油瞬間接通和高壓油經(jīng)縫隙擠出而造成的。定子內(nèi)曲面和葉片外端面的摩擦撞擊，造成磨損接觸不良等，也會產(chǎn)生噪聲。采取如下降噪措施：改進吸油腔進油方式，使它能從兩面或三面進油，降低吸油腔流道的流速，減小進油口到轉(zhuǎn)子的液流阻力。為了降低由于壓力脈動而產(chǎn)生的噪聲，在葉片泵的出油口設(shè)計成有較大容積的容腔，使其具有衰減壓力脈動的機能。

第八章液壓系統(tǒng)的污染、泄漏、噪聲和爬行三.主要液壓元件的噪聲及其防治3.柱塞泵產(chǎn)生噪聲的原因流量脈動與壓力脈動。低壓油腔與高壓油腔瞬時接通。排油腔排出高壓油后，柱塞內(nèi)尚有剩余高壓油，這部分高壓油與低壓油腔接通時突然釋放能量降低噪聲