《液压与气动系统及维护 教学课件 ppt 作者 崔学红第八章 液压传动系统的设计第八章 液压传动系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压与气动系统及维护 教学课件 ppt 作者 崔学红第八章 液压传动系统的设计第八章 液压传动系统的设计（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第八章 液压传动系统的设计,液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。 液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。,81液压传动系统的设计步骤和内容,对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤： 明确设计要求，进行工况分析； 拟定液压系统原理图； 计算和选择液压元件； 发热及系统压力损失的验算； 绘制工作图，编写技术文件。 上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对
2、于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。,81液压传动系统的设计步骤和内容,设计的基本内容和一般流程如下：(图8-1),明确系统设计要求,分析系统工况,拟订液压系统草图,计算和选择液压元件,验算液压系统性能,绘制工作图，编制技术文件,是否符合 要求,否,是,81液压传动系统的设计步骤和内容,8.1.1明确设计要求，进行工况分析,1、主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执 行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。 2、主机的工作循环，液压执行元件的运动方式(移动、摆动或转动)
3、及其工作范围。 3、液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。 4、主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。 5、对液压系统工作性能(如工作平稳性、转换精度等)、工作效率、自动化程度等方面的要求。 6、液压系统的工作环境和工作条件。 7、其它方面的要求。,一、明确设计要求,二、 执行元件的工况分析,8.1.1明确设计要求，进行工况分析,液压系统的工况分析指的是执行元件的负载分析和运动分析，即分析主机在工作过程中各执行元件的负载和运动速度的变化规律。,(1) 工作负载,不同的机器有不同的工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。,导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时
4、所受的导轨摩擦阻力。它与导轨形状、放置情况以及运动状态有关。,(2) 导向摩擦负载,常见的两种导轨型式其摩擦阻力计算公式为： 对平导轨：,对V形导轨：,8.1.1明确设计要求，进行工况分析,惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出。,(3) 惯性负载,V型导轨的夹角，一般为90；,式中：,f摩擦系数，它有静摩擦系数和动摩擦系数之分，其系数参考表9-1。启动时按静摩擦系数计算，运动时按动摩擦系数计算。,G运动部件的重力；,FN垂直于导轨的工作负载；,8.1.1明确设计要求，进行工况分析,(4) 重力负载,密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液压缸的机械效
5、率加以考虑，常取机械效率值为0.900.97。,(5) 密封负载,背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。,(6) 背压负载,垂直或倾斜放置的工作部件，在没有平衡的情况下，其自重也成为负载。,8.1.1明确设计要求，进行工况分析,液压缸各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算,启动阶段:,快速阶段:,工进阶段:,制动减速:,加速阶段:,8.1.1明确设计要求，进行工况分析,（1）初定液压缸的工作压力 工作压力是确定液压缸结构参数的主要依据。它的大小影响执液压缸的尺寸和成本，乃至整个系统的性能，工作压力选得高，液压缸和系统的结构紧凑，但对元件的强度，刚度及密封要求高，且要采用较高压力的液压
6、泵。 反之，如果工作压力选得低，就会增大液压缸及整个系统的尺寸，使结构变得庞大，所以应根据实际情况选取适当的工作压力。 液压缸的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据负载选。,1液压缸的设计计算,812确定液压系统主要参数,表82 按负载大小选择液压缸工作压力,表83 设备常用的工作压力,812确定液压系统主要参数,（2）液压缸主要尺寸的计算,以缸为例，主要结构尺寸指缸的内径D和活塞杆的直径d，计算后按系列标准值确定D和d。 对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面积进行验算，即应保证：,式中 ：A液压缸工作腔的有效工作面积； Qmin 流量阀的最小稳定流量； Vmin
7、运动部件要求的最低工作速度。 验算结果若不能满足上式，则说明按所设计的结构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计。,812确定液压系统主要参数,2液压马达的设计计算 （1）液压马达排量的确定，液压马达排量根据下式决定： Vn=6.28T/pnmin(m3/r) (8-9) 式中：T为液压马达的负载力矩(Nm)； pn为液压马达进出口压力差(N/m3)； min液压马达的机械效率，一般齿轮和柱塞 马达取0.90.95，叶片马达取0.80.9。 （2）计算液压马达所需流量 液压马达的最大流量： qmax=Vnnmax(m3/s) (8-10) 式中：Vn为液压马达排量(m3/r)； nma
8、x为液压马达的最高转速(r/s)。,812确定液压系统主要参数,液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的重要技术文件。拟定液压系统原理图是设计液压系统的第一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。 确定回路类型 一般具有较大空间可以存放油箱的系统，都采用开式油路；相反，凡允许采用辅助泵进行补油，并借此进行冷却交换来达到冷却目的的系统，可采用闭式油路。通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭式回路。,813拟定液压系统原理图,一,2 . 选择液压回路,根据各类主机的工作特点、负载性质和性能要求，先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其它辅助回路
9、。例如: 对于机床液压系统,调速和速度换接回路是主要回路； 对于压力机液压系统，调压回路是主要回路； 有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路； 惯性负载较大的系统要考虑缓冲制动回路。 有多个执行元件的系统可能要考虑顺序动作、同步回路； 有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。,813拟定液压系统原理图,将挑选出来的各典型回路合并、整理，增加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一个结构简单，工作安全可靠、动作平稳、效率高、调整和维护保养方便的液压系统，形成系统原理图。,3. 绘制液压系统原理图,813拟定液压系统原理图,先根据设计要求和系统工况确定泵的类型，然后根据液压泵的最大供油量和系统工作压力来选
10、择液压泵的规格。,1. 液压泵的确定,式中：pBmax 液压泵的最大工作压力（Pa）； P1液压缸最大工作压力(Pa)，由工况图中选最大者； p进油路总压力损失(Pa)。,（1） 液压泵的最高供油压力,8.1.4计算和选择液压元件,pBmaxp1+p （8.11）,初步计算时进油路上总压力损失可以通过估算求得，也可以按经验资料估计，见表8-3。,表8-3 进油路压力损失经验,8.1.4计算和选择液压元件,液压泵的最大供油量为：,（2）确定液压泵的最大供油量,式中: K系统的泄漏修正系数，一般取 K=1.11.3； 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。,8.1.4计算和选择液压元件,液压泵
11、的规格型号按计算值在产品样本选取，为了使液压泵工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比工作压力高25%60%。泵的额定流量则宜与相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。,（3）选择液压泵的规格型号,8.1.4计算和选择液压元件,选择阀的规格时，主要根据阀的最大压力和流经阀的最大流量。即所选用的阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力和实际通过阀的最大流量。在选择节流阀和调速阎时，还应考虑其最小稳定流量以满足低速稳定要求。同时要注意流经阀的最大流量不宜超过其额定流量的20，以免引起发热、噪声。,2. 选择阀类元件,8.1.4计算和选择液压元件,油管的规格尺寸
12、大多由所连接的液压元件接口处尺寸决定，只有对一些重要的管道才验算其内径和壁厚。 对于固定式的液压设备，常将液压系统的动力源，阀类元件集中安装在主机外的液压站上，这样能使安装与维修方便，并消除了动力源的振动与油温变化对主机工作精度的影响。 液压辅件如油箱、蓄能器、滤油器和密封件的选择，可按照第六章中有关论述选用。,3. 选择液压辅助元件,8.1.4计算和选择液压元件,当回路形式、元件及连接管路等确定后，需要对系统的压力损失、发热温升、效率和系统的动态特性等进行验算，以便评判其设计质量，并改进和完善系统。由于液压系统的验算较复杂，只能采用一些简化公式近似地验算某些性能指标，如果设计中有经过生产实践
13、考验的同类型系统供参考或有较可靠的实验结果可以采用时，可以不进行验算。 1.液压系统压力损失的验算 当液压元件规格型号和管道尺寸确定之后，就可以较准确的计算系统的压力损失： p=pL+pc+pV (8-16) 式中：pL油液流经管道的沿程压力损失； pc局部压力损失； pV流经阀类元件的压力损失。,8.1.5 液压系统性能的验算,2. 系统发热温升的验算,液压系统在工作时，有压力损失，容积损失和机械损失，这些损耗能量的大部分转化为热能，使油温升高从而导致油的粘度下降，油液变质，机器零件变形，影响正常工作。为此，必须将温升控制在许可范围内。 单位时间的发热量为液压泵的输入功率与执行元件的输出功率
14、之差。,8.1.5 液压系统性能的验算,一般情况下，液压系统的工作循环往往有好几个阶段，其平均发热量为各个工作周期发热量的时均值，即,式中 第个工作阶段系统的输入功率； 第个工作阶段系统的输出功率； 工作循环周期； 第个工作阶段的持续时间； 总的工作阶段数。,8.1.5 液压系统性能的验算,液压系统在工作中产生的热量，主要经油箱散发到空气中去，油箱在单位时间散发热量的可按下式计算,式中: A油箱的散热面积； 液压系统的温升； 油箱的散热系数，其值可查阅液压设计手册。,系统的温升为,计算温升值如果超过允许值，应采取适当的冷却措施。,8.1.5 液压系统性能的验算,各种机械允许油温（）,8.1.5
15、 液压系统性能的验算,1. 绘制工作图,正式工作图包括液压系统原理图、液压系统装配图、液压缸等非标准元件装配图及零件图。液压系统原理中应附有液压元件明细表，表中标明各液压元件的型号规格、压力和流量等参数值，一般还应绘出各执行元件的工作循环图和电磁铁的动作顺序表。 液压系统装配图是液压系统的安装施工图，包括油箱装配图，管路安装图等。,8.1.6 绘制正式工作图和编制技术文件,2. 编制技术文件,技术文件一般包括液压系统设计计算说明书，液压系统使用及维护技术说明书，零、部件目录表及标准件、通用件、外购件表等。,8.1.6 绘制正式工作图和编制技术文件,一台专用铣床，铣头驱动电机功率为7.5kW，铣刀直径为120mm，转速为350r/min。工作行程为400mm，快进、快退速度为4.5m/min，工进速度为601000mm/min，往复运动时加、减速时间为0.05s。工作台水平放置，导轨静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，运动部件总重量为4kN。试设计该机床的液压系统。,82液压系统设计计算举例,
