第九章液压系统设计计算流体传动

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1、重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院1第第9章章 液气压系统的设计计算液气压系统的设计计算1 明确设计要求，进行工况分析明确设计要求，进行工况分析3 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图4 计算、选择和设计液压元件计算、选择和设计液压元件5 绘制工作图，编写技术文件绘制工作图，编写技术文件2 初定液压系统的主要参数初定液压系统的主要参数 明确设计要求明确设计要求进行工况分析进行工况分析确定确定p ,q 和排量和排量拟订系统草图拟订系统草图选择元件附件选择元件附件系统性能验算系统性能验算完成图纸文件完成图纸文件通过否通过否?Y YN N重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2 液压系统是主

2、机的配套部分，设计时首先要明确主机对液液压系统是主机的配套部分，设计时首先要明确主机对液压系统提出的要求，具体包括：压系统提出的要求，具体包括： 1）主机的动作要求）主机的动作要求 指主机的哪些动作要求用液压传动来实现，这些动作间有指主机的哪些动作要求用液压传动来实现，这些动作间有无联系以及要不要完成一定自动循环等。主机可能对液压系统无联系以及要不要完成一定自动循环等。主机可能对液压系统提出许多要求，设计应在了解主机用途、工作过程和总体布局提出许多要求，设计应在了解主机用途、工作过程和总体布局的基础上对这些要求做出分析。的基础上对这些要求做出分析。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算

3、主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。位置和空间尺寸的要求。 1 设计要求设计要求重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院32）主机的性能要求）主机的性能要求 力和运动方面的要求。力和运动方面的要求。 各各执执行行机机构构在在各各工工作作阶阶段段力力和和速速度度的的大大小小、调调速速的的范范围围、速度的平稳性、循环时间等方面都必须有明确的数据。速度的平稳性、循环时间等方面都必须有明确的数据。 高精度、高生产力、高度自动化的现代化机械，这不仅要高精度、高生产力、高度自动化的现代化机械，这不仅要求液压系统具有良好的

4、静态指标，还对其动态指标提出要求。求液压系统具有良好的静态指标，还对其动态指标提出要求。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算3）液压系统的工作环境）液压系统的工作环境 工作环境的温度和湿度，污染和振动冲击情况工作环境的温度和湿度，污染和振动冲击情况 是否有腐蚀性和易燃性物质存在是否有腐蚀性和易燃性物质存在重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院49.1 液压系统的设计要求液压系统的设计要求4）其他要求）其他要求 如液压装置在重量、外形尺寸方面的限制以及经济性、如液压装置在重量、外形尺寸方面的限制以及经济性、能耗方面的要求等。能耗方面的要求等。2 工况分析工况分析 分析主机在工作过程中分

5、析主机在工作过程中速度速度和和负载负载的变化规律，即进行运的变化规律，即进行运动分析和负载分析。对于动作复杂的机械需绘制动分析和负载分析。对于动作复杂的机械需绘制速度循环图速度循环图和和负载循环图负载循环图，简单的系统可以不绘图，但需要找出其最大负载，简单的系统可以不绘图，但需要找出其最大负载和最大速度点。实际上，工况分析是进一步明确主机在性能方和最大速度点。实际上，工况分析是进一步明确主机在性能方面的要求。面的要求。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院51）运动分析）运动分析 根根据据工工作作要要求求，将将主主机机各各执执行行元元件件在在一一个个完完整整的的工工作作循循环环内内各各阶阶段

6、段的的速速度度用用图图表表示示出出来来。一一般般用用速速度度时时间间（vt）或或速度速度位移位移（vs）曲线表示，称为）曲线表示，称为速度循环图速度循环图。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算速度位移曲线速度位移曲线动力滑台工作循环动力滑台工作循环重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院62）负载分析）负载分析 根据工况要求，将执行元件在各阶段所需克服的负载用图根据工况要求，将执行元件在各阶段所需克服的负载用图表示出来。一般用表示出来。一般用负载负载时间时间（Ft）或）或负载负载位移位移（Fs）曲线表示，称为曲线表示，称为负载循环图负载循环图。（1）液压缸的负载分析）液压缸的负载分析

7、液压缸所需克服的外负载动力为：液压缸所需克服的外负载动力为：9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算FL = F Ff Fa重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院7a. 工作负载工作负载 F 不同机械的工作负载形式各不同。对于金属切削机床，作不同机械的工作负载形式各不同。对于金属切削机床，作用在运动部件运动方向上的切削力是工作负载；而对于提升机用在运动部件运动方向上的切削力是工作负载；而对于提升机械，其重物的重量就是工作负载。工作负载可以是恒定的，也械，其重物的重量就是工作负载。工作负载可以是恒定的，也可以是变化的；可能是正值负载，也可能是负值负载。可以是变化的；可能是正值负载，也可能是

8、负值负载。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算b. 摩擦阻力负载摩擦阻力负载 Ff 摩擦阻力负载是指主机执行机构在运动时所需克服的支承摩擦阻力负载是指主机执行机构在运动时所需克服的支承面上的摩擦力。面上的摩擦力。 Ff = Ni i 式中式中 Ni作用在第作用在第i个支承面上的法向力；个支承面上的法向力； i该支承面的摩擦系数。该支承面的摩擦系数。ki=1重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院8c. 惯性负载惯性负载Fa 惯性负载是指运动部件启动或制动过程中的惯性力。可按惯性负载是指运动部件启动或制动过程中的惯性力。可按牛顿第二定律计算：牛顿第二定律计算： Fa = m a = (G

9、/g). ( v/ t) 液压缸运动时还需克服密封装置的摩擦阻力，其大小与密液压缸运动时还需克服密封装置的摩擦阻力，其大小与密封形式、液压缸的制造质量和工作压力有关。封形式、液压缸的制造质量和工作压力有关。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院9 计算出工作循环中各阶段的外负载后，便可作出负载循环计算出工作循环中各阶段的外负载后，便可作出负载循环图。图。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算d. 负载循环图负载循环图重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院10（2）液压马达负载分析）液压马达负载分析液压马达需克服的外负载为：液压马达需克服的外

10、负载为： ML = M + Mf + Ms式中式中M 工作负载折合到液压马达上的力矩；工作负载折合到液压马达上的力矩； Mf 执行机构等的摩擦力折合到液压马达上的力矩；执行机构等的摩擦力折合到液压马达上的力矩； Ms 执行机构、运动装置和液压马达等在启动和制动时执行机构、运动装置和液压马达等在启动和制动时的惯性力折合到液压马达上的力矩的总和。的惯性力折合到液压马达上的力矩的总和。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院111）选定工作压力）选定工作压力 工作压力的选定关系到设计的系统是否经济合理。工作压力的选定关系到设计的系统是否经济合理。 工作压力

11、低，则要求执行元件的容量大，即尺寸大、重量工作压力低，则要求执行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系统所需流量也大；重，系统所需流量也大； 压力过高，则对元件的制造精度和系统的使用维护要求提压力过高，则对元件的制造精度和系统的使用维护要求提高，并使容积效率降低。高，并使容积效率降低。 3 系统主参数系统主参数一般根据机械的类型来选择工作压力。一般根据机械的类型来选择工作压力。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院122）液压缸有效面积的确定）液压缸有效面积的确定 当当工工作作速速度度很很低低时时，按按上上式式计计算算出出的的工工作作面面积积不不一一定

12、定能能满满足足最最低低稳稳定定速速度度的的要要求求，因因此此应应按按最最低低运运动动速速度度来来进进行行验验算算，即液压缸的有效工作面积应满足下式：即液压缸的有效工作面积应满足下式：9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算从满足负载力的要求出发从满足负载力的要求出发A =FL / pAQmin/vmin如验算结果不能满足要求，则液压缸有效工作面积按上式选取。如验算结果不能满足要求，则液压缸有效工作面积按上式选取。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院133）液压马达排量的确定）液压马达排量的确定必要时，也需按最低转速要求进行验算，即必要时，也需按最低转速要求进行验算，即 9.1 液压系统

13、的设计计算液压系统的设计计算从满足负载力矩的要求出发从满足负载力矩的要求出发q=2 ML / p. MmqQmin /nmin重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院144. 绘制液压执行元件工况图绘制液压执行元件工况图 应应绘绘制制的的液液压压执执行行元元件件工工况况图图包包括括压压力力循循环环图图、流流量量循循环环图图以以及及功功率率循循环环图图。根根据据负负载载循循环环图图，将将各各阶阶段段的的负负载载除除以以液液压压缸缸的的面面积积或或液液压压马马达达的的容容量量，即即可可作作出出流流量量循循环环图图。在在根根据据N=pQ可绘制出功率循环图。可绘制出功率循环图。9.1 液压系统的设计计

14、算液压系统的设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院15工况图的作用如下：工况图的作用如下：（1）可以很方便地找出最高压力点、最大流量点和最大功率点。）可以很方便地找出最高压力点、最大流量点和最大功率点。（2）对合理地选择系统的主机回路有指导意义。）对合理地选择系统的主机回路有指导意义。9.1 液压系统的设计计算液压系统的设计计算重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院161 执行元件的类型执行元件的类型2 调速方案调速方案3 控制方案控制方案4 系统安全可靠性系统安全可靠性5 节约能量节约能量6 其它其它9.2 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程

15、学院171 执行元件的类型执行元件的类型采用液压缸还是液压马达采用液压缸还是液压马达9.2 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图2 调速方案调速方案 根据调速范围、功率大小、低速稳定性、允许的温升以及根据调速范围、功率大小、低速稳定性、允许的温升以及投资的多少等因素来考虑选用。投资的多少等因素来考虑选用。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院183 控制方案控制方案 主要根据主机工艺要求来确定。按不同控制方式设计出的主要根据主机工艺要求来确定。按不同控制方式设计出的系统、其繁简程度可能差别很大。系统、其繁简程度可能差别很大。9.2 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图4 系统安全可靠性系统安

16、全可靠性 拟定液压系统图时，应对系统的安全性和可靠性予以足够拟定液压系统图时，应对系统的安全性和可靠性予以足够的重视。为防止过载，的重视。为防止过载，安全阀安全阀是必不可少的。为避免垂直运动是必不可少的。为避免垂直运动部件在系统失压情况下自由下落，在回油路中增加部件在系统失压情况下自由下落，在回油路中增加平衡阀平衡阀或或液液控单向阀控单向阀是常用措施。用于起重机的液压马达除了有平衡回路是常用措施。用于起重机的液压马达除了有平衡回路外，还有机械外，还有机械制动装置制动装置以确保安全。在用一个泵供给两个以上以确保安全。在用一个泵供给两个以上执行元件运动时，系统设计中应防止互相干扰。在系统中合理执行

17、元件运动时，系统设计中应防止互相干扰。在系统中合理地配置地配置滤油器滤油器，是其长期工作重要保证。，是其长期工作重要保证。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院195 节约能量节约能量 容容积积调调速速固固然然减减少少能能耗耗，但但双双泵泵供供油油及及增增加加蓄蓄能能器器等等也也能能达达到到相相当当好好的的效效果果。为为了了减减少少能能耗耗，有有时时需需增增加加一一些些投投资资，但但考考虑虑到到长长期期运运行行所所需需的的费费用用及及社社会会效效益益，这这样样做做仍仍是是可可取取的。的。9.2 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图6 其它其它 如尽量采用标准元件以缩短设计和制造周期降低成本等

18、。如尽量采用标准元件以缩短设计和制造周期降低成本等。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院201 选择液压泵选择液压泵2 选择控制阀选择控制阀3 选取液压附件选取液压附件9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院211 选择液压泵选择液压泵1）计算液压泵的工作压力）计算液压泵的工作压力 泵泵的的工工作作压压力力是是执执行行元元件件工工作作压压力力以以及及管管道道压压力力损损失失之之和和。对液压马达或两腔工作面积相等的液压缸，则有：对液压马达或两腔工作面积相等的液压缸，则有： ps p p式中式中 ps 泵的工作压力；泵的工作压力； p 液液压压缸缸或

19、或液液压压马马达达的的工工作作压压力力，由由于于执执行行元元件件回回油油腔常有压力，实际上腔常有压力，实际上p是压差；是压差； p 油流经管道和各阀类时的全部压力损失。油流经管道和各阀类时的全部压力损失。9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院22 在额定流量下各种阀类的压力损失可由产品样本查得。当在额定流量下各种阀类的压力损失可由产品样本查得。当流经阀的实际流量为流经阀的实际流量为Q时，其实际压力损失可按下式估算。时，其实际压力损失可按下式估算。 p pr(Q/Qr)2 对于压力损失较为准确的估算，只有在系统的阀类元件规对于压力损失较为准确的估算，

20、只有在系统的阀类元件规格以及管道尺寸选定后才能进行。现阶段只能进行粗细估算。格以及管道尺寸选定后才能进行。现阶段只能进行粗细估算。9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件2）计算泵的流量）计算泵的流量 对于节流调速系统，如果最大流量点处于调速状态，则泵的对于节流调速系统，如果最大流量点处于调速状态，则泵的供油量中还要增加溢流阀的最小溢流量。供油量中还要增加溢流阀的最小溢流量。 系统中有蓄能器时，则泵的流量按一个工作循环的平均流量系统中有蓄能器时，则泵的流量按一个工作循环的平均流量选取，即：选取，即： QpK( Q)maxQp(K/T). Qi ti重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院2

21、33）选取液压泵规格）选取液压泵规格 参照产品样本选取额定压力比参照产品样本选取额定压力比p高高2560%，流量与上述计算，流量与上述计算结果一致的液压泵。结果一致的液压泵。9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件4）计算功率，选用原动机）计算功率，选用原动机（1）按工作循环中最高功率点选用，即）按工作循环中最高功率点选用，即 N=(psQp)max/ p 式中式中 N原动机功率；原动机功率； (psQp)max泵的压力和流量乘积的最大值；泵的压力和流量乘积的最大值； p泵的总效率。对齿轮泵取泵的总效率。对齿轮泵取0.600.75，柱塞泵取，柱塞泵取0.800.85。重庆大学机械工程学院重

22、庆大学机械工程学院24（2）如果带动泵的原动机为电动机，而在一个循环中泵的功）如果带动泵的原动机为电动机，而在一个循环中泵的功率变化较大，且最高功率点持续的时间很短，则按前式的计率变化较大，且最高功率点持续的时间很短，则按前式的计算结果来选电动机，功率就会偏大，不经济。在在这种情况算结果来选电动机，功率就会偏大，不经济。在在这种情况下，可根据电动机允许的发热来选取电动功率。先算出循环下，可根据电动机允许的发热来选取电动功率。先算出循环中各阶段所需功率，即：中各阶段所需功率，即： N1=p1Q1/ p1 N2=p2Q2/ p2Nn=pnQn/ pn9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件则电

23、动机功率为：则电动机功率为： N=(N1t1+N2t2+Nntn)/(t1+t2+tn)1/2 将两式的计算结果进行比较，如果最大功率在电动机超载将两式的计算结果进行比较，如果最大功率在电动机超载能力范围内（一般为能力范围内（一般为25%）。则可按第二式选取电机。）。则可按第二式选取电机。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院252 选择控制阀选择控制阀 一般要求控制阀的额定压力和额定流量大于系统最高工作一般要求控制阀的额定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量。压力和通过该阀的最大流量。 必要时，通过的流量可略大于该阀的额定流量，但必要时，通过的流量可略大于该阀的额定流量，

24、但一般不一般不超过超过20%，以避免压力损失过大，引起油液发热、噪声和其它，以避免压力损失过大，引起油液发热、噪声和其它性能恶化。流量阀按系统中流量调节范围来选取，其最小稳定性能恶化。流量阀按系统中流量调节范围来选取，其最小稳定流量应能满足机器性能的要求。流量应能满足机器性能的要求。9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院263 选取液压附件选取液压附件 滤油器、蓄能器、和管接头等可按第五章中有关原则选取。滤油器、蓄能器、和管接头等可按第五章中有关原则选取。选取油管和管接头时比较简便的办法是使它们的通径和阀的通选取油管和管接头时比较简便的办法是使它们

25、的通径和阀的通径一致。径一致。 油箱既有储油又有散热的作用，因此必须有足够容积和散热油箱既有储油又有散热的作用，因此必须有足够容积和散热面积。油箱容积的推荐数值如下：面积。油箱容积的推荐数值如下： 低压系统低压系统 p2.5MPa, V=(24)Qp 中压系统中压系统 p6.3MPa, V=(612)Qp9.3 计算和选择液压元件计算和选择液压元件重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院271. 绘制工作图绘制工作图工作图包括：工作图包括：9.4 绘制工作图，编写技术文件绘制工作图，编写技术文件1）液压系统图）液压系统图 图上应注明各种元件的规格、型号以及压力的调整值，画图上应注明各种元件的规

26、格、型号以及压力的调整值，画出执行元件完成的工作循环图，列出相应电磁铁和压力继电器出执行元件完成的工作循环图，列出相应电磁铁和压力继电器的工作状态图。的工作状态图。2）元件集成块装配图）元件集成块装配图 通常用板将部分控制元件组合起来，称为集成板。液压件通常用板将部分控制元件组合起来，称为集成板。液压件厂生产能完成各种功能的集成块。设计者只需选用并绘制集成厂生产能完成各种功能的集成块。设计者只需选用并绘制集成块组合装配图。如没有合适的集成可供选用，则需专门设计。块组合装配图。如没有合适的集成可供选用，则需专门设计。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院283）泵站装配图）泵站装配图 泵泵、拖

27、拖动动泵泵的的电电动动机机以以及及油油箱箱等等集集合合在在一一起起构构成成一一个个独独立立的的液液压压源源，称称为为泵泵站站。小小型型泵泵站站有有标标准准化化产产品品供供选选用用，但但大大、中型泵站往往需个别设计，需绘出其装配图和零件图。中型泵站往往需个别设计，需绘出其装配图和零件图。4）液压缸和其它专用件的装配图的零件图。）液压缸和其它专用件的装配图的零件图。5）管路装配图）管路装配图 一一般般只只需需绘绘制制示示意意图图说说明明管管道道走走向向，但但要要注注明明管管道道尺尺寸寸、接接头规格和装配技术要求等。头规格和装配技术要求等。6）电气线路图）电气线路图9.4 绘制工作图，编写技术文件绘

28、制工作图，编写技术文件重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院292 编写技术文件编写技术文件9.4 绘制工作图，编写技术文件绘制工作图，编写技术文件 技技术术文文件件一一般般包包括括液液压压系系统统设设计计计计算算说说明明书书，系系统统工工作作原原理理、液液压压系系统统使使用用及及维维护护技技术术说说明明书书，设设计计计计算算书书中中还还需需对对系系统的某些性能进行必要的验算。统的某些性能进行必要的验算。 零、部件目录表及标准件、通用件、外购件表等。零、部件目录表及标准件、通用件、外购件表等。重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院309.5 液压系统设计举例液压系统设计举例 某某厂厂要要设

29、设计计制制造造一一台台双双头头车车床床，加加工工一一根根长长轴轴两两端端的的轴轴颈颈。由由于于零零件件较较长长，拟拟采采用用零零件件固固定定，刀刀具具旋旋转转和和进进给给的的加加工工方方式式。其其加加工工动动作作循循环环是是快快进进工工进进快快退退停停止止。同同时时要要求求各各个个车车削削头头能能单单独独调调整整。其其最最大大切切削削力力在在导导轨轨中中心心线线方方向向估估计计为为12000N，所所要要移移动动的的总总重重量量估估计计为为15000N，工工作作进进给给要要求求能能在在0.021.2mmin范范围围内内进进行行无无级级调调速速，快快速速进进、退退速速度度一一致，为致，为 4 mm

30、in，试设计该液压传动系统。，试设计该液压传动系统。双头车床外形示意图双头车床外形示意图重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院311 1 确定对液压系统的工作要求确定对液压系统的工作要求 根根据据加加工工要要求求，刀刀具具旋旋转转由由机机械械传传动动来来实实现现；主主轴轴头头沿沿导导轨轨中中心心线线方方向向的的“快快进进一一工工进进快快退退停停止止”工工作作循循环环拟拟采采用用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。 考考虑虑到到车车削削进进给给系系统统传传动动功功率率不不大大，且且要要求求低低速速稳稳定定性性好好，粗粗加加工工时时负负载载

31、有有较较大大变变化化，拟拟选选用用调调速速阀阀、变变量量泵泵组组成成的的容容积积节流调速方式。节流调速方式。 为为了了自自动动实实现现上上述述工工作作循循环环，并并保保证证零零件件一一定定的的加加工工长长度度，拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院32 该该系系统统同同时时驱驱动动两两个个车车削削头头，且且动动作作循循环环完完全全相相同同。为为了了保保证证快快速速进进、退退速速度度相相等等，并并减减小小液液压压泵泵的的流流量量规规格格，拟拟选选用用差动连接回路。差动连接回路

32、。 在在行行程程控控制制中中，由由快快进进转转工工进进时时，采采用用机机动动滑滑阀阀。使使速速度度转转换换平平稳稳，且且工工作作安安全全可可靠靠。工工进进终终了了时时。压压下下电电器器行行程程开开关关返回。快退到终点，压下电器行程开关，运动停止。返回。快退到终点，压下电器行程开关，运动停止。 快快进进转转工工进进后后，因因系系统统压压力力升升高高，遥遥控控顺顺序序阀阀打打开开，回回油油经经背背压压阀阀回回油油箱箱，系系统统不不再再为为差差动动连连接接。此此处处放放置置背背压压阀阀使使工工进时运动平稳，且因系统压力升高，变量泵自动减少输出流量。进时运动平稳，且因系统压力升高，变量泵自动减少输出流

33、量。2 拟定液压系统工作原理图拟定液压系统工作原理图9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院33 两两个个车车削削头头可可分分别别进进行行调调节节。要要调调整整一一个个时时，另另一一个个应应停停止止，三三位位五五通通阀阀处处中中位位即即可可。分分别别调调节节两两个个调调速速阀阀，可可得得到到不不同同进进给给速度；同时，可使两车削头有较高的同步精度。速度；同时，可使两车削头有较高的同步精度。双头车床液压系统工作原理图9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院343 计算和选择液压元件计算和选择液压元件1 1）液压缸的计

34、算）液压缸的计算 计算液压缸的总机械载计算液压缸的总机械载荷荷, , 根据机构的工作情况，根据机构的工作情况，液压缸受力如图。液压缸受力如图。液压缸受力图液压缸受力图工作负载：工作负载：N油缸所要移动负载总重量：油缸所要移动负载总重量：N(1)(1)工作负载及惯性负载计算工作负载及惯性负载计算9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院35选取工进时速度的最大变化量：选取工进时速度的最大变化量：m/s根据具体情况选取：根据具体情况选取：s (其范围通常在其范围通常在0.01- 0.5s)则惯性力为则惯性力为:（N）(2)(2)密封阻力的计算密封阻力的计算 液

35、液压压缸缸的的密密封封阻阻力力通通常常折折算算为为克克服服密密封封阻阻力力所所需需的的等等效效压压力力乘乘以以液液压压缸缸的的进进油油腔腔的的有有效效作作用用面面积积。若若选选取取中中压压液液压压缸缸，且且密密封封结结构构为为Y型型密密封封，根根据据资资料料推推荐荐，等等效效压压力力取取 MPa，液压缸的进油腔的有效作用面积初估值为液压缸的进油腔的有效作用面积初估值为 mm,则密封力为：则密封力为：9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院36启动时：启动时：（N）运动时：运动时：（N）（3 3）导轨摩擦阻力的计算）导轨摩擦阻力的计算 若若该该机机床床材材

36、料料选选用用铸铸铁铁对对铸铸铁铁，其其结结构构受受力力情情况况如如图图，根根据据机床切削原理，一般情况下，机床切削原理，一般情况下， ，由题意知，由题意知， N，则则由由于于切切削削力力所所产产生生的的与与重重力力方方向向相相一一致致的的分分力力，选选取取摩摩擦擦系系数数 ，V型型导轨的夹角导轨的夹角 ，则导轨的摩擦力为：，则导轨的摩擦力为：9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院37导轨结构受力示意图导轨结构受力示意图9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院38（4 4）回油背压造成的阻力计算）回油背压造成的阻力

37、计算 回回油油背背压压，一一般般为为 0.3-0.5MPa，取取回回油油背背压压 Mpa，考考虑虑两两边边差差动动比比为为2,且且已已知知液液压压缸缸进进油油腔腔的的活活塞塞面面积积 mm,取有杆腔活塞面积取有杆腔活塞面积 mm，将上述值代入公式得：，将上述值代入公式得：（N） 分分析析液液压压缸缸各各工工作作阶阶段段中中受受力力情情况况，得得知知在在工工进进阶阶段段受受力力最大，作用在活塞上的总载荷最大，作用在活塞上的总载荷（N）9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院39（5 5）确定液压缸的结构尺寸和工作压力）确定液压缸的结构尺寸和工作压力 根据经

38、验确定系统工作压力，选取根据经验确定系统工作压力，选取 MPa，则工作腔，则工作腔的有效工作面积和活塞直径分别为：的有效工作面积和活塞直径分别为：因为液压缸的差动比为因为液压缸的差动比为2，所以活塞杆直径为，所以活塞杆直径为9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院40根据液压技术行业标准，选取标准直径根据液压技术行业标准，选取标准直径则液压缸实际计算工作压力为则液压缸实际计算工作压力为实际选取的工作压力为实际选取的工作压力为9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院41 由于左右两个切削头工作时需做低速进给运动，在确

39、定油缸由于左右两个切削头工作时需做低速进给运动，在确定油缸活塞面积活塞面积A1之后，还必须按最低进绘速度验算油缸尺寸。即应之后，还必须按最低进绘速度验算油缸尺寸。即应保证油缸有效工作面积保证油缸有效工作面积A1为：为：式中：式中：qmin流量阀最小稳定流量，在此取调速阀最小稳定流流量阀最小稳定流量，在此取调速阀最小稳定流量为量为50ml/min； vmin活塞最低进绘速度，本题给定为活塞最低进绘速度，本题给定为20mmmin；根据上面确定的液压缸直径，油缸有效工作面积为：根据上面确定的液压缸直径，油缸有效工作面积为：验算说明活塞面积能满足最小稳定速度要求。验算说明活塞面积能满足最小稳定速度要求

40、。9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院422 2） 油泵的计算油泵的计算(1)(1)确定油泵的实际工作压力，选择油泵确定油泵的实际工作压力，选择油泵 对对 于于 调调 速速 阀阀 进进 油油 节节 流流 调调 速速 系系 统统 ， 管管 路路 的的 局局 部部 压压 力力 损损 失失 一一 般般 取取 ，在在系系统统的的结结构构布布局局未未定定之之前前，可可用用局局部部损损失失代代替替总总的的压压力力损损失失，现现选选取取总总的的压压力力损损失失 ，则则液液压压泵泵的的实实际际计计算算工工作压力作压力当液压缸左右两个切削头快进时，所需的最大流量之和为

41、当液压缸左右两个切削头快进时，所需的最大流量之和为9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院43按照常规选取液压系统的泄露系数按照常规选取液压系统的泄露系数 ，则液压泵的流量为：，则液压泵的流量为： 根据求得的液压泵的流量和压力，又要求泵变量，选取根据求得的液压泵的流量和压力，又要求泵变量，选取YBN-40M型叶片泵。型叶片泵。(2)(2)确定液压泵电机的功率确定液压泵电机的功率 因该系统选用变量泵，所以应算出空载快速、最大工进时因该系统选用变量泵，所以应算出空载快速、最大工进时所需的功率，按两者的最大值选取电机的功率。所需的功率，按两者的最大值选取电机的

42、功率。最大工进：此时所需的最大流量为最大工进：此时所需的最大流量为9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院44 选取液压泵的总效率为：选取液压泵的总效率为： =0.8，则工进时所需的液压泵的，则工进时所需的液压泵的最大功率为：最大功率为：快速空载：此时，液压缸承受以下载荷快速空载：此时，液压缸承受以下载荷惯性力：惯性力：密封阻力：密封阻力：导轨摩擦力：导轨摩擦力：9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院45空载条件下的总负载：空载条件下的总负载：选取空载快速条件下的系统压力损失选取空载快速条件下的系统压力损失则空载

43、快速条件下液压泵的输出压力为：则空载快速条件下液压泵的输出压力为：空载快速时液压泵所需的最大功率为：空载快速时液压泵所需的最大功率为：故应按最大工进时所需功率选取电机。故应按最大工进时所需功率选取电机。9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院463) 3) 选择控制元件选择控制元件 控制元件的规格应根据系统最高工作压力和通过该阀的最控制元件的规格应根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取。大流量，在标准元件的产品样本中选取。方向阀：按方向阀：按选选35D25B（滑阀机能（滑阀机能O型）；型）；单向阀：按单向阀：按选选I25B；

44、调速阀：按工进最大流量调速阀：按工进最大流量工作压力工作压力选选Q10B9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院47背压阀：调至背压阀：调至流量为流量为选选B10；选选XB10B顺序阀：调至大于顺序阀：调至大于 ，保证快进时不打开。，保证快进时不打开。选选22C25B；行程阀：按行程阀：按9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院484)4)油管及其它辅助装置的选择油管及其它辅助装置的选择 查查GB/T2351-93和和JB82766，确定钢管公称通经、外径、，确定钢管公称通经、外径、壁厚、连接螺纹及推荐流量。壁厚、

45、连接螺纹及推荐流量。 在液压泵的出口，按流量在液压泵的出口，按流量27.5lmin，查表取管路通径为，查表取管路通径为 10； 在液压泵的入口在液压泵的入口,选择较粗的管道，选取管径为选择较粗的管道，选取管径为 12； 其余油管按流量其余油管按流量12.51min，查表取，查表取 8。 对于一般低压系统，油箱的容量一般取泵流量的对于一般低压系统，油箱的容量一般取泵流量的35倍，倍，本题取本题取4倍，其有效容积：倍，其有效容积：9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院49 在绘制液压系统装配管路图后，可进行压力损失验算。由在绘制液压系统装配管路图后，可进行压力损失验算。由于该液压系统较简单，该项验算从略。于该液压系统较简单，该项验算从略。 由于本系统的功率小，又采用限压式变量泵，效率高，发由于本系统的功率小，又采用限压式变量泵，效率高，发热少，所取油箱容量又较大，故不必进行系统温升的验算。热少，所取油箱容量又较大，故不必进行系统温升的验算。9.5 液压系统设计举例液压系统设计举例