液压传动讲义第10章液压传动系统的设计和计算

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1、10液压传动系统的设计和计算10.1液压传动系统的设计步骤10.2液压系统设计举例本章提要：本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析；②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤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。教学内容：本章介绍了液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。

2、教学重点：1．液压元件的计算和选择；2．液压系统技术性能的验算。教学难点：　　1．泵和阀以及辅件的计算和选择；　　2．液压系统技术性能的验算。教学方法：课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示设计的步骤及方法。教学要求：初步掌握液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。10.1液压传动系统的设计步骤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

3、时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。10.1.1明确设计要求、工作环境，进行工况分析10.1.1.1明确设计要求及工作环境液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。10.1.1.2执行元件的工况分析对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个

4、工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。(1)工作负载不同的机器有不同的工作负载，对于起重设备来说，为起吊重物的重量；对液压机来说，压制工件的轴向变形力为工作负载。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。工作负载既可以为定值，也可以为变量，其大小及性质要根据具体情况加以分析。(2)导向摩擦负载导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值

5、与运动部件的导轨形式，放置情况及运动状态有关，各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。例如，机床上常用平导轨和V形导轨，当其水平放置时，其导向摩擦负载计算公式为平导轨：（10.1）V形导轨：（10.2）式中：G—运动部件的重力；—垂直于导轨的工作负载；a—V形导轨的夹角，一般a=90°；—摩擦系数，其值可查《机床设计手册》。(3)惯性负载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，即（10.3）式中：g—重力加速度；—启动、制动或速度转换时间。—时间内的速度变化值；(4)重力负载垂直或斜放置的运动部件，其自重也成为一种负载，倾斜

6、放置时，只计算重力在运动方向上的分力。液压缸上行时重力取正值，反之取负值。(5)密封负载密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型、尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在未完成液压系统设计之前，不知道密封装置的参数，其值无法计算，一般通过液压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.90~0.97。(6)背压负载背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。在系统方案及液压缸结构尚未确定之前也无法计算，在负载计算时可暂不考虑。液压泵各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算。空载启动加速阶段；（10.4）快速阶段；（10.5）工进阶段；（10.6

7、）制动减速；（10.7）10.1.2液压系统原理图的拟定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。10.1.2.1确定油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。10.1.2.2选择液压回路在拟定液压系统原理图时，应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