液压传动系统设计与计算.doc

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1、第九章液压传动系统设计与计算液压系统设计的步骤大致如下：1.明确设计要求，进行工况分析。2.初定液压系统的主要参数。3.拟定液压系统原理图。4.计算和选择液压元件。5.估算液压系统性能。6.绘制工作图和编写技术文件。根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。第一节明确设计要求进行工况分析在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。1.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。2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的

2、要求。3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。图9-1位移循环图 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。一、运动分析主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。1.位移循环图L—t图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时

3、间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。2.速度循环图v—t(或v—L)工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，图9-2速度循环图 最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v—t图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压

4、缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。二、动力分析动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。1.液压缸的负载及负载循环图(1)液压缸的负载力计算。工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成：F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb(9-1)式中：Fc为切削阻力；Ff为摩擦阻力；Fi为惯性阻力；FG为重力；Fm为密封阻力；Fb为排油阻力。图9-3导轨形式 ①切削阻力Fc：为液压缸运动方向的工作阻力，对于机床来说就是沿工作部件运动方向的切削力，此作用力的方向如果与执行元件运动方

5、向相反为正值，两者同向为负值。该作用力可能是恒定的，也可能是变化的，其值要根据具体情况计算或由实验测定。②摩擦阻力Ff：为液压缸带动的运动部件所受的摩擦阻力，它与导轨的形状、放置情况和运动状态有关，其计算方法可查有关的设计手册。图9-3为最常见的两种导轨形式，其摩擦阻力的值为：平导轨：Ff=f∑Fn(9-2)V形导轨：Ff=f∑Fn/[sin(α/2)](9-3)式中：f为摩擦因数，参阅表9-1选取；∑Fn为作用在导轨上总的正压力或沿V形导轨横截面中心线方向的总作用力；α为V形角，一般为90°。③惯性阻力Fi。惯性阻力Fi为运动部件在启动和制动过程中的惯性力，可

6、按下式计算：(9-4) 表9-1摩擦因数f导轨类型导轨材料运动状态摩擦因数(f)滑动导轨铸铁对铸铁启动时低速(v＜0.16m/s)高速(v＞0.16m/s)0.15～0.200.1～0.120.05～0.08滚动导轨铸铁对滚柱(珠)淬火钢导轨对滚柱(珠) 0.005～0.020.003～0.006 静压导轨铸铁 0.005式中：m为运动部件的质量(kg)；a为运动部件的加速度(m/s2)；G为运动部件的重量(N)；g为重力加速度，g=9.81(m/s2)；Δv为速度变化值(m/s)；Δt为启动或制动时间(s)，一般机床Δt＝0.1～0.5s，运动部件重量大

7、的取大值。④重力FG：垂直放置和倾斜放置的移动部件，其本身的重量也成为一种负载，当上移时，负载为正值，下移时为负值。⑤密封阻力Fm：密封阻力指装有密封装置的零件在相对移动时的摩擦力，其值与密封装置的类型、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在初算时，可按缸的机械效率(ηm=0.9)考虑；验算时，按密封装置摩擦力的计算公式计算。⑥排油阻力Fb：排油阻力为液压缸回油路上的阻力，该值与调速方案、系统所要求的稳定性、执行元件等因素有关，在系统方案未确定时无法计算，可放在液压缸的设计计算中考虑。(2)液压缸运动循环各阶段的总负载力。液压缸运动循环各阶段的总负载力计算，一

8、般包括启动加速、快进、工