第九章液壓系統(tǒng)設(shè)計計算(流體傳動)

1、重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 主講：劉振軍 博士 副教授 流體傳動與控制流體傳動與控制 2010年4月 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 2 1 明確設(shè)計要求，進行工況分析明確設(shè)計要求，進行工況分析 3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 4 計算、選擇和設(shè)計液壓元件計算、選擇和設(shè)計液壓元件 5 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件繪制工作圖，編寫技術(shù)文件 2 初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 明確設(shè)計要求明確設(shè)計要求 進行工況分析進行工況分析 確定確定p ,q 和排量和排量 擬訂系統(tǒng)草圖擬訂系統(tǒng)草圖 選擇元件附件選擇元件附件 系

2、統(tǒng)性能驗算系統(tǒng)性能驗算 完成圖紙文件完成圖紙文件 通過否通過否? Y Y N N 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 3 液壓系統(tǒng)是主機的配套部分，設(shè)計時首先要明確主機對液液壓系統(tǒng)是主機的配套部分，設(shè)計時首先要明確主機對液 壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括：壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括： 1）主機的動作要求）主機的動作要求 指主機的哪些動作要求用液壓傳動來實現(xiàn)，這些動作間有指主機的哪些動作要求用液壓傳動來實現(xiàn)，這些動作間有 無聯(lián)系以及要不要完成一定自動循環(huán)等。主機可能對液壓系統(tǒng)無聯(lián)系以及要不要完成一定自動循環(huán)等。主機可能對液壓系統(tǒng) 提出許多要求，設(shè)計應(yīng)在了解主機用途、工作過程和總體布局提出許多要

3、求，設(shè)計應(yīng)在了解主機用途、工作過程和總體布局 的基礎(chǔ)上對這些要求做出分析。的基礎(chǔ)上對這些要求做出分析。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的 位置和空間尺寸的要求。位置和空間尺寸的要求。 1 設(shè)計要求設(shè)計要求 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 4 2）主機的性能要求）主機的性能要求 力和運動方面的要求。力和運動方面的要求。 各執(zhí)行機構(gòu)在各工作階段力和速度的大小、調(diào)速的范圍、各執(zhí)行機構(gòu)在各工作階段力和速度的大小、調(diào)速的范圍、 速度的平穩(wěn)性、循環(huán)時間等方面都必須有明確的數(shù)據(jù)。速度的

4、平穩(wěn)性、循環(huán)時間等方面都必須有明確的數(shù)據(jù)。 高精度、高生產(chǎn)力、高度自動化的現(xiàn)代化機械，這不僅要高精度、高生產(chǎn)力、高度自動化的現(xiàn)代化機械，這不僅要 求液壓系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)指標(biāo)，還對其動態(tài)指標(biāo)提出要求。求液壓系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)指標(biāo)，還對其動態(tài)指標(biāo)提出要求。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 3）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境 工作環(huán)境的溫度和濕度，污染和振動沖擊情況工作環(huán)境的溫度和濕度，污染和振動沖擊情況 是否有腐蝕性和易燃性物質(zhì)存在是否有腐蝕性和易燃性物質(zhì)存在 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 5 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求 4）其他要求）其他要求

5、 如液壓裝置在重量、外形尺寸方面的限制以及經(jīng)濟性、如液壓裝置在重量、外形尺寸方面的限制以及經(jīng)濟性、 能耗方面的要求等。能耗方面的要求等。 2 工況分析工況分析 分析主機在工作過程中分析主機在工作過程中速度速度和和負載負載的變化規(guī)律，即進行運的變化規(guī)律，即進行運 動分析和負載分析。對于動作復(fù)雜的機械需繪制動分析和負載分析。對于動作復(fù)雜的機械需繪制速度循環(huán)圖速度循環(huán)圖和和 負載循環(huán)圖負載循環(huán)圖，簡單的系統(tǒng)可以不繪圖，但需要找出其最大負載，簡單的系統(tǒng)可以不繪圖，但需要找出其最大負載 和最大速度點。實際上，工況分析是進一步明確主機在性能方和最大速度點。實際上，工況分析是進一步明確主機在性能方 面的要求

6、。面的要求。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 6 1）運動分析）運動分析 根據(jù)工作要求，將主機各執(zhí)行元件在一個完整的工作循根據(jù)工作要求，將主機各執(zhí)行元件在一個完整的工作循 環(huán)內(nèi)各階段的速度用圖表示出來。一般用環(huán)內(nèi)各階段的速度用圖表示出來。一般用速度速度時間時間（vt） 或或速度速度位移位移（vs）曲線表示，稱為）曲線表示，稱為速度循環(huán)圖速度循環(huán)圖。 工 進 快 進 快 退 啟 動快 進減 速工 進制 動 制 動反 向 啟 動 快 退 ( a ) ( b ) 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 速度位移曲線速度位移曲線 動力滑臺工作循環(huán)動力滑臺工作循環(huán) 工 進 快 進 快 退

7、 啟 動快 進減 速工 進制 動 制 動反 向 啟 動 快 退 ( a ) ( b ) 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 7 2）負載分析）負載分析 根據(jù)工況要求，將執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用根據(jù)工況要求，將執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用 圖表示出來。一般用圖表示出來。一般用負載負載時間時間（Ft）或）或負載負載位移位移（F s）曲線表示，稱為）曲線表示，稱為負載循環(huán)圖負載循環(huán)圖。 （1）液壓缸的負載分析）液壓缸的負載分析 液壓缸所需克服的外負載動力為：液壓缸所需克服的外負載動力為： 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 FL = F Ff Fa 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重

8、慶大學(xué)機械工程學(xué)院 8 a. 工作負載工作負載 F 不同機械的工作負載形式各不同。對于金屬切削機床，作不同機械的工作負載形式各不同。對于金屬切削機床，作 用在運動部件運動方向上的切削力是工作負載；而對于提升機用在運動部件運動方向上的切削力是工作負載；而對于提升機 械，其重物的重量就是工作負載。工作負載可以是恒定的，也械，其重物的重量就是工作負載。工作負載可以是恒定的，也 可以是變化的；可能是正值負載，也可能是負值負載?？梢允亲兓?；可能是正值負載，也可能是負值負載。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 b. 摩擦阻力負載摩擦阻力負載 Ff 摩擦阻力負載是指主機執(zhí)行機構(gòu)在運動時所需克服

9、的支承摩擦阻力負載是指主機執(zhí)行機構(gòu)在運動時所需克服的支承 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個支承面上的法向力；個支承面上的法向力； i該支承面的摩擦系數(shù)。該支承面的摩擦系數(shù)。 k i=1 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 9 c. 慣性負載慣性負載Fa 慣性負載是指運動部件啟動或制動過程中的慣性力?？砂磻T性負載是指運動部件啟動或制動過程中的慣性力。可按 牛頓第二定律計算：牛頓第二定律計算： Fa = m a = (G/g). ( v/ t) 液壓缸運動時還需克服密封裝置的摩擦阻力，其大小與密液壓缸運動時還需克服密封裝置的摩擦阻力，其大小

10、與密 封形式、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)。封形式、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 10 計算出工作循環(huán)中各階段的外負載后，便可作出負載循環(huán)計算出工作循環(huán)中各階段的外負載后，便可作出負載循環(huán) 圖。圖。 啟動 快進減速工進制動 快退 制動 反向制動 組合機床滑臺負載循環(huán)圖 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 d. 負載循環(huán)圖負載循環(huán)圖 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 11 （2）液壓馬達負載分析）液壓馬達負載分析 液壓馬達需克服的外負載為：液壓馬達需克服的外負載為： ML = M +

11、Mf + Ms 式中式中M 工作負載折合到液壓馬達上的力矩；工作負載折合到液壓馬達上的力矩； Mf 執(zhí)行機構(gòu)等的摩擦力折合到液壓馬達上的力矩；執(zhí)行機構(gòu)等的摩擦力折合到液壓馬達上的力矩； Ms 執(zhí)行機構(gòu)、運動裝置和液壓馬達等在啟動和制動時執(zhí)行機構(gòu)、運動裝置和液壓馬達等在啟動和制動時 的慣性力折合到液壓馬達上的力矩的總和。的慣性力折合到液壓馬達上的力矩的總和。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 12 1）選定工作壓力）選定工作壓力 工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計的系統(tǒng)是否經(jīng)濟合理。工作壓力的選定關(guān)系到設(shè)計的系統(tǒng)是否經(jīng)濟合理。 工作壓力低，則要求執(zhí)行元

12、件的容量大，即尺寸大、重量工作壓力低，則要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量 重，系統(tǒng)所需流量也大；重，系統(tǒng)所需流量也大； 壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護要求提壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護要求提 高，并使容積效率降低。高，并使容積效率降低。 3 系統(tǒng)主參數(shù)系統(tǒng)主參數(shù) 一般根據(jù)機械的類型來選擇工作壓力。一般根據(jù)機械的類型來選擇工作壓力。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 13 2）液壓缸有效面積的確定）液壓缸有效面積的確定 當(dāng)工作速度很低時，按上式計算出的工作面積不一定能滿當(dāng)工作速度很低時，按上式計算出的工作面積

13、不一定能滿 足最低穩(wěn)定速度的要求，因此應(yīng)按最低運動速度來進行驗算，足最低穩(wěn)定速度的要求，因此應(yīng)按最低運動速度來進行驗算， 即液壓缸的有效工作面積應(yīng)滿足下式：即液壓缸的有效工作面積應(yīng)滿足下式： 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 從滿足負載力的要求出發(fā)從滿足負載力的要求出發(fā) A =FL / p AQmin/vmin 如驗算結(jié)果不能滿足要求，則液壓缸有效工作面積按上式選取。如驗算結(jié)果不能滿足要求，則液壓缸有效工作面積按上式選取。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 14 3）液壓馬達排量的確定）液壓馬達排量的確定 必要時，也需按最低轉(zhuǎn)速要求進行驗算，即必要時，也需按最低轉(zhuǎn)速要求進行

14、驗算，即 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 從滿足負載力矩的要求出發(fā)從滿足負載力矩的要求出發(fā) q=2 ML / p. Mm qQmin /nmin 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 15 4. 繪制液壓執(zhí)行元件工況圖繪制液壓執(zhí)行元件工況圖 應(yīng)繪制的液壓執(zhí)行元件工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)應(yīng)繪制的液壓執(zhí)行元件工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán) 圖以及功率循環(huán)圖。根據(jù)負載循環(huán)圖，將各階段的負載除以液圖以及功率循環(huán)圖。根據(jù)負載循環(huán)圖，將各階段的負載除以液 壓缸的面積或液壓馬達的容量，即可作出流量循環(huán)圖。在根據(jù)壓缸的面積或液壓馬達的容量，即可作出流量循環(huán)圖。在根據(jù) N=pQ可繪制出功

15、率循環(huán)圖?？衫L制出功率循環(huán)圖。 組 合 機 床 執(zhí) 行 元 件 工 況 圖 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 組 合 機 床 執(zhí) 行 元 件 工 況 圖組 合 機 床 執(zhí) 行 元 件 工 況 圖 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 16 工況圖的作用如下：工況圖的作用如下： （1）可以很方便地找出最高壓力點、最大流量點和最大功率）可以很方便地找出最高壓力點、最大流量點和最大功率 點。點。 （2）對合理地選擇系統(tǒng)的主機回路有指導(dǎo)意義。）對合理地選擇系統(tǒng)的主機回路有指導(dǎo)意義。 9.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 17 1 執(zhí)行元

16、件的類型執(zhí)行元件的類型 2 調(diào)速方案調(diào)速方案 3 控制方案控制方案 4 系統(tǒng)安全可靠性系統(tǒng)安全可靠性 5 節(jié)約能量節(jié)約能量 6 其它其它 9.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 18 1 執(zhí)行元件的類型執(zhí)行元件的類型 采用液壓缸還是液壓馬達采用液壓缸還是液壓馬達 9.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 2 調(diào)速方案調(diào)速方案 根據(jù)調(diào)速范圍、功率大小、低速穩(wěn)定性、允許的溫升以根據(jù)調(diào)速范圍、功率大小、低速穩(wěn)定性、允許的溫升以 及投資的多少等因素來考慮選用。及投資的多少等因素來考慮選用。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 19 3 控制方案

17、控制方案 主要根據(jù)主機工藝要求來確定。按不同控制方式設(shè)計出的主要根據(jù)主機工藝要求來確定。按不同控制方式設(shè)計出的 系統(tǒng)、其繁簡程度可能差別很大。系統(tǒng)、其繁簡程度可能差別很大。 9.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 4 系統(tǒng)安全可靠性系統(tǒng)安全可靠性 擬定液壓系統(tǒng)圖時，應(yīng)對系統(tǒng)的安全性和可靠性予以足夠擬定液壓系統(tǒng)圖時，應(yīng)對系統(tǒng)的安全性和可靠性予以足夠 的重視。為防止過載，的重視。為防止過載，安全閥安全閥是必不可少的。為避免垂直運動是必不可少的。為避免垂直運動 部件在系統(tǒng)失壓情況下自由下落，在回油路中增加部件在系統(tǒng)失壓情況下自由下落，在回油路中增加平衡閥平衡閥或或液液 控單向閥控單向閥是常用措

18、施。用于起重機的液壓馬達除了有平衡回路是常用措施。用于起重機的液壓馬達除了有平衡回路 外，還有機械外，還有機械制動裝置制動裝置以確保安全。在用一個泵供給兩個以上以確保安全。在用一個泵供給兩個以上 執(zhí)行元件運動時，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)防止互相干擾。在系統(tǒng)中合理執(zhí)行元件運動時，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)防止互相干擾。在系統(tǒng)中合理 地配置地配置濾油器濾油器，是其長期工作重要保證。，是其長期工作重要保證。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 20 5 節(jié)約能量節(jié)約能量 容積調(diào)速固然減少能耗，但雙泵供油及增加蓄能器等也容積調(diào)速固然減少能耗，但雙泵供油及增加蓄能器等也 能達到相當(dāng)好的效果。為了減少能耗，有時需增加一些投資

19、，能達到相當(dāng)好的效果。為了減少能耗，有時需增加一些投資， 但考慮到長期運行所需的費用及社會效益，這樣做仍是可取但考慮到長期運行所需的費用及社會效益，這樣做仍是可取 的。的。 9.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖 6 其它其它 如盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件以縮短設(shè)計和制造周期降低成本等。如盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件以縮短設(shè)計和制造周期降低成本等。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 21 1 選擇液壓泵選擇液壓泵 2 選擇控制閥選擇控制閥 3 選取液壓附件選取液壓附件 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 22 1 選擇液壓泵選擇液壓泵 1）計算液壓泵

20、的工作壓力）計算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是執(zhí)行元件工作壓力以及管道壓力損失之和。泵的工作壓力是執(zhí)行元件工作壓力以及管道壓力損失之和。 對液壓馬達或兩腔工作面積相等的液壓缸，則有：對液壓馬達或兩腔工作面積相等的液壓缸，則有： ps p p 式中式中 ps 泵的工作壓力；泵的工作壓力； p 液壓缸或液壓馬達的工作壓力，由于執(zhí)行元件回油液壓缸或液壓馬達的工作壓力，由于執(zhí)行元件回油 腔常有壓力，實際上腔常有壓力，實際上p是壓差；是壓差； p 油流經(jīng)管道和各閥類時的全部壓力損失。油流經(jīng)管道和各閥類時的全部壓力損失。 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程

21、學(xué)院 23 在額定流量下各種閥類的壓力損失可由產(chǎn)品樣本查得。當(dāng)在額定流量下各種閥類的壓力損失可由產(chǎn)品樣本查得。當(dāng) 流經(jīng)閥的實際流量為流經(jīng)閥的實際流量為Q時，其實際壓力損失可按下式估算。時，其實際壓力損失可按下式估算。 p pr(Q/Qr)2 對于壓力損失較為準(zhǔn)確的估算，只有在系統(tǒng)的閥類元件規(guī)對于壓力損失較為準(zhǔn)確的估算，只有在系統(tǒng)的閥類元件規(guī) 格以及管道尺寸選定后才能進行?，F(xiàn)階段只能進行粗細估算。格以及管道尺寸選定后才能進行。現(xiàn)階段只能進行粗細估算。 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 2）計算泵的流量）計算泵的流量 對于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，如果最大流量點處于調(diào)速狀態(tài)，則泵的對于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)

22、，如果最大流量點處于調(diào)速狀態(tài)，則泵的 供油量中還要增加溢流閥的最小溢流量。供油量中還要增加溢流閥的最小溢流量。 系統(tǒng)中有蓄能器時，則泵的流量按一個工作循環(huán)的平均流量系統(tǒng)中有蓄能器時，則泵的流量按一個工作循環(huán)的平均流量 選取，即：選取，即： QpK( Q)max Qp(K/T). Qi ti 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 24 3）選取液壓泵規(guī)格）選取液壓泵規(guī)格 參照產(chǎn)品樣本選取額定壓力比參照產(chǎn)品樣本選取額定壓力比p高高2560%，流量與上述計算，流量與上述計算 結(jié)果一致的液壓泵。結(jié)果一致的液壓泵。 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 4）計算功率，選用原動機）計算功率，選

23、用原動機 （1）按工作循環(huán)中最高功率點選用，即）按工作循環(huán)中最高功率點選用，即 N=(psQp)max/ p 式中式中 N原動機功率；原動機功率； (psQp)max泵的壓力和流量乘積的最大值；泵的壓力和流量乘積的最大值； p泵的總效率。對齒輪泵取泵的總效率。對齒輪泵取0.600.75，柱塞泵取，柱塞泵取0.800.85。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 25 （2）如果帶動泵的原動機為電動機，而在一個循環(huán)中泵的功）如果帶動泵的原動機為電動機，而在一個循環(huán)中泵的功 率變化較大，且最高功率點持續(xù)的時間很短，則按前式的計率變化較大，且最高功率點持續(xù)的時間很短，則按前式的計 算結(jié)果來選電動

24、機，功率就會偏大，不經(jīng)濟。在在這種情況算結(jié)果來選電動機，功率就會偏大，不經(jīng)濟。在在這種情況 下，可根據(jù)電動機允許的發(fā)熱來選取電動功率。先算出循環(huán)下，可根據(jù)電動機允許的發(fā)熱來選取電動功率。先算出循環(huán) 中各階段所需功率，即：中各階段所需功率，即： N1=p1Q1/ p1 N2=p2Q2/ p2 Nn=pnQn/ pn 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 則電動機功率為：則電動機功率為： N=(N1t1+N2t2+Nntn)/(t1+t2+tn)1/2 將兩式的計算結(jié)果進行比較，如果最大功率在電動機超載將兩式的計算結(jié)果進行比較，如果最大功率在電動機超載 能力范圍內(nèi)（一般為能力范圍內(nèi)（一般為

25、25%）。則可按第二式選取電機。）。則可按第二式選取電機。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 26 2 選擇控制閥選擇控制閥 一般要求控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作一般要求控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作 壓力和通過該閥的最大流量。壓力和通過該閥的最大流量。 必要時，通過的流量可略大于該閥的額定流量，但必要時，通過的流量可略大于該閥的額定流量，但一般不一般不 超過超過20%，以避免壓力損失過大，引起油液發(fā)熱、噪聲和其它，以避免壓力損失過大，引起油液發(fā)熱、噪聲和其它 性能惡化。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍來選取，其最小穩(wěn)定性能惡化。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍來選取，其

26、最小穩(wěn)定 流量應(yīng)能滿足機器性能的要求。流量應(yīng)能滿足機器性能的要求。 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 27 3 選取液壓附件選取液壓附件 濾油器、蓄能器、和管接頭等可按第五章中有關(guān)原則選取。濾油器、蓄能器、和管接頭等可按第五章中有關(guān)原則選取。 選取油管和管接頭時比較簡便的辦法是使它們的通徑和閥的通選取油管和管接頭時比較簡便的辦法是使它們的通徑和閥的通 徑一致。徑一致。 油箱既有儲油又有散熱的作用，因此必須有足夠容積和散熱油箱既有儲油又有散熱的作用，因此必須有足夠容積和散熱 面積。油箱容積的推薦數(shù)值如下：面積。油箱容積的推薦數(shù)值如下： 低壓系

27、統(tǒng)低壓系統(tǒng) p2.5MPa, V=(24)Qp 中壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng) p6.3MPa, V=(612)Qp 9.3 計算和選擇液壓元件計算和選擇液壓元件 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 28 1. 繪制工作圖繪制工作圖 工作圖包括：工作圖包括： 9.4 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件繪制工作圖，編寫技術(shù)文件 1）液壓系統(tǒng)圖）液壓系統(tǒng)圖 圖上應(yīng)注明各種元件的規(guī)格、型號以及壓力的調(diào)整值，畫圖上應(yīng)注明各種元件的規(guī)格、型號以及壓力的調(diào)整值，畫 出執(zhí)行元件完成的工作循環(huán)圖，列出相應(yīng)電磁鐵和壓力繼電器出執(zhí)行元件完成的工作循環(huán)圖，列出相應(yīng)電磁鐵和壓力繼電器 的工作狀態(tài)圖。的工作狀態(tài)圖。 2）元件集成塊裝配圖

28、）元件集成塊裝配圖 通常用板將部分控制元件組合起來，稱為集成板。液壓件通常用板將部分控制元件組合起來，稱為集成板。液壓件 廠生產(chǎn)能完成各種功能的集成塊。設(shè)計者只需選用并繪制集成廠生產(chǎn)能完成各種功能的集成塊。設(shè)計者只需選用并繪制集成 塊組合裝配圖。如沒有合適的集成可供選用，則需專門設(shè)計。塊組合裝配圖。如沒有合適的集成可供選用，則需專門設(shè)計。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 29 3）泵站裝配圖）泵站裝配圖 泵、拖動泵的電動機以及油箱等集合在一起構(gòu)成一個獨立泵、拖動泵的電動機以及油箱等集合在一起構(gòu)成一個獨立 的液壓源，稱為泵站。小型泵站有標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品供選用，但大、的液壓源，稱為泵站。小型泵

29、站有標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品供選用，但大、 中型泵站往往需個別設(shè)計，需繪出其裝配圖和零件圖。中型泵站往往需個別設(shè)計，需繪出其裝配圖和零件圖。 4）液壓缸和其它專用件的裝配圖的零件圖。）液壓缸和其它專用件的裝配圖的零件圖。 5）管路裝配圖）管路裝配圖 一般只需繪制示意圖說明管道走向，但要注明管道尺寸、接一般只需繪制示意圖說明管道走向，但要注明管道尺寸、接 頭規(guī)格和裝配技術(shù)要求等。頭規(guī)格和裝配技術(shù)要求等。 6）電氣線路圖）電氣線路圖 9.4 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件繪制工作圖，編寫技術(shù)文件 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 30 2 編寫技術(shù)文件編寫技術(shù)文件 9.4 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件繪制工作圖，

30、編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件一般包括液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書，系統(tǒng)工作原技術(shù)文件一般包括液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書，系統(tǒng)工作原 理、液壓系統(tǒng)使用及維護技術(shù)說明書，設(shè)計計算書中還需對系理、液壓系統(tǒng)使用及維護技術(shù)說明書，設(shè)計計算書中還需對系 統(tǒng)的某些性能進行必要的驗算。統(tǒng)的某些性能進行必要的驗算。 零、部件目錄表及標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外購件表等。零、部件目錄表及標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外購件表等。 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 31 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 某廠要設(shè)計制造一臺雙頭車床，加工一根長軸兩端的軸頸。某廠要設(shè)計制造一臺雙頭車床，加工一根長軸兩端的軸頸。 由于零件較長，擬采用零件固定，

31、刀具旋轉(zhuǎn)和進給的加工方式。由于零件較長，擬采用零件固定，刀具旋轉(zhuǎn)和進給的加工方式。 其加工動作循環(huán)是快進其加工動作循環(huán)是快進工進工進快退快退停止。同時要求各個車停止。同時要求各個車 削頭能單獨調(diào)整。其最大切削力在導(dǎo)軌中心線方向估計為削頭能單獨調(diào)整。其最大切削力在導(dǎo)軌中心線方向估計為 12000N，所要移動的總重量估計為，所要移動的總重量估計為15000N，工作進給要求能，工作進給要求能 在在0.021.2mmin范圍內(nèi)進行無級調(diào)速，快速進、退速度一范圍內(nèi)進行無級調(diào)速，快速進、退速度一 致，為致，為 4 mmin，試設(shè)計該液壓傳動系統(tǒng)。，試設(shè)計該液壓傳動系統(tǒng)。 雙頭車床外形示意圖雙頭車床外形示意

32、圖 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 32 1 1 確定對液壓系統(tǒng)的工作要求確定對液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)加工要求，刀具旋轉(zhuǎn)由機械傳動來實現(xiàn)；主軸頭沿導(dǎo)根據(jù)加工要求，刀具旋轉(zhuǎn)由機械傳動來實現(xiàn)；主軸頭沿導(dǎo) 軌中心線方向的軌中心線方向的“快進一工進快進一工進快退快退停止停止”工作循環(huán)擬采用工作循環(huán)擬采用 液壓傳動方式來實現(xiàn)。故擬選定液壓缸作執(zhí)行機構(gòu)。液壓傳動方式來實現(xiàn)。故擬選定液壓缸作執(zhí)行機構(gòu)。 考慮到車削進給系統(tǒng)傳動功率不大，且要求低速穩(wěn)定性好，考慮到車削進給系統(tǒng)傳動功率不大，且要求低速穩(wěn)定性好， 粗加工時負載有較大變化，擬選用調(diào)速閥、變量泵組成的容積粗加工時負載有較大變化，擬選用調(diào)速閥

33、、變量泵組成的容積 節(jié)流調(diào)速方式。節(jié)流調(diào)速方式。 為了自動實現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件一定的加工長度，為了自動實現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件一定的加工長度， 擬采用行程開關(guān)及電磁換向閥實現(xiàn)順序動作。擬采用行程開關(guān)及電磁換向閥實現(xiàn)順序動作。 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 33 該系統(tǒng)同時驅(qū)動兩個車削頭，且動作循環(huán)完全相同。為了該系統(tǒng)同時驅(qū)動兩個車削頭，且動作循環(huán)完全相同。為了 保證快速進、退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用保證快速進、退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用 差動連接回路。差動連接回路。 在行程控制中，由快進轉(zhuǎn)工進時，

34、采用機動滑閥。使速度在行程控制中，由快進轉(zhuǎn)工進時，采用機動滑閥。使速度 轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，且工作安全可靠。工進終了時。壓下電器行程開關(guān)轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，且工作安全可靠。工進終了時。壓下電器行程開關(guān) 返回?？焱说浇K點，壓下電器行程開關(guān)，運動停止。返回?？焱说浇K點，壓下電器行程開關(guān)，運動停止。 快進轉(zhuǎn)工進后，因系統(tǒng)壓力升高，遙控順序閥打開，回油快進轉(zhuǎn)工進后，因系統(tǒng)壓力升高，遙控順序閥打開，回油 經(jīng)背壓閥回油箱，系統(tǒng)不再為差動連接。此處放置背壓閥使工經(jīng)背壓閥回油箱，系統(tǒng)不再為差動連接。此處放置背壓閥使工 進時運動平穩(wěn)，且因系統(tǒng)壓力升高，變量泵自動減少輸出流量。進時運動平穩(wěn)，且因系統(tǒng)壓力升高，變量泵自動減少輸出流量。

35、 2 擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 34 兩個車削頭可分別進行調(diào)節(jié)。要調(diào)整一個時，另一個應(yīng)停止，兩個車削頭可分別進行調(diào)節(jié)。要調(diào)整一個時，另一個應(yīng)停止， 三位五通閥處中位即可。分別調(diào)節(jié)兩個調(diào)速閥，可得到不同進給三位五通閥處中位即可。分別調(diào)節(jié)兩個調(diào)速閥，可得到不同進給 速度；同時，可使兩車削頭有較高的同步精度。速度；同時，可使兩車削頭有較高的同步精度。 雙頭車床液壓系統(tǒng)工作原理圖 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 35 3 計算和選擇液壓元件計算和選

36、擇液壓元件 1 1）液壓缸的計算）液壓缸的計算 計算液壓缸的總機械載計算液壓缸的總機械載 荷荷, , 根據(jù)機構(gòu)的工作情況，根據(jù)機構(gòu)的工作情況， 液壓缸受力如圖液壓缸受力如圖。 液壓缸受力圖液壓缸受力圖 12000 w F 工作負載：工作負載：N 15000G 油缸所要移動負載總重量：油缸所要移動負載總重量： N (1)(1)工作負載及慣性負載計算工作負載及慣性負載計算 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 36 選取工進時速度的最大變化量：選取工進時速度的最大變化量： 02. 0v 2 . 0t m/s 根據(jù)具體情況選取：根據(jù)具體情況選?。?s (

37、其范圍通常在其范圍通常在0.01- 0.5s) 則慣性力為則慣性力為: 153 2 . 0 02. 0 81. 9 15000 t v g G Fa （N） (2)(2)密封阻力的計算密封阻力的計算 2 . 0 eq p 80 1 A 液壓缸的密封阻力通常折算為克服密封阻力所需的等效壓力液壓缸的密封阻力通常折算為克服密封阻力所需的等效壓力 乘以液壓缸的進油腔的有效作用面積。若選取中壓液壓缸，且密乘以液壓缸的進油腔的有效作用面積。若選取中壓液壓缸，且密 封結(jié)構(gòu)為封結(jié)構(gòu)為Y型密封，根據(jù)資料推薦，等效壓力取型密封，根據(jù)資料推薦，等效壓力取 MPa， 液壓缸的進油腔的有效作用面積初估值為液壓缸的進油腔

38、的有效作用面積初估值為 mm,則密封力為：則密封力為： 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 37 1600008. 0102 5 1 ApF eqs 啟動時：啟動時：（N） 運動時：運動時：800%50008. 0102 2 5 1 Ap F eq s （N） （3 3）導(dǎo)軌摩擦阻力的計算）導(dǎo)軌摩擦阻力的計算 3 . 0:4 . 0:1: zyx FFF 12000 wx FF 40000 3 . 0 12000 z F 1 . 0f 90 若該機床材料選用鑄鐵對鑄鐵，其結(jié)構(gòu)受力情況如圖，根據(jù)若該機床材料選用鑄鐵對鑄鐵，其結(jié)構(gòu)受力情況如圖，根據(jù)

39、機床切削原理，一般情況下，機床切削原理，一般情況下， ，由題意知，由題意知， N，則由于切削力所產(chǎn)，則由于切削力所產(chǎn) 生的與重力方向相一致的分力，選取摩擦系數(shù)生的與重力方向相一致的分力，選取摩擦系數(shù) ，V型型 導(dǎo)軌的夾角導(dǎo)軌的夾角 ，則導(dǎo)軌的摩擦力為：，則導(dǎo)軌的摩擦力為： 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 38 N fFG f FG F zz f 6640 45sin 1 . 0 ) 2 4000015000 (1 . 0) 2 4000015000 ( 2 sin ) 2 () 2 ( 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)受力示意圖導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)受力示意圖 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)

40、計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 39 （4 4）回油背壓造成的阻力計算）回油背壓造成的阻力計算 3 . 0 b p 80 1 A 40 2 A 回油背壓，一般為回油背壓，一般為 0.3-0.5MPa，取回油背壓，取回油背壓 Mpa， 考慮兩邊差動比為考慮兩邊差動比為2,且已知液壓缸進油腔的活塞面積且已知液壓缸進油腔的活塞面積 mm, 取有桿腔活塞面積取有桿腔活塞面積 mm，將上述值代入公式得：，將上述值代入公式得： 1200004. 0103 5 2 ApF bb （N） 分析液壓缸各工作階段中受力情況，得知在工進階段受力分析液壓缸各工作階段中受力情況，得知在

41、工進階段受力 最大，作用在活塞上的總載荷最大，作用在活塞上的總載荷 207931200664080015312000 bfsaw FFFFFF（N） 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 40 （5 5）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力）確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力 3p 根據(jù)經(jīng)驗確定系統(tǒng)工作壓力，選取根據(jù)經(jīng)驗確定系統(tǒng)工作壓力，選取 MPa，則工作腔的，則工作腔的 有效工作面積和活塞直徑分別為：有效工作面積和活塞直徑分別為： 2 5 1 00693. 0 1030 20793 m p F A m A D094. 0 00693. 044 1 因為液

42、壓缸的差動比為因為液壓缸的差動比為2，所以活塞桿直徑為，所以活塞桿直徑為 m D d066. 0094. 07 . 0 2 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 41 根據(jù)液壓技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選取標(biāo)準(zhǔn)直徑根據(jù)液壓技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選取標(biāo)準(zhǔn)直徑 mmmD9009. 0 mmmd63063. 0 則液壓缸實際計算工作壓力為則液壓缸實際計算工作壓力為 Pa D F p 5 22 107 .32 09. 0 2079344 實際選取的工作壓力為實際選取的工作壓力為 Pap 5 1033 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工

43、程學(xué)院 42 由于左右兩個切削頭工作時需做低速進給運動，在確定油缸由于左右兩個切削頭工作時需做低速進給運動，在確定油缸 活塞面積活塞面積A1之后，還必須按最低進繪速度驗算油缸尺寸。即應(yīng)之后，還必須按最低進繪速度驗算油缸尺寸。即應(yīng) 保證油缸有效工作面積保證油缸有效工作面積A1為：為： min min 1 v q A 式中：式中：qmin流量閥最小穩(wěn)定流量，在此取調(diào)速閥最小穩(wěn)定流流量閥最小穩(wěn)定流量，在此取調(diào)速閥最小穩(wěn)定流 量為量為50ml/min； vmin活塞最低進繪速度，本題給定為活塞最低進繪速度，本題給定為20mmmin； 根據(jù)上面確定的液壓缸直徑，油缸有效工作面積為：根據(jù)上面確定的液壓缸直

44、徑，油缸有效工作面積為： 2322 1 1036. 609. 0 44 mDA 234 min min 105 . 210 2 50 m v q 驗算說明活塞面積能滿足最小穩(wěn)定速度要求。驗算說明活塞面積能滿足最小穩(wěn)定速度要求。 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 43 2 2） 油泵的計算油泵的計算 (1)(1)確定油泵的實際工作壓力，選擇油泵確定油泵的實際工作壓力，選擇油泵 Pa 5 10)155( Papl 5 1010 對于調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，管路的局部壓力損失一般對于調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，管路的局部壓力損失一般 取取 ，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

45、布局未定之前，可用局部損失，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局未定之前，可用局部損失 代替總的壓力損失，現(xiàn)選取總的壓力損失代替總的壓力損失，現(xiàn)選取總的壓力損失 ，則，則 液壓泵的實際計算工作壓力液壓泵的實際計算工作壓力 )(104310101033 555 Pappp lp 當(dāng)液壓缸左右兩個切削頭快進時，所需的最大流量之和為當(dāng)液壓缸左右兩個切削頭快進時，所需的最大流量之和為 min)/(254063. 0 4 2 4 2 2 max 2 max lvdq 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 44 1 . 1 l k按照常規(guī)選取液壓系統(tǒng)的泄露系數(shù)按照常規(guī)選取液壓系統(tǒng)

46、的泄露系數(shù) ，則液壓泵的流量為：，則液壓泵的流量為： min)/(5 .27251 . 1 max lqkq lp 根據(jù)求得的液壓泵的流量和壓力，又要求泵變量，選取根據(jù)求得的液壓泵的流量和壓力，又要求泵變量，選取 YBN-40M型葉片泵。型葉片泵。 (2)(2)確定液壓泵電機的功率確定液壓泵電機的功率 因該系統(tǒng)選用變量泵，所以應(yīng)算出空載快速、最大工進時因該系統(tǒng)選用變量泵，所以應(yīng)算出空載快速、最大工進時 所需的功率，按兩者的最大值選取電機的功率。所需的功率，按兩者的最大值選取電機的功率。 最大工進：此時所需的最大流量為最大工進：此時所需的最大流量為 min)/(6 . 7129 . 0 44 2

47、 max 2 max lvDq ww 9.5 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例 重慶大學(xué)機械工程學(xué)院重慶大學(xué)機械工程學(xué)院 45 選取液壓泵的總效率為：選取液壓泵的總效率為： =0.8，則工進時所需的液壓泵的，則工進時所需的液壓泵的 最大功率為：最大功率為： )(36. 110 8 . 060 6 . 71043 22 6 5 max KW qp P wp w 快速空載：此時，液壓缸承受以下載荷快速空載：此時，液壓缸承受以下載荷 慣性力：慣性力：)(510 2 . 0 60/4 81. 9 15000 N t v g G Fa 密封阻力：密封阻力： )(155063. 0 4 102 2 1 42 252 Nd p F eq s 導(dǎo)軌摩擦力