九液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文-

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，需根據(jù)主機(jī)的具體工作條件，對(duì)負(fù)載大小和性質(zhì)、工況以及使用要求來(lái)進(jìn)行。(一)對(duì)液壓系統(tǒng)的基本要求能傳遞和輸出工作部件所需要的功率、力或力矩。能夠?qū)崿F(xiàn)工作部件所需的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)作要求。如行程、速度、變速范圍、位置精度、循環(huán)時(shí)間、動(dòng)作順序、聯(lián)動(dòng)及互鎖關(guān)系等。傳動(dòng)效率高，液壓油溫升不超過(guò)允許值。工作安全可靠，使用維修方便。價(jià)格合理。第九章

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)算（二）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常按以下程序進(jìn)行分析主機(jī)工況。確定執(zhí)行原件的基本性能參數(shù)，繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖（行程－時(shí)間圖，速度－時(shí)間圖）和負(fù)載循環(huán)圖（負(fù)載－時(shí)間圖）。確定系統(tǒng)額定壓力，計(jì)算執(zhí)行元件的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。擬定液壓系統(tǒng)主要回路，確定系統(tǒng)的具體方案，繪制草圖。選擇標(biāo)準(zhǔn)元件，設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)元件。繪制在主機(jī)上的總體布置草圖，設(shè)計(jì)和選用管路及附件繪制管路布置圖。進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)算。驗(yàn)算管道損失、系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升以及液壓沖擊。繪制正式工作圖，編寫(xiě)技術(shù)文件。第九章

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)算第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算明確設(shè)計(jì)要求、進(jìn)行工況分析明確設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是任何設(shè)計(jì)的依據(jù)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要明確系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求。這里一般要考慮以下幾個(gè)方面：該設(shè)備中，哪些運(yùn)動(dòng)需要液壓或氣壓傳動(dòng)完成，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式及動(dòng)作幅度。對(duì)液壓或氣壓裝置的空間布置、安裝形式、重量、外形尺寸的限制等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)載荷形式和大小。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，速度變化范圍以及對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，彼此之間的聯(lián)鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)的操作或控制方式。自動(dòng)化程度、效率、溫升、安全保護(hù)、制造成本等方面的要求。工作環(huán)境方面的要求，如溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、防塵、防腐、抗燃性能等。另外對(duì)主機(jī)的功能、用途、工藝流程也必須了解清楚，力求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更加切合實(shí)際。執(zhí)行元件的工況分析對(duì)執(zhí)行元件的工況進(jìn)行分析，就是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)

程中的速度和負(fù)載的變規(guī)律。通常是求出一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負(fù)載值列表表示，必要時(shí)還應(yīng)作出速度、負(fù)載隨時(shí)間(或位移)變化的曲線圖(稱為速度循環(huán)圖、負(fù)載循環(huán)圖和功率循環(huán)圖)。在一般情況下，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中液壓缸承受的負(fù)載由六部分組成，即工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、功率、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、密封負(fù)載和背壓負(fù)載，前五項(xiàng)構(gòu)成了液壓缸所要克服的機(jī)械總負(fù)載。工作負(fù)載Fw不同的機(jī)器有不同的工作負(fù)載。對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載；對(duì)液壓機(jī)來(lái)說(shuō)，工件的壓制抗力即為工作負(fù)載。工作負(fù)載Fw，與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正值，方向相同時(shí)為負(fù)值(如順銑加工的切削力)。工作負(fù)載既可以為恒值，也可以為變值，大小要根據(jù)具體情況加以計(jì)算，有時(shí)還要由樣機(jī)實(shí)測(cè)確定。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算——摩擦系數(shù)，其中，

靜摩擦系數(shù)只和動(dòng)摩擦系數(shù)2．導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff導(dǎo)軌摩擦負(fù)載是指液壓缸驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件時(shí)所受的導(dǎo)軌摩擦阻力，其值與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌形式、放置情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。各種形式導(dǎo)軌的摩擦負(fù)載計(jì)算公式可查閱有關(guān)手冊(cè)。機(jī)床上常用平導(dǎo)軌和V形導(dǎo)軌拉支承運(yùn)動(dòng)部件，其摩擦負(fù)載值的計(jì)算公式(導(dǎo)軌水平放置時(shí))為：平導(dǎo)軌Ff=f(G+FN)

(9．1)V形導(dǎo)軌(9．2)值參考表9．1；G——運(yùn)動(dòng)部件的重力；FN——垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載；——V形導(dǎo)軌面的夾角，一般=900。式中：第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算表9.1導(dǎo)軌摩擦系數(shù)導(dǎo)軌種類導(dǎo)軌材料工作狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)鑄鐵啟動(dòng)0.10－0.2低速運(yùn)行0.1－0.22高速運(yùn)行0.05－0.08滾動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵導(dǎo)軌對(duì)滾0.005－0.02動(dòng)體0.003－0.006淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾動(dòng)體靜壓導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)鑄鐵0.0005慣性負(fù)載Fi慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)加速或在制動(dòng)減速時(shí)的慣性力，其值可按牛頓第二定律求出，即：（9.3）式中：g——重力加速度：——時(shí)間內(nèi)的速度變化值：——啟動(dòng)、制動(dòng)或速度轉(zhuǎn)換時(shí)間?？扇。?.01－0.05s，輕載低速時(shí)可取較小值。重力負(fù)載Fg垂直或者傾斜放置的運(yùn)動(dòng)部件，在沒(méi)有平衡的情況下，其自重也成為一種負(fù)載。傾斜放置時(shí)只計(jì)算重力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力。液壓缸上行時(shí)重力取正直，反之取負(fù)值。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算重力負(fù)載Fg垂直或者傾斜放置的運(yùn)動(dòng)部件，在沒(méi)有平衡的情況下，其自重也成為一種負(fù)載。傾斜放置時(shí)只計(jì)算重力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力。液壓缸上行時(shí)重力取正直，反之取負(fù)值。密封負(fù)載Fs密封負(fù)載是指密封裝置的摩擦力，其值與密封裝置的類型和尺寸、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)，計(jì)算查相關(guān)手冊(cè)。在未完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，不知道密封裝置的參數(shù)，F(xiàn)s無(wú)法計(jì)算，一般用液壓缸的機(jī)械效率加以計(jì)算，常取

＝0.90－0.97。背壓負(fù)載Fb背壓負(fù)載是指液壓缸回油腔背壓所造成的阻力，。在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前，F(xiàn)b也無(wú)法計(jì)算，在負(fù)載計(jì)算時(shí)也可暫不考慮暫不考慮。液壓缸各個(gè)主要工作階段的機(jī)械總負(fù)載F可按下列公式計(jì)算：第九章

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液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算式中Fk液壓缸的動(dòng)摩擦力。9.2執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定執(zhí)行元件的主要參數(shù)是指其工作壓力和最大流量。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件形式可視主機(jī)所需實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)種類和性質(zhì)而定。見(jiàn)下表。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9.2.1初選執(zhí)行元件的工作壓力工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，乃至整個(gè)系統(tǒng)的性能。工作壓力選得高，執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)元件的強(qiáng)度、剛度及密封要求高，且要采用較高壓力的液壓泵；反之，如果工作壓力選得低，就會(huì)增大執(zhí)行元件及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。?zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載的大小或主機(jī)設(shè)備類型選取，具體選擇時(shí)，可參考表9．3和表9．4。氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的工作壓力一般為0.5

MPa左右。第九章

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液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9.2.2確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1.液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定在這里，需要確定的主要結(jié)構(gòu)尺寸是指液壓缸的內(nèi)徑D和

活塞桿的直徑d。計(jì)算和確定D和d的一般方法見(jiàn)4．1．1節(jié)。

例如，對(duì)于單桿液壓缸，可按相應(yīng)的公式及D、d之間的取值

關(guān)系計(jì)算活塞直徑D和活塞桿直徑d，并按系列標(biāo)準(zhǔn)值圓整到

相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑D和d。一般情況下，當(dāng)活塞桿在受拉狀態(tài)下

工作時(shí)，取d／D＝0．3--0．5，工作壓力高取大值；當(dāng)活塞桿在受壓狀態(tài)下工作時(shí)，取d／D＝0．5－0．7。采用差動(dòng)連接并要求往返速度相等時(shí)，應(yīng)取d=0．707D。液壓缸的機(jī)械效率一般?。?．9—0．97。對(duì)有低速運(yùn)動(dòng)要求的系統(tǒng)(如精鏜機(jī)床的進(jìn)給液壓系統(tǒng))，尚需對(duì)液壓缸的有效工作面積A進(jìn)行驗(yàn)算，即應(yīng)保證：第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算式中：

——控制執(zhí)行元件速度的流量閥的最小穩(wěn)定流量，可以從液壓閥產(chǎn)品樣本中查得；

——液壓剛要求達(dá)到的最低工作轉(zhuǎn)速。2.液壓馬達(dá)主要參數(shù)的確定液壓馬達(dá)所需的排量V可按下式計(jì)算：式中：————液壓馬達(dá)的負(fù)載扭矩；——液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，一般：——馬達(dá)的兩腔工作壓差。＝0.9－0.97求得排量V值后，從產(chǎn)品樣本中選擇液壓馬達(dá)的型號(hào)。計(jì)算出的液壓馬達(dá)的排量V也需滿足最低穩(wěn)定速度的要求。9.2.3復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力當(dāng)液壓缸的主要尺寸D、d和馬達(dá)的排量y計(jì)算出來(lái)以后，要按各自的系列標(biāo)準(zhǔn)圓整，經(jīng)過(guò)圓整的標(biāo)準(zhǔn)值與計(jì)算值之間一般都存在一定的差別，因此有必要根據(jù)圓整值對(duì)工作壓力進(jìn)行一次復(fù)算。還需看到，在按上述方法確定工作壓力的過(guò)程中，沒(méi)有計(jì)算回油路的背壓，因此所確定的工作壓力只是執(zhí)行元件為了克服機(jī)械總負(fù)載所需的那部分壓力。在結(jié)構(gòu)參數(shù)D、d及V確定之后，若選取適當(dāng)?shù)谋硥汗浪阒?如表9．5)，即可求出執(zhí)行元件工作腔的壓力p1，液壓缸差動(dòng)連接時(shí)另行考慮。對(duì)于單桿液壓缸，其工作壓力p1，可按下列公式復(fù)算：差動(dòng)快進(jìn)階段第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算無(wú)桿腔進(jìn)油工近階段第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算有桿腔進(jìn)油快退階段式中：F——液壓缸在各工作階段的最大機(jī)械總負(fù)載；A1、A2——分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效工作面積；Pb——液壓缸出口的背壓，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之前無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可先按表9．5估計(jì)。根據(jù)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度v或轉(zhuǎn)速n以及確定的液壓缸有效工作面積A或液壓馬達(dá)的排量v，計(jì)算出液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．2．4執(zhí)行元件的工況圖各執(zhí)行元件的主要參數(shù)確定之后，不但可以復(fù)算執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段的工作壓力，還可求出需要輸入的流量和功率。這時(shí)就可作出系統(tǒng)中各執(zhí)行元件在其工作過(guò)程中的工況圖，即執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中的壓力、流量、功率與時(shí)間(或位移)的變化曲線圖(圖9．2為某一機(jī)床進(jìn)給液壓缸工況圖)。將系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的工況圖加以合并，便得到整個(gè)系統(tǒng)的工況圖。系統(tǒng)的工況圖可以顯示整個(gè)工作循環(huán)中的系統(tǒng)壓力、流量和功率的最大值及其分布情況，為后續(xù)設(shè)計(jì)步驟中選擇元件、選擇回路或修正設(shè)計(jì)提供合理的依據(jù)。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算壓力循環(huán)圖(p—t圖)根據(jù)最后確定的執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)尺寸和負(fù)載循環(huán)圖反求出執(zhí)行元件在其工作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把它們繪制成p—t圖。流量循環(huán)圖(q—t‘圖)根據(jù)缸實(shí)際有效工作面積或馬達(dá)排量以及工作循環(huán)各階段的運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算出執(zhí)行元件在

工作循環(huán)各階段中所需的流量，然后繪制成q—t‘圖。若系統(tǒng)中有多個(gè)執(zhí)行元件時(shí)，要把各自的

流量循環(huán)圖疊加起來(lái)，繪出總的流量循環(huán)圖。功率循環(huán)圖(P—t圖)有了P—t圖和q—t圖后，根據(jù)P=pq的關(guān)系即可求出相應(yīng)的執(zhí)行元件所需功率在工作循

環(huán)各階段的變化規(guī)律，并繪制出P—t‘圖。對(duì)于單個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)或某些簡(jiǎn)單系統(tǒng)，其工況圖的繪制可以省略，而僅將計(jì)算出的各階段壓力、流量和功率值列表表示。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．3系統(tǒng)原理圖的擬定系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣。擬定系統(tǒng)原理圖是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵，它對(duì)系統(tǒng)的性能及設(shè)計(jì)方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性具有決定性的影響。擬定系統(tǒng)原理圖包含兩項(xiàng)內(nèi)容：一是通過(guò)分析、對(duì)比選出合適的基本回路；二是把選出的基本回路進(jìn)行有機(jī)組合，構(gòu)成完整的系統(tǒng)原理圖。確定執(zhí)行元件的形式液壓或氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件主要有液壓缸(氣缸)和液壓馬達(dá)(氣馬達(dá))，根據(jù)主機(jī)動(dòng)

作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求來(lái)具體選用哪種形式。通常，直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用液壓缸(氣缸)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)(氣馬達(dá))驅(qū)動(dòng)，但也不盡然?？傊?，要合理地選擇執(zhí)行元件，綜合考慮液

(氣)—機(jī)—電各種傳動(dòng)方式的相互配合，使所設(shè)計(jì)的液壓(氣壓)傳動(dòng)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單、高效。確定回路類型一般具有較大空間可以存放油箱且不另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，都采用開(kāi)式回路；凡允許采用輔

助泵進(jìn)行補(bǔ)油并借此進(jìn)行冷卻油交換來(lái)達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，都采用閉式回路。通常節(jié)流調(diào)速

系統(tǒng)采用開(kāi)式回路，容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算(3)選擇合適回路在擬定系統(tǒng)原理圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)各類主機(jī)的工作特點(diǎn)和性能要求，首先確定對(duì)主機(jī)主要性能起決定性影響的主要回路。例如對(duì)于機(jī)床液壓系統(tǒng)，調(diào)速和速度換接回路是主要回路；對(duì)于壓力機(jī)液壓系統(tǒng)，調(diào)壓回路是主要回路。然后再考慮其它輔助回路，有垂直運(yùn)動(dòng)部件

的系統(tǒng)要考慮平衡回路，有多個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)要考慮順序動(dòng)作、

同步或互不干擾回路，有空載運(yùn)行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路等。

具體有：1)制訂調(diào)速控制方案根據(jù)執(zhí)行元件工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對(duì)溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路。對(duì)于負(fù)載功率小、運(yùn)動(dòng)速

度低的系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速回路。工作平穩(wěn)性要求不高的執(zhí)行元件，宜采用節(jié)流閥調(diào)速回路；負(fù)載變化較大，速度穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)

合，宜采用調(diào)速閥調(diào)速回路。對(duì)于負(fù)載功率大的執(zhí)行元件，一般都采用容積調(diào)速回路，即由變量泵供油，避免過(guò)多的溢流調(diào)速方式?jīng)Q定之后，回路的循環(huán)形式也隨之而定。節(jié)流調(diào)速、容積—節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式回路，容積調(diào)速大多采用閉式回路。2)制訂壓力控制方案選擇各種壓力控制回路時(shí)，應(yīng)仔細(xì)推敲各種回路在選用時(shí)所需注意的問(wèn)題以及特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。例如卸荷回路，選擇時(shí)要考慮卸荷所造成的功率損失、溫升、流量和壓力的瞬時(shí)變化等。恒壓系統(tǒng)如進(jìn)口節(jié)流和出口節(jié)流調(diào)速回路等，一般采用溢流閥起穩(wěn)壓溢流作用，同時(shí)也限定了系統(tǒng)的最高壓力。定壓容積節(jié)流調(diào)速回路本身能夠定壓不需壓力控制閥。另外還可采用恒壓變量泵加安全閥的方式。對(duì)非恒壓系統(tǒng)，如旁路節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和非定壓容積節(jié)流調(diào)速，其系統(tǒng)的最高壓力由安全閥限定。對(duì)系統(tǒng)中某一個(gè)支路要求比油源壓力低的穩(wěn)壓輸出，可采用減壓閥實(shí)現(xiàn)。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3)制訂順序動(dòng)作控制方案主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型的不同，有的按固定程序進(jìn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。對(duì)于工程機(jī)械，操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)多路換向閥控制；對(duì)于加工機(jī)械，各液壓執(zhí)行元件的順序動(dòng)作多數(shù)采用行程控制，行程控制普遍采用行程開(kāi)關(guān)控制，因其信號(hào)傳輸方便，而行程閥由于涉及油路的連接，只適用于管路安裝較緊湊的場(chǎng)合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制和可編程序控制等。(4)編制整機(jī)的系統(tǒng)原理圖整機(jī)的系統(tǒng)圖主要由以上所確定的各回路組合而成，將挑選出來(lái)的各個(gè)回路合并整理，增加必要的元件或輔助回路，加以綜合，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在滿足工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求及生產(chǎn)率的前提下，力求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、動(dòng)作平穩(wěn)、效率高、調(diào)整和維護(hù)保養(yǎng)方便。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算此時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：去掉重復(fù)多余的元件，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)要仔細(xì)斟酌，避免由于某個(gè)元件的去掉或并用而引起相互干擾。增設(shè)安全裝置，確保設(shè)備及操作者的人身安全。如擠壓機(jī)控制油路上設(shè)置行程閥，只有安全門關(guān)閉時(shí)才能接通控制油路。工作介質(zhì)的凈化必須予以足夠的重視。特別是比較精密、重要的設(shè)備，可以單設(shè)一套自陌環(huán)的油液過(guò)濾系統(tǒng)。對(duì)于大型的貴重設(shè)備，為確保生產(chǎn)的連續(xù)性，在液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部位要加設(shè)必要的備用司路或備用元件。為便于系統(tǒng)的安裝、維修、檢查、管理，在回路上要適當(dāng)裝設(shè)一些截止閥、測(cè)壓點(diǎn)。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元件和定型的液壓裝置第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算元件的計(jì)算和選擇動(dòng)力元件的選擇執(zhí)行元件的尺寸規(guī)格及其工作壓力與流量確定后，再結(jié)合所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，就可以對(duì)系統(tǒng)中的其它元件進(jìn)行選擇或設(shè)計(jì)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵的類型，然后根據(jù)液壓泵的最大供油量來(lái)選擇液壓泵的規(guī)格。1．確定液壓泵的最高供油壓力入對(duì)于執(zhí)行元件在行程終了才需要最高壓力的工況(此時(shí)執(zhí)行元件本身只需要壓力不需要流量，但液壓泵仍需向系統(tǒng)提供一定的流量，以滿足泄漏流量的需要)，可取執(zhí)行元件的最高壓力作為泵的最大工作壓力。對(duì)于執(zhí)行元件在工作過(guò)程中需要最大工作壓力的情況，可按下式確定：式中：p1——執(zhí)行元件的最高工作壓力；——從液壓泵出口到執(zhí)行元件人口之間總的壓力損失。該值較為準(zhǔn)確的計(jì)算需要管路和元件的布置圖確定后才能進(jìn)行，初步計(jì)算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)流速較小時(shí)，?。?．2－0．5

MPa，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)流速較大時(shí)，取 ＝

0．5－1．5MPa第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算2．確定液壓泵的最大供油量qp液壓泵的最大供油量為：——同時(shí)的動(dòng)作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，對(duì)于工作中始終需要溢流的系統(tǒng)，尚需加上溢流閥的最小溢流量，溢流閻的最小溢流量可取其額定流量的10％。系統(tǒng)中采用蓄能器供油時(shí)，qp由系統(tǒng)一個(gè)工作周期T中的平均流量確定：——系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù)

=1.1—1.3，一般大流量取小值，小流量取大值式中：qi——系統(tǒng)在整個(gè)周期中第i個(gè)階段內(nèi)的流量。如果液壓泵的供油量是按工進(jìn)工況選取時(shí)(如雙泵供油方案，其中小流量泵是供給工進(jìn)王況流量的)，其供油量應(yīng)考慮溢流閥的最小溢流量。式中：第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算所得的液壓泵的最大工作壓力和最大輸出流量以及系統(tǒng)中擬定的液壓泵的型式，查閱有關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本即可確定液壓泵的規(guī)格型號(hào)。但要注意，選擇的液壓泵的額定流量要大于或等于前面計(jì)算所得的液壓泵的最大輸出流量，并且盡可能接近計(jì)算值；所選泵的額定壓力應(yīng)大于或等于計(jì)算所得的最大工作壓力。有時(shí)尚需考慮一定的壓力儲(chǔ)備，使所選泵的額定壓力高出計(jì)算所得的最大工作壓力25％～60％。泵的額定流量則宜與q。相當(dāng)，不要超過(guò)太多，以造成過(guò)大的功率損失。選擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率和泵的轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。在整個(gè)工作循環(huán)中，若液壓泵的壓力和流量比較恒定，即工況圖P—t‘和q—t曲線或P—t曲線變化比較平穩(wěn)時(shí)，則驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)功率P為：第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)該指出，確定液壓泵的原動(dòng)機(jī)時(shí)，一定要同時(shí)考慮功率和轉(zhuǎn)速兩個(gè)因素。對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，除電動(dòng)機(jī)功率滿足泵的需要外，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速不應(yīng)高出泵的額定轉(zhuǎn)速。例如，泵的額定轉(zhuǎn)速為1

000r／min，則電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速亦應(yīng)為1

000r／min，當(dāng)然，若選擇同步轉(zhuǎn)速為750r／min的電動(dòng)機(jī)，并且泵的流量能滿足系統(tǒng)需要時(shí)是可以的。同理，對(duì)內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，也不要使泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于其額定轉(zhuǎn)速。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．4．2

閥類元件的選擇各種閥類元件的規(guī)格型號(hào)，按液壓系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)工況圖中提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取。各種閥的額定壓力和額定流量，一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過(guò)流量相接近，必要時(shí)，可允許其最大通過(guò)流量超過(guò)額定流量20％。具體選擇時(shí)，注意溢流閥應(yīng)使其能通過(guò)液壓泵的全部流量。另外對(duì)所有壓力閥來(lái)說(shuō)，都有個(gè)合適的調(diào)壓范圍問(wèn)題，不要使該閥的額定工作壓力高出使用壓力太多。流量閥要注意該閥的最小穩(wěn)定流量能夠滿足液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的需要。在選用分流集流閥(同步閥)等控制閥時(shí)，不要使實(shí)際流量低于閥的額定流量太多，以免分流(或集流)誤差過(guò)大。單桿缸系統(tǒng)若無(wú)桿腔有效作用面積為有桿腔有效作用面積的n倍，當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)，則回油流量為進(jìn)油流量的n倍，因此應(yīng)以n倍的流量來(lái)選擇通過(guò)的閥類元件。換向閥必要時(shí)可使實(shí)際流量最多高出其額定流量20％，主要是考慮使換向閥的壓力損失不要過(guò)大。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．4．3

輔助元件的選擇蓄能器的選擇在液壓系統(tǒng)中，蓄能器的作用是用來(lái)儲(chǔ)存壓力能，也用于減小液壓沖擊和吸收壓力脈動(dòng)。在選擇時(shí)可根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中所起作用，相應(yīng)地確定其容量；具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動(dòng)輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊(cè)。過(guò)濾器的選擇過(guò)濾器是保持工作介質(zhì)清潔，使系統(tǒng)正常工作所不可缺少的輔助元件。過(guò)濾器應(yīng)根據(jù)其在系統(tǒng)中所處部位及被保護(hù)元件對(duì)工作介質(zhì)的過(guò)濾精度要求、工作壓力、過(guò)流能力及其它性能要求而定，通常應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)其過(guò)濾精度要滿足被保護(hù)元件或系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)清潔度的要求；

(2)過(guò)流能力應(yīng)大于或等于實(shí)際通過(guò)的流量的2倍；(3)過(guò)濾器的耐壓應(yīng)大于其安裝部位的系統(tǒng)壓力；

(4)適用的場(chǎng)合一般按產(chǎn)品樣本上的說(shuō)明。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算油箱的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中油箱的作用是：儲(chǔ)油，保證供給系統(tǒng)充分的油液；散熱，液壓系統(tǒng)中由于能量損失所轉(zhuǎn)換的熱量大部分由油箱表面散逸；沉淀油中的雜質(zhì)；分離油中的氣泡，凈化油液。在油箱的設(shè)計(jì)中具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動(dòng)輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊(cè)。冷卻器的選擇液壓系統(tǒng)如果依靠自然冷卻不能保證油溫維持在限定的最高溫度之下，就需裝設(shè)冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。冷卻器有水冷和風(fēng)冷兩種。對(duì)冷卻器的選擇主要是根據(jù)其熱交換量來(lái)確定其散熱面積及其所需的冷卻介質(zhì)量。具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動(dòng)輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊(cè)。加熱器的選擇環(huán)境溫度過(guò)低，使油溫低于正常工作溫度的下限，則須安裝加熱器。具體加熱方法有蒸汽加熱、電加熱、管道加熱。通常采用電加熱器。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算使用電加熱器時(shí)，單個(gè)加熱器的容量不能選得太大；如功率不夠，可多裝幾個(gè)加熱器，且加熱管部分應(yīng)全部浸入油中。根據(jù)油的溫升和加熱時(shí)間及有關(guān)參數(shù)可計(jì)算出加熱器的發(fā)熱功率，然后求出所需電加熱器的功率。6．選擇的管件管件包括油管和管接頭。管件選擇是否得當(dāng)，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作和能量損失的大小，一般從強(qiáng)度和允許流速兩個(gè)方面考慮。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中所用的油管，主要有鋼管、紫銅管、鋼絲編織或纏繞橡膠軟管、尼龍管和塑料管等。油管的規(guī)格尺寸大多由所連接的液

壓元件接口處尺寸決定，只有對(duì)一些重要的管道才驗(yàn)算其內(nèi)徑和壁厚。具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動(dòng)輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊(cè)。

在選擇管接頭時(shí)，除考慮其有合適的通流能力和較小的壓力損失外，

還要考慮到裝卸維修方便，連接牢固，密封可靠，支承元件的管道要

有相應(yīng)的強(qiáng)度。另外還要考慮使其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，重量輕。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．4．4閥類元件配置形式的選擇對(duì)于固定式的液壓設(shè)備，常將液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源、閥類元件(包括某些輔助元件)集中安裝在主機(jī)外的液壓站上。這樣能使安裝與維修方便，并消除了動(dòng)力源振動(dòng)與油溫變化對(duì)主機(jī)工作精度的影響。而閥類元件在液壓站上的配置也有多種形式可供選擇。配置形式不同，液壓系統(tǒng)的壓力損失和元件的連接安裝結(jié)構(gòu)也有所不同。閥類元件的配置形式目前廣泛采用集成化配置，具體有下列三種：板式配置、集成塊式集成配置和疊加閥式集成配置。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算圖9.3液壓元件的板式配置1．板式配置將標(biāo)準(zhǔn)元件與其底板用螺釘固定在豎立著的平板正面上，底板上的油路用油管接通。這種配置方式的優(yōu)點(diǎn)在于可按需要連接成各種型式的系統(tǒng)，安裝維修方便，缺點(diǎn)是當(dāng)液壓系統(tǒng)的管路較多、較復(fù)雜時(shí)，油管的連接工作很不方便。圖9．3為板式配置示意圖。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算2．集成塊式集成配置根據(jù)典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路做成通用化的集成塊，用它們來(lái)拼搭出各種液壓系統(tǒng)。集成塊的上下兩面為塊與塊之間的連接面，塊內(nèi)由鉆孔形成油路，四周除一面安裝管接頭通向執(zhí)行元件外，其余都供固定標(biāo)準(zhǔn)元件用。一般一塊就是一個(gè)常用的典型基本回路。一個(gè)系統(tǒng)所需集成塊的數(shù)目視其復(fù)雜程度而定，一般常需數(shù)塊組成。總進(jìn)油口與回油口開(kāi)在底板上，通過(guò)集成塊的公共孔道直接通頂蓋。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、油管少、可標(biāo)準(zhǔn)化、便于設(shè)計(jì)與制造、更改設(shè)計(jì)方便、油路壓力損失小，如圖9.4所示圖9.4集成塊式集成裝置第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算比，卻零一又是不3．疊加閥式集成配置疊加閥式與一般管式、板式標(biāo)準(zhǔn)元件相其工作原理沒(méi)有多大差別，但具體結(jié)構(gòu)不相同。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件或件，通過(guò)螺釘將閥體疊加在一起，組成個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)疊加閥既起控制閥作用，起通道體的作用。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、油管少、體積小、重量輕、需設(shè)計(jì)專用的連接塊、油路的壓力損失很小，但疊加閥需自成系列，如圖9．5所示。圖9.5液壓元件的疊加閥式配置第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．6繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算后，即可對(duì)初步擬定的系統(tǒng)進(jìn)行修改，并繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件。1．繪制正式工作圖正式工作圖包括按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制正規(guī)的系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)裝配圖，閥塊等非標(biāo)準(zhǔn)元、輔件的裝配圖及零件圖。系統(tǒng)原理圖中應(yīng)附有元件明細(xì)表，表中標(biāo)明各元件的規(guī)格、型號(hào)和壓力、流量調(diào)整值。一般還應(yīng)繪出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表。系統(tǒng)裝配圖是系統(tǒng)布置全貌的總布置圖和管路施工圖(管路布置圖)，對(duì)液壓系統(tǒng)應(yīng)包括油箱裝配圖、液壓泵站裝配圖、集成油路塊裝配圖和管路安裝圖等。在管路安裝圖中應(yīng)畫(huà)出各管路的走向、固定裝置結(jié)構(gòu)、各種管接頭的形式和規(guī)格等。標(biāo)準(zhǔn)元件、輔件和聯(lián)接件的清單，通常以表格形式給出：同時(shí)給出工作介質(zhì)的品牌、數(shù)量及系統(tǒng)對(duì)其它配置(如廠房、電源、電線布置、基礎(chǔ)施工條件等)的要求。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算2．編制技術(shù)文件必須明確設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，據(jù)此檢查、考核液壓系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。技術(shù)文件一般包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)；系統(tǒng)使用及維護(hù)技術(shù)說(shuō)明書(shū)；零部件明細(xì)表及標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及外購(gòu)件明細(xì)表等；系統(tǒng)有關(guān)的其它注意事項(xiàng)。9．7系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算舉例下面以一臺(tái)鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算為例，對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行說(shuō)明，所要設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，要完成8個(gè)414

mm孔的加工進(jìn)給傳動(dòng)。其設(shè)計(jì)過(guò)程如下。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)加工需要，該系統(tǒng)的工作循環(huán)是：快速前進(jìn) 工作進(jìn)給快速退回 原位停止。

調(diào)查研究及計(jì)算結(jié)果表明，快進(jìn)、快退速度約為4．5m／min，工進(jìn)速度應(yīng)能在20—120mm／min范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，最大行程為400mm(其中工進(jìn)行程為180

mm)，在進(jìn)給方向最大切削力18

kN，運(yùn)動(dòng)部件自重為25

kN，啟動(dòng)換向時(shí)間=0.05

s，采用水平放置的平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)動(dòng)摩擦系數(shù)

=0．1 ，油缸機(jī)械效率 取0．9。啟動(dòng)加速階段第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算查設(shè)計(jì)手冊(cè)，按液壓缸內(nèi)徑系列將以上計(jì)算值圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取

D=100mm。為了實(shí)現(xiàn)快進(jìn)速度與快退速度相等，采用差動(dòng)連接，則d=0．707D，所以d=0．707x100

mm=70mm。同樣圓整成標(biāo)準(zhǔn)系列活塞直徑，取

d=70mm。由D=100mm，d=70mm算出液壓缸無(wú)桿腔有效作用面積為A1=78.5cm2，有桿腔有效作用面積為A2=40.1

cm2。工進(jìn)若采用調(diào)速閥調(diào)速，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qmin=0.05

L／min，因最小工進(jìn)速度vmin=20

mm／min，則：初選液壓缸的工作壓力由負(fù)載值大小查表9．3，參考同類型組合機(jī)床，取液壓缸工作壓力為3

MPa。確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)由表9．6看出，最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=22.778

N，則有：第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算因此能滿足低速穩(wěn)定性要求。3．計(jì)算液壓缸的工作壓力、流量和功率(1)計(jì)算工作壓力

根據(jù)表9．5，本系統(tǒng)的背壓估計(jì)值可在0.5－0．8

MPa范圍內(nèi)選取，故暫定：工進(jìn)時(shí)Pb=0.8MPa；快速運(yùn)動(dòng)時(shí)Pb=0.5

MPa。液壓缸在

工作循環(huán)各階段的工作壓力P1，即可按式(9．11)、(9．12)或(9．13)計(jì)算：差動(dòng)快進(jìn)階段:第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算（2）計(jì)算液壓缸的輸入流量因快進(jìn)快退速度V=0．075

m／s，最大工進(jìn)速度V2=0.002

m／s,則液壓缸各階段的輸入流量為：第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算9．7．4擬定系統(tǒng)原理圖根據(jù)鉆鏜兩用組合機(jī)床的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，該機(jī)床對(duì)調(diào)整范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。第九章

液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算1．速度控制回路的選擇本機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性，故采用調(diào)速閥調(diào)速。有三種方案可供選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的調(diào)速。本系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出；鉆鏜屬于連續(xù)切削加工，切削力變化不大，而且是正負(fù)載，在其它條件相同的情況下，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速比出口節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度，故本機(jī)床液壓