液压与气压传动课程设计指导书(参考)

1、液压与气压传动课程设计指导书王昭春沈阳化工大学科亚学院机械与交通工程系2015.5II目录 第1章 概述11.1 课程设计的目的11.2 课程设计内容11.3 课程设计的一般步骤11.4 课程设计要求及完成工作量21.5课程设计的注意事项2第2章 液压与气压传动设计42.1 明确设计要求42.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数42.2.1 载荷的组成和计算42.2.2 初选系统工作压力62.2.3 确定执行元件的主要结构参数72. 2.4 计算液压缸或液压马达所需流量72.2.5 绘制液压系统工况图82.3 制定基本方案和绘制液压系统图82.3.1 制定基本方案82.3.2 绘制液压系统

2、图92.4 液压元件的选择与专用件设计92.4.1液压泵的选择92.4.2液压阀的选择112.4.3 辅助元件的选择112.4.4 液压装置总体布局132.4.5 液压阀的配置形式132.4.6 集成块设计132.5 液压系统性能验算142.5.1 液压系统压力损失142.5.2 计算液压系统的发热功率152.5.3 计篡液压系统冲击压力162.6 绘制正式工作图，编写技术文件162.7 液压与气压传动系统设计题例半自动液压专用铣床液压系统的设计162.7.1 设计内容及要求162.7.2 设计方法与步骤17第3章 课程设计参考资料283.1 液压缸283.1.1 液压缸安装形式283.1.2

3、 液压缸主要参数及尺寸的确定293.1.3 液压缸结构设计353.1.3 总体尺寸确定413.2 油箱423.2.1 油箱容积423.2.2 油箱的结构设计443.2. 3 油箱的防噪音问题453.2. 4 其它应注意事项453.3 液压泵装置463.3.1 液压泵的安装方式463.3.2 液压泵与电机的联接473.3.3 绘制液压泵组工作图473.4 辅助元件483.4.1 滤油器483.4.2 油位指示器493.4.3 空气滤清器493.4.4 温度计493.4.5 压力表与压力传感器50参考文献5151第1章 概述1.1 课程设计的目的液压与气压传动与机械传动、电气传动并列为当代三大传动

4、形式，是现代发展起来的一门新技术。“液压与气压传动”课程是工科机械类各专业的一门重要课程，它既是一门理论课，又与实际有密切联系。其课程设计是液压与气压传动课程的一个重要的实践性教学环节，通过这个教学环节要求达到以下目的： 1、综合运用液压与气压传动课程及其它有关先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压与气压传动设计实践，巩固和深化已学的液压与气压传动基本知识、原理和基本回路等理论知识； 2、掌握液压与气压传动系统设计计算的一般方法和步骤； 3、能正确地、合理地确定执行机构的结构形式，能合理选用各种标准液压元件并能运用基本回路合理地组合成满足设计要求的液压系统，提高分析和解决生产实际问题的能力

5、； 4、能熟悉并会运用设计资料(包括设计手册、产品样本、标准和规范)，培养学生成为一个工程技术人员进行必须具备的基本技能训练。1.2 课程设计内容 液压与气压传动课程设计一般应包括以下内容：1、液压与气压传动方案的分析和液压与气压传动原理图的拟定；2、主要液压元件的设计计算和选择(如液压缸、泵站的设计，液压马达、泵阀的选择)；3、液压辅助装置(油箱、滤油器、蓄能器、管路等)的计算、设计或选择；4、液压与气压传动系统的验算和校核；5、液压与气压传动系统图的绘制；6、液压部件装配图、零件工作图的绘制；7、编写设计计算说明书。1.3 课程设计的一般步骤液压与气压传动课程设计可按表11所列的几个阶段步

6、骤进行。表1-1 液压与气压传动课程设计步骤阶段主要内容学时分配参考比例1、设计准备1）阅读和研究设计任务书，明确设计内容和要求，分析设计题目，了解原始数据及工作条件；2）通过调查研究，收集有关资料并进一步熟悉课题；3）阅读本书有关内客，明确设计过程和制订设计进度计划。102、液压与气压传动系统的设计与计算1）分析工况及设计要求，拟定液压与气压传动系统草图； 2）计算液压缸或液压马达的外负载； 3）确定系统的工作压力； 4）确定液压缸或液压马达的将关参数，进行设计计算或选择型号； 5）确定液压泵规格和电机功率及型号； 6）确定各类控制阀； 7）确定油箱容量与结构， 8）确定滤油器、管道、蓄能器

7、、等辅件的参数和规格；9）选择液压油。203、液压缸及液压装置的结构设计1）确定液压缸的结构型式（类型、安装方式、密封形式、缓冲结构、排气装置等）；2）计算液压缸主要零件的强度和刚度；3）完成液压缸的结构设计图和部分零件图(如执行元件为液压马达时，只需按工作能力确定其型号和规格即可)； 4）选择装配方案； 5）绘制部件装配图（阀板或集成块、液压泵和油箱部件)； 6）结构设计强度校核； 7）编写零件目录表。554、编写设计计算说明书及答辩1）系统校核和编写设计计算说明书；2）绘制正式的液压原理图；3）资料整理、答辩或考核。15应当指出，表中所述设计步骤在设计中不是一成不变的。在拟定方案时，甚至在

8、完成各种设计计算时，某些矛盾都可能尚未显露，而当结构形状和具体尺寸表达在图纸上时，这些矛盾才会充分显露出来，故设计时常须作必要的修改，才能逐步完善。因此实际设计工作常常是“由主到次，由粗到细”、“边计算、边画图、边修改”地反复进行的。1.4 课程设计要求及完成工作量1、学生在课程设计进行中要系统复习课本上的理论知识，应当运用液压与气压传动课本上的和其它的理论知识积极思考、独立工作，可收集参考同类资料进行类比分折、理解消化，但不许简单地抄袭。2、要明确设计要求，仔细地读懂题意。对你所要进行设计的液压机器的各种性能、工艺要求、工作循环、运动方式、动作顺序、调速范围、负载变化以及总体布局等应当全面地

9、了解，因为这一切都是设计工作的重要依据。3、液压系统原理图1张（手工绘图/图纸大小A2）。4、部件工作图和零件工作图各一张(手工绘图/图纸大小A3)。5、编写设计计算明说书1份(打印版/装订版)。1.5课程设计的注意事项1、液压与气压传动设计是一项较全面的设计训练，它可以为以后的设计工作打好基础。在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精，这样才能在设计思想、方法和技能各方面都获得较好的锻炼和提高。2、设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。设计是一项复杂、细致的劳动，任何设计都不可能是由设计者脱离前人长期积累的资料而凭空想象出来的。熟悉和利用已有资料，既可避免许多重复工作加快设

10、计进程，同时也是提高设计质量的一个重要保证。善于掌握和使用各种资料，合理地选用已有的经验设计数据，也是培养设计工作能力的重要方面。另外，任何新的设计任务又总是有其特定的设计要求和具体工作条件，因而又不能盲目地、机械地抄袭资料，而必须具体分析，创造性地进行设计，使设计质量和设计能力都获得提高。3、设计过程中要注意随时整理计算结果，并在设计稿本上记下重要的论据、结果、参考资料的来源和出处，以及需要进一步探讨的问题等等，使设计的各方面部做到有理有据，这对设计的正常进行，阶段自我检查和编写设计计算说明书都是必要的。4、绘图工作必须严格遵照国家标准和有关部颁标准。机械制图按GB/T44574460198

11、4、GB/Tl311983；公差配合按GB/Tl80018041979；形状和位置公差按GB/T35051983和GB/Tl9581980；表面粗糙度按GB/T35051983和GB/T10311983，其它内容如螺纹、齿轮等均应贯彻国家现行的有关标准。第2章 液压与气压传动设计液压与气压系统是液压与气压机械的一个组成部分，在着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压与气压传动的优点、力求设计出结构简单、工作可取、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压与气压传动系统。2.1 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计

12、之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此之间的关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程度、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；8）对效率、成本等方而的要求。2.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数 通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数

13、是压力和流量，它们是设计液压系统，选取液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。2.2.1 载荷的组成和计算2.2.1.1液压缸的载荷组成与计算图2.2-1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其中Fw是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。图2.2-1 液压系统计算简图作用在活塞杆上的外部载荷Fw包括工作裁荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力。（1）工作载荷Fg常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。

14、（2）导轨摩擦载荷 对于平导轨对于V型导轨 式中：G 运动部件所受的重力(N)； 外载荷作用于导轨上的正压力（N）；摩擦系数，见表2.2-1； V型导轨的夹角，般为90°。表2.2-1 摩擦系数导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数滑动导轨铸铁对铸铁起动时0.150.20低速（v<0.16m/s）0.10.12高速（v>0.16m/s）0.050.08滚动导轨铸铁对滚柱（珠）0.0050.02淬火钢导轨对滚柱0.0030.006静压导轨铸铁0.005（3）惯性载荷 式中：重力加速度； 速度变化量；起动或制动时间。一般机械=0.10.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件

15、取大值。行走机械一般取=0.51.5m/s2。以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷Fw。起动加速时 稳态运动时 减速制动时 工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0。除外载荷Fw外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 式中：液压缸的机械效率，一般取0.900.95。 2.2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算（1）工作载荷力矩Td 常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩，液压卷筒的阻力矩等。 （2）轴颈摩擦力矩Tf 式中：G旋转部件施加于轴径上的的径向力； 摩擦系数，参考表2.21选用； r旋转

16、轴的半径。 （3）惯性力矩Tm式中：角加速度； 角速度变化量； 起动或制动时间； J回转部件的转动惯量。起动加速时 稳定运行时 减速制动时 计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率（）。根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。2.2.2 初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得越高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封

17、、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表2.2-2和表2.2-3。表2.2-2 按负载选择工作压力负载F（kN）<5510102020303050>50工作压力P（MPa）<0.811.522.533445>57表2.2-3 各种设备常用系统工作压力设备类型磨床车、铣、镗床组合机床龙门刨床、拉床汽车、矿用机械、农业机械大中型挖掘机械、起重运输机械、液压机工作压力（MPa）0. 82243510101620302.2.3 确定执行元件的主要结构参数（1）液压缸主

18、要结构尺寸的确定液压缸的主要结构尺寸的确定可参照第3章3.1.2。对有低速运动要求的系统(如精镗机床的进给液压系统)，尚需对液压缸的有效工作面积A进行验算，即应保证； 式中：控制执行元件速度的流量阀的最小稳定流量，可从液压阀产品样本上查得； 液压缸要求达到的最低工作速度。 验算结果若不能满足上式，则说明按所设计的结构尺寸和方案达不到所需的低速，必须修改设计。（2）液压马达主要参数的确定液压马达的排量为 式中：液压马达的载荷转矩逆(N·m)；液压马达的进出口压差(Pa)。液压马达的机械效率，一般取。求得排量V值后，从产品样本中选择液压马达的型号。计算出的液压马达的排量V也必须满足最低稳

19、定速度的要求。2. 2.4 计算液压缸或液压马达所需流量 （1）液压缸工作时所需流量 式中：液压缸有效作用面积(m2)； 活塞与缸体的相对速度(m/s)。 （2）液压马达的流量式中：V液压马达排量(m3r)；n液压马达的转速(rs)。2.2.5 绘制液压系统工况图 工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。它们是调整系统参数、选择液压泵、阀等元件的依据。 1)压力循环图(pt)图 通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小，倒求出液压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把它们绘制成 (pt)图。 2)流量循环图(qt)图 根据已确定的液压缸有效工作面积或液压马达的排量

20、，结合其运动速度算出它在工作循环小每阶段的实际流量，把它绘制成(qt)图。若系统有多个液压执行元件同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘出总的流量循环图。3)功率循环图(Pt)图绘出压力循环图和总流量循环图后，根据，即可绘出系统的功率循环图。2.3 制定基本方案和绘制液压系统图2.3.1 制定基本方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题：方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。（1）制定调速控制方案 速度控制通过改变液压执行

21、元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用溢流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高

22、，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式，闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通、形成一个封闭的循环回赂。其结构紧凑，但散热条件差。（2）制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有

23、的需要多级或无级连续地调节压力。一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力并保持但定。在容积调速系统中，用变量泵供油。用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵，液压执行元件在丁作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 （3）制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序远行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。

24、加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到定位胃时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床，挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下个动作。 （4）选择液压动力源 液压源的核心是液压泵。节

25、流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积凋速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的

26、过滤器。根据液压设备所处环境及村温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。2.3.2 绘制液压系统图 整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。 为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要增设必要的检测元件(如压力表、温度计等)。 大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主机连续工作。 各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系

27、统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。2.4 液压元件的选择与专用件设计2.4.1液压泵的选择 （1）确定液压泵的最大工作压力式中： 液压缸或液压马达最大工作压力； 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。的准确计算要待元件选定并给出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流量不大的，取；管路复杂，进口有调速阀的，取。（2）确定液压泵的流量 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 式中：系统泄漏系数，一般取=1.11.3，大流量取大值，小流量取小值；同时动作的液压缸或液压马

28、达的最大总流量。可从（qt）图上查得。对于在工作过程中用节流调速的系统还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3s。系统使用蓄能器作辅助动力源时式中： 液压设备工作周期(s)；每个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量(m3)； z液压缸或液压马达的个数。（3）选择液压泵的规格型号 根据以上求得的和值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大2560。（4）选择驱动液压泵的电动机 1）在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，即(pt)、（qt）图变化较平缓，则 式中：液压泵的最

29、大工作压力(Pa)；液压泵的流量(m3s)；液压泵的总效率，参考表2.41选择。表2.4-1 液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.600.700.650.800.600.750.800.852）限压式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下，可取，。 则 式中：液压泵的最大工作压力(Pa)； 液压泵的额定流量(m3s)。3）在工作循环中，如果液压泵的流量和压力变化较大，即(qt)、(pt)曲线起伏变化较大。则须分别计其出各个动作阶段内所需功率。驱动功率取其平均功率 式中：、一个循环小每动作阶段内所需的时间(s)；、一个循环中每功作阶段内所

30、需的功率(W)。在选择电动机时，应将求得的值与各工作阶段的最大功率值比较，若最大功率符合电动机短时超载25的范围，则按平均功率选择电动机；否则应按最大功率选择电动机。应该指出，确定液压泵的原动机时，一定要同时考虑功率和转速两个因素。对电动机来说，除电动机功率满足泵的需要外，电动机的同步转速不应高出泵的额定转速。例如，泵的额定转速为1 000r/min，则电动机的同步转速亦应为1 000r/min，当然，若选择同步转速为750r/min的电动机，并且泵的流量能满足系统需要时是可以的。同理，对内燃机来说也不要使泵的实际转速高于其额定转速。2.4.2液压阀的选择（1）阀的规格根据系统的工作压力和实际

31、通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20以内的短时间过流量。（2）阀的型式按安装和操作方式选择。2.4.3 辅助元件的选择 （1）蓄能器的选择 在液压系统中，蓄能器的作用是用来储存压力能，也用于减小液压冲击和吸收压力脉动。在选择时可根据蓄能器在液压系统中所起作用，相应地确定其容量；具体可参阅教材液压与气压传动第6章液压与气压传动辅助元件章节内容和相关手册。 （2）过滤器的选译 过滤器是保持工作介质清洁，使系统正常工作所不可缺

32、少的辅助元件。过滤器应根据其在系统中所处部位及所保护元件对工作介质的过滤精度要求、工作压力、过流能力及其它性能要求而定，通常应注意以下几点： 1）其过滤精度要满足被保护元件或系统对工作介质清洁度的要求； 2）过流能力应大于或等于实际通过的流量的2倍； 3）过滤器的耐压应大于其安装部位的系统压力；4）适用的场合一般按产品样本上的说明。（3）油箱的设计 液压系统中油箱的作用是：储油，保证供给系统充分的油液；散热液压系统中由于能量损失所转换的热量大部分由油箱表面散选；沉淀油中的杂质；分离油中的气泡，净化油液。在油箱的设计中具体可参阅液压与气压传动第6章液压与气压传动辅助元件章节内容和相关手册。 （4

33、）冷却器的选择液压系统如果依靠自然冷却不能保证油温维持在限定的最高温度之下，就需装设冷却器进行强制冷却。 冷却器有水冷和风冷两种。对冷却器的选择主要是根据其热交换量来确定其散热面积及其所需的冷却介质量。具体可参阅液压与气压传动第6章液压与气压传动辅助元件章节内容和相关手册。 （5）加热器的选择 环境温度过低，使油温低于正常工作温度的下限，则须安装加热器。具体加热方法有蒸汽加热、电加热、管道加热。通常采用电加热器。 使用电加热器时单个加热器的容量不能选得太大；如功率不够，可多装几个加热器，且加热管部分应全部浸入油中。 根据油的温升和加热时间及有关参数可计算出加热器的发热功率，然后求出所需电加热器

34、的功率。具体可参阅液压与气压传动第6章液压与气压传动辅助元件章节内容和相关手册。（6）选择的管件 管件包括油管和管接头。管件选择是否恰当，直接关系到系统能否正常工作和能量损失的大小，一般从强度和允许流速两个方面考虑。液压传动系统中所用的油管，主要有钢管、紫铜管、钢丝编织或缠绕橡胶软管、尼龙管和塑料管等。油管的规格尺寸大多由所连接的液压元件接口处尺寸决定，只有对一些重要的管道才验算其内径和壁厚。 1）管道内径计算 式中：q通过管道内的流量(m3s)；管内允许流速(m/s)，见表2.4.2。表2.4-2 允许流速推荐值管道类型推荐流速（m/s）液压泵吸油管0.51.5，一般取1以下液压系统压油管3

35、6，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。 2）管道壁厚的计算 式中： 管道内最高工作压力(Pa)； d管道内径(m)： 管道材料的许用应力(Pa)，； 管道材料的抗拉强度(Pa)； 安全系数，对钢管来说，时，取；时，取；时，取。2.4.4 液压装置总体布局 液压系统总体布局有集中式、分散式。 集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备，一般都是采用集中供油方式。分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地

36、方。机床、工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构。2.4.5 液压阀的配置形式（1）板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在乎板上，板上钻有与阀口对应的孔，通过管接头连接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。液压实验台等普通采用这种配置。（2）集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安接在集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路作用，这种配置结构紧凑、安装方便。2.4.6 集成块设计（1）块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢、低压固定设备可用铸铁，高压强振场合要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。对于较简单的液压系统，其阀件较

37、少、可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制阀较多，就要采取多个集成块叠积的形式。相互叠积的集成块，上下面一般为叠积接合面。钻有公共压力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4个用以叠积紧固的螺栓孔。 P孔，液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔P，作为供给各单元回路压力油的公用油源。 T孔，各单元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。L孔，各液压阀的泄漏油，统一通过公用泄漏油孔流回油箱。集成块的其余四个表面，一般后面接通液压执行元件的油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图的要求，钻有沟通各阀的孔道。（2）集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要满足阀件的安装，孔道布置及其他工艺要求

38、。为减少工艺孔，缩短孔道长度，阀的安装位置要仔细考虑，使相通油孔尽量在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂的液压系统，需要多个集成块叠积时，一定要保证三个公用油孔的坐标相同，使之叠积起来后形成三个主通道。各通油孔内径要满足允许流速的要求，一般来说，与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。油孔之间的壁厚不能太小，一方而防止使用过程中，由于油的压力而击穿，另一方面避免加工时，因油孔的偏斜而误通。对于中低压系统，不得小于5mm，高压系统应更大些。2.5 液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分

39、析，对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调帮，或采取其他必要的措施。2.5.1 液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损失，总的压力损失为 式中：管道的长度(m)； d管道内径(m)； 液流平均速度(ms)； 液压油密度(kg/m3)； 沿程阻力系数； 局部阻力系数。 、的具体值可参考流体力学有关内容。 式中：阀的额定流量(m3s)； 通过阀的实际流量(m3s)； 阀的额定压力损失Pa)(可从产品样本中查到)。对于泵到执行元件间的压力

40、损失，如果计算出的比选泵时估计的管路损失大得多时，应该重新调整泵及其他有关元件的规格尺寸等参数。系统的调整压力 式中：液压泵的工作压力或支路的调整压力。2.5.2 计算液压系统的发热功率 液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高：液压系统的功率损失主要钉以下几种形式： （1）液压泵的功率损失 式中： 工作循环周期(s)； n投入工作液压缸的台数； 液压泵的输入功率(w)； 各台液压束的总效率； 第t台泵工作时间(s)。 （2）液压执行元件的功率损失式中：液压执行元件的数量； 液压执行元件的输入功率(w) 液压执行元件的效率； 第j个执行元件工作

41、时间(s)。（3）溢流阀的功率损失式中：溢流阀的调整压力(Pa)； 经溢流阀流回油箱的流量(m3s)。 （4）油液流经阀或管路的功率损失式中：通过阀或管路的压力损失(Pa)； 通过阀或管路的流量(m3s)。 由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率2.5.3 计篡液压系统冲击压力压力冲击是由于管道液流速度急剧改变而形成的。例如液压执行元件在高速运动中突然停止，换向阀的迅速开启和关闭，都会产生高于静态值的冲击压力。它不仅伴随产生振动和噪声，而且会因过高的冲击压力而使管路、液压元件遭到破坏。冲击压力可参考液压与气压传动教材进行计算，计算出冲击压力后，此压力与管道的静态压力之和即

42、为此时管道的实际压力。实际压力若比初始设计压力大得多时，要重新校核一下相应部位管道的强度及阀件的承压能力，如不满足，要重新调整。2.6 绘制正式工作图，编写技术文件 所设计的液压系统经过验算后，即可对初步拟定的系统进行修改，并绘制正式工作图和编制技术文件。 （1）绘制正式工作图 正式工作图包括按国家标准绘制正规的系统原理图，系统装配图，阀块等非标准元、辅件的装配图及零件图。 系统原理图中应附有元件明细表，表中标明各元件的规格、型号和压力、流量调整值。一般还应绘出各执行元件的工作循环图和电磁铁动作顺序表。 系统装配图是系统布置全貌的总布置图和管路施工图(管路布置图)。对液压系统应包括油箱装配图、

43、液压泵站装配图、集成油路块装配图和管路安装图等。在管路安装因中应画出各管路的走向、固定装置结构、各种管接头的形式和规格等。 标准元件、辅件和联接件的清单，通常以表格形式给出；同时给出工作介质的品牌、数量及系统对其它配置(加厂房、电源、电线布置、基础施工条件等)的要求。 （2）编制技术文件 必须明确设计任务书，据此检查、考核液压系统是否达到设计要求。 技术文件一般包括系统设计计算说明书；系统使用及维护技术说明书；零部件明细表及标准件、通用件及外购件明细表等；系统有关的其它注意事项。2.7 液压与气压传动系统设计题例半自动液压专用铣床液压系统的设计2.7.1 设计内容及要求 设计一半自动液压专用铣

44、床液压系统，设计内容及要求如下：1、机床类型及动作循环要求 设计一台用成型铣刀在工件上加工出成型面的液压专用铣床。要求机床工作台上一次可安装两只工件并能同时加工。机床的工作循环为：手工上料按电钮自动定位夹紧工作台快进铣削进给工作合快退夹具松开手工卸料。2、机床对液压传动系统的具体参数要求表2.71列出了机床对液压传动系统的具体参数要求。表2.71液压系统参数 液压缸名称负载力（N）移动件重力（N）速度（m/min）行程启动时间运动时间（s）快进工进快退定位液压缸20020101夹紧液压缸400040151进给液压缸2000150060.0356快进工进30080工作台采用平导轨，导轨面的静摩擦

45、系数f0. 2，动摩擦系数f=0. 1。3、机床的制造及技术经济性问题该机床为一般技术改造中自制的专用设备，所以力求结构简单，投产快，工作可靠，主要零部件能适用中小型机械制造工厂的加工能力，配合电气控制可以实现单机半自动化工作2.7.2 设计方法与步骤2.7.2.1 设计准备可按表11所列设计步骤中的有关内容准备。2.7.2.2 液压系统的设计与计算1、分析工况及设计要求，绘制液压系统草图机床工况由题可知为：定位液压缸 夹紧液压缸 工作台进结液压缸快退松 开工进定位拔销夹 紧快进 按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会很大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵、非卸荷式供油

46、系统，考虑到铣削时可能有负的负载力产生，故采用回油节流调速的方法；为提高夹紧力的稳定性与可靠性，夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路，并且不用减压阀，使夹紧油源压力与系统的调整压力一致，以减少液压元件数量，简化系统结构；定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发讯启动工作台液压缸工作，以简化电气发讯与控制系统，提高系统的可靠性综上考虑，绘制出图所示的液压系统草图。系统中采用Y型三位四通阀是为了使工作台能在任意位置停留，并使换向平稳。二位四通阀在1DT失电时，使夹紧液压缸处于夹紧状态，其目的是为了增加安全可靠性，并可以延长电磁铁的寿命。2、计算液压缸的外负载(1

47、)定位液压缸： 已知负载力 F200N(惯性力与摩擦力可以忽略不汁)(2)夹紧液压缸：已知负载力 F4000N(馈性力与摩接力可以忽略不计)。(3)工作台液压缸：有效负载力 Fw2000N (已知)；惯性力（按等加速处理）摩擦力由液压缸的密封阻力与滑台运动时的摩擦力组成。当密封阻力按5有效作用力估算时，总的摩擦阻力故总负载力 3、确定系统的工作压力因为夹紧液压缸的作用力最大，所以可以按其工作负载来选定系统的压力。由本书结构设计参考资料表2.22可以初定系统的压力为0.81MPa，为使液压缸体积紧凑可以取系统压力为P12. 5MPa。4、确定液压缸的几何参数(1)定位液压缸 考虑到液压缸的结构与

48、制造的方便性，以及插销的结构尺寸等因素，可以取D32mm， d16mm(参见表3.1-2、表3.1-4、表3.1-5)。(2)夹紧液压缸 取D=63mm，d32mm (参见表3.1-2、表3.1-6)。4、确定液压缸的几何参数(1)定位液压缸 考虑到液压缸的结构与制造的方便性，以及插销的结构尺寸等因素，可以取D32mm， d16mm(参见表3.1-2、表3.1-4、表3.1-5)。(2)夹紧液压缸 取D=63mm，d32mm (参见表3.1-2、表3.1-6)。(3)进给液压缸因为采用双出杆液压缸，所以按工作压力，可以选杆径d0.3D，代人上式，求得 一般可取背压p 2=0.5MPa(对低压系

49、统而言)，代入上式有：按表3.1-2，表3.1-6取进给液压缸系列化的标准尺寸为：D=63mm，d20mm。5、确定液压泵规格和电动机功率及型号(1)确定液压泵规格(a)确定缸的最大流量：定位液压缸最大流量：夹紧液压缸最大流量：因为有二个夹紫液压缸同时工作，所以 进给液压缸最大流量； (b)确定液压泵流量 由于定位、夹紧、进给液压缸是分时工作的，所以其中某缸的最大流量即是系统的最大理论供油流量。另外考虑到泄漏流量和溢流阀的溢流流量，可以取液压泵流量为系统最大理论流量的1.11.3倍。现取1.2倍值计算，则有 查产品样本，采用低压齿轮泵，选取CBB25型为系统的供油泵。其额定流量为25L/min

50、，额定压力为2.5MPa，额定转速为1450rmin。(c)确定电动机功率及型号电动机功率 按CB-B25型齿轮泵技术规格，查得的驱动电机功率为1.3kW，或取功率略大一点的交流电机。查电动机产品样品，选取电动机型号为JO2-22-4，额定功率为1.5kW，转速为1450r/min。6、确定各类控制阀 系统工作压力为1.5MPa，油泵额定最高压力为2.5MPa，所以可以选取额定压力大或等于2.5MPa的各种元件，其流量按实际情况分别选取。目前中低压系统的液压元件，多按6.3MPa系列的元件选取，所以可以选取。溢流阀的型号为：Y-25B；工作台液压缸换向阀型号为：34D-25Y；快进二位二通电磁

51、阀型号为：22D-25B；调速阀型号为：Q-10B；背压阀型号为B25B；蓄能器供油量仅作为定位夹紧系统在工作台快进、工进与快退时补充泄漏和保持压力之用，其补油量极其有限，所以可以按容积最小的规格选取，现选取NXQ-0.6/10-L型胶囊式蓄能器，当p=15时，其有效补油体积为V=0.07L。滤油器可选用型号为WU-25×180J的网式滤油器，过滤精度为180m。压力表可选用了Y6D型量程6.3MPa的普通精度等级的量表。选用量程较高的压力表可以避免在系统有压力冲击时经常损坏，但量程选得过大会使观察和调整的精度降低。管道通径与材料，阀类一经选定，管道的通径基本上已经决定，这是标准化设

52、计的一大方便。只有在有特殊需要时才按管内平均流速的要求计算管道通径按标准： （1)通径25L/min流量处，选用12通径的管道。10L/min流量处，选用8通径的管道。为便于安装，可以采用紫铜管，扩口接头安装方式。(2)壁厚按强度公式有： 其中，紫铜的25MPa，为安全起见，取p=2.5MPa来计算 所以可以取12、壁厚1mm和8、壁厚0.8mm的紫铜管。考虑到扩口处管子的强度，壁厚可以略有增加，一般按常用紫铜管的规格选取即可（对低压系统而言），对高压系统必须进行计算。7、确定油箱容积与结构因为是低压系统，油箱容积按经验公式计算油箱容积V(24)q现取V=4q4×25100L结构可以采用开式、分立、电动机垂直安装式标准油箱。8、选择液压油该系统为一般金属切削机床液压传动，所以环境温度为-535之间时，一般可以选用20号或30号液压油。冷天用20号液压油，热天用30号液压油。2.7.3 液压缸及液压装置的结构设计1、确定液压缸的结构形式液压缸的结构形式是指它的类型、安置方式、密封形式、缓冲装置、排气装置等。定位和夹紧液压缸均采用单杆、缸体固定形式；为减少缸体与活塞体积、简化结构，采用O形圈密封；由于行程很短，运动部件质量很小，速度也不大，不必考虑缓冲装置；排气螺塞也可以