液压与气压传动高职

2）选择执行元件，进行工况分析。

3）明确系统的主要参数。

4）拟定液压系统原理图。

5）液压元件的计算和选择。

6）液压系统性能的验算。

7）绘制正式工作图和编制技术文件。一、明确设计要求

1）明确主机对液压系统的动作和性能要求。

2）明确液压系统的工作条件和环境。

二、工况分析1.运动分析

用速度循环图把执行元件在一个工作循环内的速度表示出来。第1页/共33页第一页，共34页。

一般用速度—时间或速度—位移曲线表示。2.负载分析（1）工作负载

对于切削机床沿液压缸轴线方向的切削力为工作负载。工作负载与缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。（2）导轨摩擦负载指执行元件驱动运动部件时所克服的导轨或支承面上的摩擦阻力。平导轨：第2页/共33页第二页，共34页。V形导轨：（3）惯性负载

指运动部件在启动加速或制动减速以及在运动速度发生变化的过程中产生的惯性力。加速时取正值，减速时取负值。（4）重力负载

垂直或倾斜放置的运动部件其重量也成为一种负载。（5）密封摩擦负载

指装有密封装置的零件在相对运动中产生的摩擦力。第3页/共33页第三页，共34页。

在未完成系统设计之前，一般按经验取若将计入缸的机械效率中，常取～～（6）背压负载

指缸回油腔背压所产生的阻力。在系统方案及缸结构尚未确定之前，其负载可暂不考虑。液压缸各阶段的负载：1）起动加速阶段

2）快速阶段

3）工进阶段

4）制动减速阶段第4页/共33页第四页，共34页。

三、确定主要参数

1）可根据执行元件负载图中的最大负载选取；

2）根据液压设备的类型选取。液压缸工作压力选定后，就可计算缸的有效面积和主要结构尺寸。

从满足负载要求计算缸的有效面积：验算缸的最低工作速度能否达到要求：

如果不能满足要求，必须加大缸的有效面积，再复算缸的内径、活塞杆直径及工作压力缸的最大工作流量：1.初选执行元件的工作压力2.液压缸的工作流量第5页/共33页第五页，共34页。

工况图包括：压力循环图流量循环图功率循环图

工况图的用途：1）反映整个工作循环中的系统压力、流量和功率的最大值及分布情况，为选择泵、阀和电机等提供依据。

2）对合理选择系统的主要回路有指导意义。

3）可评定出各工作阶段所确定参数的合理性。3.绘制执行元件的工况图第6页/共33页第六页，共34页。

四、液压系统原理图的拟定

（1）调速回路选择:根据速度调节范围，功率大小，速度稳定性系统允许温升及经济性等因素考虑选择。

（2）快速回路和速度换接回路选择：参考表7-4，表7-5。在选择速度换接回路时，要考虑换接的位置精度及换接时的平稳性要求。

（3）选择其他回路：如启停、卸荷、调压等辅助回路。

1.液压回路的选择2.液压系统的合成1）在保证系统性能要求的前提下，尽可能去掉多余元件，力求系统结构简单，尽量选用标准件，品种规格要少。

2）避免各回路的干扰，保证工作循环中每个动作安全可靠。

3）合理布置测压点，便于维护和检测。

4）确保系统安全可靠。

5）尽可能使系统经济合理，提高系统的效率，减少发热。第7页/共33页第七页，共34页。

五、液压元件的计算和选择1.液压泵的选择（1）计算液压泵的最大工作压力式中—液执行元件的最大工作压力；

—进油路上总的压力损失，（2）计算液压泵的流量式中—同时工作的执行元件所需流量之和的最大值。

—系统泄漏系数，一般去1.1～1.3第8页/共33页第八页，共34页。若系统设有蓄能器，泵的流量按一个工作循环中的平均流量选取

式中—整个工作循环中第i阶段所需流量；

—第i阶段持续时间；

—整个工作循环的周期；

—整个工作循环的阶段数。（3）选择液压泵的规格液压泵应有一定的压力储备量，其额定压力值应比计算值高25%

～60%，泵的流量应与系统所需的最大流量相适应。第9页/共33页第九页，共34页。2.选择驱动液压泵的电动机1）在整个工作循环中，泵的压力和流量在较多时间内均达到最大工作数值时，电动机功率为式中—液压泵的最大工作压力；

—液压泵的输出的流量；

—液压泵的总效率。

2）限压式变量叶片泵的驱动功率，按实际压力流量特性曲线拐点处功率计算。3）在一个工作循环中，泵的功率变化较大，且最高功率点持续时间很短时，可根据电机的允许温升选取电机功率。先计算出各阶段的功率，然后取其平均。第10页/共33页第十页，共34页。式中—整个工作循环中各阶段的所需功率；

—工作循环中各阶段所需的时间。3.选择阀类元件

选择阀的规格根据系统中的最高工作压力和通过阀的实际流量来选择。同时结合使用要求确定阀的操纵方式、安装方式、压力损失大小及工作寿命等各项性能，在产品样本中选取。

注意：

1）尽量选择标准定型产品。

2）溢流阀应按泵的最大流量选取。

3）流量阀应按系统中速度调节范围来选取。

4）控制阀的额定流量应比管路实际通过的流量稍大些。第11页/共33页第十一页，共34页。5）注意差动缸由于面积差形成的不同回油量对控制阀的影响。

6）注意压力继电器的条件范围。4.选择液压辅助元件

2）油管壁厚的计算

式中—管内工作压力；

—油管材料的许用应力

（1）油管尺寸的计算

一般根据液压元件的连接尺寸确定。1）油管内径的计算式中

—通过油管的最大流量；

—管内允许流速。第12页/共33页第十二页，共34页。（2）油箱容积的确定

既有储油又有散热作用，必须有足够的容积和散热面积，油箱容积可按第五章经验公式计算。

六、液压系统性能验算1.系统压力损失的验算

式中—系统进、回油管路沿程压力损失之和；

—系统中各种局部压力损失之和；

—系统中阀类元件的局部压力损失之和。第13页/共33页第十三页，共34页。

注意：1）进油路和回油路上的压力损失分别计算，并将回油路上的压力损失折算到进油路上去。

2）流经节流阀、调速阀时，应保证的最小压力降和流经背压阀时的压力损失与通过流量基本无关，不需折算。

3）执行元件在快、慢速工况时，应分别计算。2.系统发热温升的验算

油温升高会使油液粘度减小，泄漏增加，容积效率下降，油液变质，运动件动作失灵，影响正常工作。因此，必须将油温控制在允许范围内。系统工作一段时间后，发热量与散热量相等，即达到热平衡。第14页/共33页第十四页，共34页。（1）发热量计算：系统总发热量产生于系统的功率损失

式中—系统实际输入功率（即泵的输入功率）；

—液压执行元件输出功率；

—系统总效率。（2）通过油箱散到空气中的热量

式中—散热系数；

—油箱散热面积；

—液压系统温升，即油温与环境温度之差。第15页/共33页第十五页，共34页。

当油箱三个边长之比在1:1:1～1:2:3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，散热面积可近似用下式计算：当系统达到热平衡时，即，系统的温升为七、绘制正式工作图和编制技术文件

1.绘制工作图

1）液压系统原理图：液压元件明细表、执行元件工作循环图、电磁铁动作顺序表。

式中—油箱的有效容积。第16页/共33页第十六页，共34页。

2.编写技术文件3）非标准件的装配图和零件图。

内容：

液压系统设计计算说明书；液压系统原理图；液压系统的使用及维护技术说明书；零部件目录表；标准件、通用件及外购件汇总表等。2）液压系统装配图：泵站装配图、集成油路装配图、管路安装图。第17页/共33页第十七页，共34页。第二节液压系统设计计算实例题目：设计一台专用铣床液压系统一、明确液压系统设计要求

专用铣床工作台重量为3000Ｎ，工作及夹具最大重量为1000Ｎ，切削力最大达9000Ｎ，工作台的快进速度为4.5m/min，进给速度为0.06～，行程为0.4m，工作台往复运动的加速、减速时间为0.05s，假定工作台采用平面导轨，其摩擦因数、，试设计、计算该液压系统。、二、液压系统的工况分析工作台作往复直线运动，要求的工艺过程：快进→工进→快退。

第18页/共33页第十八页，共34页。

快进速度,取快退速度与快进速度相同，即

。2．负载分析

工作负载：惯性负载：

摩擦阻力负载：

不同工况分别计算，其结果见表，并绘制液压缸负载循环图。1.速度分析第19页/共33页第十九页，共34页。

液压缸工作压力-0.15制动0.285平稳运行1启动回程0.4585制动3.84平稳运行工进0.2734平稳运行0.965启动快进液压缸工作压力/MPa

工作阶段第20页/共33页第二十页，共34页。

三、确定主要参数1.选择工作压力

参考表3-1及表3-2选取液压缸工作压力2.确定液压缸内径D和活塞杆直径d

采用单泵供油（定量泵），单活塞杆式液压缸差动连接实现快进。由于工作台在制动阶段承受负值负载，故采用回油节流调速，可获得良好的工作平稳性。

由活塞受力平衡关系知：

式中：

为液压缸工作压力；

为背压，由表7-2取1MPa；

第21页/共33页第二十一页，共34页。D为液压缸内径；d为活塞杆直径，由于快进采用差动连接，且取快进与快退速度相同，故d=0.707D；取0.92。解得：液压缸内径尺寸系列圆整为：于是有：按液压缸活塞杆外径尺寸系列圆整为：（3）计算执行元件所需流量

快进时，采用差动回路，其流量为：工进时，采用回油节流调节速回路，流量为：第22页/共33页第二十二页，共34页。快速退回时，流量为：

由此算得：

液压缸压力循环图

液压缸流量循环图根据上述三部分计算，可得工作台液压驱动系统的压力循环图和流量循环图第23页/共33页第二十三页，共34页。

四、拟定系统原理图，选择液压元件

采用单个定量泵供油，单活塞杆式液压缸差动连接实现执行元件快速进给；采用二位三通电磁换向阀实现快进与工进速度的切换，回油节流调速回路实现工进速度调节；用三位四通M型中位机能电磁换向阀实现进给与快退的换向。停机时，换向阀处于中位，泵卸荷，并可保证机床在任意位置能停车。第24页/共33页第二十四页，共34页。工况电磁铁1YA2YA3YA快进＋－＋工进＋－－快退－＋－停止－－－

电磁铁动作顺序表

第25页/共33页第二十五页，共34页。1.确定液压泵的规格，选择驱动电机

（1）泵的工作压力

（2）液压泵的流量

根据计算求得的和选择结构简单、压力脉动小、工作可靠的YB1-6型叶片泵。排量为6mL/r，转速为1450r/min，驱动功率为1.5kW。考虑到泵的容积效率等因素，额定流量与计算相当，满足使用要求。（3）确定电机功率选额定功率为1.1KW的标准型号电动机。按工作循环最高功率点确定电机功率。第26页/共33页第二十六页，共34页。

6.31034D－10BM三位四通电磁换向阀16XU－16×80J过滤器66.3AQF3－6bB单向调速阀5106.34103序号23D－10B二位三通电磁换向阀160.5～7DT－02－B－221溢流阀28.76.3YB1－6液压泵型号元件名称压力流量

2.确定各类控制阀

主要元件明细表校核调速阀的最小流量，工进时液压缸回油量：

第27页/共33页第二十七页，共34页。系统中一般管道的通径按所连接元件的通径选取。油箱容积：

五、验算系统性能液压泵的总输入功率为1.1kW，故液压泵的功率损失为：溢流功率损失：

3.确定其它液压辅件

2.验算系统温升

1.压力损失验算本系统较为简单，控制阀类较少，故压力损失验算略。第28页/共33页第二十八页，共34页。节流功率损失验算略。系统的温升：

△T加上环境温度高于最高允许温度，故应加大油箱容量（或在系统中增设冷却装置）。在油箱尺寸的高、宽、长之比为1:1:1～1:2:3，油面高度达到油箱高度的0.8时：油箱的散热面积：

第29页/共33页第二十九页，共34页。

第三节液压CAD技术简介

液压系统计算机辅助设计（液压CAD）在液压技术领域的应用正在日益发展，下面对液压C