液压传动系统 第5版 课件 第7、8章 液压系统设计计算；液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行

第七章液压系统设计计算本章主要内容介绍液压传动系统的设计计算程序、内容和方法第七章液压系统设计计算第一节设计计算的内容和步骤第七章液压系统设计计算第二节明确设计依据进行工况分析一、设计依据1.全面了解主机的结构和总体布局右图为常用液压执行元件的工作机构第七章液压系统设计计算第二节明确设计依据进行工况分析2.了解机械对性能的要求（1）机器对负载特性、运动方式和精度的要求；（2）控制方式及自动化程度；（3）驱动方式；（4）循环周期。3.明确液压系统的使用条件和环境情况4.查明机器在安全可靠性和经济性方面对液压系统的要求5.了解、搜集同类型机器的有关技术资料第七章液压系统设计计算二、负载分析及负载循环图（一）液压缸的负载及其负载循环图工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的外负载其中：Fe—工作负载工作负载与机器的工作性质有关，有恒值负载与变值负载Ff—摩擦负载，即液压缸驱动工作机构共作时所要克服的机械摩擦阻力Fi—惯性负载惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力。第七章液压系统设计计算第二节明确设计依据进行工况分析（二）液压马达的负载及其负载循环图工作机构作旋转运动时，液压马达必须克服的负载转矩其中：Te—工作负载转矩有阻力负载和超越负载两种形式Tf—摩擦转矩

旋转部件轴颈出的摩擦转矩Ti—惯性转矩旋转部件加速或减速时产生的惯性转矩第七章液压系统设计计算第二节明确设计依据进行工况分析三、运动分析及运动循环图运动分析就是研究一部机器按工艺要求，以怎样的运动规律完成一个工作循环，并绘制位移循环图（L-t图）和速度循环图（v-t图）。第七章液压系统设计计算第二节明确设计依据进行工况分析第三节确定液压系统主要参数压力和流量是液压系统最主要的两个参数。根据这两个参数计算和选择液压元件、辅件和原动机规格型号一、初选系统压力液压系统的压力既不能选的过高、也不能选的过低设备类型机床农业机械小型工程机械工程机械的辅助机构液压机中、大型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床系统压力（MPa）0.8~23~52~88~1010~1620~32第七章液压系统设计计算二、计算液压缸尺寸或液压马达排量（一）计算液压缸主要尺寸1.单活塞杆液压缸无杆腔为工作腔时：有杆腔为工作腔时：2.双活塞杆液压缸第七章液压系统设计计算第三节确定液压系统主要参数3.背压选择回路特点背压（MPa）回路特点背压（MPa）回油路上没有节流阀0.2~0.5采用补油泵的闭式回路1~1.5回油路上有背压阀或调速阀0.5~1.54.液压缸常用往返速比速比i1.11.21.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.7对于要求工作速度很低的液压缸还需按最低工作速度验算液压缸尺寸，即第七章液压系统设计计算第三节确定液压系统主要参数（二）计算液压马达排量液压马达排量：对于要求工作转速很低的液压马达，按负载转矩计算出的液压马达排量，还需按最低工作速度验算其排量，即第七章液压系统设计计算第三节确定液压系统主要参数三、计算液压缸或液压马达所需流量1.液压缸的最大流量2.液压马达的最大流量第七章液压系统设计计算第三节确定液压系统主要参数四、作出液压缸或液压马达的工况图液压缸或液压马达的工况图是指液压缸或液压马达的压力循环（p-t）图、流量循环（q-t）图和功率循环（p-t）图。液压缸尺寸或液压马达排量确定后，可算出一个循环中p和t对应的数量关系，绘制出液压缸或液压马达

p-t图。通过工况图找出最高压力点、最大流量点和最大功率点及其相应参数，鉴别各工况所选定参数的合理性或进行相应调整，合理地选择系统的主要回路。第七章液压系统设计计算第三节确定液压系统主要参数第四节拟定液压系统图要考虑的主要问题一.确定和选择基本回路：根据各类机械设备具体要求确定二.调速方式的选择：根据压力、流量和功率的大小及对系统温升、工作平稳性的要求来选择调速回路。三.油路循环形式的选择：根据系统的调速方式选择开式或闭式回路四.综合考虑其它问题注意防止回路间可能存在的相互干扰；提高系统效率，防止系统过热；防止液压冲击；

确保系统安全可靠；应尽量采用标准化、通用化元件；注意辅助回路的设计第七章液压系统设计计算第五节液压元件的选择一、液压执行元件的选择液压缸：应根据负载和运动方式综合考虑液压缸的主要尺寸、安装形式和占用空间的大小、重量、刚度、成本和密封性液压马达：应根据马达排量、转矩、压力等参数综合考虑占用空间安装条件等第七章液压系统设计计算二、液压泵选择1.确定液压泵的工作压力：2.确定液压泵的流量多液压缸或马达同时动作：采用差动液压缸回路时：当系统使用蓄能器时：3.选择液压泵的规格选取液压泵额定压力时应比系统最高压力大25%~60%4.确定驱动液压泵的功率第七章液压系统设计计算第五节液压元件的选择三、控制阀的选择1.确定通过阀的实际流量2.注意单活塞杆液压缸两腔回油的差异3.控制阀的使用压力、流量不要超过其额定值4.注意单向阀开启压力的合理选择5.注意合理选用液控单向阀的泄压方式6.注意电磁换向阀和电液换向阀的应用场合7.要注意先导式减压阀的泄漏量比其他控制阀大的情况8.注意节流阀、调速阀的最小稳定流量符合要求9.注意卸荷溢流阀与外控顺序阀作卸荷阀的区别10.注意滑阀的过渡状态机能第七章液压系统设计计算第五节液压元件的选择四、蓄能器的选择补充液压泵供油不足时蓄能器容积：作应急能源时蓄能器的有效容积：五、管道的选择1.管道种类的选择：根据压力选择钢管、铜管等2.管接头的选择：

管接头应具有足够的通流能力和较小的压力损失，并可以装卸方便、连接牢固、密封可靠3.管道内径的确定：4.管道壁厚的确定：

第七章液压系统设计计算第五节液压元件的选择六、确定油箱容量1.按经验公式确定：低压系统α=2-4；高压系统α=5-72.按发热量计算公式确定：根据油液的允许温升和系统发热量计算。七、滤油器的选择依据过滤精度、通油能力、工作压力、允许压降等选择。八、液压油的选用

根据系统压力的高低、环境温度的高低、工作部件运动速度的大小和液压泵对液压油粘度的要求选择第七章液压系统设计计算第五节液压元件的选择第六节液压系统性能验算一、系统压力损失计算其中二、系统效率计算液压系统的效率是系统输出功率与其输入功率之比第七章液压系统设计计算三、液压系统发热计算系统的总发热Q可按下式估算如能计算出液压系统的总效率，也可按下式估算系统的总发热量当只考虑油箱散热时，其散热量可按下式计算第七章液压系统设计计算第六节液压系统性能验算第七节液压装置结构设计及编制技术文件一、液压装置的结构设计（一）液压装置的结构形式可分为集中配置和分散配置两种形式。集中配置是将系统的动力源、控制及调节装置集中安装于主机外；分散配置是将系统的动力源、控制及调节装置按主机的布局分散安装。（二）液压元件的配置形式

可分为板式配置与集成式配置两种。板式配置是把标准元件与其底板用螺钉固定在平板上，集成式配置是借助某种专用或通用的辅助件，把元件组合在一起。

（三）管路连接方式

粘合式连接板、整体钻孔或铸造式连接板（四）液压装置结构设计的内容

液压装置的结构设计，是泛指液压系统中需自行设计的那些零、部件的技术设计的统称。第七章液压系统设计计算第七节液压装置结构设计及编制技术文件二、绘制正式工作图和编制技术文件正式工作图一般包括正式的液压系统图，非标准液压元件、辅件的零件图及其装配图和整个液压装置的装配图。1.初拟液压系统图，绘制正式液压系统图2.绘制液压装置装配图3.编制技术文件第七章液压系统设计计算第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行本章主要内容介绍影响液压系统正常工作的污染、泄漏、噪声和爬行几个主要问题，分析了产生这些问题原因，介绍了治理办法。

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行第一节液压系统的污染一、污染物形态及危害

1.固体颗粒包括元件加工和组装过程中未清除掉的金属切屑、焊渣和型砂等，系统工作中产生的磨屑和锈蚀剥落物，以及油液氧化和分解产生的沉淀物等其危害是加速元件的磨损，导致元件性能下降；堵塞阀的间隙和小孔，引起阀的故障等2.水和空气水的危害作用是腐蚀金属表面；加速油液氧化变质空气混入油液中会降低油液的体积弹性模量，降低油液的刚度，并引起气蚀现象第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行一、污染物形态及危害3.化学污染物常见的化学污染物有溶剂、表面活性化合物和油液氧化分解物等其中有的化合物与水反应形成酸类，对金属表面产生腐蚀作用4.微生物在水基工作液体和含有水的石油型液压油中微生物易于生存和繁殖。大量微生物的生成将引起油液变质劣化，降低油液的润滑性能，以及加速元件的腐蚀5.污染能量液压系统内的热能、静电、磁场和放射线等能量往往对系统产生有害的影响。例如系统内过高的热能使温度超过规定的限度，使油液粘度降低，泄漏增大，甚至使油液变质。第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行

二.污染物的控制1.残留污染物的清除

液压元件加工制造过程中每一个工序都应采取净化措施，如去毛刺，清洗等；装配前和装配后也要严格清洗和检验。2.防止污染物的侵入在液压系统工作过程中，外界的污染物通过各个渠道侵入系统，如通过油箱呼吸孔、液压缸的密封装置及注入的新油液带入的污染物等。3.油液污染度、油液的过滤与净化

油液污染度：用来描述和评定液压油液被污染的程度，现采用国际标准IS04406和美国NASl638油液污染度等级标准油液的过滤与净化：控制油液污染度的重要措施是在液压系统中安装滤油器，滤油器的作用是在系统工作中不断滤除内部产生的和外界侵入的污染物，使油液得以净化。第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行第二节液压系统的泄漏一.泄漏及其危害

1.定义液压系统中的工作液体是在液压元件及管路中流动或暂存，然而由于压力和间隙等种种原因，仍有少量液体从密闭的容腔流出来，这种现象称为泄漏。若液压元件内部有少量液体从高压腔泄漏到低压腔称为内泄漏，从元件或管路中向外部泄漏称为外泄漏。2.泄漏的危害泄漏是一个不可忽视的问题。泄漏会使系统压力调不高，执行元件速度不稳定，浪费油液，消耗能量，降低系统效率、油温升高，污染环境，外泄漏还可能引起火灾，可见，泄漏治理不好会影响液压技术的应用和发展。第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行

二.泄漏的治理1.固定密封处的外泄漏及治理对螺纹联接件，要合理选用，注意类型和使用条件，管接头的加工质量和装配质量应严格符合规范要求。各接合面紧固螺栓要有足够的拧紧力矩且要相等。多个阀块连接时，应避免用过长的螺栓连接。为减少因冲击和振动使管接头等部位松动引起的泄漏，要用减震支架固定管路。装配时应十分注意各密封部位及密封圈的清洁度，并按规定方法正确安装，防止密封圈在装配时损坏。强调良好的配管作业，避免管接头和法兰连接件装配不良第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行

二.泄漏的治理

2.运动密封处的外泄漏及治理运动密封表现在轴向滑动表面密封和转动表面密封。消除活塞杆和驱动轴密封上的侧载荷。用防尘圈和防护罩保护活塞杆，防止磨料性粉尘。使活塞杆和转轴的运动速度尽可能低。相对运动表面的几何精度和表面粗糙度要严格保证。第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行

二.泄漏的治理3.密封件的选择首先要根据密封装置的使用条件和要求，例如，负载情况、工作压力及峰值压力、速度大小及变化情况、使用环境和对密封性能的具体要求等，正确选择与之相适应的密封件结构型式。然后再根据所用工作介质的种类、性质和使用温度等，合理选择密封件材料。

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行第三节液压系统的噪声一.振动和噪声的基本概念1.声波的产生及其传播

振动与声音是同一物理现象的两个方面。物体的振动通过空气或其它介质，在一定频率范围内，才能被人的听觉感受。声波在介质中的传播速度叫声速。声速与介质的种类及其密度和弹性有关。声波在空气中的传播速度为：C=331.5+0.61t式中:C—声速，m／s；t—温度，℃。

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行一.振动和噪声的基本概念2.声压与声压级

声波在空气中传播时，使空气时而变密，时而变稀。空气变密压力升高，空气变稀压力降低。这种压力的微小变化叫声压，其单位为Pa。声压越大，声音越强；反之，声压越小，声音越弱。

习惯上以声压级来代替声压。相当于声压p的声压级Lp的定义为：式中Lp—声压级，无量纲的相对量，记为dB；p0—基准声压，其值为2×10-5Pa；

p—实际声压，单位为Pa。

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行一.振动和噪声的基本概念3.声功率与声功率级声源在单位时间内辐射出的总声能称为声功率。声功率的变化范围很宽，例如轻声耳语的声功率约为10-10W，而大功率喷气式飞机的声功率可达103w以上。声功率和声压一样，人们听觉所能承受的范围很大，常用声功率级来表示，

式中Lw—声功率级，dB；N—声功率，w；

N0—基准声功率，值为10-12w。

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行一.振动和噪声的基本概念4.噪声的测量方法仪器测量：噪声测量常用的仪器有声级计、频率分析仪等。声级计是将声压信号通过传声器变成电信号，经放大器和计权网络反映在表头上，在表头上可直接读出dB值。噪声的频谱分析是按一定宽度的频带进行的。通常使用带通滤波器，它使信号中特定的频率成分通过，抑制其它频率成分。从而测出一定宽度的频带所对应的声压级。

测量方法：测量方法主要有噪声级和声功率的测量噪声级的测量多在现场进行。一般是测量A声级及倍频程噪声频谱。另外，还必须测量基底噪声，以避免基底噪声对测量的干扰和影响。声功率级与测量位置无关。在一定工作状态下，机器设备的声功率级是定值。第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行二.液压系统的噪声源1.机械噪声机械噪声来源于零部件之间的摩擦、撞击和振动等，其主要噪声源是液压泵、电动机、联轴节、轴承等。回转零件的不平衡：电动机、液压泵和液压马达的转子不平衡联轴节的不同轴：加工或安装不当造成电机轴线与液压泵轴线不同轴，使联轴节偏斜。液压阀可动部件的撞击：如溢流阀阀芯产生的高频振动、齿轮泵的齿轮啮合精度不高。第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行二.液压系统的噪声源2.流体噪声流量、压力脉动压力急剧变化气穴与气蚀液压冲击紊流与涡流

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行

三.主要液压元件的噪声及其防治

1.齿轮泵产生噪声的原因困油现象流量脉动和压力脉动齿轮齿形和节距的制造误差和表面粗糙度降低噪声的措施合理的确定间隙和卸荷槽的宽度与形状改进齿形，可以减轻由于流量脉动而引起的噪声保证齿轮的加工精度第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行三.主要液压元件的噪声及其防治2.叶片泵

叶片泵产生振动和噪声的主要原因：由于高压油与低压油瞬间接通和高压油经缝隙挤出而造成的。定子内曲面和叶片外端面的摩擦撞击，造成磨损接触不良等，也会产生噪声。采取如下降噪措施：改进吸油腔进油方式，使它能从两面或三面进油，降低吸油腔流道的流速，减小进油口到转子的液流阻力。为了降低由于压力脉动而产生的噪声，在叶片泵的出油口设计成有较大容积的容腔，使其具有衰减压力脉动的机能。

第八章液压系统的污染、泄漏、噪声和爬行三.主要液压元件的噪声及其防治3.柱塞泵产生噪声的原因流量脉动与压力脉动。低压油腔与高压油腔瞬时接通。排油腔排出高压油后，柱塞内尚有剩余高压油，这部分高压油与低压油腔接通时突然释放能量降低噪声