第九章液压传动系统设计算 液压与气压传动系统设计是整机设计的一部分,需根据主机的具体 工作条件,对负载大小和性质、工况以及使用要求来进行。 (一)对液压系统的基本要求 1.能传递和输出工作部件所需要的功率、力或力矩。 2能够实现工作部件所需的各项运动参数及动作要求。如行程、速度、 变速范围、位置精度、循环时间、动作顺序、联动及互锁关系等。 3传动效率高,液压油温升不超过允许值。 4.工作安全可靠,使用维修方便。 5价格合理。 (二)液压系统设计通常按以下程序进行 1.分析主机工况。确定执行原件的基本性能参数,绘制运动循环图 (行程一时间图,速度一时间图)和负载循环图(负载一时间图)。 2确定系统额定压力,计算执行元件的基本结构参数。 3拟定液压系统主要回路,确定系统的具体方案,绘制草图。 4选择标准元件,设计非标准元件。 5绘制在主机上的总体布置草图,设计和选用管路及附件,绘制管路 布置图。 6进行系统验算。验算管道损失、系统的发热和温升以及液压冲击 7.绘制正式工作图,编写技术文件
液压与气压传动系统设计是整机设计的一部分，需根据主机的具体 工作条件，对负载大小和性质、工况以及使用要求来进行。 (一)对液压系统的基本要求 1.能传递和输出工作部件所需要的功率、力或力矩。 2.能够实现工作部件所需的各项运动参数及动作要求。如行程、速度、 变速范围、位置精度、循环时间、动作顺序、联动及互锁关系等。 3.传动效率高，液压油温升不超过允许值。 4.工作安全可靠，使用维修方便。 5.价格合理。 （二）液压系统设计通常按以下程序进行 1.分析主机工况。确定执行原件的基本性能参数，绘制运动循环图 （行 程－时间图，速度－时间图）和负载循环图（负载－时间图）。 2.确定系统额定压力，计算执行元件的基本结构参数。 3.拟定液压系统主要回路，确定系统的具体方案，绘制草图。 4.选择标准元件，设计非标准元件。 5.绘制在主机上的总体布置草图，设计和选用管路及附件，绘制管路 布置图。 6.进行系统验算。验算管道损失、系统的发热和温升以及液压冲击。 7.绘制正式工作图，编写技术文件。 第九章 液压传动系统设计算
第九章液压与气压传动系统设计计算 91明确设计要求、进行工况分析 911明确设计要求 设计要求是任何设计的依据,液压传动系统设计时要明确系统的 动作和性能要求。这里一般要考虑以下几个方面: 1.该设备中,哪些运动需要液压或气压传动完成,各执行机构的运 动形式及动作幅度。 2对液压或气压装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限 制等。 3执行机构载荷形式和大小。 4执行机构的运动速度,速度变化范围以及对运动平稳性的要求 5各执行机构的动作顺序,彼此之间的联锁关系,实现这些运动的 操作或控制方式。 6.自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等方面的要求。 7.工作环境方面的要求,如温度、湿度、振动、冲击、防尘、防腐、 抗燃性能等。 另外对主机的功能、用途、工艺流程也必须了解清楚,力求设计 的系统更加切合实际
第九章 液压与气压传动系统设计计算 9.1 明确设计要求、进行工况分析 9.1.1明确设计要求 设计要求是任何设计的依据，液压传动系统设计时要明确系统的 动作和性能要求。这里一般要考虑以下几个方面： 1.该设备中，哪些运动需要液压或气压传动完成，各执行机构的运 动形式及动作幅度。 2.对液压或气压装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限 制等。 3.执行机构载荷形式和大小。 4.执行机构的运动速度，速度变化范围以及对运动平稳性的要求。 5.各执行机构的动作顺序，彼此之间的联锁关系，实现这些运动的 操作或控制方式。 6.自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等方面的要求。 7.工作环境方面的要求，如温度、湿度、振动、冲击、防尘、防腐、 抗燃性能等。 另外对主机的功能、用途、工艺流程也必须了解清楚，力求设计 的系统更加切合实际
第九章液压与气压传动系统设计计算 9.1.2执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析,就是查明每个执行元件在各自工作 过程中的速度和负载的变规律。通常是求出一个工作循环内务阶 段的速度和负载值列表表示,必要时还应作出速度、负载随时间 (或位移)变化的曲线图(称为速度循环图、负载循环图和功率循环 在一般情况下,液压传动系统中液压缸承受的负载由六部分 组成,即工作负载、导轨摩擦负载、功率、惯性负载、重力负载 密封负载和背压负载,前五项构成了液压缸所要克服的机械总 载 1.工作负载Fw 不同的机器有不同的工作负载。对于金属切削机床来说,沿 液压缸轴线方向的切削力即为工作负载;对液压机来说,工件的 压制抗力即为工作负载。工作负载Fw,与液压缸运动方向相反时 为正值,方向相同时为负值(如顺铣加工的切削力)。工作负载既 可以为恒值,也可以为变值,大小要根据具体情况加以计算,有 时还要由样机实测确定
9.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作 过程中的速度和负载的变规律。通常是求出一个工作循环内务阶 段的速度和负载值列表表示，必要时还应作出速度、负载随时间 (或位移)变化的曲线图(称为速度循环图、负载循环图和功率循环 图)。 在一般情况下，液压传动系统中液压缸承受的负载由六部分 组成，即工作负载、导轨摩擦负载、功率、惯性负载、重力负载、 密封负载和背压负载，前五项构成了液压缸所要克服的机械总负 载。 1．工作负载Fw 不同的机器有不同的工作负载。对于金属切削机床来说，沿 液压缸轴线方向的切削力即为工作负载；对液压机来说，工件的 压制抗力即为工作负载。工作负载Fw，与液压缸运动方向相反时 为正值，方向相同时为负值(如顺铣加工的切削力)。工作负载既 可以为恒值，也可以为变值，大小要根据具体情况加以计算，有 时还要由样机实测确定。 第九章 液压与气压传动系统设计计算
第九章液压与气压传动系统设计计算 2.导轨摩擦负载Ff 导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力, 其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关。各种形式导轨 的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。机床上常用平导轨和V形导轨拉 支承运动部件,其摩擦负载值的计算公式(导轨水平放置时)为: 平导轨 Ff=f(G+FN)(9. 1) V形导轨 G+F SIn 式中:∫——摩擦系数,其中,∫静摩擦系数只和动摩擦系数κ 值参考表9.1 G运动部件的重力 FN垂直于导轨的工作负载 a-V形导轨面的夹角,一般a=90
第九章 液压与气压传动系统设计计算 2 sin N f G F F f + = (9．2) f s f k f ——摩擦系数，其中， 静摩擦系数只和动摩擦系数 G——运动部件的重力； FN——垂直于导轨的工作负载 ； ——V形导轨面的夹角，一般 =900。 式中： 值参考表9．1； 2．导轨摩擦负载Ff 导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力， 其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关。各种形式导轨 的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。机床上常用平导轨和V形导轨拉 支承运动部件，其摩擦负载值的计算公式(导轨水平放置时)为： 平导轨 Ff=f(G+FN) (9．1) V形导轨
第九章液压与气压传动系统设计计算 表9.1导轨摩擦系数 导轨材料工作状态摩擦系数 导轨种类 滑动导轨铸铁对铸铁启动 0.10-0.2 低速运行 0.1-0.22 高速运行 0.05-008 滚动导轨铸铁导轨对滚 0.005-0.02 动体 0.003-0.006 淬火钢导轨对 滚动体 静压导轨铸铁对铸铁 0.0005
第九章 液压与气压传动系统设计计算 表9.1 导轨摩擦系数 导轨种类 导轨材料 工作状态 摩擦系数 滑动导轨 铸铁对铸铁 启动 低速运行 高速运行 0.10－0.2 0.1－0.22 0.05－0.08 滚动导轨 铸铁导轨对滚 动体 淬火钢导轨对 滚动体 0.005－0.02 0.003－0.006 静压导轨 铸铁对铸铁 0.0005
第九章液压与气压传动系统设计计算 3.惯性负载Fi 惯性负载是运动部件在启动加速或在制动减速时的惯 性力,其值可按牛顿第二定律求出,即 G△v F1=m=一 84(93) 式中:g—重力加速度: △-时间内的速度变化值: Mt——启动、制动或速度转换时间。可取=0.01 0.05s,轻载低速时可取较小值。 4.重力负载Fg 垂直或者倾斜放置的运动部件,在没有平衡的情况下 其自重也成为一种负载。倾斜放置时只计算重力在运动方 上的分力。液压缸上行时重力取正直,反之取负值
3. 惯性负载Fi 惯性负载是运动部件在启动加速或在制动减速时的惯 性力，其值可按牛顿第二定律求出，即： （9.3） 式中：g——重力加速度： ——时间内的速度变化值： ——启动、制动或速度转换时间。可取＝0.01－ 0.05s，轻载低速时可取较小值。 4. 重力负载Fg 垂直或者倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下， 其自重也成为一种负载。倾斜放置时只计算重力在运动方 向上的分力。液压缸上行时重力取正直，反之取负值。 第九章 液压与气压传动系统设计计算 t v g G Fi ma = = v t
第九章液压与气压传动系统设计计算 4.重力负载Fg 垂直或者倾斜放置的运动部件,在没有平衡的情况下,其自重也 成为一种负载。倾斜放置时只计算重力在运动方向上的分力。液压缸 上行时重力取正直,反之取负值。 5密封负载Fs 密封负载是指密封装置的摩擦力,其值与密封装置的类型和尺寸、 液压缸的制造质量和油液的工作压力有关,计算查相关手册。在未完 成液压系统设计之前,不知道密封装置的参数,Fs无法计算,一般用 液压缸的机械效率加以计算,常取=0.90-097。 6背压负载Fb 背压负载是指液压缸回油腔背压所造成的阻力,。在系统方案及 液压缸结构尚未确定之前,Fb也无法计算,在负载计算时也可暂不考 虑暂不考虑。 液压缸各个主要工作阶段的机械总负载F可按下列公式计算:
4. 重力负载Fg 垂直或者倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下，其自重也 成为一种负载。倾斜放置时只计算重力在运动方向上的分力。液压缸 上行时重力取正直，反之取负值。 5. 密封负载Fs 密封负载是指密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型和尺寸、 液压缸的制造质量和油液的工作压力有关，计算查相关手册。在未完 成液压系统设计之前，不知道密封装置的参数，Fs无法计算，一般用 液压缸的机械效率加以计算，常取 ＝0.90－0.97。 6. 背压负载Fb 背压负载是指液压缸回油腔背压所造成的阻力，。在系统方案及 液压缸结构尚未确定之前，Fb也无法计算，在负载计算时也可暂不考 虑暂不考虑。 液压缸各个主要工作阶段的机械总负载F可按下列公式计算： 第九章 液压与气压传动系统设计计算 cm cm
第九章液压与气压传动系统设计计算 启动阶段 F=(F,±F)/n (9.4) 加速阶段 F=(Fk+F,±F)/mam (9.5) 快速阶段 F=(F±Fg)/nm (9.6) 工进阶段 F=(Fk±Fw±F) (9.7) 制动减速阶段 F=(F±F-F±F)/7am (9.8) 式中Fk液压缸的动摩擦力
第九章 液压与气压传动系统设计计算 式中Fk液压缸的动摩擦力
第九章液压与气压传动系统设计计算 92执行元件主要参数的确定 执行元件的主要参数是指其工作压力和最大流量。液压传动系 统采用的执行元件形式可视主机所需实现的运动种类和性质而定。 见下表 衰9.2执行元件形式的选择 往复直线运动 回转运动 运动形式 短行程 长行程 高速 低速 建议采用 柱塞缸 低速液压马达 高速液 的执行元 活塞缸液压马达与齿轮齿条机构 高速液压马达与 压马达 件形式 液压马达与丝杆螺母机构 减速机构
9.2 执行元件主要参数的确定 执行元件的主要参数是指其工作压力和最大流量。液压传动系 统采用的执行元件形式可视主机所需实现的运动种类和性质而定。 见下表。 第九章 液压与气压传动系统设计计算
第九章液压与气压传动系统设计计算 921初选执行元件的工作压力 工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据,它的大小影响执行元 件的尺寸和成本,乃至整个系统的性能。工作压力选得高,执行元件和系 统的结构紧凑,但对元件的强度、刚度及密封要求高,且要采用较高压力 的液压泵;反之,如果工作压力选得低,就会增大执行元件及整个系统的 尺寸,使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。执行 元件工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型选取,具体选择时, 可参考表9.3和表9.4。 气压传动控制系统的工作压力一般为0.5MPa左右。 表9.3按负载选择工作压力 负载力/kN <5 10~20 30~50 工作压力Mme 0.8-1 1.5~2 2.5-3 5 表9,4各种设备常用系统工作压力 大中型挖据 设备类型 磨床 车、铣、镗床 组合机床 龙门刨床、拉汽车、矿山机机械、起重运 械、农业机械|输机械、液压 工作压力MPa 0.8~2 3-5 20
9.2.1 初选执行元件的工作压力 工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元 件的尺寸和成本，乃至整个系统的性能。工作压力选得高，执行元件和系 统的结构紧凑，但对元件的强度、刚度及密封要求高，且要采用较高压力 的液压泵；反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及整个系统的 尺寸，使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。执行 元件工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型选取，具体选择时， 可参考表9．3和表9．4。 气压传动控制系统的工作压力一般为0.5 MPa左右。 第九章 液压与气压传动系统设计计算