液壓傳動(dòng)講義第10章液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算

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1、10液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算10.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟10.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例本章提要：本章介紹設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本步驟和方法，對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下幾個(gè)步驟：①明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析；②擬定液壓系統(tǒng)原理圖；③計(jì)算和選擇液壓元件；④發(fā)熱及系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算；⑤繪制工作圖，編寫(xiě)技術(shù)文件。上述工作大部分情況下要穿插、交叉進(jìn)行，對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，需經(jīng)過(guò)多次反復(fù)才能最后確定；在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)時(shí)，有些步驟可以合并或省略。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、步驟、方法有一個(gè)基本的了解。教學(xué)內(nèi)容：本章介紹了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、基本步驟和方法。

2、教學(xué)重點(diǎn)：1．液壓元件的計(jì)算和選擇；2．液壓系統(tǒng)技術(shù)性能的驗(yàn)算。教學(xué)難點(diǎn)：　　1．泵和閥以及輔件的計(jì)算和選擇；　　2．液壓系統(tǒng)技術(shù)性能的驗(yàn)算。教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來(lái)表示設(shè)計(jì)的步驟及方法。教學(xué)要求：初步掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、基本步驟和方法。10.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，它除了應(yīng)符合主機(jī)動(dòng)作循環(huán)和靜、動(dòng)態(tài)性能等方面的要求外，還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠，效率高，經(jīng)濟(jì)性好，使用維護(hù)方便等條件。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的繁簡(jiǎn)、借鑒的資料多少和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的不同，在做法上有所差異。各部分的設(shè)計(jì)有

3、時(shí)還要交替進(jìn)行，甚至要經(jīng)過(guò)多次反復(fù)才能完成。下面對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟予以介紹。10.1.1明確設(shè)計(jì)要求、工作環(huán)境，進(jìn)行工況分析10.1.1.1明確設(shè)計(jì)要求及工作環(huán)境液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求主要有：運(yùn)動(dòng)方式、行程、速度范圍、負(fù)載條件、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、精度、工作循環(huán)和動(dòng)作周期、同步或聯(lián)鎖等。就工作環(huán)境而言，有環(huán)境溫度、濕度、塵埃、防火要求及安裝空間的大小等。要使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅能滿足一般的性能要求，還應(yīng)具有較高的可靠性、良好的空間布局及造型。10.1.1.2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)載的變化規(guī)律，通常是求出一個(gè)

4、工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負(fù)載值。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。下面以液壓缸為例，液壓馬達(dá)可作類似處理。就液壓缸而言，承受的負(fù)載主要由六部分組成，即工作負(fù)載，導(dǎo)向摩擦負(fù)載，慣性負(fù)載，重力負(fù)載，密封負(fù)載和背壓負(fù)載，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下。(1)工作負(fù)載不同的機(jī)器有不同的工作負(fù)載，對(duì)于起重設(shè)備來(lái)說(shuō)，為起吊重物的重量；對(duì)液壓機(jī)來(lái)說(shuō)，壓制工件的軸向變形力為工作負(fù)載。工作負(fù)載與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正值，方向相同時(shí)為負(fù)值。工作負(fù)載既可以為定值，也可以為變量，其大小及性質(zhì)要根據(jù)具體情況加以分析。(2)導(dǎo)向摩擦負(fù)載導(dǎo)向摩擦負(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

5、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)。例如，機(jī)床上常用平導(dǎo)軌和V形導(dǎo)軌，當(dāng)其水平放置時(shí)，其導(dǎo)向摩擦負(fù)載計(jì)算公式為平導(dǎo)軌：（10.1）V形導(dǎo)軌：（10.2）式中：G—運(yùn)動(dòng)部件的重力；—垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載；a—V形導(dǎo)軌的夾角，一般a=90°；—摩擦系數(shù)，其值可查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。(3)慣性負(fù)載慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)加速或制動(dòng)減速時(shí)的慣性力，其值可按牛頓第二定律求出，即（10.3）式中：g—重力加速度；—啟動(dòng)、制動(dòng)或速度轉(zhuǎn)換時(shí)間。—時(shí)間內(nèi)的速度變化值；(4)重力負(fù)載垂直或斜放置的運(yùn)動(dòng)部件，其自重也成為一種負(fù)載，傾斜

6、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)重力取正值，反之取負(fù)值。(5)密封負(fù)載密封負(fù)載是指液壓缸密封裝置的摩擦力，其值與密封裝置的類型、尺寸、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)。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)，其值無(wú)法計(jì)算，一般通過(guò)液壓缸的機(jī)械效率加以考慮，常取機(jī)械效率值為0.90~0.97。(6)背壓負(fù)載背壓負(fù)載是指液壓缸回油腔壓力所造成的阻力。在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前也無(wú)法計(jì)算，在負(fù)載計(jì)算時(shí)可暫不考慮。液壓泵各個(gè)主要工作階段的機(jī)械負(fù)載F可按下列公式計(jì)算?？蛰d啟動(dòng)加速階段；（10.4）快速階段；（10.5）工進(jìn)階段；（10.6

7、）制動(dòng)減速；（10.7）10.1.2液壓系統(tǒng)原理圖的擬定液壓系統(tǒng)原理圖是表示液壓系統(tǒng)的組成和工作原理的重要技術(shù)文件。擬定液壓系統(tǒng)原理圖是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的第一步，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。10.1.2.1確定油路類型一般具有較大空間可以存放油箱的系統(tǒng)，都采用開(kāi)式油路；相反，凡允許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油，并借此進(jìn)行冷卻交換來(lái)達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，可采用閉式油路。通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開(kāi)式油路，容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路。10.1.2.2選擇液壓回路在擬定液壓系統(tǒng)原理圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)各類主機(jī)的工作特點(diǎn)、負(fù)載性質(zhì)和性能要求，先確定對(duì)主機(jī)主要性能起決定性影