10《液压传动》液压系统的设计.ppt

第十章 液压系统的设计与计算 本章提要： 本章简要介绍了液压传动系统的设计和计算，对于一般的液压传动系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析；②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交错进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解，并学会如何拟定液压系统原理图、计算和选择液压元件。 液压传动系统的设计是整机设计的一部分，在目前液压系统的设计主要还是经验法，即使使用计算机辅助设计，也是在专家的经验指导下进行的。因而就其设计步骤而言，往往随设计的实际情况，设计者的经验不同而各有差异，从总体上看，其基本内容是一致的，具体为： 1）明确设计要求、进行工况分析。 2）拟定液压系统原理图。 3）计算和选择液压元件。 4）验算液压系统的性能。 5）绘制工作图，编制技术文件。 第一节 明确设计要求、进行工况分析 一、明确设计要求 明确液压系统的动作和性能要求，例如，执行元件的运动方式、行程和速度范围、负载条件、运动的平稳性和精度、工作循环和动作周期、同步或联锁要求、工作可靠性要求等 。 明确液压系统的工作环境，例如，环境温度、湿度尘埃、通风情况、是否易燃、外界冲击振动的情况及安装空间的大小等 二、工况分析 这里所指的工况分析主要指对液压执行元件的工作情况的分析，分析的目的是了解在工作过程中执行元件的速度、负载变化的规律，并将此规律用曲线表示出来，作为拟定液压系统方案确定系统主要参数（压力和流量）的依据。若液压执行元件动作比较简单，也可不作图，只需找出最大负载和最大速度即可。 1、运动分析 按设备的工艺要求，把所研究的执行元件在完成一个工作循环时的运动规律用图表示出来，这个图称为速度图。现以图10-1所示的液压缸驱动的组合机床滑台为例来说明，图10-1a是机床的动作循环图，由图可见，工作循环为快进→工进→快退；图10-1b是完成一个工作循环的速度—位移曲线，即速度图。 2、负载分析 图10-1c是该组合机床的负载图，这个图是按设备的工艺要求，把执行元件在各阶段的负载用曲线表示出来，由此图可直观地看出在运动过程中何时受力最大，何时最小等各种情况，以此作为以后的设计依据。 现具体分析液压缸所承受的负载，液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时，所受到的外负载为 （1）工作负载FL 工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载，而对于提升机、千斤顶等来说所移动的物体的重量就是工作负载，工作负载可以是定量，也可以是变量，可以是正值，也可以是负值，有时还可能是交变的。 （2）摩擦阻力负载Ff 摩擦阻力是指运动部件与支承面间的摩擦力，它与支承面的形状、放置情况、润滑条件以及运动状态有关 Ff= 式中FN为运动部件及外负载对支承面的正压力； 为磨擦系数，分为静摩擦系数（ ≤0.2~0.3）和动摩擦系数（ ≤0.05~0.1） （3）惯性负载Fa 惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。 (10-3) 式中 m为运动部件的质量（kg）；a 为运动部件的加速度（m/s2）;G为运动部件的重力（N）；g为重力加速度（m/s2）；△υ为速度的变化量（m/s）；△t为速度变化所需的时间（s）。 除此以外，液压缸的受力还有密封阻力（一般用效率η=0.85~0.9来表示），背压力（可在最后计算时确定）等。 若执行机构为液压马达，其负载力矩计算方法与液压缸相类似 （1）工况图的绘制 按照上面所确定的液压执行元件的工作面积（或排量）和工件循环中各阶段的负载（或负载转矩），即可绘制出压力图（见图10-2a）；根据执行元件的工作面积（或排量）以及工作循环中各阶段所要求的运动速度（或转速），即可绘制如图10-2b所示的流量图；根据所绘制的压力图和流量图，即可计算出各阶段所需的功率，绘制如图10-2c所示的功率图。 （2）工况图的作用 从工况图上可以直观地、方便地找出最大工作压力、最大流量和最大功率，根据这些参数即可选择液压泵及