液压与气压传动课程设计指导书（参考）(2)

创造性地进行设计，使设计质量和设计能力都获得提高。

3、设计过程中要注意随时整理计算结果，并在设计稿本上记下重要的论据、结果、参考资料的来源和出处，以及需要进一步探讨的问题等等，使设计的各方面部做到有理有据，这对设计的正常进行，阶段自我检查和编写设计计算说明书都是必要的。

4、绘图工作必须严格遵照国家标准和有关部颁标准。机械制图按GB/T4457~4460—1984、GB/Tl31—1983；公差配合按GB/Tl800~1804—1979；形状和位置公差按GB/T3505—1983和GB/Tl958—1980；表面粗糙度按GB/T3505—1983和GB/T1031—1983，其它内容如螺纹、齿轮等均应贯彻国家现行的有关标准。

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第2章 液压与气压传动设计

液压与气压系统是液压与气压机械的一个组成部分，在着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压与气压传动的优点、力求设计出结构简单、工作可取、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压与气压传动系统。

2.1 明确设计要求

设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。

1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此之间的关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质；

5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程度、操作控制方式的要求；

7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；

8）对效率、成本等方而的要求。

2.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数

通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。

液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选取液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。

2.2.1 载荷的组成和计算 2.2.1.1液压缸的载荷组成与计算

图2.2-1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其中Fw是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。

图2.2-1 液压系统计算简图

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作用在活塞杆上的外部载荷Fw包括工作裁荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力Fa。

（1）工作载荷Fg

常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。

（2）导轨摩擦载荷Ff 对于平导轨

Ff??(G?FN)

对于V型导轨

Ff??(G?FN)/sin?2

式中：G —运动部件所受的重力(N)；

FN—外载荷作用于导轨上的正压力（N）；

?—摩擦系数，见表2.2-1；

?—V型导轨的夹角，—般为90°。

表2.2-1 摩擦系数?

导轨类型 滑动导轨 导轨材料 铸铁对铸铁 铸铁对滚柱（珠） 淬火钢导轨对滚柱 铸铁 运动状态 起动时 低速（v<0.16m/s） 高速（v>0.16m/s） 滚动导轨 静压导轨 摩擦系数 0.15~0.20 0.1~0.12 0.05~0.08 0.005~0.02 0.003~0.006 0.005 （3）惯性载荷Fa Fa?G?v g?t式中：g—重力加速度；

?v—速度变化量；

?t—起动或制动时间。一般机械?t=0.1~0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取

?v=0.5~1.5m/s2。 ?t以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷Fw。 起动加速时 Fw?Fg?Ff?Fa 稳态运动时 Fw?Fg?Ff

a减速制动时 Fw?Fg?Ff?Fa

工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0。

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除外载荷Fw外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 Fm?(1??m)F

式中：?m—液压缸的机械效率，一般取0.90~0.95。 F?

Fw?m

2.2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算

（1）工作载荷力矩Td

常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩，液压卷筒的阻力矩等。 （2）轴颈摩擦力矩Tf Tf??Gr

式中：G—旋转部件施加于轴径上的的径向力； ?—摩擦系数，参考表2.2—1选用； r—旋转轴的半径。 （3）惯性力矩Tm

Tm?J??J?? ?t式中：?—角加速度；

??—角速度变化量； ?t—起动或制动时间； J—回转部件的转动惯量。

起动加速时 Tw?Td?Tf?Tm 稳定运行时 Tw?Td?Tf 减速制动时 Tw?Td?Tf?Tm

计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率?m（?m?0.9~0.99）。

T?Tw?m

根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。

2.2.2 初选系统工作压力

压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低．势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得越高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表2.2-2

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和表2.2-3。

表2.2-2 按负载选择工作压力

负载F（kN） 工作压力P（MPa） <5 <0.8~1 5~10 1.5~2 10~20 2.5~3 20~30 3~4 30~50 4~5 >50 >5~7 表2.2-3 各种设备常用系统工作压力 设备类型 工作压力（MPa） 磨床 车、铣、组合机镗床 床 2~4 3~5 大中型挖掘机械、龙门刨汽车、矿用机起重运输机械、液床、拉床 械、农业机械 压机 ≤10 10~16 20~30 0. 8~2 2.2.3 确定执行元件的主要结构参数

（1）液压缸主要结构尺寸的确定

液压缸的主要结构尺寸的确定可参照第3章3.1.2。

对有低速运动要求的系统(如精镗机床的进给液压系统)，尚需对液压缸的有效工作面积A进行验算，即应保证；

A?qmin vmin式中：qmin—控制执行元件速度的流量阀的最小稳定流量，可从液压阀产品样本上查得； vmi—液压缸要求达到的最低工作速度。 n 验算结果若不能满足上式，则说明按所设计的结构尺寸和方案达不到所需的低速，必须修改设计。

（2）液压马达主要参数的确定 液压马达的排量为 V?2?T

?p?mm式中：T—液压马达的载荷转矩逆(N·m)；

?p?p1?p2—液压马达的进出口压差(Pa)。

?mm—液压马达的机械效率，一般取?mm?0.9~0.97。

求得排量V值后，从产品样本中选择液压马达的型号。

计算出的液压马达的排量V也必须满足最低稳定速度的要求。

2. 2.4 计算液压缸或液压马达所需流量

（1）液压缸工作时所需流量 q?Av

式中：A—液压缸有效作用面积(m2)； v—活塞与缸体的相对速度(m/s)。 （2）液压马达的流量

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