第9章 液压传动系统的设计计算
液压传动系统是机械设备动力传动系统，因此，它的设计是 整个机械设备设计的一部分，必须与主机设计联系在一起同时进 行。一般在分析主机的工作循环、性能要求、动作特点等基础上， 经过认真分析比较，在确定全部或局部采用液压传动方案之后才 会提出液压传动系统的设计任务。
液压系统设计必须从实际出发，注重调查研究，吸收国内外 先进技术，采用现代设计思想，在满足工作性能要求、工作可靠 的前提下，力求使系统结构简单、成本低、效率高、操作维护方 便、使用寿命长。
Fw＝f (t)，需根据具体情况分析决定。
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液压缸的负载计算
• ② 惯性负载Fm。惯性负载是运动部件在启动加速或减速制动过 程中产生的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出
Fm
ma
m
v t
(9.2)
• 式中 m——运动部件总质量；
• a——加速度；
• Δv——Δt时间内速度的变化量；
• Δt——启动或制动时间。一般机械系统取0.1s～0.5s ；行走机 械系统取0.5s～1.5s；机床运动系统取0.25s～0.5s；机床进给 系统取0.05s～0.2s。工作部件较轻或运动速度较低时取小值。
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液压系统的工况分析
工况分析的目的是明确在工作循环中执行元件的负载和运动 的变化规律，它包括运动分析和负载分析。 • 运动分析 • 负载分析 • 工作负载图
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运动分析
定义：
运动分析就是研究工作机构根据工艺要求应以什么样的运动规 律完成工作循环、运动速度的大小、加速度是恒定的还是变化 的、行程大小及循环时间长短等。为此必须确定执行元件的类 型，并绘制位移―时间循环图或速度―时间循环图。 液压执行元件的类型可按表9-l进行选择。
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运动分析
表9-l：液压执行元件的类型ຫໍສະໝຸດ 名称特点双杆活塞缸
双向输出力、输出速度一样，杆受力状态一样
应用场合 双向工作的往复运动
单杆活塞缸 柱塞缸 摆动缸
双向输出力、输出速度不一样，杆受力状态不同。 差动连接时可实现快速运动
往复不对称直线运动
结构简单
长行程、单向工作
单叶片缸转角小于300°，双叶片缸转角小于150° 往复摆动运动
9.1 液压系统的设计依据和工况分析
液压系统的设计依据
• 设计要求是进行工程设计的主要依据。设计前必须把主机对液 压系统的设计要求和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确 下列主要问题：
• (1) 主机用途、总体布局与结构、主要技术参数与性能要求、工 艺流程或工作循环、作业环境与条件等。
• (2) 液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时间； 负载大小及性质、运动形式及速度快慢；各动作的顺序要求及 互锁关系，各动作的同步要求及同步精度；液压系统的工作性 能要求，如运动平稳性、调速范围、定位精度、转换精度，自 动化程度、效率与温升、振动与噪声、安全性与可靠性等。
• 作用在执行元件上的负载有约束性负载和动力性负载两类。 • 约束性负载的特征是其方向与执行元件运动方向永远相反，对
执行元件起阻止作用，不会起驱动作用。例如库仑固体摩擦阻 力、粘性摩擦阻力是约束性负载。
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负载分析
• 动力性负载的特征是其方向与执行元件的运动方向无关，其数值由外界规律 所决定。执行元件承受动力性负载时可能会出现两种情况：一种情况是动力 性负载方向与执行元件运动方向相反，起着阻止执行元件运动的作用，称为 阻力负载(正负载)；另一种情况是动力性负载方向与执行元件运动方向一致， 称为超越负载(负负载)。超越负载变成驱动执行元件的驱动力，执行元件要 维持匀速运动，其中的流体要产生阻力功，形成足够的阻力来平衡超越负载 产生的驱动力，这就要求系统应具有平衡和制动功能。重力是一种动力性负 载，重力与执行元件运动方向相反时是阻力负载；与执行元件运动方向一致 时是超越负载。对于负载变化规律复杂的系统必须画出负载循环图。不同工 作目的的系统，负载分析的着重点不同。例如，对于工程机械的作业机构， 着重点为重力在各个位置上的情况，负载图以位置为变量；机床工作台的着 重点为负载与各工序的时间关系。
齿轮、叶片马达 轴向柱塞马达 径向柱塞马达
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结构简单、体积小、惯性小 运动平稳、转大、转速范围宽 结构复杂、转大、转速低
高速小转矩回转运动 大转矩回转运动 低速大转矩回转运动
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负载分析
• 负载分析就是通过计算确定各液压执行元件的负载大小和方向， 并分析各执行元件运动过程中的振动、冲击及过载能力等情况。
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目录
• 9.1 液压系统的设计依据和工况分析 • 9.2 液压系统主要参数的确定 • 9.3 液压系统原理图的拟定和方案论证 • 9.4 计算和选择液压元件 • 9.5 液压系统性能验算 • 9.6 绘制正式工作图、编制技术文件 • 9.7 液压系统设计计算举例
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负载分析
液压缸的负载计算
一般说来，液压缸承受的动力性负载有工作负载Fw、惯性负 载Fm、重力负载Fg，约束性负载有摩擦阻力Ff、背压负载Fb、 液压缸自身的密封阻力Fsf。即作用在液压缸上的外负载为
F Fw Fm Ff Fg Fb Fsf
(9.1)
① 工作负载Fw。工作负载与主机的工作性质有关，它可能是 定值，也可能是变值。一般工作负载是时间的函数，即
液压传动系统的设计计算
• 液压系统设计步骤如下： • (1) 明确液压系统的设计要求及工况分析； • (2) 主要参数的确定； • (3) 拟定液压系统原理图，进行系统方案论证； • (4) 设计、计算、选择液压元件； • (5) 对液压系统主要性能进行验算； • (6) 设计液压装置，编制液压系统技术文件。
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液压系统的设计依据
• (3) 液压系统的工作温度及其变化范围，湿度大小，风沙与粉尘 情况，防火与防爆要求，安装空间的大小、外廓尺寸与质量限 制等。
• (4) 经济性与成本等方面的要求。 • 只有明确了设计要求及工作环境，才能使设计的系统不仅满足
性能要求，且具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。