• 对于复杂的液压系统，如有若干个执行元件同时或分别完成不同的工 作循环，则有必要按上述各阶段计算总负载力，并根据上述各阶段的 总负载力和它所经历的工作时间t(或位移s)，按相同的坐标绘制液压缸 的负载时间(F―t)或负载位移(F―s)图。如图9.l所示为某机床主液压缸 的速度图和负载图。
• 最大负载值是初步确定执行元件工作压力和结构尺寸的依据。 • 液压马达的负载力矩分析与液压缸的负载分析相同，只需将上述负载
设计计算
步骤和内容
4～5
＞5～7
18
系统工作压力的确定
表9-3 按主机类型选择系统工作压力
设备 类型
磨床
机床
组合机床 牛头刨床
插床 齿轮加工
机床
车床 铣床 镗床
珩磨 拉床 机 龙门 床 刨床
农业机械 汽车工业 小型工程 机械及辅 助机械
工程机械 重型机械 锻压设备 液压支架
船用 系统
压力 /MPa
摆动缸
单叶片缸转角小于300°，双叶片缸转角小于150°
往复摆动运动
齿轮、叶片马达 轴向柱塞马达 径向柱塞马达
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
设计计算
步骤和内容
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
7
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。
设计计算
步骤和内容
2
1.1 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。
• ⑥ 液压缸自身的密封阻力Fsf。液压缸工作时还必须克服其内部密封装置产生的摩擦阻力 Fsf，其值与密封装置的类型、油液工作压力，特别是液压缸的制造质量有关，计算比较 繁琐；一般将它计入液压缸的机械效率m中考虑，通常取m＝0.90～0.97。
设计计算
步骤和内容
13
液压缸运动循环各阶段的负载
• 液压缸的运动分为启动、加速、恒速、减速制动等阶段，不同阶段的 负载计算是不同的
液压执行元件的类型可按表9-l进行选择。
设计计算
步骤和内容
6
表9-l：液压执行元件的类型
运动分析
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
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
步骤和内容
4
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• 工作负载图
设计计算
步骤和内容
5
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。
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。
力的计算变换为负载力矩即可。
设计计算
步骤和内容
15
工作负载图
图9.1 某液压缸的速度图和负载图
设计计算
步骤和内容
16
1.2 液压系统主要参数的确定
执行元件的工作压力和流量是液压系统最主要的两个参数。这两个参 数是计算和选择元件、辅件和原动机的规格型号的依据。要确定液压 系统的压力和流量，首先必须根据各液压执行元件的负载循环图，选 定系统工作压力；再根据系统压力，确定液压缸有效工作面积A或液压 马达的排量VM；最后根据位移―时间循环图(或速度―时间循环图)确定 其流量。
设计计算
步骤和内容
17
系统工作压力的确定
• 根据液压执行元件的负载循环图，可以确定系统的最大载荷点，在充 分考虑系统所需流量、系统效率和性能要求等因素后，可参照表9-2 或表9-3选择系统工作压力。
表9-2 按负载选择系统工作压力
负载/kN
＜5
5～10 10～20 20～30 30～50 ＞50
系统压力/MPa ＜0.8～l 1.6～2 2.5～3 3～4
1 液压传动系统的设计计算步骤和内容
• 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。
设计计算
步骤和内容
9
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
• 当单杆液V 压缸做差动连接时，实际有效工作面积A＝A1－A2。
• •
液 vm压in来缸计所算需，最即小流量qmqinm按in其实A际v有mi效n /工作V 面积A和所要(9求.1的1)最小速度
• 上式所求得的液压缸最小流量应该等于或大于流量控制阀或变量泵的 最小稳定流量。 同样地，液压马达最小流量按其排量和所要求的最小
＜2.5
＜6.3
2.5～6.3
＜10 10—16
16—32 14—25
设计计算
步骤和内容
19
系统工作压力的确定
• 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。在系统功率一定时，一般选 用较高的工作压力，使执行元件和系统的结构紧凑、质量轻、经济性 好。但是，若工作压力选得过高，则会提高对元件的强度、刚度及密 封要求和制造精度要求，不但达不到预期的经济效果，反而会降低元 件的容积效率、增加系统发热、降低元件寿命和系统可靠性；反之， 若工作压力选得过低，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。
Fw＝f (t)，需根据具体情况分析决定。
设计计算
步骤和内容
10
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；
3
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。
设计计算
设计计算
步骤和内容
20
执行元件参数的确定
• 前面初步选定的工作压力可以认为就是执行元件的输入压力pl，然后再 初步选定执行元件的回油压力p2(背压)，这样就可以确定执行元件的参 数。液压缸的主要结构参数缸径D、活塞杆径d和液压马达的排量VM的 计算详见第3章、第4章相应计算公式。注意计算所得的数值，应圆整 为标准值。
• 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。
设计计算
步骤和内容
11
液压缸的负载计算
• ③ 导向摩擦阻力Ff。摩擦阻力是指液压缸驱动工作机构所需克服的导轨摩擦阻力，其值 与导轨形状、安放位置和工作部件的运动状态有关。
• (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。
设计计算
步骤和内容
设计计算
步骤和内容
21
执行元件流量的确定
• 液压缸(液压马达)所需最大流量qmax按其实际有效工作面积A(或液压马 达的排量VM)及所要求的最高速度vmax(或马达最高转速nmax)来计算，即
qmax Avmax /V (或 qmax VMnmax /V ) (9.10)
• 式中 —执行元件的容积效率。
设计计算
步骤和内容
12
液压缸的负载计算
• ⑤ 背压负载Fb。液压缸运动时还必须克服回油路压力形成的背压阻力Fb，其值为
Fb pb A2
(9.5)
式中 A2——液压缸回油腔有效工作面积；