液压系统设计

1、 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1515秒秒1主讲教师：主讲教师： 为电工技师班的学员提供优秀的教学资源！为电工技师班的学员提供优秀的教学资源！ 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒2第二篇第二篇液压传动与液压传动与控制技术控制技术 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒3液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例9.29.2 为电工技师班的学员提供优秀的教学资源！为电工技师班的学员提供优秀的教学资源！液压系统设计液压系

2、统设计9.19.1 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒4 液压系统是液压设备的重要组成部分，它与液压系统是液压设备的重要组成部分，它与设备主体的关系密切，两者的设计通常需要同时设备主体的关系密切，两者的设计通常需要同时进行。进行。液压系统的设计原则是，深入调研，充分认识液压系统的设计原则是，深入调研，充分认识设备应具有的功能，从而分解出液压系统的详细设备应具有的功能，从而分解出液压系统的详细设计需求。设计需求。应注意设备的特殊性，吸取国内外先进技术，应注意设备的特殊性，吸取国内外先进技术，力求设计出的系统质量轻、体积小、效率高、工

3、力求设计出的系统质量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维修保养方便、经济作可靠、结构简单、操作和维修保养方便、经济性好。性好。 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒5 （1）明确设计要求明确设计要求(功能功能.环境环境.条件分析条件分析,需求设计需求设计)。（2）液压系统工况、负荷分析，总体设计。液压系统工况、负荷分析，总体设计。（3）草拟液压系统原理图及确定电气控制需求。草拟液压系统原理图及确定电气控制需求。（4）选择液压元件。选择液压元件。（5）验算液压系统性能。验算液压系统性能。（6）设计电气控制回路设计电气控制回

4、路液压系统的设计总体步骤为：液压系统的设计总体步骤为： 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒6 （1 1）设备用途、操作过程、周期时间、工作特点、设备用途、操作过程、周期时间、工作特点、性能指标和作业环境的要求。性能指标和作业环境的要求。（2 2）液压系统必须完成的动作，运动形式，执行液压系统必须完成的动作，运动形式，执行元件的载荷特性，行程和对速度的要求。元件的载荷特性，行程和对速度的要求。（3 3）动作的顺序、控制精度、自动化程度和连锁动作的顺序、控制精度、自动化程度和连锁要求要求。（4 4）防尘、防寒、防爆、噪声控制要求。防尘

5、、防寒、防爆、噪声控制要求。（5 5）效率、成本、经济性和可靠性要求等。效率、成本、经济性和可靠性要求等。9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.1 9.1.1 功能分析、需求设计功能分析、需求设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒7 液压执行元件液压执行元件的类型、数量、安装位置的类型、数量、安装位置和与设备的连接关系，对设备的设计有很大和与设备的连接关系，对设备的设计有很大影响，所以在考虑液压设备的总体方案时，影响，所以在考虑液压设备的总体方案时，确定液压执行元件和确定设备整体结构布局确定液压执行元件和确定设备整体结

6、构布局是同时进行的。是同时进行的。1 1确定液压执行元件类型及数量确定液压执行元件类型及数量9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒8 表9.1 常用液压执行元件的类型、特点和应用类型类型特点特点应用应用可选用或需可选用或需设计设计柱柱塞塞缸缸单出单出杆杆结构简单，制造容易；靠自结构简单，制造容易；靠自重或外力回程重或外力回程液压机、千斤顶、小缸液压机、千斤顶、小缸用于定位和夹紧用于定位和夹紧选用或自行选用或自行设计设计双出双出杆杆结构简单，杆在两处有导向

7、，结构简单，杆在两处有导向，可做得细长可做得细长液压机、注塑机动梁回液压机、注塑机动梁回程缸程缸自行设计自行设计活活塞塞缸缸单出单出杆杆一般连接，往返方向的速度一般连接，往返方向的速度和出力不同；差动连接，可和出力不同；差动连接，可以实现快进以实现快进各类机械各类机械 选用。非选用。非产品型号缸产品型号缸自行设计自行设计双出双出杆杆两杆直径相等，往返速度和两杆直径相等，往返速度和出力相同；两杆直径不等，出力相同；两杆直径不等，往返速度和出力不同往返速度和出力不同磨床；往返速度相同或磨床；往返速度相同或不同的机构不同的机构选用或自行选用或自行设计设计1 1确定液压执行元件类型及数量确定液压执行元

8、件类型及数量9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1717秒秒9表9.1 常用液压执行元件的类型、特点和应用类型类型特点特点应用应用可选用或需可选用或需设计设计复合增速缸复合增速缸可获得多种出力和速度，结可获得多种出力和速度，结构紧凑，制造较难构紧凑，制造较难液压机、注塑机、数控液压机、注塑机、数控机床换刀机构机床换刀机构自行设计自行设计复合增压缸复合增压缸体积小，出力大，行程小体积小，出力大，行程小模具成形挤压机、金属模具成形挤压机、金属成形压印机、六面顶成形压印

9、机、六面顶选用或自行选用或自行设计设计多级液压缸多级液压缸行程是缸长的数倍，节省安行程是缸长的数倍，节省安装空间装空间汽车车厢举倾缸、起重汽车车厢举倾缸、起重机臂伸缩缸机臂伸缩缸选用选用叶片式摆动叶片式摆动缸缸单叶片式转角单叶片式转角360.360.；双叶；双叶片式转角片式转角180180。体积小。体积小。密封较难密封较难机床夹具、流水线转向机床夹具、流水线转向调头装置、装载机翻斗调头装置、装载机翻斗选用选用齿轮马达齿轮马达转速高，转矩小，结构简单，转速高，转矩小，结构简单，价廉价廉钻床、风扇传动钻床、风扇传动选用选用1 1确定液压执行元件类型及数量确定液压执行元件类型及数量9.1 9.1 液

10、压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒10表9.1 常用液压执行元件的类型、特点和应用类型类型特点特点应用应用可选用或需可选用或需设计设计摆线齿轮摆线齿轮马达马达速度中等，转矩范围宽，速度中等，转矩范围宽，结构简单，价廉结构简单，价廉塑料机械、煤矿机械、塑料机械、煤矿机械、挖掘机行走机械挖掘机行走机械选用选用叶片马达叶片马达转速高，转矩小，转动惯转速高，转矩小，转动惯量小，动作灵敏，脉动小，量小，动作灵敏，脉动小，噪声低噪声低磨床回转工作台、机床磨床回转工作台、机床操纵机

11、构操纵机构选用选用轴向柱塞轴向柱塞马达马达速度大，可变速，转矩中速度大，可变速，转矩中等，低速平稳性好等，低速平稳性好起重机、铰车、铲车、起重机、铰车、铲车、内燃机车、数控机床内燃机车、数控机床选用选用内曲线径向内曲线径向马达马达转矩很大，转速低，低速转矩很大，转速低，低速平稳性很好平稳性很好挖掘机、拖拉机、冶金挖掘机、拖拉机、冶金机械、起重机、采煤机机械、起重机、采煤机牵引部件牵引部件选用选用1 1确定液压执行元件类型及数量确定液压执行元件类型及数量9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二

12、1010时时2222分分1818秒秒112 2绘制液压系统工况分析图绘制液压系统工况分析图 对液压系统进行分析，就是要查明它的每对液压系统进行分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工作过程中的个执行元件在各自工作过程中的运动速度运动速度和和负负载载的变化规律。这是满足设备规定的动作要求的变化规律。这是满足设备规定的动作要求和承载能力所必须具备的。和承载能力所必须具备的。 液压系统承受的负载可由设备的规格规定、液压系统承受的负载可由设备的规格规定、由样机通过试验测定，也可以由理论分析确定。由样机通过试验测定，也可以由理论分析确定。1 1确定液压执行元件类型及数量确定液压执行元件类型及数量9.1

13、9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒122 2绘制液压系统工况分析图绘制液压系统工况分析图 当用理论分析确定系统的实际负载时，必当用理论分析确定系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目，例如须仔细考虑它所有的组成项目，例如工作负载工作负载(切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等等)、惯性负载惯性负载和和阻力负载阻力负载(摩擦力、背压力摩擦力、背压力)等，等，并把它们绘制成图。并把它们绘制成图。2 2绘制液压系统工况

14、分析图绘制液压系统工况分析图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒13图图9.1 9.1 液压系统执行元件的负载图和速度图液压系统执行元件的负载图和速度图负载图负载图工作负载工作负载惯性惯性负载负载阻力阻力负载负载2 2绘制液压系统工况分析图绘制液压系统工况分析图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒14图图9.1

15、 9.1 液压系统执行元件的负载图和速度图液压系统执行元件的负载图和速度图负载图负载图速度图速度图2 2绘制液压系统工况分析图绘制液压系统工况分析图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒15 系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定。系统工作压力高，省材料，机构紧凑，重量轻，是液平而定。系统工作压力高，省材料，机构紧凑，重量轻，是液压系统的发展方向，但要注意泄漏、噪声控制和可靠性问题的压系

16、统的发展方向，但要注意泄漏、噪声控制和可靠性问题的妥善处理。系统工作压力可根据负载来选取，见妥善处理。系统工作压力可根据负载来选取，见表表9.29.2，也可，也可根据设备类型选取，见根据设备类型选取，见表表9.39.3。表9.2 按负载选取执行元件工作压力负载负载F FkNkN55050工作压力工作压力p pMPaMPa0.0.8 81 11.1.5 52 22.2.5 53 33 34 4 4 45 5 5 57 79.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计3 3确定系统工作压力确定系统工作压力 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星

17、期二1010时时2222分分1818秒秒16表9.3 各类设备常用的工作压力设备类型设备类型工作压力工作压力MPaMPa压力等压力等级级说明说明机床、压铸机、汽车机床、压铸机、汽车731.5超高压超高压追求大作用力、减追求大作用力、减轻质量轻质量3 3确定系统工作压力确定系统工作压力9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒17根据已定的液压执行元件、速度图或动作线路图，根据已定的液压执行元件、速度图或动作线路图，选择适当的压力控制、方向控制、速度换接、差选

18、择适当的压力控制、方向控制、速度换接、差动连接回路，以实现对执行元件的方向、出力及动连接回路，以实现对执行元件的方向、出力及速度的控制。速度的控制。 需要无级调速或无级变速时，可参考需要无级调速或无级变速时，可参考表表9.49.4选选择方案。有级变速比无级调速使用方便，适用于择方案。有级变速比无级调速使用方便，适用于速度控制精度低，但要求速度能够预置，以及在速度控制精度低，但要求速度能够预置，以及在动作循环过程中有多种速度自动变换的场合。具动作循环过程中有多种速度自动变换的场合。具体参见基本回路一章的内容。体参见基本回路一章的内容。 完成上述的选择，所需液压泵的类型就基本完成上述的选择，所需液

19、压泵的类型就基本确定了。确定了。4 4执行元件控制方案拟定执行元件控制方案拟定9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒18 表9.4 无级调速和变速的种类、特点和应用种类种类特点及应用特点及应用无无级级调调速速容容积积调调速速手动变量手动变量泵泵液压泵液压泵系统简单，压力恒定，系统简单，压力恒定，般不能在工作中进般不能在工作中进行调节，效率高，适用于各种场合，应用最行调节，效率高，适用于各种场合，应用最广广变量泵变量泵定定量马达量马达输出转矩恒定，调速范围

20、大，元件泄漏对速输出转矩恒定，调速范围大，元件泄漏对速度刚性影响大，效率高，适用于大功率场合度刚性影响大，效率高，适用于大功率场合定量泵定量泵变变量马达量马达输出功率恒定，调速范围小，元件泄漏对速输出功率恒定，调速范围小，元件泄漏对速度刚性影响大，效率高，适用于大功率场合度刚性影响大，效率高，适用于大功率场合变量泵变量泵变变量马达量马达输出特性综合了上述两种马达调速回路的特输出特性综合了上述两种马达调速回路的特性，调速范围大，但结构复杂，价格高，适性，调速范围大，但结构复杂，价格高，适用于大功率场合用于大功率场合4 4执行元件控制方案拟定执行元件控制方案拟定9.1 9.1 液压系统设计液压系统

21、设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒19 表9.4 无级调速和变速的种类、特点和应用种类种类特点及应用特点及应用无无级级调调速速节流节流调速调速定量泵定量泵进进油节流调速油节流调速结构简单，价廉，调速范围大，效率中等，不能结构简单，价廉，调速范围大，效率中等，不能承受负值载荷，适用于中等功率场合承受负值载荷，适用于中等功率场合定量泵定量泵回回油节流调速油节流调速结构简单，价廉，调速范围大，效率低，适用于结构简单，价廉，调速范围大，效率低，适用于低速、小功率场合低速、小功率场合定量泵定量泵

22、旁旁路节流调速路节流调速结构简单，价廉，调速范围小，效率高，不能承结构简单，价廉，调速范围小，效率高，不能承受负值载荷，适用于高速、中等功率场合受负值载荷，适用于高速、中等功率场合容积容积节流节流调速调速限压式变量限压式变量泵泵进油进油(回油回油)节流节流调速调速调速范围大，效率较高，价格较高，适用于中、调速范围大，效率较高，价格较高，适用于中、小功率场合，不宜长期在低速下工作小功率场合，不宜长期在低速下工作4 4执行元件控制方案拟定执行元件控制方案拟定9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期

23、二1010时时2222分分1818秒秒20种类特点及应用无级调速恒功率变量泵液压缸泵的输出流量随压力自动减小，适用于快慢速自动转换的场合和节能系统无级变速恒压变量泵液压缸泵的压力达到设定值时输出流量为零，自动防止系统过载4 4执行元件控制方案拟定执行元件控制方案拟定9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒21 根据液压系统载荷图和已确定根据液压系统载荷图和已确定1)1)系统工作压力系统工作压力; ;2)2)计算出液压缸内径、活塞杆直径；计算出液压缸内径、活

24、塞杆直径；3)3)柱塞缸的柱塞直径、柱塞杆直径柱塞缸的柱塞直径、柱塞杆直径; ;4)4)根据液压缸缸径、活塞杆直径及行程的根据液压缸缸径、活塞杆直径及行程的国家标准系列，确定国家标准系列，确定主要参数主要参数。如采用液。如采用液压马达，还需计算出液压马达的排量。压马达，还需计算出液压马达的排量。 5 5确定执行元件的主要参数确定执行元件的主要参数9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.2 9.1.2 总体设计总体设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒22 拟定液压系统草图是从作用原理上和结构组成上具拟定液压系统草图是从作

25、用原理上和结构组成上具体体现设计任务中提出的各项要求。它包含三项内容：体体现设计任务中提出的各项要求。它包含三项内容：确定系统类型、选择液压回路和拼搭液压系统。确定系统类型、选择液压回路和拼搭液压系统。 液压系统在类型上究竟采用开式还是采用闭式，液压系统在类型上究竟采用开式还是采用闭式，主要取决于它的调速方式和散热要求。一般而言，凡主要取决于它的调速方式和散热要求。一般而言，凡备有较大空间可以存放油箱且不另设置散热装置的系备有较大空间可以存放油箱且不另设置散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，或采用节流调速或统，要求结构尽可能简单的系统，或采用节流调速或容积一节流调速的系统，都宜采用开式；

26、凡容许采用容积一节流调速的系统，都宜采用开式；凡容许采用辅助泵进行补油并通过换油来达到冷却目的的系统，辅助泵进行补油并通过换油来达到冷却目的的系统，对工作稳定性和效率有较高要求的系统，或采用容积对工作稳定性和效率有较高要求的系统，或采用容积调速的系统，都宜采用闭式。调速的系统，都宜采用闭式。9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.39.1.3草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒23 通常设计液压系统的思路是：通常设计液压系统的思路是： 根据系统的设计要求和工况图从多根据系统的设计要求和工

27、况图从多个成熟方案中评选出满足设备需求的方个成熟方案中评选出满足设备需求的方案来。评选时既要保证满足各项主要功案来。评选时既要保证满足各项主要功能要求，也要考虑符合节省能源、减少能要求，也要考虑符合节省能源、减少发热、减少冲击等原则。评选工作首先发热、减少冲击等原则。评选工作首先从对设备主要性能起决定性作用的调速从对设备主要性能起决定性作用的调速回路开始，然后再根据需要考虑其他辅回路开始，然后再根据需要考虑其他辅助回路。助回路。9.1.39.1.3草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.3 9.1.3 草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图 苏州大学

28、20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒24 通常设计液压系统的思路是：通常设计液压系统的思路是： 例如，对有垂直运动部件的系统要例如，对有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路，有快速运动部件的系统考虑平衡回路，有快速运动部件的系统要考虑缓冲和制动回路，有多个执行元要考虑缓冲和制动回路，有多个执行元件的系统要考虑顺序动作、同步或互不件的系统要考虑顺序动作、同步或互不干扰回路，有空运转要求的系统要考虑干扰回路，有空运转要求的系统要考虑卸荷回路等。挑选回路时若出现多种可卸荷回路等。挑选回路时若出现多种可能的方案，宜平行展开，反复进行对比，能的方案，宜平行

29、展开，反复进行对比，不要轻易作出取舍决。不要轻易作出取舍决。9.1.39.1.3草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.3 9.1.3 草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒25 9.1.39.1.3草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.3 9.1.3 草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图 液压系统的功能组合液压系统的功能组合是评选出的各种液压回路是评选出的各种液压回路综合在一起，进行归并整理，增添必要的元件

30、或综合在一起，进行归并整理，增添必要的元件或辅助油路，使之成为完整的系统，并最后再检查辅助油路，使之成为完整的系统，并最后再检查一下：一下：该系统能否圆满地实现所要求的各项功能该系统能否圆满地实现所要求的各项功能? ?是否需要再进行补充或修正是否需要再进行补充或修正? ?有无作用相同或相近的元件或油路可以合并等。有无作用相同或相近的元件或油路可以合并等。这样才能使拟定的系统结构简单、紧凑，工作安这样才能使拟定的系统结构简单、紧凑，工作安全、可靠，动作平稳，效率高，使用和维护方便。全、可靠，动作平稳，效率高，使用和维护方便。综合得好的系统方案应全部由标准元件组成，至综合得好的系统方案应全部由标准

31、元件组成，至少亦应使自行设计的专用件减少到最低限度少亦应使自行设计的专用件减少到最低限度 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒26 9.1.39.1.3草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计9.1.3 9.1.3 草拟液压系统原理图草拟液压系统原理图 对对可靠性要求可靠性要求特别高的系统而言，特别高的系统而言，拟定系统草图时还要考虑拟定系统草图时还要考虑“结构储结构储备备”问题，那就是在系统中设置一问题，那就是在系统中设置一些必要的备用元件或备用回路，以些必要的备用元件或备用回路，以便在工作元件

32、或工作回路发生故障便在工作元件或工作回路发生故障时它们立即能时它们立即能“上岗顶班上岗顶班”，确保，确保系统持续运转，工作不受影响。系统持续运转，工作不受影响。 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒27 9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1 1.4.4 选择液压元件选择液压元件1.1.液压泵液压泵 液压泵的最大工作压力必须等于或液压泵的最大工作压力必须等于或超过液压执行元件最大工作压力及进油超过液压执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失这两者之和。路上总压力损失这两者之和。 液压执行元件的最大工作压力可以液压执行元

33、件的最大工作压力可以从工况图中找到；从工况图中找到；进油路上的总压力损进油路上的总压力损失可以通过估算求得失可以通过估算求得，也可以按，也可以按表表9.9.5 5推推荐的经验资料估算。荐的经验资料估算。 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒28 9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1 1.4.4 选择液压元件选择液压元件1.1.液压泵液压泵表表9.5 9.5 进油路总压力损失经验值进油路总压力损失经验值系统结构情况系统结构情况总压力损失总压力损失MPaMPa一般节流调速及管一般节流调速及管路简单的系统路简单的系统0.2

34、0.20.50.5进油路有调速阀及进油路有调速阀及管路复杂的系统管路复杂的系统0.50.51.51.5 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1818秒秒299.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1 1.4.4 选择液压元件选择液压元件1.1.液压泵液压泵 液压泵的流量液压泵的流量必须等于或超过几个同时必须等于或超过几个同时工作的液压执行元件总流量的最大值以及工作的液压执行元件总流量的最大值以及回路中泄漏量这两者之和。回路中泄漏量这两者之和。液压执行元件总流量的最大值液压执行元件总流量的最大值可以从工可以从工况图中找到况图中找到( (

35、当系统中备有蓄能器时，此当系统中备有蓄能器时，此值应为值应为一个工作循环中液压执行元件的平一个工作循环中液压执行元件的平均流量均流量) )；而回路中的泄漏量则可按总流；而回路中的泄漏量则可按总流量最大值的量最大值的10103030估算。估算。 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒30 在参照产品样本选取液压泵时在参照产品样本选取液压泵时泵的额定压力应选得比上述最大工泵的额定压力应选得比上述最大工作压力高作压力高25256060，以便留有压力，以便留有压力储备；储备；额定流量额定流量则只须选得能满足上述最则只须选得能满足上述最大流量需

36、要即可。大流量需要即可。9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1 1.4.4 选择液压元件选择液压元件1.1.液压泵液压泵 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒31 液压泵在额定压力和额定流液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电动机的功量下工作时，其驱动电动机的功率一般可以直接从产品样本上查率一般可以直接从产品样本上查到。电动机功率也可以根据具体到。电动机功率也可以根据具体工况计算出来，有关的算式和数工况计算出来，有关的算式和数据见据见液压工程手册液压工程手册。9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1

37、1.4.4 选择液压元件选择液压元件1.1.液压泵液压泵 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒32阀类元件的规格按液压系统的阀类元件的规格按液压系统的最大压力和通最大压力和通过该阀的实际流量从产品样本上选定。过该阀的实际流量从产品样本上选定。 选择节流阀和调速阀时还要考虑它的最选择节流阀和调速阀时还要考虑它的最小稳定流量是否符合设计要求。小稳定流量是否符合设计要求。 各类阀都须选得使其实际通过的流量最各类阀都须选得使其实际通过的流量最多不超过其公称流量的多不超过其公称流量的120120，以免引起发热、，以免引起发热、噪声和过大的压力

38、损失。噪声和过大的压力损失。对于可靠性要求特对于可靠性要求特别高的系统而言，阀类元件的额定压力应高别高的系统而言，阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。出其工作压力较多。9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1 1.4.4 选择液压元件选择液压元件2. 2. 阀类元件阀类元件 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒33 油箱、热交换器、油管等其他辅油箱、热交换器、油管等其他辅件，可参照件，可参照13.413.4节选取。节选取。9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 9.9.1 1.4.4 选择液压元件选择液压元件3.

39、3. 其他辅件其他辅件 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒34 验算液压系统性能的目的在于验算液压系统性能的目的在于判断设计质判断设计质量量，或从几种方案中，或从几种方案中评选最佳设计方案评选最佳设计方案。液压。液压系统的性能验算是一个复杂的问题，系统的性能验算是一个复杂的问题，目前只是目前只是采用一些简化公式进行近似估算，以便定性地采用一些简化公式进行近似估算，以便定性地说明情况。说明情况。当设计中能找到经过实践检验的同当设计中能找到经过实践检验的同类型系统作为类型系统作为对比参考对比参考，或有可靠的试验结果，或有可靠的试验结果

40、可供使用时，系统的性能验算就可以省略。可供使用时，系统的性能验算就可以省略。 液压系统性能验算的项目很多，常见的有液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热温升验算。回路压力损失验算和发热温升验算。9.1.5 9.1.5 验算液压系统性能验算液压系统性能9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒351 1回路压力损失验算回路压力损失验算 压力损失包括管路内的沿程损失和局部损失压力损失包括管路内的沿程损失和局部损失以及阀类元件处的局部损失三项。管路内的两种损以及阀类元件处的局部损失三

41、项。管路内的两种损失可用失可用11.3.411.3.4节的有关公式估算，阀类元件处的局节的有关公式估算，阀类元件处的局部损失则须从产品样本中查出。计算液压系统的回部损失则须从产品样本中查出。计算液压系统的回路压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。回路压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。回油路上的压力损失一般都须折算到进油路上去。根油路上的压力损失一般都须折算到进油路上去。根据回路压力损失估算出来的压力阀调整压力和回路据回路压力损失估算出来的压力阀调整压力和回路效率，对不同方案的对比来说都具有参考价值。但效率，对不同方案的对比来说都具有参考价值。但在进行这些估算时，回路中的油管布置情况必须

42、先在进行这些估算时，回路中的油管布置情况必须先行明确。行明确。9.1.5 9.1.5 验算液压系统性能验算液压系统性能9.1 9.1 液压系统设计液压系统设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒36 2 2发热温升验算发热温升验算 发热温升验算是用热平衡原理来对油液的温升值发热温升验算是用热平衡原理来对油液的温升值进行估计。单位时间内进入液压系统的热量进行估计。单位时间内进入液压系统的热量HiHi是液压是液压泵输入功率泵输入功率P1P1和液压执行元件有效功率和液压执行元件有效功率P0P0之差。假如之差。假如这些热量全部从油箱散发出

43、去，不考虑系统其他部分这些热量全部从油箱散发出去，不考虑系统其他部分的散热效能，则油液温升的估算公式可以根据不同的的散热效能，则油液温升的估算公式可以根据不同的条件分别从有关手册中查找。条件分别从有关手册中查找。当验算出来的油液温升值超过允许数值时，系统中必当验算出来的油液温升值超过允许数值时，系统中必须考虑设置适当的冷却器。油箱中油液允许的温升值须考虑设置适当的冷却器。油箱中油液允许的温升值随设备的不同而不同：一般机床为随设备的不同而不同：一般机床为25253030，工程机，工程机械为械为35354040。9.1.5 9.1.5 验算液压系统性能验算液压系统性能9.1 9.1 液压系统设计液

44、压系统设计 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒37 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒38【例题例题】以一台以一台专用自专用自动钻孔组合机床动钻孔组合机床的液压的液压系统设计为例，该专机系统设计为例，该专机完成完成图图9.29.2所示工件上所示工件上一一1515偏心孔钻削工序，偏心孔钻削工序，该工序属大批量生产，该工序属大批量生产，工件材料为铸铁，材料工件材料为铸铁，材料硬度硬度HB220HB220，要求设计，要求设计该钻床的液压系统及电该钻床的液压系统及电气控制回路

45、。气控制回路。图图9.2 9.2 零件工序图零件工序图9.2.1 9.2.1 功能分析、需求设计功能分析、需求设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒399.2.1 9.2.1 功能分析、需求设计功能分析、需求设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例图图9.2 9.2 零件工序图零件工序图1 1功能分析功能分析 此全自动专用钻床，应满足此全自动专用钻床，应满足下列功能需求：下列功能需求： 只要将工件堆积在料斗里，只要将工件堆积在料斗里，一按开关就可重复自动完成

46、从送一按开关就可重复自动完成从送料到加工结束这一全部的过程：料到加工结束这一全部的过程：进夹紧缸送料缸退送料缸退送料缸进按下按钮B21钻削缸快进钻削缸工进钻削缸退夹紧缸退2.2.需求工艺路线需求工艺路线 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒40 图图9.3 9.3 钻床结构示意图钻床结构示意图9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例1 1结构原理图设计结构原理图设计采用送料采用送料缸缸A A将工件将工件向右推移向右推移到送到加到送到加工点；工点； 用夹紧用夹紧缸缸B B握持工件，

47、握持工件，保证加工中保证加工中工件始终处工件始终处于正确的位于正确的位置；置；钻削缸钻削缸C C完完成快进、工成快进、工进与快退的进与快退的功能。功能。 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分1919秒秒41图图9.3 9.3 钻床结构示意图钻床结构示意图min/mv3021 min/r.dvn6374461015143302132. 负载分析负载分析 从而计算出主轴的转速为： (1)(1)钻削缸受力计算钻削缸受力计算 根据工件材料查机械加工根据工件材料查机械加工工艺手册，得出钻孔的较合适工艺手册，得出钻孔的较合适的表面切削速度为：的表面切削速度

48、为：9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒42图图9.3 9.3 钻床结构示意图钻床结构示意图2. 2. 负载分析负载分析r/mm.f380180min/mmvf24280由加工直径查工艺手册，得由加工直径查工艺手册，得出加工每转进给量：出加工每转进给量： 从而计算出钻削缸的轴向从而计算出钻削缸的轴向进给速度：进给速度：9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例(1)(1)钻削缸受力计算钻

49、削缸受力计算 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒432. 负载分析负载分析图图9.4 9.4 工件受力分析工件受力分析 根据切削原理得出钻削力计算公式：m)(N103.Kf .d .CMMYXMMM扭矩）（NFYXFK.fd .CFFF 轴向力轴向力9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例(1)(1)钻削缸受力计算钻削缸受力计算 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒44图图9.4 9.4 工件受力分析工件受力分析根据

50、工件材料查有关手册得出：CM = 210; XM = 2; YM = 0.8; CF =427; XF =1; YF =0.809. 11906 . 0HBKKFM9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例2. 负载分析负载分析(1)(1)钻削缸受力计算钻削缸受力计算 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒45m)(N6923.M）（N2946F根据夹具结构画出受力简图，如图9.4所示，根据理论力学分析进行计算得出：故计算出最大钻削扭矩及最大钻削轴向力：故计算出最大钻削扭矩及最大钻削

51、轴向力：1227(N)211212010806923221223.sinsinfDMW夹紧力：夹紧力：9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例(1)(1)钻削缸受力计算钻削缸受力计算 钻削缸所受轴向力等于钻削轴向力减去动力头钻削缸所受轴向力等于钻削轴向力减去动力头的重量的重量, ,因此可得因此可得 ：F F钻削钻削2946 N2946 N（2 2）夹紧缸受力计算）夹紧缸受力计算 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒461227(N)211212010806923221223.si

52、nsinfDMW夹紧力：夹紧力：V V型块夹角，为型块夹角，为90900 0；D D 工件直径，为工件直径，为80mm80mm。故计算出夹紧力：故计算出夹紧力：W W 12271227（N N）。）。考虑安全系数考虑安全系数2.52.53 3，取为，取为3 3。则夹紧缸应承。则夹紧缸应承受负载受负载 W W夹紧夹紧122712273 336813681（N N）式中：式中：f摩擦系数摩擦系数 ，取，取0.20.2；9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例（2 2）夹紧缸受力计算）夹紧缸受力计算 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6

53、日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒47 送料缸在推进工件时，工件受料斗上面所堆积工送料缸在推进工件时，工件受料斗上面所堆积工件重量的压力而在所推进工件的上下两面产生摩擦阻件重量的压力而在所推进工件的上下两面产生摩擦阻力力, , 每个工件的重量为每个工件的重量为0.6kg0.6kg，最多堆集，最多堆集2020个，故摩个，故摩擦阻力为：擦阻力为：F Ff f = 2W = 2W总总f f2 2（20201 1）0.60.69.89.80.2 = 45 (N) 0.2 = 45 (N) 故送料缸所受最大轴向力为摩擦阻力加工件重量：故送料缸所受最大轴向力为摩擦阻力加工件重量：F F送

54、料送料45450.60.69.8 =51 (N)9.8 =51 (N) 由于力很小，所以将送料缸的运动近似认为空载由于力很小，所以将送料缸的运动近似认为空载运动。运动。9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例（3 3）送料缸的受力计算）送料缸的受力计算 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒483 3 液压缸的选择及压力、流量确定液压缸的选择及压力、流量确定 （1 1）基本参数确定）基本参数确定 本例工艺要求送料缸送料速度大于本例工艺要求送料缸送料速度大于50mm/s,50mm/s

55、,送送料缸行程不小于料缸行程不小于160mm160mm； 钻削缸快进速度大于钻削缸快进速度大于50mm/s50mm/s，钻削缸的行程不小于，钻削缸的行程不小于35mm35mm。夹紧缸的速度。夹紧缸的速度大于大于30mm/s30mm/s，夹紧缸的行程不小于，夹紧缸的行程不小于40mm40mm。 (2) (2) 送料缸选择及压力、流量确定送料缸选择及压力、流量确定 选送料缸选送料缸内径为内径为32mm32mm、活塞杆径为、活塞杆径为16mm16mm。由于送料缸的运动。由于送料缸的运动近似认为空载运动，则只需满足下列流量要求近似认为空载运动，则只需满足下列流量要求: : 就能满足送料速度要求。就能满

56、足送料速度要求。min/L./).(.)s()dm(.AvQV412432014360502送料9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒49 查液压传动产品手册，选内径为查液压传动产品手册，选内径为40mm、活塞杆径为、活塞杆径为20mm的液压缸作为夹紧缸，则将负载带入下式可得液压缸的液压缸作为夹紧缸，则将负载带入下式可得液压缸夹紧时的工作压力为：夹紧时的工作压力为：夹紧缸的速度达到夹紧缸的速度达到30mm/s时，所需的流量为：时，所需的流量

57、为：MPa.DAFp93210403681443681232）（夹紧min/L./).(.)s()dm(.AvQV26244014360302夹紧3 3液压缸的选择及压力、流量确定液压缸的选择及压力、流量确定9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒50MPa.DAFp5511050294644F232）（钻削 钻钻削缸选择及压力、流量确定削缸选择及压力、流量确定 因为钻削缸要支撑动力因为钻削缸要支撑动力头，因此会双向受力，应选直径大些的液压缸

58、，另外由于有头，因此会双向受力，应选直径大些的液压缸，另外由于有差动联接，要使得快进和退回的速度较接近而选活塞杆直径差动联接，要使得快进和退回的速度较接近而选活塞杆直径较粗的液压缸，故选内径为较粗的液压缸，故选内径为50mm50mm、活塞杆径为、活塞杆径为32mm32mm的液压缸的液压缸作为钻削缸，则将负载带入下式可得液压缸钻削加工时的工作为钻削缸，则将负载带入下式可得液压缸钻削加工时的工作压力为：作压力为：min/L./).(.)s()dm(.AvQV412432014360502钻削 钻削缸快进时，要求快进速度大于钻削缸快进时，要求快进速度大于50mm/s50mm/s，因为采用，因为采用差

59、压传动，则由液压泵进入无杆腔的流量为：差压传动，则由液压泵进入无杆腔的流量为：3 3液压缸的选择及压力、流量确定液压缸的选择及压力、流量确定9.2.2 9.2.2 总体设计总体设计9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒519.2.3 9.2.3 拟定液压系统图拟定液压系统图1. 液压泵的选择液压泵的选择由于设备在工作中，并非三个液压缸都同时工作。由于设备在工作中，并非三个液压缸都同时工作。且根据以上流量与压力的分析可知，夹紧缸在运且根据以上流量与压力的分析可知，夹紧缸在运动过程中

60、，可视为空载运行，夹紧时的压力为最动过程中，可视为空载运行，夹紧时的压力为最大。在选定液压泵时，将夹紧缸所需的最大压力大。在选定液压泵时，将夹紧缸所需的最大压力及钻削时的最大流量作为选择依据，并考虑一定及钻削时的最大流量作为选择依据，并考虑一定的损耗，所选泵的额定流量为：的损耗，所选泵的额定流量为：9.29.2 液压系统设计计算举例液压系统设计计算举例 苏州大学 20212021年年7 7月月6 6日星期二日星期二1010时时2222分分2020秒秒521. 液压泵的选择液压泵的选择由于设备在工作中，并非三个液压缸都同时工作。且根据以由于设备在工作中，并非三个液压缸都同时工作。且根据以上流量与