液压课程设计

1、液压传动与控制课程设计指导书第一章 概 述一、液压传动课程设计的目的和进行方式1.目的液压传动课程设计是液压传动与控制技术课程的最后个重要的教学环节，是机械、机电及相关专业继机械零件课程设计后学生进行的又一次较全面的工程设计训练。其基本目的是：（1）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力；（2）学习液压传动系统设计计算的般方法，了解和掌握常用液压元件设计和选型的过程及进行的方式；（3）进行工程设计基本技能训练，学会运用设计资料、手册、标准和规范；（4）巩固所学的液压传动知识。2.进行方式液压传动课程设计是在教师指导下进行的。学生一人

2、题，独立完成。在设计过程中，应在理解设计要求的基础上，按照设计步骤分步进行。设计的全部内容完成后，经指导教师初审合格，方可参加设计答辩。二、设计课题及设计任务1.设计课题课程设计课题由指导教师选定，也可通过学生在实习中由生产现场直接给出，真题真做。每个学生采用不同的设计课题或同一课题不同的设计参数。参考课题见附录A。2.设计任务（1）绘制执行机构负载、速度循环图；（2）绘制执行机构压力、流量、功率循环图；（3）绘制液压系统图；（4）选择液压元件，列出液压元件型号、规格明细表；（5）设计执行元件、绘制装配图；（6）编制设计计算说明书。三、设计的基本步骤液压传动系统的功用是实现主机所要求的工作循环

3、，保证主机的性能要求。对于不同的设计内容，设计的步骤也多有差异，各部分的设计有时还要交替进行。但就一般而言，液压传动系统的课程设计大体按以下几个步骤进行。1.设计准备认真学习液压传动课程设计指导书，研究设计课题，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过参观实物或模型以及阅读有关资料，了解设计对象；复习课程有关内容，熟悉液压元件的基本原理、基本性能和主要参数，熟悉基本德液压回路；准备好设计需要的资料和用具；拟定设计计划等。2.执行元件的设计计算对执行元件进行负载和运动分析，确定执行元件的流量、压力等主要性能参致，并以此作为选择或设计执行元件的依据。3.拟定液压系统原理图根据主机的结构、执行元件的布置

4、。确定液压系统的型式、基本回路、控制方式，草拟液压系统的方案。4.液压元件的选择与设计根据已草拟的液压系统原理图，已初步确定的系统调定压力、流量和液流速度，选择各种液压元件；对所需的非标准液压元件进行结构设计并按要求绘制相应的图样；选择液压油的类型。5.液压系统验算进行液压系统压力损失、液压冲击、热平衡验算。6.绘制正式的液压系统图和装配图7.整理和编写设计计算说明书8.答辩四、设计计算中应注意的几个问题液压传动课程设计与其他工程设计一样，设计者首先应把大胆创新的精神与严肃、严格、严谨的科学作风紧密结合起来，以科学、求实的态度去把握设计中的每一个环节。在设计中，应遵循工程设计的基本原则。1.满

5、足生产要求 即达到设计课题所提出的各项性能指标。这要求在设计之前充分了解所设计的主机的工作循环、受力情况、动作特点和性能要求，正确选择或设计每个液压元件，正确确定液压系统方案。为保证工作的稳定性和可靠性，在确定主要参数和选择设计液压元件使，应充分考虑系统的工作环境和各种突发事件，留有余地，使整个系统能在预定的寿命期间可靠地工作。2.满足经济性要求即在满足生产要求的前提下，所设计的液压压系统要求在设计制造上成本低；在使用上效率高、适用范围大、油液消耗少、操作方便、维护费用低廉。要满足经济性要求，应力求液压系统简单、适用，避免出现多余油路；除课程设计要求进行的非标准件设计外，液压元件尽量选择系列化

6、、标准化、通用化产品；应采用可靠的密封装置，防止漏油，提高效率。3.满足劳动保护要求劳动保护是工程设计特别重视的问题。所设计的液压系统应从技术安全角度、从最大劂限度地减少工人操作时的体力和脑力消耗的角度，从改善操作者的工作环境角度，加以综合考虑。课程设计既要遵循工程设计的基本原刚，还要达到课程设计学习和锻炼，提高设计技能的目的。在设计过程中，提倡独立思考、深入钻研的学习精神，要善于掌握和使用各种资料，正确使用标准和规范，反对不求甚解、照抄照搬，敷衍塞责、容忍错误的作法。第二章 执行元件运动与负载分析对执行元件运动与负载进行分析，就是要找出各个执行元件在工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是计

7、算出个工作循环内各阶段的速度和负载值，并作出执行元件速度和负载随位移（或时间）变化的曲线图（称为速度循环图和负载循环图)，或以列表的形式表示出在个循环阶段负载和速度的值，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。一、运动分析与速度循环图1.运动分析运动分析是对液压系统个工作循环中各阶段的运动速度变化情况进行定性分析。如常见的机床动力滑台液压缸，在个工作循环中有快进工进快退停止四个阶段，其定性工作循环图如图2-1所示。 图2-1 滑台工作循环图 图2-2 滑台速度循环图2.速度循环图 速度循环图是要表示在一个工作循环内各个阶段运动速度随位移变化的情况，在知道执行机构各段的运动速

8、度和总行程及相关参数后（这些参数一般在设计任务书中给出），各段行程可由运动学公式定量计算得到。图2-2为滑台速度循环图。图中名段的行程由下式计算。启动行程： （2-1）减速行程： （2-2）制动行程： （2-3）快进行程： （2-4）反向启动行程： （2-5）反向制动行程： （3-6）快退行程： （2-7）式中，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8分别为启动、快进、减速、工进、制动、反向启动、快退、反向制动行程，m；S总行程，m；vl、v2，v3分别为快进、工进、快退速度，ms；t1、t3、t5、t6、t8分别为启动、减速，制动、反向启动、反向制动时间，s。计算中，启动、制动和速度转

9、换时间若无特殊要求可取0.010.5s，轻载低速时取小值。同样，也可由下列公式计算出快速，工进，快退的时间： （2-8） （2-9） （2-10）式中，t2、t4、t7分别为快进、工进、快退的时间，s。二、负载分析与负载循环图负载分析就是要研究执行机构在工作过程中的受力情况，也就是液压缸或液压马达的负载情况。1.液压缸负载分析在一般情况下，液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载Fw、导轨摩擦负载Ff、惯性负载Fa、重力负载Fg、密封负载Fs和背压负载Fb。 （2-11) 式中，F总负载，N。1）工作负载Fw 不同的工作机构有不同的工作负载。对于金属切削机床来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工

10、作负载；对于液压机来说，工件的压制阻力即为工作负载。工作负载Fw与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。工作负载既可以为恒定值，也可以为变值。其大小要根据具体情况加以计算，有时还要由样机实测确定。进行课程设计时，该参数出设计任务书给出。2）导轨摩擦负载Ff 导轨摩擦负载与运动部件的导轨形式、放置位置与运动状态有关。各种形式导轨的摩擦负载可查阅有关手册。机床上常用平导轨和V形导轨支承运动部件。当导轨水平放置时，摩擦负载的计算公式为：平导轨 Ff_-f(G+FN) （2-12)V型导轨 （2-13)式中，G运动部件重力，N； FN垂直于导孰的工作负载，N； a导轨面的夹角，一般 a=90；

11、 f摩擦系数，其值参考表2-1。表2-1 导轨摩擦系数导轨种类导轨材料工作状态摩擦系数f滑动导轨铸铁对铸铁启 动O.160.2低速运动（v10m/min）0.050.08滚动导轨铸铁导轨对滚动体0.0050.02淬火钢导轨对滚动体0.003O.006静压导轨铸铁对铸铁0.00053）惯性负载Fa 惯性负载是运动部件载启动加速或制动减速运动时，速度发生变化时产生的惯性力，其值由牛顿第二定律求出。 （2-14）式中：v运动部件速度变化值，ms； g重力加速度，g=9.8l ms2； t速度转换时间，s。可取t=0.010.5s，轻载低速时取小值。 行走机械可取。启动加速时，惯性力方向与液压缸运动方

12、向相反，惯性负载取正值，减速制动时惯性力方向与液压缸运动方向相同，惯性负载取负值；恒速时，惯性负载为零。4）重力负载Fg 垂直或倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下，其自重也成为一种负载。倾斜放置时，只计算重力在运动方向上的分力。液压缸上行时重力取正值，反之取负值。5）密封负载Fs 密封装置产生的摩擦阻力负载大小与密封装置的类型和尺寸、液压缸的制造质量和油液工作压力有关，计算公式可参阅有关手册。在未完成液压系统设计之前，不知道密封装置的参数，Fs无法计算，般用机械效率hm加以考虑，常取 hm=0.90.95。 6）背压负载Fb 当回油存在背压时，就有回油负载。在液压系统方案及液压缸结构尚未确

13、定之前，Fb无法计算，在负载计算时可暂不考虑，待以后实际尺寸和背压确定之后再进行验算。液压缸在一个工作循环中般情况要经历四种负载工况，名个工况的总负载可按下列式子计算：启动加速阶段： （2-15） 快速阶段： （2-16）工进阶段： （2-17）制动减速阶段： （2-18）快速后退阶段及后退的启动和制动阶段的总负载也可按此类推。2.液压马达负载分析液压马达在工作中需要克服的阻力矩M有工作阻力矩Mw、摩擦阻力矩Mf、回油阻力矩Mb和惯性阻力矩Ma，即 （2-19）1）工作阻力矩Mw 由工作机构的载荷决定。对不同的工作机构，工作阻力矩应根据实际工作状况进行计算。课程设计中，该参数由设计任务书给出。

14、2）摩擦阻力矩Mf 这里包括了液压马达内部装置引起的摩擦阻力矩和外部机构中的机械摩擦引起的摩擦阻力矩两部分，可分别用液压马达的机械效率和传动效率考虑，其值可参考有关液压传动设计手册。3）回油阻力矩Mb 由回油背压大小及马达结构决定。在系统方案及马达结构确定之前，可暂设该项为零。4）惯性阻力矩Ma 回转马达则为转动部分加速或减速时产生的惯性力矩，可按下式计算： （2-20）式中，e平均角加速度（或角减述度），1s2；w平均角速度，1s； t加速或减速时间，s； J马达回转部分的转动惯量，N.m.s2； GD2为旋转部件的飞轮效应。可查机械设计手册。启动加速过程的负载： （2-21）匀速回转过程的

15、负载： （2-22）减速制动过程的负载： （2-23） 由以上各式可知，在启动过程中液压马达的载荷最大，以此作为计算载荷，用于选择液压马达。在启动过程要克服的摩擦阻力矩较大，而实际用于工作的扭矩较小，这与正常运转时的值相差较大，这在设计或选用液压马达时必须加以考虑。3.负载循环图在执行元件工作循环中各个阶段的工作负载计算出后，便可以绘出执行元件工作负荷随时间（或位移、转角）变化的曲线图，即工作负载循环图。图2-3（a）为某机床动力滑台液压缸的工作负载循环图。为使图示直观简单，可将各阶段的负载按其段内的最大负载等值绘出，如图2-3（b）所示。 （a） （b）图2-3 某机床动力滑台液压缸的工作负

16、载循环图第三章 执行元件主要参数确定在执行元件的速度和工作负荷确定以后，要初步确定执行元件的主要性能参数，包括压力、流量等，以作为选择或设计液压执行元件和其它元件的主要依据。一、初选执行元件的工作压力1.压力级别的选择由于执行元件的作用各异，液压系统所需要的压力范围也不祥。压力分级如表3-1。确定所设计执行元件的压力范围在哪一个级别，应参照国内外同类型设备液压系统的级别。表3-1 压力级别压力等级低压中压中高压高压超高压压力（Mpa）322.压力的选定在同一压力级别中，压力选定的高低，直接影响执行元件的尺寸和成本，以至整个系统的性能。在传递相同功率的情况下，若压力选得低，就必须增加流量，而这将

17、导致元件尺寸的增大。若压力选得高，流量就可减少，这样液压元件的尺寸就小。当压力过高时，又会引起强度、刚度、密封等方面的一系列问题，反面会使液压元件尺寸增大。因此，应根据实际情况选取适当的工作压力。执行元件工作压力可按表3-2和表3-3根据总负载值或主机设备类型选取。表3-2 负载荷工作压力之间的关系负载F（KN）50工作压力P（MPa）0.8l.21.52.53.O4.04.05.05.0表3-3 各类液压设备常用的工作压力设备类型精加工机床半精加工机床精加工或重型机床农机小型工程机械工程机械辅助机构液压机大中型施工机械工作压力（MPa）0.8235510lOl62032二、流量确定 根据所选

18、定的压力和执行机构的负载，就可以初步确定执行机构的主要尺寸，进步算出执行机械所需要的流量。1.液压缸内径计算对于动力较大的设备，当有杆腔进压力油驱动负载时： （3-1）式中，取值见表3-4； D液压缸内径，m； F总负载，N； P选定的工作压力，Pa； d活塞秆直径，m。表3-4 系数l的推荐值l工作压力（MPa）7活塞杆受拉力0.3O.45活塞杆受压力O.50.55O.6O.70.7当无杆腔进压力油驱动负载时： （3-2）对于动力较小的设备，缸体尺寸若按负载计算，其数值可能很小。故多按结构需要而确定。对单杆活塞缸，般是先按结构要求选定活塞杆直径d，再按给定的速比，根据以下公式计算出缸的内径D

19、。 （3-3）由以上求得的D、d值应按标准值（见GB2348-80）进行圆整。根据选定的标准值，再计算出液压缸的实际有效面积。2.液压缸流量的计算根据液压缸无杆腔的有效面积A，再根据所要求的运动速度v，即可求出液压缸在各个阶段所需要的流量。当工作循环中有几个执行元件同时工作，即进行复合运动时，还应计算出在各阶段各个缸所需流量的总和，并进行比较求得最大流量，为选择液压泵提供依据。若液压缸的动作循环为快进一工进快退，则流量计算式分别为：快进： （3-4）工进： （3-5） 快退： （3-6）式中, q1、q2、q3分别为油缸快进、工进、快退三个工况所需流量，m3/s； Al、A2、A3分别为各工况

20、对应的液压缸工作腔有效面积，m2； v1、v2、v3分别为各工况对应的速度，ms。当主机有最低速度要求时，还需进行速度方面的验算，即， （3-7）式中，A液压缸的有效工作面积，m2； qmin节流阀、调速阀或变量泵的最小稳定流量，可由产品样本查得，m3/s； vmin液压缸要求最低速度，m/s。这验算工作也可在液压系统图已拟定，液压元件已选出后进行,若不符合上述条件，A的数值（即D、d的数值）就必须修改，以满足最小流量的要求。3.液压马达流量计算液压马达的流量由排量和转数确定。液压马达所需排量为： （3-8）式中，V液压马达排量，m3/r； Mmax负载要求的液压马达最大输出转矩，取（2-21

21、）、（2-22）、（2-23）式计算所得最大值， P液压马达进出口压力差，Pa。计算时取出口压力为0； hm液压马达的机械效率通常取hm0.9。根据排量和工作机构所需的转速n，即可选择液压马达的型号，并查出液压马达的实际排量和转速。三、复算执行元件的工作压力当液压缸的主要尺寸D、d或马达排量V计算出并按标准进行圆整后，会发现圆整后的标准值与计算值之间般都存在一定差别。因此，有必要对工作压力进行次复算。在复算时，应考虑背压负载。对于单杆液压缸，其工作压力P可按下列公式复算。差动快进阶段： （3-9） 无杆腔进油工进阶段： （3-10）有杆腔进油快退阶段： （3-11）式中，P1、P2、P3分别为

22、差动快进、无杆腔进油工进、有杆腔进油快退阶段的压力，Pa； A1、A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔有效面积，m2； Pb回油背压，可按表3-5估计。表3-5 执行元件背压估计值系统类型背压Pb（Mpa）中低压系统08MPa简单系统，般轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5带补油泵的闭式回路0.81.5中高压系统816MPa同 上比中低压系统高50%高压系统1632MPa如锻压机械等初算时背压可忽略不计四、作执行元件工况图各执行元件的主要参数确定后，可根据各阶段工作压力和流量，计算出所需要输入的液压功率。并作出系统中各执行元件在其工作过程中的工况

23、图，即执行元件在一个工作循环中的压力、流量、功率对位移（时间）的变化曲线图。图3-1为某机床进给液压缸工况图。将系统中各执行元件的工况图加以归并，便得到整个系统的工况图。 （a） （c）（b） （d）图3-1 执行元件压力、流量、功率循环图对于单执行元件系统或某些简单系统，其工况图的绘制可以省略，而仅将计算出的各阶段压力、流量和功率值列表表示。利用工况图可以进行以下几项工作：1）通过工况图，找出最高压力点、最大流量点和最大功率点，作为选择液压泵、控制阀和原动机的型式和规格的依据。2）利用工况图，验算各工况所选定参数的合理性，以便进行合理调整。可将所设计的工况图与调研来的各方案的工况图进行比较，

24、以便于鉴别和修改原设计的参数，使所设计的系统更加合理、经济。3）通过工况图分析，为后续选择液压回路提供合理的依据。第四章 拟定液压系统原理图液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的图样。拟定液压系统原理图既是本次课程设计的重点，也是液压传动系统设计的难点。所拟定的液压系统，应能满足设计课题的要求，保证性能可靠，并做到质量高、效率高、操作方便、结构简单。因此，对拟定液压系统原理图应予以充分重视。一、液压回路的选择液压系统由各种基本回路组成。若执行元件工作循环中有特殊要求，可增加些特殊回路。拟定时，应以主机执行元件的工况图为主要依据，参考现有同类型机器的液压系统，首先确定对主要执行机构的主要

25、性能起决定性影响的主要回路（如机床液压系统的调速和速度换接回路，液压压力机的调压回路），然后再考虑其它辅助回路。要先定性后定量，既有比较又有分析地反复进行，以达到合理、完善的目的。1.选择调速回路选择节流调速还是容积调速，主要根据系统功率和调速范围的大小以及对系统温升、工作平稳性的要求来选择。容积调速具有功率损耗较小、效率较高、发热和泄漏较小的特点。主要应用在负载功率大、运动速度高的工况，以及速度随负载变化较小、刚性较好的场合。节流调速相对于容积调遵功率损耗较大。效率较低、发热和泄漏较多。但其结构筒单、成本低、使用维护方便。多用于负载功率小，运动速度较低的场合。节流调速采用节流阀还是调速阀，应

26、根据速度特性来确定。用节流阀调速时，速度随负载变化量较大、刚性较差；用调速阀调速时，速度随负载变化量较小，刚性较好。节流调速可分为进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流调速系统只适用于正向负载，不适用于有反向负载的场合。为改善其运动的平稳性，常在回路装个压力为0.20.3MPa的背压阀。回油节流调速系统能承受反向负载，且回油腔有一定背压，使执行元件运动平稳。旁路节流调速系统不能承受反向负载，且运动的平稳性最差，但液压泵工作压力随负载而变化，且没有溢流损失，因而效率较高。实际应用中，常采用进油路节流调速回路并在回油路上加背压阀。当执行机构要求有快慢速运动转换时，可考虑选用液压缸差动连接的

27、快速运动回路、双泵供油的快速运动回路或采用蓄能器的快速运动回路。如，从工况图中得知流量变化的特点是最大流量和最小流量相差很大，且这两种流量运行的时间都较长时，可采用双泵供油回路。 当执行机构要求有两种慢速的转换时，可考虑采取调速阀串联或并联的形式实现。2.选择速度转换回路快慢速速度的转换常采用换向阀实现。应用较广泛的是电磁换向阀的快慢速转换回路。如图4-1，这种回路速度换接快，行程调节比较灵活，便于实现自动控制。图4-2为用行程阀的快慢速换接回路。这种回路速度换接比较平稳，动作可靠。缺点是管路接得较长，压力损失较大，故多用于大批量生产用的专机液压系统。图4-1 用电磁换向阀的快慢速转换回路 图

28、4-2 用行程阀的快慢速转换回路3.选择油路循环形式液压系统油路循环形式的选择主要取决于调速方式。通常节流调速、容积节流调速只能采用开式系统；容积调速多数采用闭式系统，有时也采用开式系统。为了补偿系统中的泄漏损失，闭式循环系统需要专设个补油回路。开式系统和闭式系统的比较见表4-1。表4-1 开式和闭式系统的比较循环方式开 式翩 式适应工况一般均能适应，液压泵可向多支路供油限于要求换向平稳，换向速度高的一部分容积调速系统。一般一个液压泵不能向多支路供油结构特点简 单复 杂散 热较方便，但油箱大较复杂，须用辅助液压泵换油冷却抗污染能力较差，可采用压力油箱来改善较好，但油液过滤要求较高管路损失及效率

29、管路损失大，用节流调速时、效率低管路损失较小，用容积调速时，效率较高二、其它注意问题根据前面选定的液压回路，再综合考虑以下问题，即可组成完整的液压系统。1.基本回路组合时，要防止相互干扰例如，在并联油路中有两个执行元件同时工作时，由于工作载荷的不同，所需的压力也不样，压力低的执行元件会用去大部分或全部油液。影响压力高的执行元件的正常工作。此时，就需以减压阀、调速阀等加以控制。又如，当工作油路和控制油路都用同液压泵供油时，若工作油路处于卸荷或空载状态，将使控制油路没有足够的压力去操纵液动阀工作。为此，就需在适当的位置设置背压阀加以解决。2.提高系统效率，防止系统过热提高液压系统效率防止其过热的方

30、法，通常有如下几个方面。 1）在液压元件、轴件、油液选择方面：选择高效率的液压元件、辅件；正确选择油液及粘度范围；合理选择油管内径、合理配置油管、减少油管长度及弯曲处，以减少压力损失。 2）在选择基本回路方面：系统般应有卸荷回路；尽量不用或少用节流阀、减压阀；采用效率高的液压回路。3.避免系统中存在多余回路液压系统的回路应力求简单、可靠。回路愈复杂，产生故障的机会愈多，功率损失愈大。4.防止液压冲击1）防止由于工作机构运动速度的变换（起动、变速、制动）而引起的液压冲击的措施有：在保证换向精度和生产率的前提下，尽量减慢换向、换接速度，有的可用电液换向阀或带行程阀的液控换向阀；为了减慢滑阀开启及关

31、闭时速度的急剧变化，可以在滑阀控制边上开槽或作成半锥角为25的节流锥面。 2）对于负载情况发生突变时，如工作负荷突然消失时，可在回油路上加背压阀；若是冲击性负载，可在执行元件入口处装设超载安全闷，组成缓冲回路。 3）适当加大管径，缩短管道长度，尽量避免不必要的弯曲管路，以改善系统管路中的液压冲击。5.确保系统安全可靠液压系统运行中的不安全因素是不规则的。例如异常的负载、停电，外部环境条件的急剧变化，操作人员的误动作，都必须设计有相应的安全回路或措施，确保人身和设备安全。比如，为了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，应有锁紧、平衡、限速等回路；为了防止操作者的误动作或液压元件失灵而产生的误动作，应

32、有误动作防止回路等。6.减少生产成本，缩短生产周期系统组成要尽可能简单，元件、辅件尽量要少；还应尽量采用标准元件，减少自行设计的元件。 7.便于检修和调试 为了调整和检修上的方便，在拟定液压系统图时，应在需要检测系统参数的地方，设置工艺接头以便于安装检测仪表。因为检测液压系统有关部位的参数，是调整和寻找系统故障的重要依据之一。拟定的液压系统原理图应按国家标准（GB/T786.1-93）（见附录B）规定的图形符号绘制。第五章 液压元件的计算与选择 液压系统拟定后，就要选择（设计）液压元件，包括液压泵及拖动装置、液压控制阀和液压辅助元件。一、选择液压泵及施动装置首先根据设计要求和系统工况确定泵的类

33、型，然后根据液压泵的最高供油压力和最大供油量来选择液压泵的规格、型号。1.确定液压泵的最高侠油压力Pp （5-1）式中，P执行元件工况图中所示的最高压力，MPa； P进油路上总的压力损失，MPa。如系统在执行元件停止运动对才出现最高工作压力，则P=0；否则须计算出油液流过控制调节元件和管道时的各项压力损失。初算时可凭经验进行估计：对简单液压系统取P=0.20.5Mpa，对复杂系统取P=0.51.6MPa。2.确定液压泵的量大供油量qp液压泵的最大供油量qp由执行元件工况图中的最大流量qmax确定，计算公式如下：一般情况： （5-2）采用节流调速： （5-3）采用蓄能器： （5-4）式中，qma

34、x同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，m3s； q溢流阀最小溢流量，q=（3.35）10-5 m3s； K考虑系统泄漏的修正系数，般取K=1.11.3，大流量取小值，小流量取大值； 采用蓄能器时的执行元件平均流量，m3s。3.选择液压泵的规格型号液压泵的规格型号按Pp、qp值在产品样本或液压传动设计手册中选取。为了使液压泵安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比Pp高2560。泵的额定流量则宜与qp相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。4.选择驱动液压泵的电动机驱动液压泵的电动机根据驱动功率和泵的转速来选择。1）在工作循环中，当液压泵的压力和流量比较恒定，驱动泵的

35、电动机功率为： （5-5）式中：N电机功率，Kw； Pp泵最大工作压力，Pa； qp泵的流量，m3s； h泵的总效率（参见表5-1）。规格大的取上限，规格小的取下限；变量泵取下限，定量泵取上限。表5-1 液压泵效率表液压泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵总效率0.60.80.75O.80.750.90容积效率0.70.90.70.90.850.982）限压式变量叶片泵的驱动功率，可按泵的实际压力流量特性曲线拐点处功率来计算。3）在工作循环中，当液压泵的压力和流量变化较大时，可分别计算出工作循环中各阶段所需的驱动功率，然后求其平均值Ncp： （5-6）式中，Nl、N2Nn个工作循环中各阶段所需的驱动功率；

36、 t1、t2tn个工作循环中各阶段所需的时间。在选择电动机时，应将求得的Ncp值与各工作阶段的最大功率值比较。若最大功率在电动机短时超载25的范围内，则按平均功率选择电动机。否则，按最大功率选择电动机。二、选择控制阀1.选择依据在液压系统方案原理图中，根据工艺要求已拟定了各液压机构的控制回路，各类阀的规格型号应按照系统所需的最大工作压力和通过阀的最大流量来选取。另外，还需考虑动作方式、安装固定方式、压力损失数值、工作性能参数和工作寿命等。2.选择控制阀应注意的问题1）应尽量选择标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用控制阀等元件。2）选溢流阀时，按液压泵的最大流量选取；选节流阀和调速阀时，要考

37、虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。3）当要求换向平稳、换向时间可调或流量较大时优先选用电液换向阀。4）般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。5）应注意差动液压缸由于面积差形成不同回油量对控制阀正常工作的影响。三、选择辅助元件1.管道的选择选择管道的主要内容是根据压力损失、发热量和液压冲击，合理确定管道内径、壁厚和材料。1）管道内径的确定油管内径可按下式计算： （5-7）式中，d油管内径，m；qv通过油管的流量，m3s； v油管允许流速，ms，其值见表5-2。表5-2 管道允许流速推荐值管道名称V（m/s）说 明吸油管压油

38、管回油管0.61.52.551.52流量大时可取大的值；压力较高、流量较大和管道较短时可取较大值表中数据是对石油基油液而言，对于水油乳化液，其允许流速可相应比表中推荐值大25%。2）管道壁厚的确定，m （5-8）式中，P管道承受的最高工作压力，MPa； d管道内径，m； s管道材料的许用应力，Mpa，对于铜管取s25Mpa；对于钢管取； sb材料的抗拉强度，Mpa。其值可查机械设计手册； n安全系数，一般取48，液压系统振动压力大者取大值，小者取小值。一般液压系统设计时往往根据已选定的元件的连接来确定管道尺寸。对管路损失较严重的系统（如锻压设备），可先初定管道内径，待计算管路压力损失之后，再调

39、整管道尺寸。 2.油箱的确定为了储油和散热，油箱必须有足够的容积和散热面积。油箱的有效容量（指液面高度为油箱高度的80%时，油箱所储液压油的体积），按下式计算： （5-9）式中，V油箱有效容积，L； qp液压泵的总额定流量，L/min； a经验系数，其数值如下： 低压系统：a=24 中压系统：a=57 高压系统：a=612对于工程机械和行走机械，其油箱容量通常只取油泵的l2倍，这样可使结构布局紧奏，但往往要配置冷却器。3.滤油器的选择1）选择滤油器的依据承压能力：按系统管路工作压力确定；过滤精度：按被保护的元辅件精度要求确定；流通能力：按通过最大流量确定（应有裕度）；阻力压降：应满足过滤材料强

40、度与系数要求。2）滤油器过滤精度的选择 对不同用途与工作压力级的系统和元件可参考表5-3数据选取。表5-3 滤油器过滤精度的选取系 统过滤精度（）元 件过滤精度(弘)低压系统7MPa系统10MPa系统14MPa系统电液伺服系统高精度伺服系统1001505025101552.5滑阀节流孔流量控制阀安全阀、溢流阀1/3最小间隙1/7孔径（小于1.8mm）203015204.其它辅件其它辅件包括蓄能器、冷却器、加热器、压力表、管接头等，根据液压系统的需要进行选择。四、阀类元件配置形式的选择对于机床等固定式的液压设备，常将液压系统的动力源、阀类元件（包括某些辅助元件）集中安装在主机外的液压站上。这样能

41、使安装与维修方便，并消除了动力源振动与油温变化对主机工作精度的影响。而阀类元件在液压站上的配置形式也有多种形式可供选择，目前广泛采用集成化配置，具体有下列三种：1）油路板式优点：结构紧凑、油管少、调节方便、不易出故障；缺点：加工较困难，油j孪压力损失较大。2）集成块式优点：结构紧凑、油管少，可标准化，便于设计与制造，更改设计方便，油路压力损失小。3）叠加阀式优点：结构紧凑、油管少、体积小、重量轻，不需设计专用的连接块，油路的压力损失很小。五、液压油的选择1.液压油类型选择液压系统所用液压油的类型应根据其工作性质和工作环境要求来选择。目前各类常用机械设备的液压系统大多采用石油型液压油。2.液压油

42、牌号选择液压油牌号的选择主要是根据工作条件选用适宜的粘度。1）液压系统的工作压力。工作压力高的液压系统宜选用粘度较高的液压油，以减少泄漏。2）环境温度。环境温度高时应选用较高粘度的液压油。3）运动速度。工作部件运动速度较高时，宜选用粘度较低的液压油。4）此外也可根据液压泵类型及工作情况选择液压油粘度。常用液压泵用油粘度范围及推荐用油见表5-4。表5-4 液压泵用油粘度范围及推荐用油表名 称粘度范围（cst）工作压力（MPa）工作温度（）推荐用油允许最佳叶片泵(200r/min)162202654 7540N32、N46机械油4080N68、N46机械油叶片泵（1800r/min）2022025

43、5414以上540YA-N32、YA-N46液压油4080YA-N46 YA-N68液压油齿轮泵4220255412.5以下540YA- N32、YA-N46（N32、N46)4080YA-N46、YA-N68（N46、N68）1020540YA-N46、YA-N68液压油4080YB-N46、YB-N68抗磨液压油1632540YB-N32、YB-N46抗磨液压油4080YB-N46、YB-N68抗磨液压油径向柱塞泵 10 65 16 4814 35540YB-N32、YB-N46抗磨液压油4080YB-N46、YB-N68抗磨液压油轴向柱塞泵4 76 16 4735以上540YB-N32、

44、YB-N46抗磨液压油4080YB-N68、YB-N100抗磨液压油注：1cst=10-6m2/s第六章 非标准液压元件的设计在液压系统选用的液压元件中，般都是标准元件，而液压缸多为非标准元件，一般要自行设计。一、液压缸主要尺寸的计算 1.单杆活塞缸主要尺寸计算1）液压缸内径D和活塞杆直径d根据最大总负载和选取的工作压力来确定，前面已做计算，这里不再赘述。2）活塞长度B （6-1）3）活塞秆导向套长度A （6-2）3）液压缸缸筒长度L （6-3）式中，S活塞最大行程，m； C活塞杆密封长度和特殊要求的其它长度，m。为减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的2030倍。二、液压缸的校核1.

45、缸筒壁厚d的验算中、高压缸一般用无缝钢管作缸筒，大多属薄壁筒，即dD0.08。这时，应按材料力学薄壁圆筒公式验算壁厚。 （6-4）当液压缸采用铸造缸筒时，壁厚由铸造工艺确定，这时应按厚壁圆筒公式验算壁厚。当dD=O.080.3时，可用实用公式： （6-5）当dD0.3时，可用下式： （6-6）式中，D缸筒内径，m； Pmax缸筒内的最高工作压力，Mpa； s缸筒材料的许用应力，Mpa。可查机械设计手册。2.液压缸稳定性验算当液压缸计算长度L10d 时，需进行液压缸纵向稳定性的验算，验算可按材料力学有关公式进行，此处不再赘述。三、液压缸的结构设计液压缸由缸体组件、活塞组件密封件等基本部分组成。此

46、外，一般液压缸还设有缓冲装置和排气装置。在进行液压缸设计对应根据工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及装拆检修等方面的要求综合考虑缸的各部分结构。图6-1为一空心双杆活塞缸结构图。图6-1 空心双杆活塞缸结构图1、15活塞杆；2堵头；3托架；4、7、17密封圈；5、14排气孔；6、19导向套；8活塞；9、22锥销；10缸筒；11、20压板；12、21钢丝环；13、23纸垫；16、25压盖；18、24缸盖1.缸体组件缸体组件包括缸筒、前端盖、后端盖，它与活塞组件构成密封的容积腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度、较高的表面精度和可靠的密封性。1）缸筒 缸筒是液压缸的主体，其内孔要求表面粗键度Ra=0.10.4mm，以使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动和保证密封效果。2）端盖端盖装在缸筒两端，与缸筒形成密封容积腔。3）导向套导向套对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。 4）缸体组件的连接形式及材料常用的连接形式有法兰式、螺纹式、半环式、拉杆式、焊接式。材料选择和技术要求可参考有关手册。2.活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。1）活塞 活塞受油压的作用在缸筒内作往复运动，