第九章液压系统的设计与计算
知识点
1.液压系统的设计计算和液压系统原理图的合成。
2.液压元器件参数的设计计算及规格型号选用，验算液压系统性能的方法。
★学习指导和要求
1.掌握液压系统的设计计算步骤与方法，液压系统原理图的合成。
2.掌握依据设备主机对液压执行元件工作要求进行液压系统使用工况分析的方法与步骤。
3.了解液压元器件参数的设计计算及规格型号选用。
4.了解液压系统性能验算的方法。
9．1液压传动系统的设计步骤
液压传动系统设计的任务是根据整机的用途、特点和要求，明确整机对液压系统设计的要求，进行工况分析，确定液压系统的主要参数，拟定出合理的液压系统原理图，计算和选择液压元件的规格，验算液压系统的性能，绘制工作图，编制技术文件等。
液压传动系统设计的步骤为：（1）明确设计要求，进行工况分析，（2）拟定液压系统原理图，（3）液压元件的计算和选择，（4）液压系统的性能验算，（5）绘制工作图和编制技术文件。以上设计步骤的过程有时需要穿插进行，交叉展开。对某些比较复杂的液压系统，需经过多次反复比较，才能最终确定。
9．1．1 液压系统的设计要求与使用工况分析
1．设计要求分析
液压传动系统设计任务书中规定的各项要求是液压系统设计的依据，在进行液压系统设计时，必须明确对液压系统中执行元件动作以及性能的要求，应保证执行元件能够完成规定的运动方式、工作循环和动作周期，满足负载条件、速度要求、工作行程、运动平稳性和精度、工作可靠性以及同步、互锁和配合要求等；明确液压系统工作场所环境温度、湿度、尘埃、通风以及易燃易爆、振动、安装空间等的工作环境情况。
2．使用工况分析
液压传动系统使用工况分析是指对液压执行元件的工作情况进行分析，主要是明确液压系统中的执行元件在实现整个工作循环过程中各个工作阶段的流量、压力和功率三个参数的变化规律，并将其用曲线表示出来，即工况图，作为确定液压系统主要参数和拟定液压系统方案的依据。
（1）运动分析
按工作要求和执行元件的运动规律，把执行元件完成一个工作循环时的运动规律用图形表示出来，这个图形称为运动分析图，其中包括工作循环图和速度循环图。图9.1
所示为某组合机床动力滑台运动分析图，其中，图9.1（a ）为动力滑台工作循环图，图9.1（b ）为动力滑台速度循环图，也称为速度－位移（时间）曲线图。
（2）负载分析
按工作要求，把执行元件在一个工作循环中各阶段的负载与位移关系用图形表示出来，这个图形称为执行元件的负载循环图，也称负载－位移曲线图，如图9.2所示。
（3）执行元件的参数确定
1）选定工作压力。当负载确定后，工作压力的选定决定了液压系统的经济性和合理性。若工作压力低，执行元件的尺寸就大，重量也大，完成给定速度所需的流量也大；若工作压力过高，密封要求就高，元件的压力等级和制造精度也高，所以应根据实际情况选取适当的工作压力。通常是采用类比法或负载法选取，见表9.1和表9.2。
表9．1 各类液压设备常用系统工作压力
表9．2 根据负载选择系统压力
2）确定执行元件的几何参数。对于液压缸来说，它的几何参数是有效工作面积A ，对于液压马达来说就是排量V 。
液压缸有效工作面积A （m 2）为
A =
p
F
（9.1）
图9.2 动力滑台负载循环图
（b ）
（a ）
图9.1 动力滑台运动分析图
式中，F 为液压缸工作负载（N ）；
p 为液压缸工作压力（Pa ）。
利用上式计算出来的液压缸有效工作面积A 可以确定液压缸缸筒内径D 、活塞杆直径d 。
对于有低速稳定性要求的设备，还应按液压缸所要求的最低稳定速度来验算，即
A ≥min
min v q
（9.2）
式中，q min 为流量阀最小稳定流量（m 3/s ）；
v min 为液压缸最低速度（m/s ）。
3）绘制液压执行元件工况图。根据负载图和液压执行元件的有效工作面积（或排量）就可绘制液压执行元件工况图，即压力图、流量图和功率图。图9.3所示为某组合机床动力滑台液压缸工况图，其中，图9.3（a ）所示为压力图，图9.3（b ）为流量图，图9.3（c ）为功率图。
从工况图上可直观方便地找出最大工作压力、最大流量和最大功率，根据这些参数可选择液压泵及其驱动电动机、液压阀，优化供油方式。 9．1．2 液压系统方案设计
1．确定液压系统方案
液压传动系统方案设计是根据主机整机的工作情况及其对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟定出一个各方面都比较合理的、可实现的液压系统的方案。
方案设计的内容主要包括：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析与选择，液压回路的分析、选择与合成，液压系统原理图的拟定、设计与分析等。
2．选择基本回路
（1）油路循环方式的分析与选择
液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种。油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡是有较大空间可以存放油箱且不需另设散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或容积—节流调速的系统，均宜采用开式系统。当开式系统中有多个液压执行元件时，系统按油路的不同连接方式，又可分为串联、并联、独联以及它们的组合即复联等形式。凡是允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，对工作稳定性和效率有较高要求的系统，采用容积调速的系统，都宜采用闭式系统。两种油路循环方式的比较见表9.3。
图9.3 动力滑台液压缸工况图
（a ）
（c ） （b ）
表9．3 开式系统与闭式系统的比较
（2）调速方案的分析与选择
调速方案对主机主要性能起决定性的作用。选择调速方案时，应依据液压执行元件的负载特性和调速范围以及经济性等因素进行分析比较，最后选出合适的调速方案。
表9．4 调速方法及调速回路主要性能比较
（3）液压基本回路的分析与选择
选择液压回路是根据液压传动系统的设计要求和工况图，从众多个成熟的方案中经过分析、评比挑选出来的。一般液压系统都必须设置调压回路、换向回路、卸荷回路及安全回路等；对于液压执行元件存在外负载对系统做功的工况，还要设置平衡回路，在外负载惯性较大的系统中，还需要设置制动回路，以防止产生液压冲击；对有快速运动部件的系统或者要求精确换向的系统，需要设置减速回路或缓冲回路等；对于有多个液压执行元件的系统，要根据需要设置顺序回路、同步回路或互不干扰回路等。
在选择一些主要液压回路时，要注意调压回路的选择主要取决于系统的调速方案。在节流调速系统中，一般采用调压回路，在容积调速和容积－节流调速或旁路节流调速系统中，均采用限压回路。一个油源同时提供两种不同工作压力时，可采用减压回路。对于工作时间相对辅助时间较短而功率又较大的系统，可以考虑增加一个卸荷回路。速度换接回路选择的主要依据是对换接时位置精度和平稳性的要求，同时还应考虑到应使结构简单、调整方便、控制灵活。多个液压缸顺序动作回路的选择主要考虑顺序动作的可变换性、行程的可调性、顺序动作的可靠性等。多个液压缸同步动作回路的选择主要考虑多个液压缸动作的同步精度、系统调整、控制和维护的难易程度等要求。
3．拟定液压系统原理图
选定调速方案和液压基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，并对回路进行归并和整理，就可将液压回路合成为液压系统，拟定出液压系统原理图。
拟定好液压系统原理图以后，检查并确认所设计的液压系统达到了各项设计指标，能够保证其工作循环中的每个动作都是安全可靠和无相互干扰的；系统尽可能多地选用了标准元件，去除了不必要的冗余，系统经济合理、结构简化，便于检测和维修。
9．1．3 液压元件的计算与选择
液压元件的计算和选择也就是通过计算各液压元件在工作中所承受的压力和通过的流量，来确定各个液压元件的规格和型号。
1．液压泵的选择与液压泵站设计
液压能源装置是液压系统的重要组成部分。通常有两种形式：一种是液压装置与主机分离的液压泵站，另一种是液压装置与主机合为一体的液压泵组（包括单个液压泵）。
（1）液压泵站的类型及其组件的选择
1）液压泵站类型的选择。通常按液压泵组的布置方式、流量特性和规模大小分类，液压泵组置于油箱之上的上置式液压泵站，根据电动机安装方式不同，又分为立式和卧式两种；非上置式液压泵站按液压泵组与油箱是否公用一个底座而分为整体式和分离式两种；整体式液压泵站的液压泵组安置形式又有旁置和下置之分。
2）液压泵站组件的选择。液压泵站一般由液压泵组、油箱组件、过滤器组件、蓄能器组件和温控组件等组成。液压泵组由液压泵、原动机、联轴器、底座及管路附件等组成，输出所需压力和流量的工作介质。根据主机的要求、工作条件和环境条件，设计出与工况相适应的液压泵站方案后，就可计算液压泵站中各主要元件的工作参数。
（2）液压泵的计算与选择
根据设计要求和系统工况确定了液压泵的类型后，然后再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与型号。
1）确定液压泵的最高工作压力p P。液压泵的最大工作压力就是液压系统正常工作时液压泵所能提供的最高压力，它是选择液压泵规格和型号的重要依据。泵的最高工作压力视液压执行元件最大工作压力p max而定，通常执行元件最大工作压力p max的出现有两种情况：其一是执行元件在运动行程终了，停止运动时（如液压机、夹紧缸）出现；其二是执行元件在运动行程中（如机床、提升机）出现。对于第一种情况，泵的最高工作压力p P就是执行机构所需的最大压力p max；而对于第二种情况，除了考虑执行机构的压力外还要考虑油液在管路中流动时产生的总压力损失。在确定液压泵的最高工作压力p P时，对于两种情况要区别对待，即
对于第一种情况：p P≥p max（9.3）对于第二种情况：p P≥p max+ΣΔp（9.4）式中，p max为执行元件的最大工作压力；
ΣΔp为管路总压力损失，它包括油液从液压泵出口到执行元件进口之间所经各段管路和元件的沿程压力损失和局部压力损失两部分，初步估算时，一般节流调速和管路简单的系统取ΣΔp＝0.2~0.5MPa；有调速阀和管路较复杂的系统取ΣΔp=0.5~1.5MPa。
2）确定液压泵的最大供油量q P 。液压泵的最大供油流量按执行元件工况图上的工作流量及系统回路中的泄漏量来确定，即
q P ≥K Σq max （9.5）
式中，K 为系统泄漏系数，通常取K =1.1~1.3，小流量时取大值，大流量时取小值；
Σq max 为各执行元件同时动作时所需流量之和的最大值。
对于节流调速系统，如果最大供油量出现在调速时，尚须加溢流阀的最小溢流量0.05m 3/s ，来保持溢流阀溢流稳压状况。
对于以蓄能器作辅助能源的系统，泵的流量按一个工作循环中的平均流量选取，即
q P ≥
∑=?n
t
q T
K 1
i i
i （9.6）
式中，K 为系统泄漏系数，意义同上；
T 为工作循环的周期时间；
q i 为工作循环中第i 个阶段所需的流量； Δt i 为第i 个阶段持续的时间； n 为循环中的阶段数。
3）选择液压泵的规格。根据前面设计计算过程中计算出的液压泵的最高工作压力p P 和最大供油量q P 值，即可从产品样本手册中选择出合适的液压泵的型号和规格。为了保证液压泵安全可靠和具有一定的压力储备，通常泵的额定压力p n 可比最高工作压力p P 高约25%~60%；泵的额定流量q n 则只须选得满足最大流量q max 需要即可，若选择的q n 过大，则会造成过大的功率损失。
表9．5 液压泵种类与特性
4）确定液压泵驱动电动机的功率P n 。液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电动机的功率一般可以直接从产品样本或技术手册中查到，但其数值在实际使用中往往偏大。因此，也可根据具体工况计算出来，数值经圆整后，确定电动机的功率。
①使用定量泵时的驱动电动机功率P n 。整个工作循环中，液压泵功率变化较小时，即液压执行元件的工况图曲线比较平稳时，驱动液压泵所需的电动机功率为
P n ≥
P
P
P ηq p （9.7）
式中，p P 为液压泵的最大工作压力（Pa ）；
q P 为液压泵的输出流量（m 3/s ）； ηP 为液压泵的总效率。
整个工作循环中，液压泵功率变化较大的情况下，且在功率循环图中最高功率持续时间很短时，可按式（9.7）分别计算出工作循环各阶段的液压泵驱动功率P i ，然后用下式计算出驱动液压泵所需电动机的平均功率
P n =
∑∑==n
n
t
t
P 1
i i
1
i i
2i （9.8）
式中，t i 为一个工作循环中第i 阶段持续的时间。
求出平均功率后，还要验算每一个阶段电动机的超载量是否在允许的范围内，一般电动机允许短期超载量为25%。如果在允许的超载范围内，即可根据平均功率P n 与泵的转速n 从产品样本中选取电动机。
②使用限压式变量泵时的驱动电动机功率P n 。计算限压式变量泵驱动电动机的功率P n 时，可按液压泵的流量—压力特性曲线拐点处的流量q B 和压力p B 计算。
P n ≥
P
B
B ηq p （9.9）
式中，p B 为限压式变量泵的拐点（即最大功率点）压力（Pa ）；
q B 为限压式变量泵的拐点（即最大功率点）输出流量（m 3/s ）； ηP 为限压式变量泵的总效率。 2．液压控制元件的选择
液压泵的规格型号确定之后，参照液压系统原理图可以估算出各控制阀承受的最大工作压力和实际最大流量，查阅有关产品样本确定控制阀的规格型号。
一般要求选定的阀类元件的额定压力和流量大于系统最高工作压力和通过该阀的实际最大流量。对于换向阀，有时也允许短时间通过的实际流量略大于该阀的额定流量，但不应超过20%，以免造成过大的压力损失、发热和噪声。流量阀按系统中流量调节范围来选取，其最小稳定流量应能满足执行元件最低稳定速度的要求。此外，在选择阀时，还应注意结构型式、特性、压力等级、连接方式、集成方式及操纵方式等问题。
（1）溢流阀的选择
直动式溢流阀响应快，宜作制动阀、安全阀使用；先导式溢流阀启闭特性好，宜作调压阀、背压阀使用，先导式溢流阀的最低调定压力一般只能在0.5~1MPa 范围内。
溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并应注意其允许的最小稳定流量，一般来说，最小稳定流量为额定流量的15%以上。
（2）流量阀的选择
一般中、低压流量阀最小稳定流量为50~100mL/min ；高压流量阀的为2.5~20L/min 。 流量阀的进、出口之间需要有一定的压差，高精度流量控制阀约需1MPa 的压差。 （3）换向阀的选择
选择换向阀时，流量在190L/min以上的宜用二通插装阀；190L/min以下的可采用滑阀型换向阀，70L/min以下的可用电磁换向阀，否则，需用电液换向阀。对于三位换向阀的滑阀除考虑压力、流量外，还应考虑阀的中位机能及其操纵方式。
表9．6 换向阀控制方式比较
选择单向阀及液控单向阀时，应选择开启压力小的单向阀，外泄式液控单向阀较内泄式的控制压力低，工作可靠，选用时可优先考虑；开启压力较大（0.3~0.5MPa）的单向阀也可作为背压阀使用。
3．液压执行元件的计算与选用
（1）液压执行元件类型的选择
应根据主机所要实现的运动形式（移动、转动或摆动）和性质（速度和负载的大小）选择液压执行元件的类型。设计时可参照表9.7来选择液压执行元件的类型。
表9．7 液压执行元件类型
注：A1—无杆腔活塞面积；A2—有杆腔活塞面积。
（2）液压缸的设计计算以及液压马达的计算与选择
表9．8 液压缸内径尺寸系列（GB/T2348－2001）（单位：mm）
表9．9 活塞杆直径尺寸系列（GB/T2348－2001）（单位：mm）
液压缸的主要技术参数和所需流量计算以及液压马达的理论排量V计算参见本书中的有关内容。计算所得的液压缸活塞直径D、活塞杆直径d以及活塞行程，要参照表9.8、表9.9和表9.10的推荐值进行圆整。液压马达则可根据其工作压力、转速和排量选择合适的液压马达产品，液压马达的理论排量V也需要按照有关标准圆整成标准值。
表9．10 液压泵活塞行程系列（GB/T2349－1997） （单位：mm ）
4．液压辅助元件的选择和设计与计算
根据液压系统对密封装置、油箱、过滤器、热交换器、蓄能器、管件等辅助元件的要求，按照本书中的有关原则进行选择和设计与计算。 9．1．4 液压系统性能验算
1．液压系统压力损失的验算
在前面确定液压系统的最高工作压力p P 时，已初步确定了管路的总压力损失ΣΔp ，当时由于系统还没有完全设计完毕，管道的设置也没有确定，因此，只能是粗略估算。当液压系统的元件型号、管路布置等确定之后，需要验算管路的总压力损失ΣΔp ，检验其是否与初步确定的值相符，并可再次较准确地确定液压泵的工作压力，保证系统的工作性能。若计算结果与初步确定的值相差较大，则应对原设计进行修正。
（1）管路压力损失计算
管路内压力损失包括沿程损失Δp λ、局部损失Δp ξ1和阀类元件的局部损失Δp ξ2，即
ΣΔp =ΣΔp λ+ΣΔp ξ1+ΣΔp ξ2 （9.10）
式中Δp λ、Δp ξ1、Δp ξ2根据液体流动中压力损失的有关公式和数据计算。
当液体在较长的圆形直管中流动时，应当计算其中液流的沿程压力损失。计算时首先要判断液体的流动状态，在确定流态为层流后，再用经验公式计算Δp λ（Pa ），有
Δp λ＝
q d
l 4
π128μ （9.11）
式中，μ为油液的动力粘度（N·s/m 2）；
l 为油管长度（m ）； d 为油管内径（m ）；
q 为通过管路的流量（m 3/s ）。
液体流经局部障碍处的流动现象十分复杂，其压力损失一般由试验求得，为简化求解步骤，依据经验，常取沿程压力损失数值的5%~10%作为局部压力损失的量，即
Δp ξ1＝(0.05~0.1)Δp λ （9.12）
若是管路简单且较短时，Δp λ、Δp ξ1这些数值都较小，通常略去不计。
对于液流通过各种阀类元件的局部压力损失，可在阀类元件的产品样本中直接查得，或可查得在额定流量q n 时的额定压力损失Δp n 。通常实际通过阀类元件的流量q 并不是额定流量q n ，对于通过其中的压力损失又是与流量有关的阀类元件，比如换向阀、过滤器等，在阀类元件中通过实际流量为q 的情况下的压力损失可按下式计算，即
Δp ξ2＝Δp n 2
n
???
? ??q
q
（9.13）
式中，Δp n 为阀的额定压力损失（Pa ），可从有关产品样本中查阅Δp n 的值；
q n 为阀的额定流量（m 3/s ），可从有关产品样本中查阅q n 的值； q 为阀的实际通过流量（m 3/s ）。
液压回路（包括进油路和回油路）的压力损失在计算时都必须折算到进油路上，这样便于确定系统的供油压力。因而进油路和回油路的压力损失应分别计算，然后再折算。
由于液压系统在不同工作阶段的压力损失随着流量的不同是不相同的，因而，必须对各种不同工作阶段的压力损失情况分别进行计算。
（2）压力阀的调整压力
1）在定量泵节流调速系统中，溢流阀的调整压力按工进时泵的工作压力p P 调整。 2）在双联泵供油系统中，溢流阀的调整压力同上。卸荷阀和液控顺序阀的压力按高出快进或快退时泵的工作压力p P 快进或快退0.5~0.8MPa 调整。
3）减压阀、背压阀、顺序阀的压力按实际工作需要调整。 2．液压系统发热温升的验算
液压系统在工作时存在有压力、机械、容积等各种损失，这些大都转变为热能，使系统发热，油温升高，影响正常工作。为此必须将油液温升Δt 控制在许可范围内。如应控制普通机床系统的温升Δt ≤25~30℃，精密机床的温升Δt ≤10~15℃，工程机械等的温升Δt ≤35~40℃。系统中产生热量的元件主要有液压缸、液压泵、溢流阀和节流阀等，散热的元件主要是油箱。工况不同，系统达到热平衡时的温度也不同，必须验算。
（1）系统发热量的计算
功率损失转换为热量，在单位时间内系统的发热量为
H =P in －P out =P in (1－η) （9.14）
式中，P in 为液压泵输入功率（kW ）；P out 为液压执行元件输出功率（kW ）；η为液压系统总效率，它等于液压泵效率ηP 、回路效率ηc 、执行元件效率ηM 的乘积，即η=ηP ηc ηM 。
（2）油箱单位时间散热量计算
H 0=hA Δt （9.15）
式中，h 为油箱散热系数[kW/(m 2·℃)]，自然通风时，常取h =(5~18)×10-3[kW/(m 2·℃)]；
A 为油箱散热面积（m 2）；
Δt 为系统达到热平衡时油液相对环境温度的温升（℃）。 （3）达到热平衡时的温升
当液压系统达到热平衡时，即H =H 0，有
Δt =
hA
H
（9.16） 当计算所得温升大于允许温升时，可通过增大油箱散热面积或增设冷却装置解决。 9．1．5 绘制工作图和编制技术文件
1．绘制工作图 （1）液压系统原理图
在液压系统原理图上除绘制出整个系统的回路之外，还应附有液压元件明细表，表中注明各液压元件的型号、规格和压力阀、流量阀的调整值，画出执行元件工作循环图，列出相应电磁铁和压力继电器的工作状态表等。
（2）液压系统装配图
液压系统装配图包括泵站装配图、集成油路装配图、管路安装图、电气线路图等。 （3）非标准件的装配图和零件图等。 2．编写技术文件
技术文件一般包括液压系统设计计算说明书，液压系统原理图，液压系统工作原理说明和操作使用及维护说明书，部件目录表，标准件、通用件及外购外协件汇总表等。
9．2 液压系统设计计算实例
1．设计题目
设计一台卧式组合机床动力滑台液压传动系统。 2．设计要求
组合机床切削过程要求由动力滑台驱动工作台实现“快进→工进→快退→停止”的自动循环。最大切削力F q =30×103N ，工作台快进与快退的速度相等v 1=4m/min ，工作台工进的速度可调，调速范围为v 2=50~1 000mm/min ，动力滑台往复运动的加速（减速）时间t =0.25s 。工作台最大行程L =400mm ，其中工作行程L l =200mm 。工作台（含工件）自重G =3×103N 。
滑台采用平面导轨，导轨副的静摩擦系数u j =0.2，动摩擦系数u d =0.1。取液压泵的效率ηP =0.8，液压缸的机械效率ηCm =0.9。
3．设计内容与方法 （1）设计准备
研究设计课题，明确设计要求。 （2）工况分析
1）运动分析 绘制动力滑台的工作循环图和速度循环图（见图11.4和图11.5）。
2）负载分析
①阻力计算 切削阻力F q ，即与设备工作性质有关的工作负载，是液压缸负载中最主要的部分。
F q =30×103N
图9.4 动力滑台工作循环图
图9.5 动力滑台速度循环图
摩擦阻力F u ，即导轨的摩擦阻力，有静摩擦力和动摩擦力之分，则 静摩擦阻力 F uj =0.2×3×103N=600N 动摩擦阻力 F ud =0.1×3×103N=300N 惯性阻力F a ，运动部件（包括工作台和工件）在启动和制动过程中的惯性力。
F a =60
25.04
81.91033???=??t v g G =82N 重力阻力F G ，F G =0。
密封阻力F m ，计入液压缸机械效率ηCm 。 背压力F b ，初算时暂不考虑。
②液压缸各阶段工作负载计算 已知液压缸在工作循环中各阶段的负载力和液压缸的机械效率，可计算出液压缸在工作循环中各阶段的负载情况，绘制动力滑台循环图，即动力滑
台负载－位移曲线图，如图11.6。工作循环中各阶段负载（力）计算如下：
启动 F =F uj /ηCm =600/0.9N=667N 加速 F =(F ud +F a )/ηCm =(300+82)/0.9=424N 快进 F =F ud /ηCm =300/0.9=333N
工进 F =(F q +F ud )/ηCm =(30×103+300)/0.9=33 667N 快退 F =F ud /ηCm =300/0.9=333N （3）液压缸参数确定
1）选定工作压力p 根据表9.1和表9.2，初选工作压力p =4.5MPa 。 2）确定液压缸有效工作面积A
A =
610
5.433667?=p F m 2
=7 482×10-6m 2 3）确定缸筒内径D 、活塞杆直径d
D =
14
.3107482446
-??=
π
A
mm=98mm
按GB/T2348-2001，取D ＝100mm ；则d =0.71D =71mm ，按GB/T2348-2001，取d =70mm ，见表9.8和表9.9。
4）液压缸实际有效面积计算 无杆腔面积 A 1=4πD 2=4
π
(100)2mm 2=7 850mm 2 有杆腔面积 A 2=4
π(D 2-d 2)=4π
(1002-702)mm 2=4 004mm 2
活塞杆面积 A 3=
4πd 2=4
π702mm 2
=3 846mm 2 5）最低稳定速度验算 最低速度为工进时v min =50mm/min ，工进时，采用无杆腔进油，单向行程调速阀调速，查得最小稳定流量q min =0.1×10-3m 3/min ，则
图9.6 动力滑台负载循环图
A 1≥50
101.06
min min ?=v q mm 2=2 000mm 2 满足最低速度要求。
6）绘制液压缸工况图 计算各工况下的压力、流量和功率汇总于表9.11，液压缸的工况图如图9.7所示。
表9．11 液压缸压力、流量、功率计算
（4）拟定液压系统原理图
图9.7 液压缸工况图
图9.8 液压系统原理图
1
2
3 4
5
6
7
8 9
10
11
拟定的液压系统原理图如图9.8所示。 （5）液压元件选择 1）选择液压泵
①液压泵最高工作压力 管路总压力损失ΣΔp 初步按0.6MPa 估算，有
p P ≥p max +ΣΔp =(4.5+0.6)MPa=5.1MPa
②液压泵最大供油量 取K =1.1，有
q P ≥K Σq max =1.1×16L/min ＝17.6L/min
查产品样本，选用双联泵YB 1-10/10。
③确定电动机功率 根据分析最大功率发生在停止时，如将溢流阀溢流压力调定为5.5MPa ，卸荷阀卸荷压力为0。双联泵效率为ηP =0.8，液压泵的输入功率为
P P ＝8
.060105.5101063????--W=1.15kW
2）选择液压阀 根据拟定的液压系统原理图，计算液压阀在不同工况时的工作压力和最大实际流量，将计算值填入表9.12，最后确定液压阀的规格和型号。
表9．12 液压元件明细表（GE 系列元件）
3）确定辅助元件
①油管 初步选取v =4m/s ，则d =60
41040443
????=-ππv
q
m=14.5×10-3m=14.5mm
查手册确定采用φ18×1.5的紫铜管。 ②滤油器 采用XU-J40×80型过滤器。 ③油箱容积的确定 V =(5~7)q P =(5~7)×20L=(100~140)L （6）液压系统性能验算 1）判断油液流动状态
该系统油管长度为2m ，规格为φ18mm×1.5mm ，选用L-HM32液压油，系统内油液温度按40℃时计算。
Re =
6
3103210154--???=
?ν
d
v =1875＜Re 临=2 300
流动状态为层流，初步确定的油管直径符合液压系统对其中油液流动状态的要求。由于A 1/A 2＝2，回油流量为进油流量的一半，显然，回油管路中流态也为层流。
2）沿程压力损失Δp λ
Δp λ=
4
128d ql
πμ
3）局部压力损失Δp ξ1
Δp ξ1=0.1Δp λ
根据分析Δp λ与Δp ξ1较小，不作详细计算。
4）局部压力损失Δp ξ2（油液流经阀类部件时的损失）。 按Δp ξ2=2
n
n ???
? ???q
q p 计算或查产品手册得到。Δp n 下标n 是指表9.12中元件的编号。 ①快进 滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上油液流经三位五通液动阀5（左位），经单向行程调速阀6的行程阀直通口进入液压缸无杆腔，液压缸有杆腔的回油经三位五通液动阀5（左位）、再经单向阀7，回油与进油一起经单向行程调速阀6的行程阀直通口进入液压缸无杆腔，形成差动连接。由表9.11和表9.12已知在不同工况下各部位的压差以及液压泵流量和通过各阀的流量，可计算出系统快进时的总压力损失
ΣΔp ξ2=Δp 5进+Δp 6差动+Δp 5回+Δp 7=0.2×2
6320??
? ??+0.3×2
6340??? ??+0.2×2
6320??? ??+0.2×2
6320???
??=0.18MPa
②工进 单向行程调速阀6的行程阀压下，系统压力升高，单向阀3截止，高压小流量
泵单泵供油，进油路上油液流经三位五通液动阀5（左位），经单向行程调速阀6的调速阀口进入液压缸无杆腔，由于阀6的调速作用，阀6至阀7之间管路中的压力升高，单向阀7截止，液压缸有杆腔的回油经液动阀5（左位）、溢流阀8和液控顺序阀9流回油箱。阀8的压力损失以0.4MPa 计入背压，阀9的额定压力损失为0.5MPa 。回油路上的压力损失之和乘以（A 2/A 1）折算到进油路上。由表9.11和表9.12已知在不同工况下各部位压差以及液压泵流量和通过各阀的流量，可计算出系统工进时总压力损失
ΣΔp ξ2=Δp 5进+Δp 6调速+
()9851
2
p p p A A ?+?+?回 =0.2×26310??? ??+0.5+???
?????++???
???5.04.06352.0212A A =0.96MPa
③快退 双泵供油，进油路上油液流经三位五通液动阀5（右位）直接进入液压缸有杆
腔，液压缸无杆腔的回油经单向行程调速阀6的单向阀口反向进入液动阀5（右位），经单向阀10（作背压阀使用）流回油箱。回油路上的压力损失之和乘以（A 1/A 2）折算到进油路上。由表9.11和表9.12已知在不同工况下各部位压差以及液压泵流量和通过各阀的流量，可计算出系统快退时总压力损失
ΣΔp ξ2=Δp 5进+
()10562
1
p p p A A ?+?+?回反向 =0.2×26320??? ??+???
?
??????? ??+??? ???+??? ???2
222163406.063402.063402.0A A =0.82MPa
5）压力阀调整压力
溢流阀4 p Y =(4.5+0.96)MPa=5.46MPa 取p Y =5.5MPa 卸荷阀9 p X =(0.75+0.82)MPa=1.57MPa 取p X =2MPa 溢流阀8 作背压阀用，取p 背=0.4MPa 。
6）系统温升验算
本机床的主要工作时间是工进阶段，为了简化计算，主要按工进阶段验算系统温升。 ①液压缸输出功率 取工进时运动速度v min =0.05m/min ，液压缸的负载F q =30 000N ，则液压缸的输出功率为
P out =F q v =3×104×0.5/60W=250W
②液压泵输入功率 此时低压大流量泵卸荷，压力近似为0，高压小流量泵的压力为5.5MPa ，则液压泵的输入功率为
P in ＝
85
.0601010105.536P
????=-ηpq
W=1 146W
③液压油的温升验算 取A =2m 2，h =18×10-3（kW/m 2·℃） 则
Δt =
2
18250
1146out in ?-=
-hA P P ℃=24.9℃≤25~30℃ 验算表明，温升在许可范围内，符合液压系统工作温度要求。
液压传动系统设计计算 液压系统的设计步骤与设计要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分,液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行.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，充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 1.1设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序,各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1)确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6)绘制工作图，编制技术文件。 1.2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，动作顺序及彼此联锁关系如何； 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)自动化程序、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、成本等方面的要求。 制定基本方案和绘制液压系统图 3。1制定基本方案 (1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题.
方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现.相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。
液压系统设计计算实例 ——250克塑料注射祝液压系统设计计算 大型塑料注射机目前都是全液压控制。其基本工作原理是：粒状塑料通过料斗进入螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推进，同时，因螺杆外装有电加热器，而将料熔化成粘液状态，在此之前，合模机构已将模具闭合，当物料在螺旋推进器前端形成一定压力时，注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔之中，经一定时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。 现以250克塑料注射机为例，进行液压系统设计计算。 塑料注射机的工作循环为： 合模→注射→保压→冷却→开模→顶出 │→螺杆预塑进料 其中合模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开模前这段时间都是锁模阶段。 1.250克塑料注射机液压系统设计要求及有关设计参数 1.1对液压系统的要求 ⑴合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击； ⑵当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射时将模具冲开。注射后，注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔； ⑶预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，这时，螺杆同注射机构一起向后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力； ⑷为保证安全生产，系统应设有安全联锁装置。 1.2液压系统设计参数 250克塑料注射机液压系统设计参数如下： 螺杆直径40mm 螺杆行程200mm 最大注射压力153MPa 螺杆驱动功率5kW 螺杆转速60r/min 注射座行程230mm 注射座最大推力27kN 最大合模力(锁模力) 900kN 开模力49kN 动模板最大行程350mm 快速闭模速度0.1m/s 慢速闭模速度0.02m/s 快速开模速度0.13m/s 慢速开模速度0.03m/s 注射速度0.07m/s 注射座前进速度0.06m/s 注射座后移速度0.08m/s 2.液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 2.1各液压缸的载荷力计算 ⑴合模缸的载荷力 合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯
目录 1.概述 (1) 1.1任务来源 (1) 1.2转向系统基本介绍 (1) 1.3转向系统结构简图 (1) 2.转向系统相关参数 (1) 3.最小转弯半径 (2) 4.转向系传动比的计算 (3) 5.转向系载荷的确定 (3) 5.1原地转向阻力矩 M (3) r 5.2车轮回正阻力矩Ms (3) 5.3作用在转向盘上的力 F (3) k 6.转向管柱布置的校核 (4) 6.1转向管柱布置角度的测量 (4) 6.2转向管柱角速度及力矩波动计算 (4) 6.3转向管柱固有频率要求 (7) 7.结论 (7) 参考文献................................................... 错误！未定义书签。
1.概述 1.1任务来源 根据6430车型设计开发协议书， 6430项目是一款全新开发的车型，需对转向系统进行设计计算。 1.2转向系统基本介绍 转向管柱为角度不可调式管柱，转向机采用结构简单、布置容易的齿轮齿条式转向机。 转向盘采用软发泡三辐式，轮辐中间有一块大盖板，打开时可拆装调整转向盘。 1.3转向系统结构简图 2.转向系统相关参数
轮胎规格为185R14LT ，层级为8。轮辋偏置距为+45mm ，负荷下静半径为304㎜，滚动半径约317mm ，满载下前胎充气压力240KPa 。 3.最小转弯半径 汽车的最小转弯半径是汽车在转向轮处于最大转角条件下以低速转弯时前外轮中心与地面接触点的轨迹构成圆周半径，它在汽车转向角达到最大时取得。 转弯半径越小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性就越好。为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮应绕瞬时转向中心作纯滚动。此时，内转向轮偏转角β应大于外转向轮偏转角α，在车轮为绝对刚体的假设条件下，角α与β的理想关系式应是： L ctg ctg K +=βα 式中： K —两侧主销轴线与地面相交点之间的距离； L —轴距。 3.1按外轮最大转角 C L R += α sin 1 =5194.9（mm ） 3.2按内轮最大转角 C KL K L R +++=2 1 222]tan 2)sin [(ββ =5912.3（mm ）
液压传动系统的设计与计算 [原创2006-04-09 12:49:44 ] 发表者: yzc741229 液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。 第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 图9-1位移循环图 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析
主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动， 图9-2 速度循环图 最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v—t图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 二、动力分析 动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。 1.液压缸的负载及负载循环图 (1)液压缸的负载力计算。工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成： F=F c+F f+F i+F G+F m+F b (9-1) 式中：F c为切削阻力；F f为摩擦阻力；F i为惯性阻力；F G为重力；F m为密封阻力；F b为排油阻力。 图9-3导轨形式 ①切削阻力F c：为液压缸运动方向的工作阻力，对于机床来说就是沿工作部件运动方向的切削力，此作用力的方向如果与执行元件运动方向相反为正值，两者同向为负值。该作用力可能是恒定的，也可能是变化的，其值要根据具体情况计算或由实验测定。 ②摩擦阻力F f：
密级：版本/更改状态：第一版／0 编号： 长城汽车股份有限公司技术文件 CC6460K/KY 转向系统设计计算书 编制： 审核： 审定： 批准： 长城汽车股份有限公司 二OO四年四月十五日
目录 1 系统概述????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2 转向系统设计依据的整车参数计设计要求????????????????????????????????????????????????????????2 3 转向系统设计过程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.1 最小转弯半径计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.2 转向系的角传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3.3 转向系的力传动比计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3. 4 转向系的内外轮转角?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3. 5 液压系统的匹配计算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.1 转向油泵流量的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.5.2 转向油泵压力的变化??????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 4 结论说明????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 5 参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8
10 液压传动系统的设计和计算 本章提要：本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析；②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。 教学内容： 本章介绍了液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 教学重点： 1．液压元件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学难点： 1．泵和阀以及辅件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学方法： 课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示设计的步骤及方法。 教学要求： 初步掌握液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。
10.1 液压传动系统的设计步骤 液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。 10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析 10.1.1.1 明确设计要求及工作环境 液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 10.1.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。 就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。 (1)工作负载w F 不同的机器有不同的工作负载，对于起重设备来说，为起吊重物的重量；对液压机来说，压制工件的轴向变形力为工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。工作负载既可以为定值，也可以为变量，其大小及性质要根据具体情况加以分析。
液压传动系统设计与计算 第九章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 位移循环图图9-1 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，9-2一种如图
液压系统的设计计算2 题目：一台加工铸铁变速箱箱体的多轴钻孔组合机床，动力滑台的动作顺序为快速趋进工件→Ⅰ工进→Ⅱ工进→加工结束块退→原位停止。滑台移动部件的总重量为5000N ，加减速时间为0.2S 。采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。快进行程为200MM ，快进与快退速度相等均为min /5.3m 。Ⅰ工进行程为100mm ，工进速度为min /100~80mm ，轴向工作负载为1400N 。Ⅱ工进行程为0.5mm ，工进速度为min /50~30mm ，轴向工作负载为800N 。工作性能要求运动平稳，试设计动力滑台的液压系统。 解： 一 工况分析 工作循环各阶段外载荷与运动时间的计算结果列于表1 液压缸的速度、负载循环图见图1
二 液压缸主要参数的确定 采用大、小腔活塞面积相差一倍（即A 1=2A 2）单杆式液压缸差动联接来达到快 速进退速度相等的目的。为了使工作运动平稳，采用回油路节流调速阀调速回路。液压缸主要参数的计算结果见表2。 按最低公进速度验算液压缸尺寸 故能达到所需低速 2 7.163 1005.06.253 min min 2 2cm v Q cm A =?=>= 三 液压缸压力与流量的确定
因为退时的管道压力损失比快进时大，故只需对工进与快退两个阶段进行计算。计算结果见表3 四液压系统原理图的拟定 (一)选择液压回路 1.调速回路与油压源 前已确定采用回油路节流调速阀调速回路。为了减少溢流损失与简化油路，故采用限压式变量叶片泵 2.快速运动回路 采用液压缸差动联接与变量泵输出最大流量来实现 3.速度换接回路 用两个调速阀串联来联接二次工进速度，以防止工作台前冲(二)组成液压系统图（见图2）
1 转向系统的功能 1.1 驾驶者通过方向盘控制转向轮绕主销的转角而实现控制汽车运动方向。 对方向盘的输入有两种方式：对方向盘的角度输入和对方向盘的力输入。装有动力转向系统的汽车低速行驶时，操作方向盘的力很轻，却要产生很大的方向盘 转角输入，汽车的运动方向纯粹是由转向系统各杆件的几何关系所确定。这时， 基本上是角输入。而在高速行驶时，可能出现方向盘转角很小，汽车上仍作用有 一定的侧向惯性力，这时，主要是通过力输入来操纵汽车。 1.2 将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者。这种反馈，通常称为路感。 驾驶者可以通过手—---感知方向盘的震动及运转情况、眼睛—---观察汽车运动、 身体—---承受到的惯性、耳朵—---听到轮胎在地面滚动的声音来感觉、检测汽车 的运动状态，但最重要的的信息来自方向盘反馈给驾驶者的路感，因此良好的路 感是优良的操稳性中不可缺少的部分。 反馈分为力反馈和角反馈 从转向系统的功能可以得知：人、车通过转向系统组成了人车闭环系统，是驾驶者对汽车操纵控制的一个关键系统。 2 转向系统设计的基本要求 转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。转向系的基本要求如下： 2．1 汽车转弯时，全部车轮应绕瞬时回转中心（瞬心）旋转，任何车轮不应有侧滑。 不满足这项要求会加剧轮胎磨损，并降低汽车的操作稳定性。实际上，没有哪 一款汽车能完全满足这项要求，只能对转向梯形杆系进行优化，一般在常用转向 角内（内轮15°～25°范围）使转向内外轮运动关系逼近上述要求。 2．2 良好的回正性能 汽车转向动作完成后，在驾驶者松开方向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。转向轮的回正力矩的大小主要由悬架系统所决定的前 轮定位参数确定，一般来说，影响汽车回正的因素有：轮胎侧偏特性、主销内倾 角、主销后倾角、前轮外倾、转向节上下球节的摩擦损失、转向节臂长、转向系 统的逆效率等。 2．3汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，方向盘没有摆动。 2．4 转向机构与悬架机构的运动不协调所造成的运动干涉应尽可能小，由于运动干涉使转向轮产生的摆动应最小。 汽车转弯行驶时，作用在汽车质心处的离心力的作用，内轮载荷减小，外轮载荷增加，使悬架上的载荷发生相应变化。若转向桥采用非独立悬架、钢板弹簧机
第九章液压传动系统设计与计算 液压系统设计的步骤大致如下： 1.明确设计要求，进行工况分析。 2.初定液压系统的主要参数。 3.拟定液压系统原理图。 4.计算和选择液压元件。 5.估算液压系统性能。 6.绘制工作图和编写技术文件。 根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。 第一节明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。 2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。 3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 图9-1位移循环图 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 一、运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L—t 图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v—t(或v—L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，
毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 郑蕊 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆07—6班 指导教师姓名 姚佳岩 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 东风轻型货车转向系统设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成, 如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统3 个基本发展阶段。1)纯机械式转向系统,由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。2)液压助力转向系统,1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称EHPS) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向需要全套设计请联系Q Q1537693694系统采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。3)汽车电动助力转向系统(EPS),EPS 在日本最先获得实际应用, 1988 年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统, 并装在其生产的Cervo 车上, 随后又配备在Alto 上。此后, 电动助力转向技术得到迅速发展, 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司, 美国的Delphi 公司, 英国的Lucas 公司, 德国的ZF 公司, 都研制出了各自的EPS 。EPS 的助
叉车液压系统设计
液压课程设计 设计说明书 设计题目:叉车液压系统设计 机械工程学院 机械维修及检测技术教育专业 机检3333班 设计者: 指导教师： 12月27日
课程设计任务书 机械工程学院机检班学生 课程设计课题：叉车液压系统设计 一、课程设计工作日自年 12 月 23 日至年 12 月 27 日 二、同组学生 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基 本要求、完成时间、主要参考资料等）： 1．目的： (1)巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法； (2)正确合理地确定执行机构，运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的、高效的液压系统； (3)熟悉并运用有关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。 2．设计参数： 叉车是一种起重运输机械，它能垂直或水平地搬运货物。请设计一台X吨叉车液压系统的原理图。该叉车的动作要求是：货叉提升抬起重物，放下重物；起重架倾斜、回位，在货叉有重物的情况下，货叉能在其行程的任何位置停住，且不下滑。提升油缸经过链条－动滑轮使货叉起升，使货叉下降靠自重回位。为了使货物在货叉上放置角度合适，有一对倾斜缸能够使起重架前后倾斜。已知条件：货叉起升速度 V，下降速度最高不超过2V， 1
加、减速时间为t，提升油缸行程L，额定载荷G。倾斜缸由两个单杠液压缸组成，它们的尺寸已知。液压缸在停止位置时系统卸荷。 3．设计要求： (1) 对提升液压缸进行工况分析,绘制工况图，确定提升尺寸； (2) 拟定叉车起重系统的液压系统原理图； (3) 计算液压系统，选择标准液压元件； (4) 对上述液压系统中的提升液压缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和部件装配图设计，并对其中的1－2非标零件进行零件图的设计。 4．主要参考资料： [1] 许福玲.液压与气压传动.北京：机械工业出版社， .08 [2] 陈奎生．液压与气压传动．武汉：武汉理工大学出版社， .8 [3] 朱福元．液压系统设计简明手册．北京：机械工业出版
课程汽车设计题目电动助力转向系设计说明书 姓名 学号 班级 指导教师 日期 2016年6月15日
目录 一. 轿车转向系设计方案的选择................................. - 1 - 1.轿车参数的确定 (1) 2.对转向系的要求 (2) 3.转向系结构设计 (2) 1)转向操纵机构 ......................................................................................- 2 - 2)转向传动机构 ......................................................................................- 3 - 3)机械转向器 ..........................................................................................- 3 - 二.转向系统的主要性能参数................................... - 4 - 1.转向系的效率 (4) 1)转向系的正效率...................................................................................- 4 - 2)转向系的逆效率...................................................................................- 5 - 2.转向系传动比的确定. (5) 1)转向系统传动比的组成........................................................................- 5 - 2)转向系统的力传动比和角传动比的关系..............................................- 6 - 3)传动系传动比的计算 ...........................................................................- 7 - 3.转向系传动副的啮合间隙 .. (7) 1)转向器的啮合特征 ...............................................................................- 7 - 2)转向盘的自由行程 ...............................................................................- 8 - 4.齿轮齿条式转向器的设计和计算 (8) 1)转向轮侧偏角的计算 ...........................................................................- 8 - 2)转向器参数的选取 ...............................................................................- 9 - 3)选择齿轮齿条材料 ...............................................................................- 9 - 4)轴承的选择 ........................................................................................ - 10 - 5.转向盘的转动的总圈数 (10) 三.电动助力转向系统设计.................................... - 10 - 1.转矩传感器 (10) 2.减速机构 (10) 3.电磁离合器 (10) 4.电动机 (11) 5.车速传感器 (11) 6.电子控制单元 (11) 四.转向梯形机构的设计...................................... - 11 - 1.转向梯形理论特性 (11) 2.转向梯形的布置 (12) 3.转向梯形机构尺寸的初步确定 (12) 4.梯形校核 (12) 一. 轿车转向系设计方案的选择 1.轿车参数的确定
液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。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，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）计算和选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。 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（温度、湿度、振动冲击）、总体布局（及液压传动装置的位置和空间尺寸的要求）等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 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、换向定位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、防腐、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 主机的工况分析
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，选择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。 主机工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 运动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t) ，速度循环图(v— t) ，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 1.位移循环图L —t 液压机的液压缸位移循环图纵坐标L 表示活塞位移，横坐标t 表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。 2.速度循环图v —t(或v —L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。 图为三种类型液压缸的v —t 图，第一种如图中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，最后匀减速运动到终点；第二种，如图中虚线所示，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v —t 图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 位移循环图速度循环图 动力分析 动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。 1．液压缸的负载及负载循环图 (1)液压缸的负载力计算。 工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成：
10液压传动系统的设 计和计算
10 液压传动系统的设计和计算 本章提要：本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：①明确设计要求，进行工况分析； ②拟定液压系统原理图；③计算和选择液压元件；④发热及系统压力损失的验算；⑤绘制工作图，编写技术文件。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。 教学内容： 本章介绍了液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 教学重点： 1．液压元件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学难点： 1．泵和阀以及辅件的计算和选择； 2．液压系统技术性能的验算。 教学方法： 课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示设计的步骤及方法。 教学要求：
初步掌握液压传动系统设计的内容、基本步骤和方法。 10.1 液压传动系统的设计步骤 液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。 10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析 10.1.1.1 明确设计要求及工作环境 液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 10.1.1.2 执行元件的工况分析 对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。 就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。 (1)工作负载w F
第四节 机械式转向器的设计与计算 一、转向系计算载荷的确定 为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有．足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的摩擦阻力等。 精确地计算出这些力是困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩R M (mm N ?) p G f M R 313 = (7-9) 式中，f 为轮胎和路面间的滑动摩擦因数，一般取O.7； 1G 为转向轴负荷(N)；p 为轮胎气压(a MP )。 作用在转向盘上的手力为 + ωη= i D L M L F sw R h 212 (7-10) 式中，1L 为转向摇臂长；2L 为转向节臂长；sw D 为转向盘直径；ωi 为转向器角传动比；+η为转向器正效率。 对给定的汽车，用式(7-10)计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。然而，对于前轴负荷
大的重型货车，用上式计算的力往往超过驾驶员生理上的可能，在此情况下对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为700N。 二、齿轮齿条式转向器的设计 齿轮齿条式转向器的齿轮多数采用斜齿圆柱齿轮。齿轮模数取值围多在2～3mm之间。主动小齿轮齿数多数在5～7个齿围变化，压力角取20o，齿轮螺旋角取值围多为9o～1 5o。齿条齿数应根据转向轮达到最大偏转角时，相应的齿条移动行程应达到的值来确定。变速比的齿条压力角，对现有结构在12o～35o围变化。此外，设计时应验算齿轮的抗弯强度和接触强度。 主动小齿轮选用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齿条常采用45钢制造。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。 三、循环球式转向器设计 (一)主要尺寸参数的选择 1、螺杆、钢球、螺母传动副 (1)钢球中心距D、螺杆外径 D、螺母径2D尺寸D、1D、 1 D如图7-19所示。钢球中心距是基本尺寸，螺杆外径1D、2 螺母径 D及钢球直径d对确定钢球中心距D的大小有影响，2 而D又对转向器结构尺寸和强度有影响。在保证足够的强度条件下，尽可能将D值取小些。选取D值的规律是随着扇齿
液压系统设计计算举例 本节介绍某工厂汽缸加工自动线上的一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统的设计实例。 已知：该钻孔组合机床主轴箱上有16根主轴，加工14个Φ13.9ｍｍ的孔和两个Φ8.5ｍｍ的孔；刀具为高速钢钻头，工件材料是硬度为240HB 的铸铁件；机床工作部件总重量为G ＝9810N ；快进、快退速度为v 1＝v 3＝7ｍ/min ，快进行程长度为l 1＝100ｍｍ，工进行程长度为l 2＝50ｍｍ，往复运动的加速、减速时间希望不超过0.2s ；液压动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数为f s ＝0.2，动摩擦系数为f d ＝0.1。 要求设计出驱动它的动力滑台的液压系统，以实现“快进→工进→快退→原位停止”的工作循环。下面是该液压系统的具体设计过程，仅供参考。 1．负载分析 1.1工作负载 由切削原理可知，高速钢钻头钻铸铁孔的轴向切削力F ｔ与钻头直径D (mm)、每转进给量ｓ(mm/r)和铸件硬度HB 之间的经验计算式为 6 .08 .0)(5.25HB Ds F t = （9.27） 根据组合机床加工的特点，钻孔时的主轴转速n 和每转进给量s 可选用下列数值： 对φ13.9mm 的孔来说 n 1＝360r/min ，s 1＝0.147mm/r 对φ8.5mm 的孔来说 n 2＝550r/min ，s 2＝0.096mm/r 根据式(9.27)，求得 30468096.05.85.252240147.09.135.25148 .06.08.0=???+????=t F （N ） 1.2惯性负载 5832 .0607 81.99810=??=??=t v g G F m （N ） 1.3阻力负载 静摩擦阻力 196298102.0=?=fs F （N ） 动摩擦阻力 98198101.0=?=fd F （N ） 液压缸的机械效率取ηm = 0.9，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表9.5所示。 表9.5 液压缸在各工作阶段的负载值