第9章 液压系统设计

液压缸主要尺寸的确定液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。

因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力( 详见第九章 ) ，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。

1.液压缸的设计内容和步骤(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。

(2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。

(3)结构强度、刚度的计算和校核。

(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。

(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。

下面只着重介绍几项设计工作。

2.计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径 d 和缸筒长度 L。

(1)缸筒内径 D。

液压缸的缸筒内径 D 是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB2348—80 标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。

根据负载和工作压力的大小确定D：(4-32)(4-33)式中： p I为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；F max为最大作用负载。

(2)活塞杆外径 d。

活塞杆外径 d 通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。

若速度比为λ v ，则该处应有一个带根号的式子：(4-34)d=0.3 ～ 0.5D 。

也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，受压力作用时：p I＜ 5MPa时， d=0.5 ～0.55D5MPa＜ p I＜7MPa时， d=0.6 ～0.7Dp I＞7MPa时,d=0.7D(3)缸筒长度 L。

缸筒长度 L 由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C式中： l 为活塞的最大工作行程； B 为活塞宽度，一般为(0.6-1)D;A为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;M为活塞杆密封长度，由密封方式定； C 为其他长度。

液压系统的设计液压系统设计是液压主机设计的重要组成部分，也是对前面各章内容的概括总结和综合应用。

本章主要阐述液压系统设计的一般步骤，设计内容和设计计算方法，并通过实例来说明液压系统的设计过程。

9.1 液压系统的设计步骤液压系统设计与主机的设计是紧密联系的，两者往往同时进行，互相协调。

设计液压系统时应首先明确主机对液压系统在动作、性能、工作环境等方面的要求，如执行元件的运动方式、行程、调速范围、负载条件、运行平稳性和精度、工作循环及周期、工作环境、安装空间大小、结构简单、工作安全可靠、效率高、使命寿命长、经济性好、使用维修方便等设计原则。

液压系统设计步骤大体上可按图9-1所示的内容和流程进行。

这里除了最后一项（8）外，均属性能设计范围。

这些步骤是相互关联，相互影响的，必须经反复修改才能完成。

设计步骤及方法介绍如下。

9.1.1 明确系统的设计要求设计液压系统时，首先要对液压主机的工况进行分析，明确主机对液压系统的要求，具体包括：1）主机的用途、主体布局、对液压装置的位置和空间尺寸的限制。

2）主机的工作循环，液压系统应完成的动作、动作顺序或互锁要求，以及自动化程度的要求。

3）液压执行元件的负载和运动速速的大小及其变化范围，运动平稳性、定位精度及转化精度等的要求。

4）液压系统的工作环境和工作条件。

5）工作效率、安全性、可靠性及经济性等要求。

9.1.2 分析系统工况，确定主要参数1.工况分析工况分析，就是分析主机在工作过程中各执行元件的运动速度和负载的变化规律。

它是拟定液压系统方案，选择或设计液压元件的依据。

工况分析包括动力参数分析和运动参数分析两个部分，即：1）动力参数分析就是通过计算液压执行元件的载荷大小和方向，并分析各执行元件在工作过程中可能产生的冲击、振动及过载等。

对于动作较复杂的机械设备，根据工艺要求，将各执行元件在各阶段所需克服的负载用图9-2a所示的负载-位移（F-L）曲线表示，称为负载图。

第一章绪论以液体为工作介质，传递能量和进行控制的叫液体传动，包括液力传动和液压传动。

液压传动是用密封的在系统中的液体为介质，把液压能转换为机械能。

只利用液体的压力能传动。

液压传动的工作原理：液体具有两个重要特性：1.液体几乎不可压缩；2.密闭容器中静止液体压力以同样大小向各个方向传递。

液压系统的工作特性：（1）液压传动是靠着运动着的液体压力能来传递力的；（2）液压传动系统是一种能量转换系统；（3）液压传动中的油液是在受调节控制的状态下进行工作的；（4）液压传动系统必须满足主机在力和速度等方面提出的要求；系统组成：1.传递介质 2.动力元件 3.执行元件 4.控制元件 5.辅助元件第二章液体流体力学基础名词解释：可压缩性、黏性、理想流体、实际流体、稳定流动和非稳定流动、层流和稳流、雷诺数 层流：液体中质点沿管道做直线运动而没有横向运动。

稳流：液体中质点除了沿管道轴线运动外，还有横向运动，成杂乱无章的状态。

工作液三大类：矿物油，浮化液，合成型液。

液压油液的黏度有几种表示方法？它们各用什么符号表示?它们又各用什么单位？ 答：（1）动力黏度（绝对黏度）：用μ表示，国际单位为：Pa •s （帕•秒）；工程单位：P （泊）或cP （厘泊）。

（2）运动黏度： 用ν表示，法定单位为s m 2，工程制的单位为St （沲,s cm 2），cSt （厘沲）。

（3）相对黏度：中国、德国、前苏联等用恩氏黏度ºE ，美国采用赛氏黏度SSU ，英国采用雷氏黏度R ，单位均为秒。

黏度的定义：油液在流动时产生内摩擦力的特性。

压力、温度对液体黏性的影响：对液压油而言，黏度随压力的增大而增大，但压力对液体黏度影响小，在压力不高且变化不大时，这种影响可以忽略。

>=20MPa 变化较大，需要考虑液体黏度随温度升高而减小。

液压油四项基本功能：（1）传递运动和力；（2）润滑液压元件和运动元件；（3）散发热量；（4）密封液压元件对偶摩擦中的间隙。

《液压传动与控制》习题集液压传动课程组兰州工专内部使用前言《液压传动与控制》教材由兰州工业高等专科学校、云南工学院、新疆工学院、陕西工学院四所院校编写，于1994年6月由重庆大学出版社出版。

阅历十余年，液压传动的内容发展很快，所以修订后再出版。

为有利于教学，编了该教材的思考题与习题集，仅供参考。

编者2005年月目录绪论 (4)第一章工作介质及液压流体力学基础 (4)第二章液压泵及液压马达 (7)第三章液压缸 (9)第四章控制阀 (10)第五章液压辅件 (13)第六章液压基本回路 (14)第七章典型液压系统分析 (19)第八章液压系统的设计与计算 (20)第九章液压伺服控制系统 (20)第十章液压系统（设备）的安装、调试、使用及维护 (21)第十一章液压系统的故障诊断及排除 (21)绪论0-1 何谓液压传动？其基本工作原理是怎样的?0-2 结合图0-2所示的液压系统图，说明液压系统由哪几部分组成?各起什么作用? 0-3 液压元件在系统图中是怎样表示的?0-4 液压传动与机械传动、电气传动和气压传动相比较，有哪些优缺点?第一章 工作介质及液压流体力学基础1-1什么是液体的粘性?常用的粘度表示方法有哪几种，并分别叙述其粘度单位。

1-2压力的定义是什么?静压力有哪些特性?压力是如何传递的?1-3什么是绝对压力、相对压力、表压力、真空度?它们之间的关系是什么?1-4为什么说液压系统的工作压力决定于外负载?液压缸有效面积一定时，其活塞运动速度由什么来决定?1-5伯努利方程的物理意义是什么?该方程的理论式与实际式有何区别?1-6什么是层流?什么是紊流?液压系统中液体的流动希望保持层流状态，为什么? 1-7管路中的压力损失有哪几种?分别受哪些因素影响?1-8有200cm 3的液压油，在50℃时流过恩氏粘度计的时间t 1=153s ；同体积的蒸馏水在20℃时流过的时间t 2＝51s 。

该油的恩氏粘度oE 50、运动粘度v 、动力粘度μ各为多少 ? 油液的新、旧牌号各为什么?解：3511532150==t t E ＝()cst E E v 12.213/64.830.8/64.80.85050=-⨯=-=()cp v 19109001012.2136=⨯⨯⨯=⋅=-ρμ旧牌号 20 ；新牌号 N321-9某液压油的运动粘度为20cSt ，其密度ρ = 900kg ／m 3，求其动力粘度和恩氏粘度各为多少?解：()cp v 1810900102036=⨯⨯⨯=⋅=-ρμ由 t t E E v/64.80.8-= 导出 064.80.8=--t t E v E()1626204264.88420202±=⨯-⨯⨯-±=t E 875.21=t E 375.02-=t E（舍去）1-10如图所示直径为d ，重量为G 的柱塞浸没在液体中，并在F 力作用下处于静止状态。

大学液压系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解液压系统的基本原理，掌握流体力学在液压系统中的应用。

2. 学习液压系统的各个组成部分及其功能，了解不同类型的液压元件。

3. 掌握液压系统的设计流程，包括系统需求分析、元件选型、系统仿真及优化。

技能目标：1. 能够运用流体力学原理分析和解决液压系统中的问题。

2. 具备根据实际需求设计简单液压系统的能力，能够操作相关的仿真软件。

3. 能够对液压系统进行故障诊断和性能评估，提出合理的改进措施。

情感态度价值观目标：1. 培养学生严谨的科学态度，强调在液压系统设计中安全、可靠的重要性。

2. 激发学生对液压技术的研究兴趣，增强其创新意识和团队协作精神。

3. 引导学生关注液压技术在工程领域的应用，提高其社会责任感和使命感。

课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，以液压系统的设计为主线，结合理论知识与实践操作。

学生特点：大学年级学生已具备一定的流体力学基础和工程实践能力，具有较强的学习主动性。

教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生动手能力和创新能力培养，提高学生在液压系统领域的专业素养。

通过本课程的学习，使学生能够将理论知识运用到实际工程中，为未来的工程师职业生涯打下坚实基础。

二、教学内容1. 液压系统原理：流体力学基础，液压油性质，液压系统的基本组成部分及其功能，液压系统的能量转换与传递。

教材章节：第1章 液压系统概述，第2章 流体力学基础。

2. 液压元件：各类液压泵、液压马达、液压缸、控制阀的结构原理与应用，液压元件的选型计算。

教材章节：第3章 液压泵与液压马达，第4章 液压控制阀，第5章 液压缸。

3. 液压系统设计：系统需求分析，液压回路设计，元件选型与布置，系统性能仿真与优化。

教材章节：第6章 液压系统设计方法，第7章 液压回路设计。

4. 液压系统故障诊断与维护：液压系统常见故障分析，故障诊断方法，系统维护与保养。

教材章节：第8章 液压系统的故障诊断与维护。

《液压与气压传动》平时作业平时作业（一）第一章概述1.液压传动系统由哪几部分组成？各个组成部分的作用是什么？答:（1）能源装置：将原动机所提供的机械能转变成液压能的装置，通常称液压泵。

（2）执行元件：将液压泵所提供的液压能转变称机械能的元件。

（3）控制元件：控制或调节液压系统中液压油的压力、流量和液压油的流动方向元件。

（4）辅助元件：上述三部分以外的其他元件，例如油箱、油管、管接头、蓄能器、滤油器、冷却器、加热器及各种检测仪表等，它们的功能各不相同，但对保证系统正常工作有重要作用。

（5）工作介质：油液或液压液，是液压传动中能量传递的载体。

2.液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与机械传动、电力传动同功率相比较时，液压传动的体积小、重量轻、结构紧凑。

（2）工作平稳、反应快、冲击小、能高速启动、制动、能够频繁换向。

（3）可实现大范围的无级调速，能在运行过程中进行调速，调速范围可达（2000：1）。

（4）控制方便，易于实现自动化，对压力、流量、方向易于进行调节或控制。

（5）易于实现过载保护。

（6）液压元件已经标准化、系列化和通用化，在液压系统的设计和使用中都比较方便。

（7）有自润滑和吸振性能。

缺点：（1）不能保证严格的传动比。

（2）损失大，有利于远距离传输。

（3）系统工作性能易受温度影响，因此不易在很高或很低的温度条件下工作。

（4）液压元件的制造精度要求高，所以元件价格贵。

（5）液压诉故障不易查找。

（6）工作介质的净化要求高。

第二章液压油与液压流体力学基础1.试解释下列概念（1）恒定流动：液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变化，这种流动就称为恒定流动。

（2）非恒定流动：流动时压力、流速和密度中任何一个参数会随时间变化，则称为非恒定流动（也称非定常流动）。

（3）通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。

（4）流量：单位时间内，流过通流截面的液体体积为体积流量，简称流量。