液压传动系统的设计计算实例21

液压系统设计计算举例液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。

现以一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统为例，介绍液压系统的设计计算方法。

1 设计要求及工况分析1.1设计要求要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进→工进→快退→停止。

主要性能参数与性能要求如下：切削阻力F L=30468N；运动部件所受重力G=9800N；快进、快退速度υ1=υ3=0.1m/s，工进速度υ2=0.88×10-3m/s；快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm；往复运动的加速时间Δt=0.2s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数μs=0.2，动摩擦系数μd=0.1。

液压系统执行元件选为液压缸。

1.2负载与运动分析(1)工作负载工作负载即为切削阻力F L=30468N。

(2)摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力N196098002.0sfs=⨯==GFμ动摩擦阻力N98098001.0dfd=⨯==GFμ(3)惯性负载(4)运动时间快进s1s1.0101003111=⨯==-υLt工进s8.56s1088.0105033222=⨯⨯==--υLt快退s5.1s1.010)50100(33213=⨯+=+=-υLLt设液压缸的机械效率ηcm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。

表1液压缸各阶段的负载和推力根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F -t 和速度循环图υ-t ，如图1所示。

2 确定液压系统主要参数2.1初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p 1=4MPa 。

2.2计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A 1=2A 2），快进时液压缸差动连接。

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。

一、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。

1.1 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它方面了解清楚。

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。

1.2进行工况分析、确定液压系统的主要参数经过工况分析，能够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。

1.3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，大多经过换向阀的有机组合实现所要求的动作。

液压缸设计计算实例液压缸是一种常用于工业设备中的液压传动装置，主要由一个活塞、一个油缸和两个密封件组成。

它通过液压力将活塞推动，从而实现各种机械运动或工艺过程。

液压缸的设计计算主要包括以下几个方面：液压缸的尺寸计算、密封件的设计和选择、液压缸的工作压力计算、液压缸的材料和结构设计。

下面以液压缸在机械设备中的应用为例，进行设计计算。

液压缸的油缸内径可以根据活塞面积计算得到，油缸内径=2×√(A/π)=2×√(0.04/π)≈0.36m。

为了方便选用标准化油缸，取油缸内径为0.35m。

根据液压缸的工作行程和速度，可以计算出整个工作周期的时间 t=行程/速度=1000mm/0.5m/s=2000s。

液压缸的密封件设计和选择也是重要的一步。

常见的密封元件有油封、活塞密封圈和导向环等。

根据液压缸的工作压力和速度，可以选择适用的密封件类型和尺寸，确保密封性能以及使用寿命。

液压缸的工作压力计算也是必要的。

液压缸工作时，会受到工作压力的作用，为了保证液压缸的安全性和可靠性，需要计算液压缸允许的最大工作压力。

液压缸的最大工作压力一般按照材料、工艺和安全要求确定，常用的安全系数为2倍。

根据工作压力和安全系数，可以计算出液压缸最大允许工作压力为12.5MPa×2=25MPa。

液压缸的材料和结构设计也需要考虑。

液压缸常用的材料有铸铁、铝合金和不锈钢等，根据具体的应用场景和要求选择适合的材料。

液压缸的结构设计包括油缸壁厚、密封件槽设计、支撑结构等，需要根据实际情况和安全性要求进行设计。

综上所述，液压缸设计计算涉及液压缸的尺寸计算、密封件的设计和选择、液压缸的工作压力计算、液压缸的材料和结构设计等方面。

通过合理计算和选取，可以设计出安全可靠的液压缸，满足机械设备的工作需求。

如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。

表1 液压缸总运动阶段负载表〔单位：N〕3 负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1〔a〕所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据的设计参数进行绘制，快进和快退速度3.5快进行程L1=100mm、工进行程L2=200mm、快退行程L3=300mm，工进速度80-300mm/min 快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。

快进工进快退根据上述数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图〔F-t〕b图,速度循环图c图.ab c在此处键入公式。

4 确定液压系统主要参数4.1确定液压缸工作压力由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为16000时宜取3MPa。

表2按负载选择工作压力表3 各种机械常用的系统工作压力4.2计算液压缸主要结构参数根据参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为A1=Fmas/P1-0.5P2=16000/3X10^6那么活塞直径为mm根据经验公式，因此活塞杆直径为d=58.3mm，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=80mm，活塞杆直径为d=56mm。

此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：根据计算出的液压缸的尺寸，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。

表4 各工况下的主要参数值5 液压系统方案设计根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。

速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。

此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，本钱低，节约能源，工作可靠5.1确定调速方式及供油形式由表4可知，该组合机床工作时，要求低速运动平稳行性好，速度负载特性好。

液压设计需要哪些计算公式液压系统是一种利用液体传递能量的动力传动系统，广泛应用于机械工程、航空航天、船舶、汽车等领域。

在液压系统的设计过程中，需要进行各种计算以确保系统的安全可靠性和性能指标的满足。

本文将介绍液压系统设计中常用的计算公式，包括液压缸的推力计算、液压泵的流量计算、液压阀的压降计算等内容。

1. 液压缸的推力计算。

液压缸是液压系统中常用的执行元件，其推力的计算是设计液压系统时的重要参数。

液压缸的推力计算公式为：F = P × A。

其中，F为液压缸的推力，单位为牛顿（N）；P为液压缸的工作压力，单位为帕斯卡（Pa）；A为液压缸的有效工作面积，单位为平方米（m²）。

2. 液压泵的流量计算。

液压泵是液压系统中的动力源，其流量的计算是设计液压系统时的关键参数。

液压泵的流量计算公式为：Q = V × n。

其中，Q为液压泵的流量，单位为立方米每秒（m³/s）；V为液压泵的排量，单位为立方厘米每转（cm³/r）；n为液压泵的转速，单位为转每分钟（r/min）。

3. 液压阀的压降计算。

液压阀是液压系统中的控制元件，其压降的计算是设计液压系统时的重要参数。

液压阀的压降计算公式为：ΔP = K × Q²。

其中，ΔP为液压阀的压降，单位为帕斯卡（Pa）；K为液压阀的流量系数，是与液压阀的结构和工作原理相关的参数；Q为液压阀的流量，单位为立方米每秒（m³/s）。

4. 液压管路的压力损失计算。

液压管路是液压系统中的传输元件，其压力损失的计算是设计液压系统时的重要参数。

液压管路的压力损失计算公式为：ΔP = f × L × (Q/D)²。

其中，ΔP为液压管路的压力损失，单位为帕斯卡（Pa）；f为液压管路的摩阻系数，是与管路材料和管路形状相关的参数；L为液压管路的长度，单位为米（m）；Q为液压管路的流量，单位为立方米每秒（m³/s）；D为液压管路的直径，单位为米（m）。

液压系统的设计计算液压传动系统的设计是整机设计的一部分，在目前液压系统的设计主要还是经验法，即使使用计算机辅助设计，也是在专家的经验指导下进行的。

因而就其设计步骤而言，往往随设计的实际情况，设计者的经验不同而各有差异，但是，从总体上看，其基本内容是一致的，具体为：1) 明确设计要求、进行工况分析（第一节）2) 拟定液压系统原理图（第二节）3) 液压元件的计算和选择（第三节）4) 液压系统的性能验算（第四节）5) 绘制工作图和编制技术文件（第五节）第一节明确设计要求、进行工况分析一.明确设计要求设计要求是做任何设计的依据。

液压传动系统的设计通常要考虑以下几方面的问题：（一）了解主机的基本情况液压传动系统设计通常是主机设计的一部分，设计要求主要是由主机根据工艺过程提出的。

因此要了解下列基本情况：主机的工艺流程、作业环境和主要技术参数；主机的总体布局和对液压系统在空间尺寸上的限制。

（二）明确液压系统的任务与要求液压系统应该完成的运动方式（移动、转动或摆动）；液压执行元件承受负载的大小和性质、运动速度的大小和变化范围；液压执行元件的动作顺序和联锁关系，各动作的同步要求；液压系统的自动化程度、运动平稳性、定位精度、工作效率、安全性和可维护性等；液压系统的工作环境（如环境的温度、湿度、尘埃和外界振动等）；液压系统的成本核算。

二.工况分析这里所指的工况分析主要指对液压执行元件的工作情况的分析，分析的目的式了解再工作过程中执行元件的速度、负载变化的规律，并将此规律用曲线表示出来，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。

若液压执行元件动作比较简单，也可不作图，只需找出最大负载和最大速度即可。

1.运动分析按设备的工艺要求，把所研究的执行元件在完成一个工作循环时的运动规律用图表示出来，这个图称为速度图。

现以右图所示的液压缸驱动的组合机床滑台为例说明，图a 是机床的动作循环图，由图可见，工作循环为快进→工进→快退；图b 是完成一个工作循环的速度——位移曲线，即速度图。