《液压传动》课程设计指导书.doc

«液压传动»课程设计指导书
前言
«液压传动»课程设计是整个教学过程中最后一个综合性教学环节，通过课程设计使学生达到：
1、了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求，培养学生运用所学理论知识解决具体工程技术问题的能力。
2、掌握液压传动系统的设计步骤，熟悉设计的有关技术文件，规范设计手册及相关元件的国家标准。
3、根据设计任务要求，进行工况分析和确定液压系统的液压元件拟定出液压系统，并对液压系统主要性能作必要的设计计算。
一、设计步骤
明确液压系统的设计要求
液压系统设计与整机设计是紧密联系的，设计步骤的一般流程如图：
否

否
液
压

CAD
是否符合要求？
绘制工作图，编制技术文件
是否通过？
验标液压系统性能
选择液压元件
拟定液压系统原理图
确定执行元件主要参数
执行元件运动与负载分析

是

结 束
是

上述步骤的各阶段工作内容，有时需要穿插进行，对某些比较复杂的液压系统，需经过多次反复比较，才能最后确定。
二、工况分析
液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，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。
1、运动分析
运动分析是对液压执行元件一个工作循环中各阶段的运动速度变化情况进行分析并话并画出速度循环图。
2、负载分析
N×9565
n
把执行元件的各个阶段需克服的负载，用负载位移曲线表示：
负载扭矩：M=
N×9565
n
M—负载扭矩n·m n—转速 rpm
切削力：F= Ft —切削力N
D—刀具直径mm
静摩擦力：Ffs=（G1+G2）·fs Ffs—静摩擦力N
G1、G2—工作台及工件的重量N fs—静摩擦系数
动摩擦力Ffd=（G1+G2）·fd Ffd—动摩擦力N
N×9565
g
fd—动摩擦系数
惯性力Fm=m·a=（ ）·a g—动加速度9.81m/s²
Ut—U0
t
a—执行元件加速度 m/s² a= 其中：
Ut—执行元件末速度 m/s² u0—执行元件初速度m/s²
T—执行元件加速时间s
执行元件在各动作阶段中负载计算：
工况
油缸负载（N）
油缸推力（N）
启动
F=Ffs
F'=F/ηm
加速
F=Ffd+Fm
F'=F/ηm
快进
F=Ffd
F'=F/ηm
工进
F=Ffd+Ft
F'=F/ηm
快退
F=Ffd
F'=F/ηm
ηm—为油缸机械效率，可取ηm=0.9
三、绘制油缸的负载图和速度图
根据工况负载绘制出负载图和速度图
四、初步确定油缸参数，绘制工况图
1、初选油缸的工作压力
根据液压设备的类型（见教材表4—2）初步确定油缸的工作压力。
2、计算油缸尺寸
π·（D²-d²）
4
π·D²
4
可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积（参见第四章）、油缸直径D及活塞杆直径d计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积：
A1= A2=
3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算
-4
（1）、工进时油缸需要的流量Qx L/min
Qx=A·Us×10
A— 工进时油压作用的面积 cm²
Us—工进时油缸的速度 mm/min
-4
(2)、快进时油缸需要的流量Q快进 L/min
差动连接时:Q快进=(A1-A2) ·U快进×10
A1、A2—分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积 cm²
U快进—油缸快进时的速度mm/min
(3)、快退时油缸需要的流量Q快退 ,L/min
Q快退= A2·U快退
U快退—油缸退回时的速度, mm/min
F+P2·A2
A1
(4)、工进时油缸的压力
P1x=
P2—为工进时回油腔的背压,可按下表选取:
系 统 类 型
背压力:kgf/cm²
回油路上有节流阀的调速系统
2—5
回油路上有背压式调速阀的进给系统
5—15
采用辅助泵补油的闭式回路
10—15
F+A2·△P
A1 —A2
（5）、快进时油缸压力
P1=
这里F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，
P—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。
F’+P2·A1
A2
（6）、快退时油缸压力P1’
P1’=
F’—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，
P1’—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。
油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如下表：

工 况

负载（N）
油 缸
回油腔压力 输入流量 进油腔的压力 输入功率
P2 kgf/cm² Q L/min P1 kgf/cm² N kw
计 算

公 式

快 进

（差动）

启动

P1=（F1+A2·△P）/（A1-A2）
加速

Q=（A1-A2）·U1
恒速

N=P1Q/612

工 进

P1=（F+A2P2）/A1

Q=A1·U2

N=P1Q/612

快 退
启动

P1=（F+P2A1）/A2
加速

Q=A2·U1
恒速

N=P1Q/612
根据上表绘出油缸工况图，P1 —L，Q—L，N—L。
五、拟定液压系统
1、选择液压回路
根据系统的流量、压力查《液压传动设计手册》选定泵和阀，确定油缸的连接方式及节流调速方式，确定油缸的转换方式。
2、组合成液压系统图
#
注：液压系统图除在设计说明书中附图外，还应提交一份1
图纸。
六、确定油泵的容量及电机功率
1、油泵工作压力与流量计算
进油路的压力可取∑△P1=3kgf/cm²，泵的工作压力
Pp=Pmax+∑△P1，其中Pmax—泵工作所需的最大油压kgf/cm²，泵的流量：Qp=Qmax·η，Qmax—泵工作所需的最大流量，L/min
η—漏油系数，可取η=1.1
由计算出的Pp、Qp查《液压传动设计手册》，确定泵的型号。
Pp ·Qp
612ηp
2、油泵的功率Np
采用：Np= 计算出泵的功率，式中Np—油泵的功率kw，
ηp—油泵的效率一般可取ηp=0.75，由计算Np查用配套电机。
七、其它控制元件的选择
1、控制阀
#
由各元件的最大通油量查《液压传动设计手册》确定系统中各种阀件的名称及型号，并列表示出，（同时在液压系统1 图内列表）。
√
2、确定油管直径
Q吸
U吸
⑴、吸油管直径 d吸=4.63· 式中d吸—吸油管内径mm，
Q吸—吸油管通过的最大流量L/min，U吸—吸油管的流速，可取U吸=1 m/s
√
Q压
U压
（2）、压油管直径，d压= 4.63• d压—排油管内径mm，
Q压—压油管通过最大流量L/min，U压—压油管的流速，可取U压=3m/s。油管直径计算后取圆整值，选择确定油管。
3、油箱容量
油箱的有效容积一般按以下标准选择，当系统为低压系统时取油泵每分钟排出液体的2～4倍；中、高压系统时取5～7倍，若为行走机械取为2倍；对工作负载大、长时间连续工作的液压系统，其油箱容积按系统的发热量计算确定。
八、液压系统性能验算（略）

附： 专用铣床液压系统设计
KW
一、 设计依据：
一台专用铣床的铣头驱动电机的功率N= 7.5 ，铣刀直径
D=120mm，转速n=350rpm，工作台重量G1=4000N，工件及夹具重量G2=1500N，工作台行程L=400mm，（快进300mm，工进100mm）快进速度为4.5m/min，工金速度为60～1000mm/min，
其往复运动和加速（减速）时间t=0.05s，工作台用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。
二、 设计任务及要求
对执行元件工况分析，确定液压系统，对系统中执行元件作选择计算，对控制元件作出选择说明并绘制液压系统图及系统中主要液压元件配置表，提交设计计算说明书。（不少于3000字）
三、 时间安排
序号
工 作 内 容
时间（天）
1
布置设计任务，借资料，领图及仪器
0.5
2
熟悉设计要求及步骤、程序
0.5
3
工况分析，确定油缸参数、工况图
1
4
拟定液压系统，选择控制元件
1
5
编制设计说明书，绘液压系统图
2
6
小 计
5