1、目 录1 课程设计的目的和基本要求 .- 1 -(1) 课程设计的目的 .- 1 -(2) 课程设计的基本要求 .- 1 -2 课程设计的主要内容 .- 1 -(1) 课程设计题目 .- 1 -(2) 课程设计要完成的主要内容 .- 1 -3 液压系统设计方法 .- 2 -3.1 明确设计依据，进行工况分析 .- 2 -3.1.1 设计依据 .- 2 -3.1.2 工况分析 .- 2 -3.2 确定系统方案，拟定液压系统图 .- 4 -3.2.1 确定系统方案 .- 4 -3.2.2 拟定液压系统图 .- 6 -3.3 液压元件的计算和选择 .- 8 -3.3.1 执行元件主要参数的计算 .-
2、 8 -3.3.2 执行元件所需流量 .- 11 -3.3.3 作出执行元件工况循环图 .- 11 -3.3.4 选定油泵和确定电动机功率 .- 12 -3.3.5 选择控制元件 .- 13 -3.3.6 选择辅助元件 .- 14 -3.4 液压系统验算及质术文件的编制 .- 17 -(1) 压力损失验算和压力阀的调整压力 .- 17 -(2) 油箱容量的验算 .- 19 -(3) 绘制工作图，编制技术文件 .- 20 -4 课程设计参考题目 .- 21 - 1 -液压传动与控制课程设计指导书1 课程设计的目的和基本要求(1) 课程设计的目的：液压传动与控制课程设计是机械设计制造及其自动化专业
3、学生在学完流体力学与液压传动课程之后进行的一个重要的实践性教学环节。学生通过本课程设计能够进一步熟悉并掌握液压传动与控制的基本概念、熟悉液压元件结构原理、熟悉液压基本回路、掌握液压系统图的阅读方法及基本技能、能够综合运用本课程及工程力学、机械设计等有关课程的知识设计一般工程设备液压系统。同时，学生通过本课程设计可在以下几方面得到训练：正确进行工程运算和使用技术文件、技术资料的能力；掌握系统方案设计的一般方法；正确表达设计思想的方法和能力；综合利用所学知识解决工程实际问题的能力。(2) 课程设计的基本要求：每个设计题目根据难度及工作量大小可由 13 人完成，由学生自由组合，课题组每个人都有明确的
4、工作任务；系统原理草图拟定由专人负责，课题组每个人都必须参与；每个课题组必须提交一份所设计系统非标液缸设计装配图一张；每个人必须提交系统设计图一份、课程设计计算说明书一份。2 课程设计的主要内容(1)课程设计题目：老师指定和学生自选两种。老师指定题目包括各个工程领域的题目 70 多个，供学生选择；学生自选题目由学生根据自己的兴趣及工程观察提出，由老师对学生所选题目的合理性、工作量大小及要达到的目标进行把关。(2)课程设计要完成的主要内容：1).查阅文献，了解并熟悉设计工况； 2).确定执行元件主要参数；3).拟定系统原理草图； 4).计算选择液压元件；- 2 -5).验算系统性能； 6).绘制
5、工作图，编制技术文件；7).撰写课程设计说明书。3 液压系统设计方法液压系统的设计基本包括四个步骤：明确设计依据，进行工况分析；确定液压系统方案，拟定液压系统图；液压系统的计算和液压元件的选择；液压系统的验算和绘制工作图、编制技术文件。在设计过程中不一定要严格按照这些步骤进行，有时可以交替进行，甚至要反复多次。对某些关键性的参数和性能难以确定时，要先经过试验，才能把设计方案确定下来。3.1 明确设计依据，进行工况分析3.1.1 设计依据设计的依据一般有：（1）主机的结构、动作特性和主要技术要求，如运动平稳性、动作精度、动作联锁、自动化程度和效率等。（2）液压系统的工作环境，如温度及其变化范围、
6、潮湿、振动、冲击、尘砂、腐蚀或易然等。（3）其它要求，如液压装置的重量、外形尺寸、经济性等。3.1.2 工况分析（1）运动分析工况分析是选定系统方案、液压元件和执行元件功率的依据。分析时，首先应画出主机的工作循环图，如图 3-1a。然后根据工作循环各阶段中的行程 s与时间 t，算出各阶段的速度，并画出速度循环图。（2）动力分析通过计算或试验，确定工作部件的力或力矩的大小和方向，并分析运动过程中冲击、振动和过载能力等情况。对某些设备，若负载变化较复杂，在条件许可时，按工况分析，绘出负载循环图；为确定液压执行元件的工作压力、拟定液压系统提供可靠的依据，对功率变化较大的主机，还应作出功率循环图，这样
7、可合理利用液压能源。1).油缸在各工作阶段外负载的计算- 3 -a.启动和加速阶段的外负载 pj从静止到加速是个过渡过程，启动的时间很短，故以加速过程进行计算，摩擦力则按静摩擦阻主力计算。Pj=RF dF a （3-1）b.恒速阶段的外负载 PhPh=RF d （3-2）c.减速制动阶段的外负载 PjiPji =RF dF a （3-3）式中 R沿油缸活塞运动方向的工作阻力，与支动反向为正值，同向为负值；Fd导轨摩擦力导轨摩擦阻力，对平导轨F=(GR N) （3-4）对 V 形导轨：（3-5）sin2da式中 G移动部件的重量；RN工作阻力垂直于导轨上的正压力；导轨摩擦系数，启动加速时按静摩擦
8、系数计算，其余按动摩擦系数计算；V 形导轨的夹角。工作部件倾斜 角放置时，将（GR N）变为（Gcos R N）后，代入式3-4、3-5 中。油缸启动加速或减速制动过程的惯性力 Fa（3-6）aGVFmgt式中 g重力加速度；Vt 时间内的速度变化值（ m/s） ；t启动加速度或减速制动的时间（秒） 。在机床中进给运动时，t=0.05 0.2 秒；根据上述各式计算出各工作阶段的负载，初步给负载（P）-位移（s）或时间（t ）的负载循环图。有时为了方便，也可不画负载循环图，而只算出最大负载点。2).油马达带负载时各工作阶段的外负载计算- 4 -a.启动和加速的外负载 MjMj=Mr+Mf+Ma
9、（3-7）b.恒速阶段的外负载 MhMh=Mr+Mf （3-8）c.减速制动阶段的外负载 MjiMji=Mr+Mf-Ma （3-9）式中 Mr油马达输出轴工作阻力矩，按外负载方向决定正负值；Mf转动部件支承处的摩擦力矩转换在油马达输出轴上的等效摩擦力 矩，启动时取静摩擦力矩，其余取动摩擦力矩；Ma转动部件在加速、减速时转换在油马达输出轴上等效的惯性力矩。Mf =GriG转动部件的重量；摩擦系数，根据轴承型式，可由机械设计手册查得；r转动部件轴颈的半径（m） ；i传动比，升速时， i1；降速时，i1。 aJitJ转动部件的转动惯量 24GDgg重力加速度（ms 2） ；GD2转动部件的飞轮力矩，
10、可由有关手册查得；角速度的变化量（rad/s） ；起动或制动的时间（s） 。t3.2 确定系统方案，拟定液压系统图确定液压系统方案、拟定液压系统图，是设计液压系统关键性的一步。系统方案，首先应满足工况提出的工作要求（运动和动力）和性能要求。其次，拟定系统图时，还应力求效率高、发热少、简单、可靠、寿合长、造价低。3.2.1 确定系统方案通过分析负载循环图，可初步确定最大负载点，并根据工况特点和性能要求，用类比法选用执行元件工作压力。有时主机的工况难以类比时，可按负载的大小选取。在选用油泵时，应注意所选用油泵的类型和额定压力。由于管路- 5 -有压力损失，因此油泵的工作压力应比执行元件的工作压力高
11、。油泵的额定压力应比油泵的工作压力高 2560%，使泵具有压力储备。压力低的系统，储备量宜取大些，反之则取小些。初选的执行元件工作压力作为计算执行元件尺寸时的参考压力。然后，在验算系统压力时，确定油泵的实际工作压力。(1).确定执行元件的类型执行元件的类型，根据工作部件所需的运动形式、速度、负载的性质和工作环境参考表 3-1 确定。表 3-1执行元件类型 适用工况 应用实例双活塞杆 负载不大、双向工作、往复运动速度相等 麻床工作台单活塞杆双向工作、往复运动速度不同或在差动接法（有效工作面积比为 2;1）时，则往复速度相等液压机、拉床、组合机床、工程机械、建筑机械、农业机械等柱塞式 负载大、行程
12、较长时，成对使用或单向回程靠外 力（弹簧或自重等）实现 龙门刨床、工程机工升降机、自卸 汽车等油缸齿条活塞式 负载不大的摆动运动 机械手、回转工作台、转位夹具等齿轮式 负载力矩不大、速度平稳性要求不高、工作环境 差（噪声限限制不严而尘埃多） 钻床、攻丝、风扇驱动。对体积受 限制时选摆线齿轮式叶片式 负载力矩不大、噪声要求较小的场合 磨床回转工作台、机床操纵机构柱塞式 负载力矩较大，有变速和变力矩要求，低速平稳 性要求较高的场合 起重机、铰车、铲车、内燃机车、 数控机床等低速大扭矩型 负载力矩大、转速低、平稳性高的场合 挖掘机、拖拉机、起重机等油马达摆动型 往复摆动角360。 的运动。比齿条活塞
13、式油缸的体积要小 石油机械、机械手、料斗等(2).确定调速方案和选择泵源型式调速方案和泵源形式，主要取决于主机的功率、调速性能要求和经济性，具体确定。(3).确定压力控制方式节流调速定量泵供油系统中，泵源的压力均用溢流阀（与泵源主油路并联）进行恒压力控制。容积调速或变量泵与节流阀联合调速系统中，为了防止过载，常采用安全阀限压保护。在用一个泵源需要两种以上工作压力时，可能过溢流阀的遥控口，经换向阀的切换接通远程调压阀获得多级压力控制。(4).确定液流流向控制方式根据系统中工作循环、动作变换性能和自动化程度的要求，按第四章方向控制回路一节中选择结构形式、换向位数、通路数、中间滑阀机能和操作方式。-
14、 6 -(5).确定顺序动作控制的方式对操作不频繁，动作顺序随机的，如工程、建筑、起重运输等作业，常采用手动多路换向阀控制。如果操纵力较大，可用手动伺服控制。行程和速度经常变化时，采用伺服系统。对一般功率不大，换向平稳性要求较低，动作顺序较严格而变化不多的工况下，常采用以下三种控制方式：1).行程控制。靠运动部件移动到预定位置（行程）时，发出控制信号，使液压元件动作，实现执行元件速度方向的变化。2).压力控制。利用油路本身压力的变化控制阀门启闭，实现各工作部件依次顺序动作。如利用压力变化的顺序实现多缸顺序动作、快进给工进、低压转增压，或到达一定力后实现系统卸荷、互锁、安全防护等动作。为了防止压
15、力波引起压力控制元件误动作，调整压力应比所需动作的压力高 0.50.7 MPa。3).时间控制。在动作转换中需要间隔一定时间时，常采用电气时间继电器或延时阀的转换，控制时间的间隔。如液压机、压铸机、塑料注射机中保压或冷却一定时间后，实现动作的转换。有时，为了主机的某一动作更为可靠（如机床，为了定位和夹紧可靠，要求定位行程开关发信，而且夹紧后压力继电器也发信，才允许转换动作） ，可采用行程和压力联合控制的方式。此外，还可采用其它物理量的变化实现动作的转换。如压铸机中、加热到规定温度后，通过温度传感器发信，转换下一个顺序动作。有的通过电磁感应、光电感应等发信，转换下一个顺序动作。3.2.2 拟定液
16、压系统图确定液压系统方案后，可选择和设计液压基本回路，并配置辅助性回路或元件（如滤油器及其回路、压力表及其测压点布置、控制油路或润滑油路等） ，即可组成液压系统图。在拟定液压系统图时，应考虑如下几点：(1).避免回路之间相互干扰同一泵源驱动多个执行元件要求同时动作时，由于负载不同会使执行元件先后动作，或者保压油路上，由于其它执行元件的负载变化，使油路压力下降。上述引起速度或压力干扰的现象必须加以解决。对速度的同步精度要求不高的场合，可在各进油路上串接节流阀；速度同步稍有要求时用调速阀。对同步精度有较高要求时，用流量比例阀或分流-集流阀。- 7 -出现压力干扰，可采用蓄能器与单向阀，使与其它动作
17、的油路隔开。如果时间短，可选用泄漏量较小的换向阀，并用单向阀隔断。对于某一执行元件必须保持一定压力，然后允许其它执行元件动作的回路，可采用顺序阀，使工作台回转时不会落下。对于两个以上需快进与工进的执行元件，为了防止快进对工进的干扰，可采用在高压小流量泵与各换向阀之间都串接一个调速阀，在低压大流量泵与各换向阀之间都串接一个单向阀，因此当一个或几个执行元件快进时，其余执行元件可继续工进。也可采用快进与工进由低压大流量泵与高压小流量泵分别供油。(2).防止液压冲击液压系统中由于工作部件运动速度变换、工作负载突变，常会产生液压冲击，影响系统的正常工作，故必须采取预防措施，其办法见表 3-2。表 3-2
18、工作过程 冲击原因 防止冲击的措施 举 例泵起动 带负载起动时压力超调 泵应在空载下起动 组合机床系统系统中大量高压油突然释放（在换向时） 油的压缩性采用节流阀，使高压油换向时逐渐降压 液压机烃速度换接过程 惯性用行程节流阀（单向行程调速阀或双联泵系统）使大泵提前卸荷液压机、组合机床的双泵系统工进中有速度波动限压式（或差压式）变量泵变量反应灵敏度不够加安全阀 组合机床快进或快退到制动 换向阀关闭瞬时由惯性 引起回油路压力剧增选择换向滑阀机能“H” 、“Y”、 “P”等，或回油路加安全阀龙门刨床或组合机床滑阀换向过程中 换向阀关闭时，管路流 量突变用带阻尼的电液阀代替电磁阀，或用节流阀调节换向速
19、度组合机床负载突变工作负载突然消失，引起前冲现象或冲击性负载加背压阀或加安全阀 冲床、剪床、钻床、挖 掘机等(3).力求控制油路可靠除高压大流量系统采用单独低压油泵供控制油路外，一般在主油路上直接引出控制油路。此时，引出的控制油应满足液动阀的最低控制压力。当油泵卸荷时，为保证液动阀能换向，在回油路上安装背压阀，或在进油路上安装顺序阀。但应注意，高压系统中，采用高压顺序阀，当高压下开启时间较长时，由于弹簧疲劳、滑阀“ 卡紧”而不能复位，易产生误动作。同样，电液换向阀由于- 8 -控制压力较高，在停留时间较长时，也存在不能复位的问题。因此采用面序阀维持开启压力，引出的控制油，经减压阀和安全阀限压后
20、，获得较稳定的低压控制油源。但在高压下工作的可靠性比单独低压泵供油要差些。(4).力求系统简单在组合基本回路时，力求元件少。如当二个油缸不同时工作而工作速度相同时，可采用公用阀的回路，即在回油路上并联节流阀下二位二通阀。应尽量选用标准元件，品种规格要少。只在不得已时，才自行设计元件。在连接油管时，尽量要短，接头数量要少。(5).合理分布测压点管路内油压变化的大小，是反应系统工作状态的主要参数之一。因此，合理布点，随时了解各段油路的区作状况很重要，要以避免事故发生。一般测压点分布在下列各处：1).泵源出口处和执行元件进、出口处；2).减压阀或增压器输出油路上；3).压力继电器或要求保压的油路上；
21、4).顺阀或背压阀前的油路上；5).滤油器前的油路上；6).润滑油油路上。(6).尽量使液压传动装置的组合通用化可采用液压动力源装置（油箱、油泵）与压力阀、滤油器、压力表、温度近期控制装置和相应的电器控制系统组成的液压柜。液压柜已通用化。在柜内还可安装液压控制元件的集成块。YG 系列液压柜有四种形式：单泵系统；双泵系统；多泵系统；变量泵系统。控制元件组合时，需要考虑通用化。它的配制方式有三种，即单元通油板、集成块和迭合块式。目前，大多数采用标准的板式控制元件组合单元通油板或集成块组。集盛典块的优点是便于回路通用化，结构布局紧凑，更换或追加元件灵活性大，设计、制造和维修等工作大为简化。在大流量系
22、统中采用法兰式安装方式。对于管式控制元件，由于悬空安装，容易造成振动，管路布局繁杂，已不常应用。- 9 -3.3 液压元件的计算和选择3.3.1 执行元件主要参数的计算通过负载循环图，初步确定了执行元件的最大外负载和系统的工作压力后，根据选择的执行元件的类型、密封件的型式和回路的组合情况，计算执行元件的主要尺寸。(1).油缸主要尺寸的计算油缸有效面积可按油缸受力的平衡关系式计算：1).单活塞杆油缸，以无杆腔为工作腔时p1A1=P+p2A2+Fm （3-10）2).单活塞杆油缸，以有杆腔为工作腔时P1A2=P+p2A1+Fm （3-11）3).双活塞杆油缸（当 A1=A2=A 时）P1A=P+p
23、2A+Fm （3-10）式中 A1无杆腔的有效面积（cm 2） ，其中 ，D 为活塞直径（cm） ；214A2有杆腔的有效面积（cm 2） ，其中 ，D 及 d 分别为22()活塞、活塞杆直径（cm） ；P油缸外负载的最大值；p1工作腔进油路压力；p2回油腔背压力。中、低压系统或轻载的节流调速系统，p 2 取 0.20.5 MPa；回油路带背压阀的系统，背压阀的调整压力一般为 0.51.5 MPa；带调速阀或复杂的回油路系统，p 20.5 MPa；拉床、龙门刨床、导轨磨床等，p 2 取0.81.5 MPa；高压系统，一般 p2 可忽略不计。密封件引起的摩擦阻力 Fm（当工作压力 p216 MPa 时）（3-13）1mFA式中 克服油缸密封件的摩擦阻力所需空载压力，启动时按表 3-3 选取，mp运动时取 50%值；A1进油工作腔的有效面积（cm 2） 。当工作压力 p216 MPa 时（3-14）mFP
