《液压与气压传动课程设计》指导书教程解析.doc

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《液压与气压传动课程设计》指导书

课程编号：

428303

主撰人：

审核人：

单位：

二〇一四年六月

前言

《液压与气压传动》是机械设计制造专业学生一门重要的专业方向课，液压与气压传动课程设计课又是其中重要的实践教学环节，根据机械设计制造及其自动化专业本科学生液压与气压传动课程设计要求，结合本校实际，编写本书指导学生进行课程设计，与《液压与气压传动》教材配套使用。

本指导书从教学要求出发，教材上有的内容不再摘录，力求内容精选、适用，题目难度适中，符合本校实际要求，书中提出了对课程设计的具体要求，说明了步骤、设计报告的撰写以及设计过程中需要注意的事项，并提供了32组设计题目，供设计时视情况选用。

指导教师根据实际情况，在满足课程设计基本要求的前提下，亦可自选附录之外的其他设计题目。

本指导书在姜继海等主编、高等教育出版社出版的《液压与气压传动》基础上，进行了内容的增补充实和调整。

由于时间仓促，书中疏漏错误在所难免，欢迎大家批评指正。

第一章液压与气压传动课程设计概述

《液压与气压传动》课程设计是学生学习液压与气动技术课程后进行的一个十分重要的实践教学环节

1.1、课程的性质和目的

 本课程是机械设计制造及其自动化专业的主要专业方向课，是在完成《液压与气压传动》课程理论教学以后所进行的重要实践教学环节。

本课程的学习目的在于使学生综合运用《液压与气压传动》课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压与气压传动的设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。

通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。

1.2、课程教学内容

 1.2.1、课题选择

课题选择首先应满足教学要求，又不完全等同于工厂的产品设计。

设计题目应尽可能来源于生产或科研实际，但又不宜与其完全等同，涉及的知识面不能太宽，并有必要的资料，使学生易于着手。

课题的工作量应以多数学生能在规定的时间内独立完成，并有时间查阅文献资料和独立思考为准。

基于这些考虑，液压与气压传动课程设计一般应选择在生产或科研实践中已证明是切实有效的、性能较好的典型系统为课题，以使学生能举一反三、拓展思路，在以后的实际工作中模仿、推广应用和进一步创新发展。

1.2.2设计内容

液压与气压传动课程设计的内容以各类机械设备液压传动系统（或控制系统）的分析与设计以及标准元件的选用为主，并适当兼顾部分典型元、部件（如集成块、液压缸、油箱等）及其中的典型零件设计。

一般应包括以下基本内容：

1．液压传动系统方案的分析、确定，系统原理图的拟定；

2．基本元件的设计计算和选择（如液压泵、液压阀、液压缸等选择）；

3．典型元、部件（如非标准液压缸、阀板或集成块、液压泵站等）的设计计算，主要零件、部件的结构设计；

4．辅助装置的设计计算和选择；

5．系统参数的验算与校核；

6．系统原理图、主要零件工作图和部件装配图的绘制；

7．编写设计计算说明书。

1.3、课程教学的基本要求

学生完成本课程设计后应达到下列基本要求：

1．能综合运用《液压与气压传动》课程及其它先修课程的知识完成液压系统的全面设计；

2．在设计实践中学习和掌握各类液压元件的选用原则及基本回路的组合方法，培养设计技能，提高分析问题和解决工程问题的能力，为以后的实际工程设计打下基础；

3．通过课程设计训练，应在参数选择、数据计算、设计资料（包括各类手册、产品样本、标准、规范等）搜集（包括从互联网上）、科技文献查阅运用、CAD以及进行经验估算等方面得到系统、全面的实际训练；

4．掌握一般机械设备液压系统设计的基本能力。

课程设计一般安排在《液压与气压传动》课程理论教学完成后连续2周进行，或在课程教学完成至适当时候（如完成该课程总学时的二分之一或三分之二）即布置设计任务、分段进行，但总的设计时间不少于2周。

课程设计课题无论来自生产或科研实际还是模拟训练，都必须满足人才培养的目标、层次和规格的要求，尽可能接近经济建设需要。

课程设计的内容可根据实际情况进行适当调整，使其能与规定的设计时间相适应。

课程设计实施时，指导教师应指导学生制订设计计划。

设计过程中，指导教师应定期检查工作进度、质量、独立思考和创新能力等，及时发现各方面情况并予以指导帮助。

学生采用CAD手段以提高设计质量，可能情况下争取对某些部分进行模拟仿真。

设计成绩的评定采取平时考察与答辩相结合，综合考虑设计工作量、设计质量、独立思考与创新能力等。

要求在二周（机械设计制造及其自动化专业第六学期的最后二周）内完成以下任务。

1.4、液压与气压传动课程设计中的注意事项

1．液压与气压传动课程设计是一个非常重要的教学环节，既是对已学课程的综合运用，又为以后的专业课学习打下基础，因此，务必要求学生在设计过程中严肃认真，踏实细致，并养成保质保量，按时完成任务的良好习惯。

2．正确处理计算与控制原理的关系。

不能把设计片面理解为就是理论计算。

确定控制回路时，应综合考虑各元器件的使用条件，与其它元件的配套关系以及经济性。

理论计算只是为确定各元件提供了一个方面（如强度）的依据，有时要利用经验公式来确定尺寸，有时要根据结构和工艺来确定尺寸。

因此在设计过程中，经常是边画、边算，边修改。

计算和绘图相互补充，交叉进行。

3．正确处理参考现有资料与创新的关系。

任何设计都不可能是设计者凭空想象，独出心裁的产物。

大量的设计参考资料是前人设计经验的总结，初次进行设计，应充分熟悉和利用现有资料，参考和分析已有的结构方案，合理选用有关经验数据。

这正是锻炼设计能力的一个重要方面。

但是，参考资料并不意味着盲目地抄袭资料。

设计者必须根据特定的设计任务和具体要求敢于提出新设想、新方案和新结构并在设计实践中总结和改善，充分发挥主观能动性，这样，设计者的设计技能才能不断得到提高。

4．注意培养工作的计划性，应经常检查和掌握进度，并随时整理设计计算结果。

这对于设计的正常进行，阶段检查和编写说明书都是有益的。

5．尽可能引用新的设计方法，采用计算机辅助设计工具或手段进行设计。

1.5、液压与气压传动课程设计成绩考核办法

1、设计过程中出勤、学习态度等方面，权重20%。

2、课程设计质量与答辩，权重50%。

答辩组成员：

①系领导②教研室主任③指导教师④相关教师。

3、设计报告书写及图纸规范程度，权重30%。

4、总评成绩按优秀、良好、中等、及格、不及格五级制评定。

第二章液压与气压传动课程设计步骤

设计通常根据具体条件分析确定出总体传动方案，然后进行必要的运算，通过计算，作图，查阅资料以及必要的修改得到结果，最后以机械图和设计说明书的形式完成设计。

液压系统的设计步骤和内容大致如下：

（1）明确设计要求，进行工况分析；

（2）确定液压系统的主要性能参数；

（3）拟订液压系统原理图；

（4）计算和选择液压元件；

（5）验算液压系统的性能；

（6）液压缸设计；

（7）绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计要求。

以上步骤中各项工作内容有时是互相穿插、交叉进行的。

对某些复杂的问题，需要进行多次反复才能最后确定。

在设计某些较简单的液压系统时，有些步骤可合并和简化处理。

1、明确设计要求，进行工况分析

1.1明确设计要求

对液压系统的设计要求是设计液压系统的依据，设计前必须将它搞清楚。

明确设计要求往往从以下几个方面考虑：

1.1.1主机的概况了解

一般液压系统是为主机配套的，因此明确设计要求一般应从了解主机开始。

了解主机概况一般从以下几方面着手：

1）主机的用途、总体布局、主要结构，主机对液压装置的位置和空间尺寸的限制。

2）主机的工艺流程或工作循环、技术参数与性能要求。

3）作业环境与条件等。

1.1.2明确主机对液压系统提出的任务和要求

1） 主机要求液压系统完成的动作和功能，执行元件的运动方式（转动、移动或摆动）、动作循环及其工作范围。

2）   外界负载大小、性质及变化范围，执行元件运动速度大小及变化范围。

3） 各液压执行元件的动作顺序、转换及互锁要求。

4） 对液压系统的工作性能方面的要求，如运动平稳性、定位和转换精度、停留时间、自动化程度、工作效率、噪声等方面的要求，对于高精度、高生产率的自动化主机，不仅会对液压系统提出静态性能指标，往往还会提出动态性能指标。

1.1.3明确其它要求

1） 明确液压系统的工作条件和环境条件，如环境的温度、湿度、污染和振动冲击情况。

有无腐蚀性和易燃性物质存在，这牵涉到液压元件和工作介质的选用，也牵涉到所需采用的防护措施等。

2）对液压系统的重量、外形尺寸、经济性等方面的要求。

1.2工况分析

工况分析就是要分析执行元件在整个工作过程中速度和负载的变化规律，求出工作循环中各动作阶段的速度和负载的大小，画出速度图和负载图（简单系统可不画）。

从这两张图中可以方便地看出系统对液压执行元件作用的负载和速度的要求及它们的变化范围，还可方便地确定最大负载值、最大速度值，以及它们所在的工作阶段，这是确定液压系统方案、确定液压系统性能参数和执行元件结构参数的主要依据。

1.2.1速度分析速度图

速度分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求的速度进行分析，速度图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。

速度图一般用速度—时间（v—t）或速度—位移（v—l）曲线表示。

图1（a）为一机床进给油缸的动作循环图例，及图1（b）是其相应的速度图例。

1.2.2负载分析与负载图

负载分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求克服的负载大小及其性质进行分析，负载图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。

负载图一般用负载—时间（F—t）或负载—位移（F—l）曲线表示。

1）液压缸的负载分析

液压缸在做直线往复运动时，要克服以下负载：

工作负载、摩擦负载阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压力。

前四种属于外负载，后两种属于内负载。

在不同的动作阶段，负载的类型和大小是不同的。

下面分别予以讨论。

（1）   启动阶段

启动阶段的液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件处于要动而未动状态，其负载F由以下2项组成

式中Ffs——静摩擦力；

Fn——作用在摩擦面（如导轨面或支承面）上的正压力；

fs——摩擦面的静摩擦系数，其数值与润滑条件、导轨的种类和材料有关（见表1）；

FG——垂直或倾斜放置的运动工作部件重量在油缸运动方向的分量，工作部件向上运动时为正负载，向下运动时为负负载。

若工作部件是水平放置时，则FG=0。

（2）加速阶段

加速阶段的液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件从速度为零到恒速（一般为非工作阶段的快速运动）阶段，这时的负载F由下式计算

式中Ffd——动摩擦力;

fd——动摩擦系数（见表1）；

Fm——惯性阻力,这是液压缸活塞或缸体及其与它们相连的运动部件在加速（或制动减速）过程中得到惯性阻力,其值可按牛顿第二定律求出，加速时阻力为正，制动减速时为负；

△v——速度的改变量，即恒速值；

△t——启动或制动时间，机床一般取△t=0.01~0.5s，轻载低速运动部件取小值，重载高速运动部件取大值。

行走机械可取△v/△t=0.5~1.5m/s2；