人教版选修《液压传动》word教案.docx

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人教版选修《液压传动》word教案

2021人教版选修《液压传动》word教案

一、液压缸的设计运算

1.初定液压缸工作压力 液压缸工作压力要紧依照运动循环各时期中的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑以下因素：

（1）各类设备的不同特点和使用场合。

（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重；压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。

因此，液压缸的工作压力的选择有两种方式：

一是依照机械类型选；二是依照切削负载选。

如表9-2、表9-3所示。

表9-2                  按负载选执行文件的工作压力

负载/N

＜5000

500～10000

10000～20000

20000～30000

30000～50000

＞50000

工作压力/MPa

≤0.8～1

1.5～2

2.5～3

3～4

4～5

＞5

表9-3                按机械类型选执行文件的工作压力

机械类型

机     床

农业机械

工程机械

磨床

组合机床

龙门刨床

拉床

工作压力/MPa

a≤2

3～5

≤8

8～10

10～16

20～32

2.液压缸要紧尺寸的运算

缸的有效面积和活塞杆直径，可依照缸受力的平稳关系具体运算，详见第四章第二节。

3.液压缸的流量运算

液压缸的最大流量

：

         qmax=A·vmax（m3/s）                          （9-12）

式中：

A为液压缸的有效面积A1或A2（m2）；vmax为液压缸的最大速度（m/s）。

液压缸的最小流量：

qmin=A·vmin（m3/s）                           （9-13）

式中：

vmin为液压缸的最小速度。

液压缸的最小流量qmin，应等于或大于流量阀或变量泵的最小稳固流量。

若不满足此要求时，则需重新选定液压缸的工作压力，使工作压力低一些，缸的有效工作面积大一些，所需最小流量qmin也大一些，以满足上述要求。

流量阀和变量泵的最小稳固流量，可从产品样本中查到。

二、液压马达的设计运算

1.运算液压马达排量   液压马达排量依照下式决定：

vm=6.28T/Δpm*ηmin（m3/r）                          （9-14）

式中：

T为液压马达的负载力矩（N·m）；

Δpm为液压马达进出口压力差（N/m3）；

ηmin为液压马达的机械效率，一样齿轮和柱塞马达取0.9～0.95，叶片马达取0.8～0.9。

2.运算液压马达所需流量液压马达的最大流量：

qmax=vm·nmax（m3/s）

式中：

vm为液压马达排量（m3/r）；nmax为液压马达的最高转速（r/s）。

液压元件的选择

一、液压泵的确定与所需功率的运算

1.液压泵的确定

（1）确定液压泵的最大工作压力。

液压泵所需工作压力的确定，要紧依照液压缸在工作循环各时期所需最大压力p1，再加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力缺失ΣΔp，即

pB=p1+ΣΔp  （9-15）

 ΣΔp包括油液流经流量阀和其他元件的局部压力缺失、管路沿程缺失等，在系统管路未设计之前，可依照同类系统体会估量，一样管路简单的节流阀调速系统ΣΔp为（2～5）×105Pa，用调速阀及管路复杂的系统ΣΔp为（5～15）×105Pa，ΣΔp也可只考虑流经各操纵阀的压力缺失，而将管路系统的沿程缺失忽略不计，各阀的额定压力缺失可从液压元件手册或产品样本中查找，也可参照表9-4选取。

表9-4             常用中、低压各类阀的压力缺失（Δpn）

阀名

Δpn（×105Pa）

阀名

Δpn（×105Pa）

阀名

Δpn（×105Pa）

阀名

Δpn（×105Pa）

单向阀

0.3～0.5

背压阀

3～8

行程阀

1.5～2

转阀

1.5～2

换向阀

1.5～3

节流阀

2～3

顺序阀

1.5～3

调速阀

3～5

（2）确定液压泵的流量qB。

泵的流量qB依照执行元件动作循环所需最大流量qmax和系统的泄漏确定。

①多液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸（或马达）所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即

qB≥K（Σq）max（m3/s）                              （9-16）

式中：

K为系统泄漏系数，一样取1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；（Σq）max为同时动作的液压缸（或马达）的最大总流量（m3/s）。

②采纳差动液压缸回路时，液压泵所需流量为：

qB≥K（A1-A2）vmax（m3/s）                       （9-17）

式中：

A1，A2为分别为液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积（m2）；

vmax为活塞的最大移动速度（m/s）。

③当系统使用蓄能器时，液压泵流量按系统在一个循环周期中的平均流量选取，即

qB=ViK/Ti                                  （9-18）

式中：

Vi为液压缸在工作周期中的总耗油量（m3）；

Ti为机器的工作周期（s）；Z为液压缸的个数。

（3）选择液压泵的规格：

依照上面所运算的最大压力pB和流量qB，查液压元件产品样本，选择与PB和qB相当的液压泵的规格型号。

上面所运算的最大压力pB是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，因此泵的额定压力pB应比系统最高压力大25%～60%，使液压泵有一定的压力储备。

若系统属于高压范畴，压力储备取小值；若系统属于中低压范畴，压力储备取大值。

（4）确定驱动液压泵的功率。

当液压泵的压力和流量比较衡定时，所需功率为：

p=pB*qB/103ηB（kW）                      

式中：

pB为液压泵的最大工作压力（N/m2）；

qB为液压泵的流量（m3/s）；

ηB为液压泵的总效率，各种形式液压泵的总效率可参考表9-5估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值。

P=pb（Mpa）*qb（L/min）/60*ηb

表9-5    液压泵的总效率

液压泵类型

齿轮泵

螺杆泵

叶片泵

柱塞泵

总效率

0.6～0.7

0.65～0.80

0.60～0.75

0.80～0.85

二、阀类元件的选择

1.选择依据

选择依据为：

额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力缺失数值，工作性能参数和工作寿命等。

2.选择阀类元件应注意的问题

（1）应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。

（2）阀类元件的规格要紧依照流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。

选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳固流量满足机器低速性能的要求。

（3）一样选择操纵阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，承诺通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。

三、蓄能器的选择

1.蓄能器用于补充液压泵供油不足时，其有效容积为：

V=ΣAiLiK-qBt（m3）                           （9-21）

式中：

A为液压缸有效面积（m2）；L为液压缸行程（m）；K为液压缸缺失系数，估算时可取Ｋ＝1.2；qB为液压泵供油流量（m3/s）；t为动作时刻（s）。

2.蓄能器作应急能源时，其有效容积为：

V=ΣAiLiK（m3）                                （9-22）

当蓄能器用于吸取脉动缓和液压冲击时，应将其作为系统中的一个环节与其关联部分一起综合考虑其有效容积。

依照求出的有效容积并考虑其他要求，即可选择蓄能器的形式。

四、管道的选择

1.油管类型的选择

液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，幸免急转弯和截面突变。

（1）钢管：

中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。

（2）铜管：

紫铜管工作压力在6.5～10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承担压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。

铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。

（3）软管：

用于两个相对运动件之间的连接。

高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透亮管，承压能力为2.5～8MPa，多用于低压管道。

因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，因此软管不宜装在液压缸和调速阀之间。

2.油管尺寸的确定

五、油箱的设计

油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。

其形式有开式和闭式两种：

开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。

开式油箱应用较多。

1.油箱设计要点

（1）油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。

（2）吸箱管和回油管的间距应尽量大。

（3）油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。

（4）注油器上应装滤网。

（5）油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。

2.油箱容量运算油箱的有效容量V可近似用液压泵单位时刻内排出油液的体积确定。

V=KΣq                                      

式中：

K为系数，低压系统取2～4，中、高压系统取5～7；

Σq为同一油箱供油的各液压泵流量总和。

六、滤油器的选择

选择滤油器的依据有以下几点：

（1）承载能力：

按系统管路工作压力确定。

（2）过滤精度：

按被爱护元件的精度要求确定，选择时可参阅表9-6。

（3）通流能力：

按通过最大流量确定。

（4）阻力压降：

应满足过滤材料强度与系数要求。

表9-6       滤油器过滤精度的选择

系统

过滤精度（μm）

元件

过滤精度（μm）

低压系统

100～150

滑阀

1/3最小间隙

70×105Pa系统

50

节流孔

1/7孔径（孔径小于1.8mm）

100×105Pa系统

25

流量操纵阀

2.5～30

140×105Pa系统

10～15

安全阀溢流阀

15～25

电液伺服系统

5

高精度伺服系统

2.5

    液压系统设计运算举例

某厂汽缸加工自动线上要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床，机床有主轴16根，钻14个φ13.9mm的孔，2个φ8.5mm的孔，要求的工作循环是：

快速接近工件，然后以工

作速度钻孔，加工完毕后快速退回原始位置，最后自动停止；工件材料：

铸铁，硬度HB为240；假设运动部件重G＝9800N；快进快退速度v1＝0.1m/s；动力滑台采纳平导轨，静、动摩擦因数μs=0.2，μd=0.1；往复运动的加速、减速时刻为0.2s；快进行程L1=100mm；工进行程L2=50mm。

试设计运算其液压系统。

一、作F—t与v—t图

1.运算切削阻力钻铸铁孔时，其轴向切削阻力可用以下公式运算：

Fc=25.5DS0.8硬度0.6                       （N）

式中：

D为钻头直径（mm）；S为每转进给量（mm/r）。

选择切削用量：

钻φ13.9mm孔时，主轴转速n1＝360r/min，每转进给量S1=0.147mm/r；钻8.5mm孔时，主轴转速n2＝550r/min，每转进给量S2=0.096mm/r。

则

Fc=14×25.5D1S0.81硬度0.6+2×25.5D2S0.82硬度0.6=

14×25.5×13.9×0.1470.8×2400.6+2×25.5×8.5×0.0960.8×2400.6=30500（N）

2.运算摩擦阻力

静摩擦阻力：

Fs=fsG=0.2×9800=1960N

动摩擦阻力：

Fd=fdG=0.1×9800=980N

3.运算惯性阻力f=ma=G/gΔv/Δt

4.运算工进速度

工进速度可按加工φ13.9的切削用量运算，即：

v2=n1S1=360/60×0.147=0.88mm/s=0.88×10-3m/s

5.依照以上分析运算各工况负载如表9-7所示。

表9-7                 液压缸负载的运算

工   况

运算公式

液压缸负载F/N

液压缸驱动力F0/N

启   动

F=faG

1960

2180

加   速

F=fdG+G/gΔv/Δt

1480

1650

快   进

F=fdG

980

1090

工   进

F=Fc+fdG

31480

35000

反向启动

F=fsG

1960

2180

加   速

F=fdG+G/gΔv/Δ

1480

1650

快   退

F=fdG

980

1090

制   动

F=fdG-G/gΔv/Δt

480

532

其中，取液压缸机械效率ηcm=0.9。

6.运算快进、工进时刻和快退时刻

快进：

  t1=L1/v1=100×10-3/0.1=1s

工进：

  t2=L2/v2=50×10-3/0.88×10-3=56.6s

快退：

  t3=（L1+L2）/v1=（100+50）×10-3/0.1=1.5s

7.依照上述数据绘液压缸F—t与v—t图见图9-5。

二、确定液压系统参数

1.初选液压缸工作压力

由工况分析中可知，工进时期的负载力最大，因此，液压缸的工作压力按此负载力运算，依照液压缸与负载的关系，选p1=40×105Pa。

本机床为钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔应有背压，设背压p2=6×105Pa，为使快进快退速度相等，选用A1=2A2差动油缸，假定快进、快退的回油压力缺失为Δp=7×105Pa。

2.运算液压缸尺寸由式（p1A1-p2A2）ηcm=F得：

液压缸直径：

D=

取标准直径：

D＝110mm

因为A1=2A2，因此d=≈80mm

则液压缸有效面积：

A1=πD2/4=π×112/4=95cm2

A2=π/4（D2-d2）=π/4（112-82）=47cm2

3.运算液压缸在工作循环中各时期的压力、流量和功率液压缸工作循环各时期压力、流量和功率运算表。

表9-8    液压缸工作循环各时期压力、流量和功率运算表

工况

运算公式

F0/n

P2/pa

P1/pa

Q/（10-3m3/s）

P/kw

快进

启动

P1=F0/A+p2

2180

P2=0

4.6*105

0.5

加速

Q=av1

1650

P2=7x105

10.5*105

快进

P=10-3p1q

1090

9x105

0.5

工进

p1=F0/a1+p2/2

q=A1V1

p=10-3p1q

3500

P2=6x105

40x105

0.83x105

0.033

快退

反向启动

P1=F0/a1+2p2

2180

P2=0

4.6x105

加速

1650

17.5x105

快退

Q=A2V2

1090

P2=7*105

16.4x105

0.5

0.8

制动

P=10-3p1q

532

15.2x105

图9—6液压缸工况图

4.绘制液压缸工况图见图9-6。

三、拟定液压系统图

1.选择液压回路

（1）调速方式；由工况图知，该液压系统功率小，工作负载变化小，可选用进油路节流调速，为防止钻通孔时的前冲现象，在回油路上加背压阀。

（2）液压泵形式的选择；从q—t图清晰的看出，系统工作循环要紧由低压大流量和高压小流量两个时期组成，最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.5/0.83×10-2≈60，其相应的时刻之比t2/t1=56。

依照该情形，选叶片泵较适宜。

（3）速度换接方式：

因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀或电磁换向阀。

（4）快速回路与工进转快退操纵方式的选择：

为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。

2.组成系统在所选定差不多回路的基础上，再考虑其他一些有关因素组成图9-7所示液压系统图。

四、选择液压元件

1.选择液压泵和电动机

（1）确定液压泵的工作压力。

前面已确定液压缸的最大工作压力为40×105Pa，选取进油管路压力缺失Δp=8×105Pa，其调整压力一样比系统最大工作压力大5×105Pa，因此泵的工作压力pB＝（40＋8＋5）×105＝53×105Pa

这是高压小流量泵的工作压力。

由图9-7可知液压缸快退时的工作压力比快进时大，取其压力缺失Δp′＝4×105Pa，则快退时泵的工作压力为：

pB=（16.4＋4）×105＝20.4×105Pa

这是低压大流量泵的工作压力。

（2）液压泵的流量。

由图9-7可知，快进时的流量最大，其值为30L/min，最小流量在工进时，其值为0.51L/min，依照式9-20，取K＝1.2，

则：

                     qB＝1.2×0.5×10-3=36L/min

由于溢流阀稳固工作时的最小溢流量为3L/min，故小泵流量取3.6L/min。

依照以上运算，选用YYB-AA36/6B型双联叶片泵。

（3）选择电动机：

由P-t图可知，最大功率显现在快退工况，其数值如下式运算：

P=

式中：

ηB为泵的总效率，取0.7；q1＝36L/min＝0.6×10-3m3/s，为大泵流量；q2＝6L/min＝0.1×10-3m3/s，为小泵流量。

依照以上运算结果，查电动机产品名目，选与上述功率和泵的转速相适应的电动机。

2.选其他元件 依照系统的工作压力和通过阀的实际流量选择元、辅件。

3．确定油箱容量油箱容量可按体会公式估算，取V＝（5～7）q。

本例中：

V＝6q＝6（6＋36）＝252L。