液壓传动系统设计与计算.docVIP

第九章 液压传动系统设计与计算 第一节明确设计要求进行工况分析 滑动导轨 铸铁对铸铁 启动时 低速(v＜0.16m/s) 高速(v＞0.16m/s) 0.15～0.20 0.1～0.12 0.05～0.08 滚动导轨 铸铁对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱(珠) ? 0.005～0.020.003～0.006 ? 静压导轨 铸铁 ? 0.005 式中：m为运动部件的质量(kg)；a为运动部件的加速度(m/s2)；G为运动部件的重量(N)；g为重力加速度，g=9.81 (m/s2)；Δv为速度变化值(m/s)； Δt为启动或制动时间(s)，一般机床Δt＝0.1～0.5s，运动部件重量大的取大值。 ④重力FG：垂直放置和倾斜放置的移动部件，其本身的重量也成为一种负载，当上移时，负载为正值，下移时为负值。 ⑤密封阻力Fm：密封阻力指装有密封装置的零件在相对移动时的摩擦力，其值与密封装置的类型、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在初 算 时，可按缸的机械效率(ηm=0.9)考虑；验算时，按密封装置摩擦力的计算公式计算。 ⑥排油阻力Fb：排油阻力为液压缸回油路上的阻力，该值与调速方案、系统所要求的稳定性、执行元件等因素有关，在系统方案未确定时无法计算，可放在液压缸的设计计算中考虑。 (2)液压缸运动循环各阶段的总负载力。液压缸运动循环各阶段的总负载力计算，一般包括启动加速、快进、工进、快退、减速制动等几个阶段，每个阶段的总负载力是有区别的。 ①启动加速阶段：这时液压缸或活塞处于由静止到启动并加速到一定速度，其总负载力包括导轨的摩擦力、密封装置的摩擦力(按缸的机械效率ηm=0.9计算)、重力和惯性力等项，即： F=Ff+Fi±FG+Fm+Fb (9-5) ②快速阶段： F=Ff±FG+Fm+Fb (9-6) ③工进阶段： F=Ff+Fc±FG+Fm+Fb (9-7) ④减速： F=Ff±FG-Fi+Fm+Fb (9-8) 对简单液压系统，上述计算过程可简化。例如采用单定量泵供油，只需计算工进阶段的总负载力，若简单系统采用限压式变量泵或双联泵供油，则只需计算快速阶段和工进阶段的总负载力。 (3)液压缸的负载循环图。对较为复杂的液压系统，为了更清楚的了解该系统内各液压缸(或液压马达)的速度和负载的变化规律，应根据各阶段的总负载力和它所经历的工作时间t或位移L按相同的坐标绘制液压缸的负载时间(F—t)或负载位移(F—L)图，然后将各液压缸在同一时间t(或位移)的负载力叠加。 图9-4负载循环图 ? 图9-4为一部机器的F—t图，其中：0～t1为启动过程；t1～t2为加速过程；t2～t3为恒速过程； t3～t4为制动过程。它清楚地表明了液压缸在动作循环内负载的规律。图中最大负载是初选液压缸工作压力和确定液压缸结构尺寸的依据。 2.液压马达的负载 工作机构作旋转运动时，液压马达必须克服的外负载为：M=Me+Mf+Mi (9-9) (1)工作负载力矩Me。工作负载力矩可能是定值，也可能随时间变化，应根据机器工作条件进行具体分析。 (2)摩擦力矩Mf。为旋转部件轴颈处的摩擦力矩，其计算公式为： Mf=GfR(N·m) (9-10) 式中：G为旋转部件的重量(N)；f为摩擦因数，启动时为静摩擦因数，启动后为动摩擦因数；R为轴颈半径(m)。 (3)惯性力矩Mi。为旋转部件加速或减速时产生的惯性力矩，其计算公式为： Mi=Jε=J(N·m) (9-11) 式中：ε为角加速度(r/s2)；Δω为角速度的变化(r/s)；Δt为加速或减速时间(s)；J为旋转部件的转动惯量(kg·m2)，J=1GD2/4g。 式中：GD2为回转部件的飞轮效应(Nm2)。 各种回转体的GD2可查《机械设计手册》。 根据式(9-9)，分别算出液压马达在一个工作循环内各阶段的负载大小，便可绘制液压马达的负载循环图。 第二节 确定液压系统主要参数 一、液压缸的设计计算 1.初定液压缸工作压力 液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段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。 所以，液压缸的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据切削负载选。 如表