液压系统的设计和计算
液压传动系统设计计算例题
液压传动系统设计计算例题1. 引言液压传动系统是一种常用的能量传递和控制系统，广泛应用于工程机械、航空航天、冶金、石油化工等领域。
本文将通过一个设计计算例题，介绍液压传动系统的设计过程和计算方法。
2. 设计要求设计一个液压传动系统，满足以下要求：•最大输出功率为100kW•最大工作压力为10MPa•最大转速为1500rpm•传动比为5:13. 功率计算根据设计要求，最大输出功率为100kW，转速为1500rpm，可以通过以下公式计算液压机的排量：功率（kW）= 排量（cm^3/rev） × 转速（rpm） × 压力（MPa） × 10^-6由于传动比为5:1，液压泵的排量为液压马达的5倍，因此液压泵的排量为：排量（cm^3/rev） = 功率（kW） / (转速（rpm） × 压力（MPa） × 10^-6 × 5)= 100 / (1500 × 10 × 10^-6 × 5)= 0.133 cm^3/rev4. 泵和马达的选择根据计算结果，液压泵的排量为0.133 cm^3/rev。
在实际中，可以选择一个接近或等于该排量的标准泵来满足需求。
假设我们选择了一台0.15 cm^3/rev的液压泵。
由于传动比为5:1，液压马达的排量为液压泵的1/5，因此液压马达的排量为：排量（cm^3/rev） = 液压泵排量 / 5= 0.15 / 5= 0.03 cm^3/rev同样地，我们可以选择一个接近或等于该排量的标准马达。
5. 油液流量计算油液流量可以通过以下公式计算：流量（L/min） = 排量（cm^3/rev） × 转速（rpm） / 1000液压泵的流量为：流量（L/min） = 0.15 × 1500 / 1000= 0.225 L/min液压马达的流量为：流量（L/min） = 0.03 × 1500 / 1000= 0.045 L/min6. 液压系统元件选择在设计液压传动系统时，除了液压泵和液压马达，还需要选择其他的液压元件，如油箱、油管、阀门等。
液压系统设计计算
液压系统设计计算液压系统设计是指在机械设计中，通过使用液压技术来传递动力和控制目标的设计过程。
液压系统设计需要考虑多个因素，包括流体力学原理、液压元件的选择和配置、系统的工作参数等。
下面将介绍液压系统设计的一些基本计算。
首先，液压系统设计需要确定系统的工作参数，包括工作压力、流量和工作温度等。
工作压力是指系统中液体传递动力时所施加的压力，一般以帕斯卡为单位。
流量是指单位时间内通过液压系统的液体体积，一般以升/分钟为单位。
工作温度是指系统正常工作时液体的温度，一般以摄氏度为单位。
确定了工作参数后，液压系统设计还需要选择适当的液压元件。
液压元件包括液压泵、液压马达、液压阀等。
液压泵负责将机械能转换成液压能，并提供系统的流量和压力。
常用的液压泵有齿轮泵、柱塞泵和螺杆泵等。
液压马达则将液压能转换成机械能，常用的液压马达有齿轮马达、柱塞马达和液压缸等。
液压阀则用于控制液压系统的流量、压力和方向等。
常用的液压阀有溢流阀、换向阀和节流阀等。
功率（千瓦）=流量（升/分钟）x压力（帕）/600液压泵的选型还需要根据系统的工作压力和流量来确定。
一般来说，液压泵的压力和流量应该略大于系统的工作压力和流量，以确保系统正常工作。
液压泵的选择要考虑到工作环境的温度、液体的粘度和成本等因素。
液压缸的选择也需要进行一些计算。
输出力（牛顿）=压力（帕）x断面积（平方米）液压缸的选择要根据所需的输出力和工作压力来确定。
液压缸的密封性能和机械结构等因素也需要考虑。
另外，液压系统设计中还需要考虑管道的设计和安装。
管道的设计要根据系统的工作温度、压力和流量来确定。
管道的材料和尺寸选择要满足系统的需要，并保持良好的连接和密封性能。
综上所述，液压系统设计涉及到多个方面的计算和选择。
通过合理的设计和计算，可以确保液压系统的性能和可靠性。
因此，在液压系统的设计过程中，需要充分考虑各个因素，并进行适当的计算和分析。
液压传动系统设计与计算
第九章液压传动系统设计与计算液压系统设计的步骤大致如下：1.明确设计要求，进行工况分析。
2.初定液压系统的主要参数。
3.拟定液压系统原理图。
4.计算和选择液压元件。
5.估算液压系统性能。
6.绘制工作图和编写技术文件。
根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。
第一节明确设计要求进行工况分析在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。
1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。
2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。
3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。
图9-1位移循环图在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。
一、运动分析主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v—t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。
1.位移循环图L—t图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。
该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。
2.速度循环图v—t(或v—L)工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。
图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，图9-2 速度循环图最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。
第9章液压系统设计与计算
要求，即
V q min n min
（9-7）
式中 qmin——输入液压马达的最低稳定流量。
排量确定后，可从产品样本中选择液压马达的型号。
（Hale Waihona Puke ）执行元件最大流量的确定对于液压缸，它所需的最大流量qmax 就等于液压缸有效工作
面积A与液压缸最大移动速度vmax的乘积，即
qmax=A vmax
（9-8）
积）。
• 快进时：
差动系统
p F A1 A2
qv快 (A1A2)
非差动系统
p1
F A1
A2 A1
p2
q v快A1
P pq
•工进时：
p1
A2 A1
F pb A1
q v工A1
P p工q工
• 快退
p1
A2 A1
pb
F A1
qv快退A2
P pq
图9-2 组合机床执行元件工况图
压力图9-2a，流量图9-2b，功率图9-2c。
求出了平均功率，还要验算每个阶段电机的超载量是否在
允许的范围内，一般允许短期超载25%。在范围内时，可根据 平均功率P和泵的转速n从产品样本中选择。
对于限压式变量泵系统，按（9-13）式分别计算快速与慢速 两种工况时所需要的驱动功率，计算后按较大的作为选择电机
的依据。由于限压式变量泵在快速与慢速转换过程中，必须经
图9-1a）是机床的动作循环图。 由图可见，工作循环为快进→工进 →快退；
图9-1b ）是完成一个工作循环的 速度→位移曲线，即速度图。
图9-1c）是该组合机床的负载图。
2. 负载分析
图9-1c）是该组合机床的负载图，按设备的工艺要求，把执 行元件在各阶段的负载用曲线表示出来，可直观地看出在运动 过程中何时受力最大、最小等各种情况，作为以后的设计依据。
常用液压设计计算公式
常用液压设计计算公式液压设计计算是指根据液压原理和工作条件，对液压系统进行各种设计参数的计算。
常用的液压设计计算公式包括以下几个方面：1.流量计算公式：流量是液压系统中液体通过单位时间内的体积或质量，常用的流量计算公式有：-液体通过管道的流速公式：v=A/t其中，v为液体的流速，A为液体通过的横截面积，t为流经该横截面的时间。
-流量公式：Q=Av其中，Q为液体的流量，A为液体通过的横截面积，v为液体的流速。
2.压力计算公式：压力是液体对单位面积的作用力，常用的压力计算公式有：-压力公式：P=F/A其中，P为液体的压力，F为作用在液体上的力，A为液体所受力的面积。
- 泊松公式：P=gh其中，g为重力加速度，h为液体的高度。
3.功率计算公式：功率是液压系统中单位时间内产生或消耗的能量，常用的功率计算公式有：-功率公式：P=Q×P其中，P为液体的功率，Q为液体的流量，P为液体的压力。
-功率公式：P=F×v其中，P为液体的功率，F为作用在液体上的力，v为液体的流速。
4.流速计算公式：流速是单位时间内液体通过管道的速度，常用的流速计算公式有：-流速公式：v=Q/A其中，v为液体的流速，Q为液体的流量，A为液体通过的横截面积。
- 流速公式：v=√(2gh)其中，v为液体的流速，g为重力加速度，h为液体的高度。
5.根据功率计算液压缸的力和速度：-液压缸力的计算公式：F=P/A其中，F为液压缸的力，P为液体的压力，A为液压缸的有效工作面积。
-液压缸速度的计算公式：v=Q/A其中，v为液压缸的速度，Q为液体的流量，A为液压缸的有效工作面积。
以上是液压设计常用的一些计算公式，根据具体液压系统的工作条件和设计要求，可以选择适合的公式进行计算。
在实际设计中，还需要考虑液体的黏度、泄漏、阻力等因素对计算结果的影响，综合考虑才能得到更精确的设计结果。
液压系统设计计算
液压系统设计计算
背景
液压系统是一种广泛应用于各种机电设备的动力传递方式，在工业、农业、航空、航天、汽车、机械等领域都有广泛应用。
液压系统具有承载力大、体积小、传动效率高、动作平稳等优点，因此在众多领域得到了广泛应用。
液压系统设计的主要问题是要选择合适的液压元件，如油泵、安全阀、溢流阀、液控单元、调速阀等，并根据工作条件进行设计计算。
设计计算
油泵
油泵是液压系统的核心，其主要用途是将机油从液压油箱中通过吸油管道吸入，并通过压油管道输送到需要使用的部件。
根据压力和流量的要求，油泵的选用需要考虑以下几个因素：
•工作压力（p），一般液压系统的工作压力在2030MPa，较高的系统要求可达到4070MPa。
•流量需求（Q），即单位时间内油泵需要输送的油量，单位为L/min。
•泵的静压效率（ηp），即油泵静水位监控时泵的输出功率与输入功率之比，一般在70%~95%之间。
•泵的机械效率（ηm），即泵的机械损耗与输出功率之比，一般在90%~96%之间。
•泵的总效率（ηt），即油泵的总输出功率与输入功率之比。
油泵的选用需要根据上述几个因素进行综合考虑，这里以某工业机械设备为例
进行设计计算。
该设备的工作压力为25MPa，流量需求为200L/min，要求油泵的
静压效率不低于85%，机械效率不低于92%。
根据上述要求，我们可以选择一款型号为。
液压系统的设计计算步骤和内容
• 最大负载值是初步确定执行元件工作压力和结构尺寸的依据。 • 液压马达的负载力矩分析与液压缸的负载分析相同，只需将上述负载
设计计算
步骤和内容
4～5
＞5～7
18
系统工作压力的确定
表9-3 按主机类型选择系统工作压力
设备 类型
磨床
机床
组合机床 牛头刨床
插床 齿轮加工
机床
车床 铣床 镗床
珩磨 拉床 机 龙门 床 刨床
农业机械 汽车工业 小型工程 机械及辅 助机械
工程机械 重型机械 锻压设备 液压支架
船用 系统
压力 /MPa
摆动缸
单叶片缸转角小于300°，双叶片缸转角小于150°
往复摆动运动
齿轮、叶片马达 轴向柱塞马达 径向柱塞马达
结构简单、体积小、惯性小 运动平稳、转大、转速范围宽 结构复杂、转大、转速低
设计计算
步骤和内容
高速小转矩回转运动 大转矩回转运动 低速大转矩回转运动
7
负载分析
• 负载分析就是通过计算确定各液压执行元件的负载大小和方向，并分 析各执行元件运动过程中的振动、冲击及过载能力等情况。
设计计算
步骤和内容
2
1.1 液压系统的设计依据和工况分析
液压系统的设计依据
• 设计要求是进行工程设计的主要依据。设计前必须把主机对液压系统 的设计要求和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确下列主要问题：
液压设计需要哪些计算公式
液压设计需要哪些计算公式液压系统是一种利用液体传递能量的动力传动系统，广泛应用于机械工程、航空航天、船舶、汽车等领域。
在液压系统的设计过程中，需要进行各种计算以确保系统的安全可靠性和性能指标的满足。
本文将介绍液压系统设计中常用的计算公式，包括液压缸的推力计算、液压泵的流量计算、液压阀的压降计算等内容。
1. 液压缸的推力计算。
液压缸是液压系统中常用的执行元件，其推力的计算是设计液压系统时的重要参数。
液压缸的推力计算公式为：F = P × A。
其中，F为液压缸的推力，单位为牛顿（N）；P为液压缸的工作压力，单位为帕斯卡（Pa）；A为液压缸的有效工作面积，单位为平方米（m²）。
2. 液压泵的流量计算。
液压泵是液压系统中的动力源，其流量的计算是设计液压系统时的关键参数。
液压泵的流量计算公式为：Q = V × n。
其中，Q为液压泵的流量，单位为立方米每秒（m³/s）；V为液压泵的排量，单位为立方厘米每转（cm³/r）；n为液压泵的转速，单位为转每分钟（r/min）。
3. 液压阀的压降计算。
液压阀是液压系统中的控制元件，其压降的计算是设计液压系统时的重要参数。
液压阀的压降计算公式为：ΔP = K × Q²。
其中，ΔP为液压阀的压降，单位为帕斯卡（Pa）；K为液压阀的流量系数，是与液压阀的结构和工作原理相关的参数；Q为液压阀的流量，单位为立方米每秒（m³/s）。
4. 液压管路的压力损失计算。
液压管路是液压系统中的传输元件，其压力损失的计算是设计液压系统时的重要参数。
液压管路的压力损失计算公式为：ΔP = f × L × (Q/D)²。
其中，ΔP为液压管路的压力损失，单位为帕斯卡（Pa）；f为液压管路的摩阻系数，是与管路材料和管路形状相关的参数；L为液压管路的长度，单位为米（m）；Q为液压管路的流量，单位为立方米每秒（m³/s）；D为液压管路的直径，单位为米（m）。
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的重要技术文件。拟定液压系统原理图是设计液压系统 的第一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济 性具有决定性的影响。
10.1.2.1 确定油路类型 一般具有较大空间可以存放油箱的系统，都采用开 式油路；相反，凡允许采用辅助泵进行补油，并借此进 行冷却交换来达到冷却目的的系统，可采用闭式油路。 通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭 式回路。
1
本章提要
本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于 一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤： ①明确设计要求，进行工况分析 ； ②拟定液压系统原理图； ③计算和选择液压元件； ④发热及系统压力损失的验算； ⑤绘制工作图，编写技术文件。 上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较
复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单
10
10.1.2.3 绘制液压系统原理图
将挑选出来的各典型回路合并、整理，增
加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一
个结构简单，工作安全可靠、动作平稳、效率
高、调整和维护保养方便的液压系统，形成系 统原理图。
11
10.1.3 液压元件的计算和选择
10.1.3.1 执行元件的结构形式及参数的确定 结构参数的确定是指根据执行元件工作压力和最大流 量确定执行元件的排量或油缸面积。
14
（3）复算执行元件的工作压力 当液压缸的主要尺寸D、d计算出来以后，要按系列标 准圆整，有必要根据圆整值对工作压力进行一次复算。
在按上述方法确定的工作压力还没有计算回油路的背
压，所确定的工作压力只是执行元件为了克服机械总负载 所需要的那部分压力，在结构参数D、d确定之后，取适当 的背压估算值，即可求出执行元件工作腔的压力。
6
(4) 重力负载 Fg (5) 密封负载 Fs 密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液
压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.90~0.97。
(6) 背压负载 Fb
背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。
7
液压缸各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算
空载启动加速阶段: F ( Ff Fa Fg ) / m
快速阶段:
（ 10.4 ）
F (Ff Fg ) / m
（10.5）
（10.6） （10.7）
工进阶段: F ( Ff Fw Fg ) / m 制动减速:
F (Ff Fw Fa Fg ) / m
8
10.1.2 液压系统原理图的拟定
液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理
13
（2）确定执行元件的主要结构参数 以缸为例，主要结构尺寸指缸的内径 D 和活塞杆的直 径d，计算后按系列标准值确定D和d。 对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面 积进行验算，即应保证：
q min A v min
（10.8）
式中 ：A—液压缸工作腔的有效工作面积； vmin—控制执行元件速度的流量阀最小稳定流量； qmin —液压缸要求达到的最低工作速度。 验算结果若不能满足式（10.8），则说明按所设计的结 构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计。
9
10.1.2.2 选择液压回路
根据各类主机的工作特点、负载性质和性能要求，先确 定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其 它辅助回路。例如: 对于机床液压系统,调速和速度换接回路是主要回路；
对于压力机液压系统，调压回路是主要回路；
有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路； 惯性负载较大的系统要考虑缓冲制动回路。 有多个执行元件的系统可能要考虑顺序动作、同步回路； 有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。
液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多 少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分
的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完
成。 下面对液压系统的设计步骤予以介绍。
3
10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析
10.1.1.1 明确设计要求及工作环境
液压系统的动作和性能要求主要有：
系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求 对液压系统设计的内容1 液压传动系统的设计计算
液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了 应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外， 还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性
好，使用维护方便等条件。
工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据。它 的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统的性 能，工作压力选得高，执行元件和系统的结构紧凑，但
对元件的强度，刚度及密封要求高，且要采用较高压力
的液压泵。 反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及 整个系统的尺寸，使结构变得庞大，所以应根据实际情 况选取适当的工作压力。
表10.1 选择执行元件的形式 运动 形式 往复直线运动 回转运动 往复 摆动
短行 程 建议采 用的执 行元件 的形式 活塞 式液 压缸
长行程
高速
低速
柱塞式液压缸 液压马达与齿 轮/齿条或螺母 /丝杠机构
高 速 液 压 马达
低速大扭矩液压 马达 高速液压马达带 减速器
摆 动 液 压 缸
12
（1）初选执行元件的工作压力
运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动
平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联
锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘 埃、防火要求及安装空间的大小等。
要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，
还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。
4
10.1.1.2
执行元件的工况分析
工况分析，就是查明每个执行元件的速度和负
载的变化规律，必要时还应作出速度、负载随时间 或位移变化的曲线图。 就缸而言，负载主要由六部分组成，即工作负 载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负 载和背压负载。
5
(1) 工作负载 Fw 不同的机器有不同的工作负载。工作负载与液压 缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。 (2) 导向摩擦负载 F f 导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导 轨摩擦阻力。 (3) 惯性负载 Fa 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性 力，其值可按牛顿第二定律求出。