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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。
。
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。
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 —1（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，
0
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。 v — t图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型
液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。
二、动力分析
动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言， 就是
研究液压缸或液压马达的负载情况。
1. 液压缸的负载及负载循环图
(1) 液压缸的负载力计算。工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部
分组成：
F=FC+Ff+F+FG+Fr+Fb (9-1)
式中：Fc为切削阻力；Ff为摩擦阻力；F为惯性阻力；Fg为重力；Fm为密封阻力；Fb为排油 阻力。
① 切削阻力Fc:为液压缸运动方向的工作阻力， 对于机床来说就是沿工作部件运动方向
的切削力，此作用力的方向如果与执行元件运动方向相反为正值， 两者同向为负值。该作用
力可能是恒定的，也可能是变化的，其值要根据具体情况计算或由实验测定。
② 摩擦阻力Ff:
为液压缸带动的运动部件所受的摩擦阻力， 它与导轨的形状、放置情况和运动状态有关，其
计算方法可查有关的设计手册。图 9-3为最常见的两种导轨形式，其摩擦阻力的值为：
平导轨： F f=f刀Fn (9-2)
V形导轨： F f=f 刀 Fn/[sin( a /2)] (9-3)
式中：f为摩擦因数，参阅表9-1选取；刀Fn为作用在导轨上总的正压力或沿 V形导轨横截
面中心线方向的总作用力； a为V形角，一般为90°。
③ 惯性阻力F。惯性阻力Fi为运动部件在启动和制动过程中的惯性力，可按下式计算:
F"『N 冲
表9-1 摩擦因数f
导轨类型
导轨材料
运动状态
摩擦因数(f)
滑动导轨
铸铁对铸铁
启动时
低速(v v ) 高速(v > )
〜
〜
〜
滚动导轨
铸铁对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱
(珠)
〜
〜
静压导轨
铸铁
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式中：m为运动部件的质量(kg) ； a为运动部件的加速度(m/s ) ； G为运动部件的重量(N) ； g 为重力加速度，g= (m/s 2) ； △ v为速度变化值(m/s)；
△ t为启动或制动时间(s)，—般机床△