液压元件与控制系统设计(二).ppt

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1、液压控制系统设计 （第二讲）6 6 伺服液压缸设计顺序伺服液压缸设计顺序分析设计任务书；分析设计任务书；选择反馈传感器；选择反馈传感器；确定活塞有效面积；确定活塞有效面积；选定伺服阀。选定伺服阀。确定结构形式。确定结构形式。设计密封装置；设计密封装置；零部件强度设计计算；零部件强度设计计算；编制设计资料，绘制产品图样。编制设计资料，绘制产品图样。7 7 伺服液压缸设计伺服液压缸设计活塞和活塞杆计算；活塞和活塞杆计算；确定结构形式；确定结构形式；外形结构；外形结构；安装方式；安装方式；活塞杆型式；活塞杆型式；活塞杆外端结构；活塞杆外端结构；活塞活塞杆连接方式。活塞活塞杆连接方式。设计密封装置；设

2、计密封装置；支承导向的设计；支承导向的设计；缓冲装置的设计；缓冲装置的设计；排气装置的设计；排气装置的设计；防尘圈的设计。防尘圈的设计。液压源设计液压源设计；液压泵选取；蓄能器选取；冷却器选取；油箱设计。结束The End 1)1)设计任务书的内容；设计任务书的内容；2)2)根据被控对象、控制参数、负载性质，根据被控对象、控制参数、负载性质，确定伺服液压缸的类型、绘制负载特性确定伺服液压缸的类型、绘制负载特性曲线；曲线；3)3)分析性能参数，确定伺服液压缸的设计分析性能参数，确定伺服液压缸的设计点。一般定最大负荷工况为设计点。点。一般定最大负荷工况为设计点。返回 被控对象（被控对象（mm、K

3、K、BcBc、FfFf）控制参数（控制参数（Y Y、F F）负载性质（粘性、弹性、惯性）负载性质（粘性、弹性、惯性）主要性能参数（最大位移、速度、加速度等）主要性能参数（最大位移、速度、加速度等）供油条件（油源压力、油液清洁度等）供油条件（油源压力、油液清洁度等）使用环境（温度、磁场等）使用环境（温度、磁场等）对安全性、可靠性、寿命的要求对安全性、可靠性、寿命的要求安装方式与连接尺寸安装方式与连接尺寸返回 返回高效匹配的例子高效匹配的例子伺服系统的驱动特性伺服系统的驱动特性伺服系统的负载特性伺服系统的负载特性 根据系统要求，确定反馈传感器的类型根据系统要求，确定反馈传感器的类型位移传位移传感器

4、还是负载传感器；感器还是负载传感器；根据输出精度的指标，确定传感器的精度等级；根据输出精度的指标，确定传感器的精度等级；根据选定型号传感器的外形尺寸，确定伺服液压缸根据选定型号传感器的外形尺寸，确定伺服液压缸安装传感器的方式及连接尺寸。安装传感器的方式及连接尺寸。返回 1)1)选择伺服阀的原则；选择伺服阀的原则；伺服阀的流量一压力特性曲线要能包围伺服液压缸的负载特性曲线；伺服阀的流量一压力特性曲线要能包围伺服液压缸的负载特性曲线；伺服阀的流量一定要满足伺服液压缸的最大负载速度时的负载流量；伺服阀的流量一定要满足伺服液压缸的最大负载速度时的负载流量；伺服阀的频率特性要满足系统动态响应要求。伺服阀

5、的频率特性要满足系统动态响应要求。2)2)选择伺服阀的方法；选择伺服阀的方法；绘制伺服液压缸的负载特性曲线；绘制伺服液压缸的负载特性曲线；计算伺服阀的空载额定流量；计算伺服阀的空载额定流量；选定的伺服阀流量规格，要比上面计算出的选定的伺服阀流量规格，要比上面计算出的QRQR再加大再加大10%10%左右；左右；所选伺服阀的供油压力不得低于系统的供油压力；所选伺服阀的供油压力不得低于系统的供油压力；伺服阀的伺服阀的9090 相移频宽至少应为系统频宽的相移频宽至少应为系统频宽的3 3倍。倍。3)3)选定伺服阀，确定阀块的结构尺寸。选定伺服阀，确定阀块的结构尺寸。返回 根据工况与使用场合，确定固定端是

6、缸体部分还是活塞根据工况与使用场合，确定固定端是缸体部分还是活塞杆部分；杆部分；根据安装要求，确定安装方式；根据安装要求，确定安装方式；根据与控制对象的连接方式，确定输出端的结构及连接根据与控制对象的连接方式，确定输出端的结构及连接尺寸；尺寸；根据最大工作行程、传感器的安装方式确定活塞杆、缸根据最大工作行程、传感器的安装方式确定活塞杆、缸筒、端盖的结构形式与尺寸，绘制整体结构草图。筒、端盖的结构形式与尺寸，绘制整体结构草图。返回 根据最低启动压力，快速性要求、频率特根据最低启动压力，快速性要求、频率特性选定密封类型、进行密封装置设计。性选定密封类型、进行密封装置设计。返回 按普通液压缸的设计计

7、算方法对缸简、活塞杆、端按普通液压缸的设计计算方法对缸简、活塞杆、端盖、支承座、受力螺纹连接件等受力件进行强度计盖、支承座、受力螺纹连接件等受力件进行强度计算。算。返回 编制设计计算资料编制设计计算资料编写方案论证报告编写方案论证报告编制专用技术条件及测试大纲编制专用技术条件及测试大纲绘出产品图样绘出产品图样返回 有效面积；有效面积；活塞活塞/活塞杆直径；活塞杆直径；强度计算和校核；强度计算和校核；压杆稳定性校核压杆稳定性校核返回 返回时，必须将伺服液压缸整体作为一种细长杆来处理 伺服液压缸典型结构之一 图2-1 拉杆型液压缸l一活塞杆；2一导向套；3一法兰；4一前端盖；5一缸简；6一拉杆；7

8、一导向环(支承环)；8一活塞密封件；9一后端盖；10一活塞；11一缓冲套简；12一活塞杆密封件；13一防尘圈拉杆型液压缸通常额定压力pn21MPa、缸筒内径D 200mm(250mm)、允许最大行程S3m(2m)。伺服液压缸典型结构之二 焊接型液压缸通常额定压力pn25MPa、缸筒内径D320mm，在活塞杆和缸简的加工条件许可下，允许最大行程S1015m。伺服液压缸典型结构之三 法兰型液压缸通常额定压力pn35MPa、缸筒内径D320mm，允许最大行程S8m。返回 安装方式安装方式 安安 装装 简简 图图 说说 明明 法法兰兰型型头部法兰头部法兰头部法兰型安装时，头部法兰型安装时，安装螺钉受拉

9、力较安装螺钉受拉力较大；尾部法兰型较大；尾部法兰型较小小尾部法兰尾部法兰伺服液压缸安装方式之一 伺服液压缸安装方式之二 安装方式安装方式 安安 装装 简简 图图 说说 明明 销销轴轴型型头部销轴头部销轴液压缸在垂直面液压缸在垂直面内可摆动。头部内可摆动。头部销铀型安装时，销铀型安装时，活塞杆受弯曲作活塞杆受弯曲作用较小；中间销用较小；中间销轴型次之；尾部轴型次之；尾部销轴型最大销轴型最大中间销轴中间销轴尾部销轴尾部销轴 伺服液压缸安装方式之三 安装方式安装方式 安安 装装 简简 图图 说说 明明 耳耳环环型型头部耳环头部耳环液压缸在垂直面液压缸在垂直面内可摆动。头部内可摆动。头部耳环型安装时，

10、耳环型安装时，活塞杆受弯曲作活塞杆受弯曲作用较小；尾部耳用较小；尾部耳环型较大环型较大 尾部耳环尾部耳环 伺服液压缸安装方式之四 安装方式安装方式 安安 装装 简简 图图 说说 明明 底底座座型型径向底座径向底座径向底座型安装径向底座型安装时，液压缸受倾时，液压缸受倾翻力矩较小；切翻力矩较小；切向底座型和轴向向底座型和轴向底座型较大底座型较大 切向底座切向底座轴向底座轴向底座 伺服液压缸安装方式之五 安装方式安装方式 安安 装装 简简 图图 说说 明明 球球头头型型尾部球头尾部球头 液压缸可在液压缸可在一定空间范一定空间范围内摆动围内摆动 返回 活塞杆型式 相应的强度校核计算、公差要求、材料可

11、参见相关手册返回 活塞杆外端结构 相应的强度校核计算、公差要求、材料可参见相关手册返回 活塞与活塞杆连接结构型式 返回 静密封静密封 端盖与缸筒，端盖与阀块，阀块与伺服阀，油管与阀块、端盖与缸筒，端盖与阀块，阀块与伺服阀，油管与阀块、油管座之间的密封为静密封，是固定密封。油管座之间的密封为静密封，是固定密封。动密封动密封 活塞与缸简，活塞杆与端盖之间的密封为动密封。活塞与缸简，活塞杆与端盖之间的密封为动密封。静密封的设计要确保固定密封处在正常工作压力和1.5倍工作 压力下均无外泄漏。静密封通常选用O形橡胶密封圈，其规格、沟糟尺寸应尽可 能符合国家标准。接触型动密封接触型动密封活塞与缸简的接触型

12、动密封活塞与缸简的接触型动密封活塞杆与端盖的接触型动密封活塞杆与端盖的接触型动密封非接触型动密封非接触型动密封活塞与缸筒间的动密封可以直接使用间隙密活塞与缸筒间的动密封可以直接使用间隙密 封，活塞杆与端盖间的间隙密封总是和静压支承封，活塞杆与端盖间的间隙密封总是和静压支承结合在一起使用结合在一起使用 返回 密封性好；可允许活塞和缸筒有较大的配合间隙，从而大大改善活塞和缸筒的工艺性；对油液的清洁度要求有所降低；低摩擦、无爬行、无滞涩粘着现象；沟糟加工简单。返回 低压、高压密封性均好，可多道密封；良好的静动密封特性；能承受一定的侧向冲击；优异的抗磨性；低摩擦力，无低速爬行，滞涩与粘滞现象；强的耐腐

13、蚀性；沟槽结构简单，工艺性好。返回 接触型支承接触型支承非接触型支承非接触型支承 避免了金属之间的接触；具有高的径向负荷支承触力；能补偿边界力；具有强耐磨性和高寿命；摩擦力小；能抑制机械振动；有良好的防尘效果，允许外界异物嵌入；保护密封件不受过分的挤压；导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题；沟槽简单，安装方便；维护费用低。运动精度高；摩擦力很小，可以忽略不计；无磨损，寿命长；工作速度范围宽；静动刚度大；能承受侧向力。静压支承的缺点是：设计调试工作量大 工艺性差；要单独用一套低压油源；造价高。返回 返回 曲线越限，说明油膜厚度的少量变化便会带来压力比值的显著变化。在油膜厚度h0.0lmm和h0

14、.04mm的情况下。各种K值的a-h曲线都变得比较平坦，适应外负载力变化的能力就不强了。因此静压支承的油膜厚度一般都选择在h0.010.03mm范围内。返回恒节流型缓冲装置 变节流型缓冲装置 缓冲柱塞的几种结构形状(a)抛物线；(b)铣槽；(c)梯阶形；(d)圆锥形；(e)双圆锥形；(f)两级缓冲；(g)多孔缸简；(h)多孔缓冲柱塞返回排气阀 整体型排气阀 针阀型排气阀l一圆柱销；2一阀体；3一针阀排气阀安装在液压缸两端的端盖最高位置，与压力腔相通，以便安装后调试前排除液压缸内空气。返回防尘圈的选择原则：不给伺服液压缸增加摩擦；不产生爬行；不磨损活塞杆。返回 子液压源组子液压源组包含液压泵组、

15、液压阀、滤油器、蓄能器、外冷却循环包含液压泵组、液压阀、滤油器、蓄能器、外冷却循环过滤系统、油箱及其它液压附件过滤系统、油箱及其它液压附件分配器系统分配器系统主分配器系统主分配器系统 完成液压源与子分配器系统的供完成液压源与子分配器系统的供/回油。回油。子分配器系统子分配器系统 完成主分配器系统与伺服作动器的供完成主分配器系统与伺服作动器的供/回油。回油。管路系统管路系统液压硬管液压硬管液压软管液压软管接头、阀门等各种附件接头、阀门等各种附件 返回 液压泵选取液压源是为整个系统提供液压能源的重要组成部液压源是为整个系统提供液压能源的重要组成部分。分。液压源的输出流量应该能够满足系统作各种运动液

16、压源的输出流量应该能够满足系统作各种运动时的要求。时的要求。为了有效地节约能源，可采用恒压变量泵组和大为了有效地节约能源，可采用恒压变量泵组和大型蓄能器组联合供油方式。型蓄能器组联合供油方式。液压泵主要参数：液压泵主要参数：P P，QQ，N N，在选择液压源时，液压源的供油量可以选择在系统需求的平均供油量附近。返回 蓄能器选取蓄能器是利用力的平衡原理，使工作液体蓄能器是利用力的平衡原理，使工作液体(油油)的的体积发生变化，从而达到贮存和释放液压能的一体积发生变化，从而达到贮存和释放液压能的一种装置。其工作可分为充液、排液两个阶段。种装置。其工作可分为充液、排液两个阶段。蓄能器的作用。蓄能器的作

17、用。蓄能器的计算。蓄能器的计算。蓄能器的主要参数：蓄能器的主要参数：V V。作储能用作储能用用于补偿系统泄漏用于补偿系统泄漏用于吸收液压冲击用于吸收液压冲击消除液压泵脉动降低噪声消除液压泵脉动降低噪声作紧急动力源作紧急动力源用于补偿热膨胀用于补偿热膨胀 有有效效排排液液量量，充充气气压压力力、最最高高工工作作压压力力、最最低低工工作作压压力力（压力波动），等温过程，绝热过程（压力波动），等温过程，绝热过程蓄能器的最低工作压力蓄能器的最低工作压力p1p1的确定的确定蓄能器的最低工作压力蓄能器的最低工作压力p1p1应能满足执行机构最大负载应能满足执行机构最大负载工作时所需压力。工作时所需压力。蓄能

18、器最高压力蓄能器最高压力p2p2的确定的确定蓄能器的最高压力蓄能器的最高压力p2p2的确定，既要考虑到蓄能器寿命，的确定，既要考虑到蓄能器寿命，又要考虑到能适当增加有效排油量；系统压力又不至于过又要考虑到能适当增加有效排油量；系统压力又不至于过高，且相对稳定。高，且相对稳定。蓄能器的充气压力蓄能器的充气压力p0p0的确定（根据作用不同而不同）。的确定（根据作用不同而不同）。返回 冷却器选取系统工作时，系统的功率损失都转化为热量而使系统工作时，系统的功率损失都转化为热量而使液压油温度升高，这样将导致粘度降低、泄漏增液压油温度升高，这样将导致粘度降低、泄漏增加、系统性能和效率降低，也容易使液压系统

19、发加、系统性能和效率降低，也容易使液压系统发生气蚀和振动。生气蚀和振动。冷却器的主要参数：冷却器的主要参数：A A。冷却器的计算冷却器的计算 计算时需要的参数：计算时需要的参数：液压油入口温度液压油入口温度冷却水入口温度冷却水入口温度需要冷却的功率需要冷却的功率冷却水流量冷却水流量循环泵流量循环泵流量冷却水最大流量冷却水最大流量冷却器水侧压力降冷却器水侧压力降返回 油箱设计油箱的容量通常为液压泵每分钟排出体积额定值的油箱的容量通常为液压泵每分钟排出体积额定值的3535倍。通风倍。通风好时选小值，反之选大值。好时选小值，反之选大值。采用定量泵或不带压力补偿的变量泵时，油箱的容量至少要大于采用定量

20、泵或不带压力补偿的变量泵时，油箱的容量至少要大于泵每分钟排出体积的泵每分钟排出体积的3 3倍以上。倍以上。当采用带压力补偿的变量泵时，应尽量提供至少为系统每分钟所当采用带压力补偿的变量泵时，应尽量提供至少为系统每分钟所需油液体积的平均值需油液体积的平均值(以升计以升计)三倍的油箱容量。三倍的油箱容量。油箱液面正好下降到最低点时，液面应高于泵的吸油口油箱液面正好下降到最低点时，液面应高于泵的吸油口75mm75mm或或1.51.5倍管径。倍管径。油箱液面达到最高位时，油箱内应有油箱液面达到最高位时，油箱内应有1010的储备容量。的储备容量。根据散热确定油箱容积。根据散热确定油箱容积。油箱的容量也可

21、根据液压系统的发热与散热关系的计算油箱的容量也可根据液压系统的发热与散热关系的计算以及对油箱允许的温升来确定。（可查阅相关书籍与手以及对油箱允许的温升来确定。（可查阅相关书籍与手册）册）油箱中油液温度一般推荐在油箱中油液温度一般推荐在30503050 C C范围内工作比较合范围内工作比较合适，最高不应超过适，最高不应超过6565 C C，最低不低于，最低不低于1515 C C。对于固定。对于固定设备工作温度可允许到设备工作温度可允许到5555 C C。对于移动式小型装置，例。对于移动式小型装置，例如装在车辆、工程机械等的幽香，其最高工作温度允许如装在车辆、工程机械等的幽香，其最高工作温度允许达达6565 C C，在特殊情况下不应高于，在特殊情况下不应高于8585 C C。返回