液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。

     2.1 載荷的組成和計(jì)算

     2.1.1 液壓缸的載荷組成與計(jì)算

     圖1表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注圖上，其中F_W是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)_m中活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。

圖1液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖

     作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷F_g，導(dǎo)軌的摩擦力F_f和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力F_a。

     （1）工作載荷F_g

     常見(jiàn)的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等。這些作用力的方向如與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正。

     （2）導(dǎo)軌摩擦載荷F_f

     對(duì)于平導(dǎo)軌

               （1）

     對(duì)于V型導(dǎo)軌

        （2）

     式中 G——運(yùn)動(dòng)部件所受的重力（N）；

         F_N——外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力（N）；

         μ——摩擦系數(shù)，見(jiàn)表1；

         α——V型導(dǎo)軌的夾角，一般為90°。

     （3）慣性載荷F_a

表1 摩擦系數(shù)μ

     式中 g——重力加速度；g=9.81m/s²；

        △υ——速度變化量（m/s）；

     以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷F_W。

     起動(dòng)加速時(shí) F_W=F_g+F_f+F_a                                         （4）

     穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) F_W=F_g+F_f                                            （5）

     減速制動(dòng)時(shí) F_W=F_g+F_f-F_a                                         （6）

     工作載荷F_g并非每階段都存在，如該階段沒(méi)有工作，則 F_g=0。

     除外載荷F_W外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力F_m，由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為

                （7）

     式中 η_m——液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90～0.95。

                       （8）

     2.1.2 液壓馬達(dá)載荷力矩的組成與計(jì)算

     （1）工作載荷力矩T_g

     常見(jiàn)的載荷力矩有被驅(qū)動(dòng)輪的阻力矩、液壓卷筒的阻力矩等。

     （2）軸頸摩擦力矩T_f

T_f=μGr                        （9）

     式中 G——旋轉(zhuǎn)部件施加于軸勁上的徑向力（N）；

        μ——摩擦系數(shù)，參考表1選用；

         r——旋轉(zhuǎn)軸的半徑（m）。

     （3）慣性力矩T_a

               （10）

     式中 ε——角加速度（rad/s²）；

        △ω——角速度變化量（rad/s）；

         △t——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）；

          J——回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m²）。

     起動(dòng)加速時(shí)                                   （11）

     穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)                                       （12）

     減速制動(dòng)時(shí)                                   （13）

     計(jì)算液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩T時(shí)還要考慮液壓馬達(dá)的機(jī)械效率η_m（η_m=0.9～0.99）。

                      （14）

     根據(jù)液壓缸或液壓馬達(dá)各階段的載荷，繪制出執(zhí)行元件的載荷循環(huán)圖，以便進(jìn)一步選擇系統(tǒng)工作壓力和確定其他有關(guān)參數(shù)。

     2.2 初選系統(tǒng)工作壓力

     壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看出不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。具體選擇可參考表2和表3。

     2.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量

     （1）計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸

     液壓缸有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖2。圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b活塞桿工作在受拉狀態(tài)。

     活塞桿受壓時(shí)

        （15）

     活塞桿受壓時(shí)

        （16）

        p₁——液壓缸工作腔壓力（Pa）；

       p₂——液壓缸回油腔壓力（Pa），即背壓力。其值根據(jù)回路的具體情況而定，初算時(shí)可參照表4取值。差動(dòng)連接時(shí)要另行考慮；

       D——活塞直徑（m）；

       d——活塞桿直徑（m）。

圖2 液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 按載荷選擇工作壓力

表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力

表4 執(zhí)行元件背壓力

     一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為

                （17）

     運(yùn)用式（17）須事先確定A₁與A₂的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比φ=d/D，其比值可按表5和表6選取。

      （18）

     采用差動(dòng)連接時(shí)，υ₁/υ₂=（D²-d²）/d²。如果求往返速度相同時(shí)，應(yīng)取d=0.71D。

     對(duì)行程與活塞桿直徑比l/d＞10的受壓柱塞或活塞桿，還要做壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。

     當(dāng)工作速度很低時(shí)，還須按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸

     式中 A——液壓缸有效工作面積（m²）；

      Q_min——系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量（m³/s），在節(jié)流調(diào)速中取決于回路中所設(shè)調(diào)速閥或節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量。容積調(diào)速中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量。

      υ_min——運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的最小工作速度（m/s）。

     如果液壓缸的有效工作面積A不能滿足最低穩(wěn)定速度的要求，則應(yīng)按最低穩(wěn)定速度確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。

     另外，如果執(zhí)行元件安裝尺寸受到限制，液壓缸的缸徑及活塞桿的直徑須事先確定時(shí)，可按載荷的要求和液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)確定系統(tǒng)的工作壓力。

     液壓缸直徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算值要按國(guó)標(biāo)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。常用液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑見(jiàn)表7和表8。