機(jī)械畢業(yè)設(shè)計88組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計

1 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計 適用：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 2009 年 2 前言 液壓傳動技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入 了一個新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。 在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會液壓系統(tǒng)的設(shè)計，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要的。 液壓傳動在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都得到 了廣泛的應(yīng)用，但是各部門采用液壓傳動的處發(fā)點(diǎn)不盡相同：例如，工程機(jī)械、壓力機(jī)械采用液壓傳動的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動的主要原因是取其重量輕、體積小；機(jī)床上采用 液壓傳動的主要原因則是取其在工作過程中能無級變速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運(yùn)動等優(yōu)點(diǎn)。為此，液壓傳動常在機(jī)床的如下一些裝置中使用： 1 進(jìn)給運(yùn)動傳動裝置 這項應(yīng)用在機(jī)床上最為廣泛，磨床的砂輪架，車床、自動車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架，磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺或主軸箱，組合機(jī)床的動力頭或滑臺等，都可采用液壓傳動。 2 往復(fù) 主體運(yùn)動傳動裝置 龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，都可以采用液壓傳動來實現(xiàn)其所需的高速往復(fù)運(yùn)動，前者的速度可達(dá) 60 90m/min，后者的速度可達(dá) 3050m/min。這些情況下采用液壓傳動，在減少換向沖擊、降低能量消耗，縮短換向時間等方面都很有利。 3 回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動傳動裝置 車床主軸可以采用液壓傳動來實現(xiàn)無級變速的回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動，但是這一應(yīng)用目前還不普遍。 4 仿形裝置 車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)，其精度最高可達(dá) 0.01 0.02mm。此外，磨床上的成型砂輪修正裝置和標(biāo)準(zhǔn)四缸校正 裝置亦 3 可采用這種系統(tǒng)。 5.輔助裝置 機(jī)床上的夾緊裝置，變速裝置、絲杠螺母間隙消除裝置，垂直移動部件的平衡裝置，分度裝置，工件和刀具的裝卸、輸送、儲存裝置等，都可以采用液壓傳動來實現(xiàn)，這樣做有利于簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動化的程度。 液壓動力滑臺是利用液壓缸將泵站提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)榛_運(yùn)動所需的機(jī)械能，來實現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動并完成一定得動作循環(huán) ，是一種以速度變換為主的中、低壓液壓系統(tǒng)，在 高效、專用、自動化程度較高的機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。因此，在液壓傳動與控制系統(tǒng)中具有綜合性和代表性，通過本畢業(yè)設(shè)計可以全面的應(yīng)用和 鞏固所學(xué)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)理論知識，提高機(jī)械設(shè)計能力和繪圖能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)、獲取信息和理論聯(lián)系實際的能力，特別是使學(xué)生在液壓傳動與控制的基本理論和應(yīng)用方面得到進(jìn)一步的提高。 在畢業(yè)設(shè)計中，每人要完成臥式單面多軸鉆鏜組合機(jī)床液壓設(shè)計與說明書一份，設(shè)計圖紙六張。在撰寫設(shè)計計算 與說明書和設(shè)計圖紙時，要嚴(yán)格遵守以下要求： 一、 撰寫設(shè)計計算與說明書要求： 1 計算過程、步驟。清晰，層次分明，根據(jù)充分，數(shù)據(jù)和結(jié)果準(zhǔn)確。 2 分析說明要重點(diǎn)突出，觀點(diǎn)明確，論理正確，邏輯性強(qiáng)，有說服力。 3 提倡合理運(yùn)用必要的附圖、表格、曲線等分 析說明問題。 4 文理通順，語言確切，論述清晰，文字簡練。 5 序碼編號要層次清楚、合理。 6 內(nèi)容要在個人獨(dú)立思考、分析理解的基礎(chǔ)上，自行計算說明和加工整理。不得盲目抄錄參考資料，嚴(yán)禁抄襲他人的設(shè)計內(nèi)容。 二、 設(shè)計圖紙要求 1 繪制零件圖、裝配圖時，必須先搞清零件的作用功能、結(jié)構(gòu)、相關(guān)件的裝配連接關(guān)系等，明確圖紙需要表達(dá)的部分和內(nèi)容。 2 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按規(guī)定確定圖幅、比例，合理選擇和布置基本視圖和剖視、剖面圖等。 3 繪制每一條圖線，標(biāo)注每一個符號都有弄懂道理，獨(dú)立繪制圖樣，不得 4 拷貝他人圖紙。 4 圖紙內(nèi)容要完整，應(yīng)包括：視圖、尺 寸、加工裝配符號、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和零件表等。 5 圖紙要嚴(yán)格按照機(jī)械制圖等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范繪制，圖樣表達(dá)、尺寸標(biāo)注、公差配合、表面粗糙度和材質(zhì)等，一律采用新標(biāo)準(zhǔn)。 5 第一部分 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個機(jī)器設(shè)計的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟一般如下： 一、明確設(shè)計要求 在液壓 系統(tǒng)的設(shè)計中，首先應(yīng)明確系統(tǒng)設(shè)計的要求。具體內(nèi)容包括： 1 主機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、總體布局； 2 主機(jī)要求液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的動作順序或互鎖要求； 3 主機(jī)采用液壓系統(tǒng)的各執(zhí)行元件在力和運(yùn)動方面的要求； 4 對液壓系統(tǒng)的工作性能、工作效率、自動化程度等方面的要求； 5 液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件等； 6 液壓裝置的重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。 二、 系統(tǒng)工況分析 1運(yùn)動分析 按設(shè)備的工藝要求，把所研究的執(zhí)行元件在完成一個工作循環(huán)時的運(yùn)動規(guī)律用圖表示出來，一般用速度 時間（ v t）或速度 位移（ v s）曲線表示，稱執(zhí)行元件的速度 循環(huán)圖（速度圖）。 2負(fù)載分析 按設(shè)備的工藝要求，把執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線表示出來，稱執(zhí)行元件的負(fù)載 位移（時間）曲線圖（負(fù)載圖）。由此圖可直接的看出在運(yùn)動過程充何時受力最大，何時受力最小等各種情況，以此作為以后的設(shè)計依據(jù)。 F 液壓缸驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線 往復(fù) 運(yùn)動 時，所受的負(fù)載為 F=Ft+Ff+Fa （ 1-1） （ 1） 工作負(fù)載 Ft 工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運(yùn)動情況有關(guān)，不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同，對于機(jī)床，切削力是工作負(fù)載。工作負(fù) 載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值，也可能是負(fù)值，負(fù)載的方向與液壓缸（或 6 活塞）的運(yùn)動方向相反者為正，相同者為負(fù)。 由切削原理可知：高速鋼鉆頭鉆鑄鐵時的軸向切削力 Ft 與鉆頭直徑 D、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 s 和鑄鐵硬度 HB 之間的經(jīng)驗算式為： Ft =25.5Ds0.8（ HB） 0.6 （ 1-2） 根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時的主軸轉(zhuǎn)速 n 和進(jìn)給量 s 可選用下列數(shù)值： 對 =13.9mm 的孔來說 n1=360r/min s1=0.147mm/r 對 =8.5mm 的孔來說 n2=550r/min s1=0.096mm/r （ 2） 摩擦阻力負(fù)載 摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動時與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力，其值恒為正值 。 Ff=fFN （ 1-3） 式中： FN 運(yùn)動部件及外負(fù)載對支撐面的正壓力； f 摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（ fs 0.2 0.3）和動摩擦系數(shù)（ fd 0.050.1） 。 （ 3） 慣性負(fù)載 Fm 慣性負(fù)載是指運(yùn)動部件在啟動或制動過程中，因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可由牛頓第二定律計算。 Fs=ma=G/g v/ t （ 1-4） 式中： m 運(yùn)動部件的質(zhì)量， Kg； a 運(yùn)動部件的加速度， m/s2； G 運(yùn)動部件的重力 N g 重力加速度 ， m/s2； v 速度的變化量， m/s； t 速度變化所需要的時間， s。 除此之外，液壓缸的受力還有活塞和活塞桿處的密封裝置的摩擦阻力，其計算方法和密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，由于詳細(xì)計算比較麻煩，為了簡化計算，一般將其考慮在液壓缸的機(jī)械效率中，初步設(shè)計時可取 m=0.85 0.97，另外，還有背壓力，可在最后計算 時確定。 三、 液壓缸主要參數(shù)的確定 7 1確定工作壓力 液壓缸工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器設(shè)備的類型來確定。一般來說，工作壓力 選大些，可以減少液壓缸內(nèi)徑及液壓系統(tǒng)其它元件的尺寸，使整個系統(tǒng)緊湊，重量輕，但是要用價格較貴的高壓泵，并使密封復(fù)雜化，而且會導(dǎo)致?lián)Q向沖擊大等缺點(diǎn)；若工作壓力選的過小，就會增大液壓缸的內(nèi)徑和其它液壓元件的尺寸，但密封簡單。所以應(yīng)根據(jù)實際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?，設(shè)計時可用類比法來確定 ，參考下表 。 表一 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力 負(fù)載 /KN 5 5 10 10 20 20 30 30 50 50 系統(tǒng)壓力/MPa 0 8 1 1.6 2 2.5 3 3 4 4 5 5 7 表二 按主機(jī)類型選擇系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 、 汽車工業(yè) 、 小型工程機(jī)械及輔助機(jī)械 工程機(jī)械 重型機(jī)械 鍛壓機(jī)械 液壓支架 船用機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 牛頭刨床 插床 齒輪加工機(jī)床 車床 銑床 鏜床 機(jī)床 拉床 龍門刨床 壓力 /MPa 2.5 6.3 2.5 6.3 10 10 16 16 32 14 25 2確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 鑒于動力 滑臺 要完成的動作循環(huán)是快進(jìn) 工進(jìn) 快退，且 要求快進(jìn) 和 快退的速度 相等 ，這里的液壓缸 需 選用單杠式的，并在快進(jìn)時作差動連接 。這種情況下的液壓缸無桿腔工作面積 A1 取為有桿腔工作面積 A2 的兩倍，即活塞桿直徑d 與液壓缸缸筒直徑 D 的關(guān)系是 d=0.707D。 在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須有背壓 p2，取 p2=0.8Mpa，以防止被鉆孔時動力滑臺突然前沖。 由工進(jìn)時的推力，列出活塞的力平衡方程式，計算液壓缸面積： 8 F/ m=A1p1-A2p2=A1p1-（ A1/2） p2 211 2mF ppA （ 1-6） D= 14A（ 1-7） 式中 p1 液壓缸的工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力； p2 液壓缸回油腔背壓力，初算時無法準(zhǔn)確計算，可先根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊進(jìn)行估計； （本設(shè)計可參考以下選擇： 在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須有背壓 p2，取 p2=0.8Mpa，以防止被鉆孔時動力滑臺突然前 沖。 快進(jìn)時液壓缸作差動連接，油管中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按 0.5MPa考慮?？焱藭r回油腔中是有背壓的，這是也可按 p2=0.5MPa 考慮。） F 工作循環(huán)中的最大外負(fù)載； Fc 液壓缸密封處的摩擦力，它的精確值不易求出，常用液壓缸的機(jī)械效率 m 進(jìn)行估算， F+Fc=F/ m； m 液壓缸的機(jī)械效率，一般 m=0.85 0.97； 由計算所得的液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 值應(yīng)按 GB2348 1993 圓整到相近的 標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件。 表 3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（ GB2348-1993） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 320 400 500 630 表 4 活塞桿直徑系列（ GB2348-1993） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 液壓缸最小穩(wěn)定速度的驗算： 對選定后的液壓缸內(nèi)徑 D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗算，要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積 A，必須大于最小穩(wěn)定速度的最小有效面積 Amin，即 A Amin。 9 Amin=qmin/vmin （ 1-8） 式中 qmin 流量閥的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得； vmin 液壓缸的最低速度，由設(shè)計要求給定。 3確定液壓缸所需的最 大流量 液壓缸所需的最大流量 qmax 等于液壓缸有效面積 A 和液壓缸最大移動速度vmax的乘積，即 qmax=Avmax （ 1-9） 如果液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積 A 不大于計算所得的最小有效面積 Amin，則說明液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度，此時必須增大液壓缸內(nèi)徑，以滿足速度穩(wěn)定的要求。 4繪制液壓執(zhí)行元件的工況圖 液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖，流量圖和功率圖。 （ 1）工況圖的繪制 按照上面所確定的液壓執(zhí)行元件的工作面積和工作循環(huán)中各階段的負(fù)載，即可繪制出 壓力圖；根據(jù)執(zhí)行元件的工作面積以及工作循環(huán)中各階段所要求的運(yùn)動速度，即可繪制流量圖；根據(jù)所繪制的壓力圖和流量圖，即可計算出各階段所需的功率，繪制功率圖。 （ 2）工況圖的作用 從工況圖上可以直觀的、方便的找出最大工作壓力、最大流量和最大功率，根據(jù)這些參數(shù)即可選擇液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)，同時是系統(tǒng)中所有液壓元件的選擇的依據(jù)，對擬定液壓基本回路也具有指導(dǎo)意義。 四、 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中最重要的一環(huán)，它的好壞從根本上影響整個液壓系統(tǒng)。 擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般應(yīng)考慮以下幾個問題： （ 1） 采用何種 結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件； （ 2） 確定供油方式； （ 3） 調(diào)速方式的選擇； （ 4） 快速回路和速度換接方式的選擇； 10 （ 5） 如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動循環(huán)和順序動作； （ 6） 系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求； （ 7） 壓力測量點(diǎn)的合理選擇。 根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路歸并、整理，在增加一些必要的元件或輔助油路，使之成為完整的液壓系統(tǒng)，進(jìn)行這項工作時還必須注意一下幾點(diǎn)： （ 1） 盡可能省去不必要的元件，以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； （ 2） 最終綜合出來的液壓系統(tǒng)應(yīng)保證其工作循環(huán)中的每個動作都安全可靠 ，互相無干擾； （ 3） 盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件，減少自行設(shè)計的專用件； （ 4） 盡可能 使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修檢測。 初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后，應(yīng)檢查其動作循環(huán)，并制定系統(tǒng)工作循環(huán)表（電磁鐵動作順序表）。 五、 液壓元件的計算和選擇 所謂液壓元件的計算，是要計算該元件在工作中承受的壓力和通過的流量，以便來選擇液壓泵的規(guī)格。 1 確定液壓泵的型號和電機(jī)功率 先根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵類型，然后根據(jù)液壓泵的最高供油量來選擇液壓泵的規(guī)格。 （ 1） 確定液壓泵的最高工作壓力 pp 液壓泵的最高工作壓力就是在系統(tǒng)正常工作時所能提供的最高壓力，對于定量泵系統(tǒng)來說，這個壓力是由溢流閥調(diào)定的；對于變量泵系統(tǒng)來說，這個工 作壓力是與泵的特性曲線上的流量相對應(yīng)的，液壓泵的最高工作壓力是選擇液壓泵型號的重要依據(jù)。 考慮到正常工作時，進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力 為： pp p1+ p1 （ 1-10） 式中： pp 液壓泵最大工作壓力 p1 執(zhí)行元件最大工作壓力 p1 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時一般 有 節(jié)流調(diào)速和管路簡 11 單的系統(tǒng)取 =0.2 0.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取 =0.5 1.5 MPa。 （ 2） 確定液壓泵的最大流量 液壓泵的最大流量 qp 按執(zhí) 行元件工況圖上的最大工作流量及系統(tǒng)中的泄漏量來確定。即 qp KL qmax （ 1-11） 式中 qp 液壓泵的最大流量 ， L/min； qmax 同時動作的執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這是溢流閥正在進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量 2 3L/min。 KL 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 =1.1 1.3。 （ 3） 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上計算的值，即可從產(chǎn)品樣本中選擇合適的液壓泵的型號和規(guī)格。 為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲備，通常 泵的額定壓力應(yīng)滿足： pn （ 1.25 1.60） pp （ 1-12） 泵的額定流量則宜與 qp 相當(dāng)，不要超過太多，以免造成過大的功率損失。 （ 4） 確定液壓泵的驅(qū)動功率 當(dāng)系統(tǒng)中使用定量泵時，其驅(qū)動功率可按下式計算： P= pnqn / p （ 1-13） 式中 P 電機(jī)功率， W； pn 泵的額定壓力， Mpa； qn 泵的額定流量， L/min； 2 閥類元件的選擇 閥類元件的選擇是根據(jù)閥的最大工作壓力和流經(jīng)閥的最大流量來選擇 閥的規(guī)格。即所選用的閥類元件的額定壓力和額定流量要大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實際通過閥的最大流量。在條件不允許時，可適當(dāng)增大通過閥的流量，但不得超過閥的額定流量的 20%， 否則會引起壓力損失過大。具體地講 選擇壓力閥時應(yīng)考慮調(diào)壓范圍，選擇流量閥時應(yīng)注意其最小穩(wěn)定流量，選擇換向閥時除應(yīng)考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能及操作方式。 液壓閥的型號規(guī)格 見液壓手冊 。 12 3 確定管路尺寸 液壓缸進(jìn)、出油管的管徑應(yīng)按輸入、輸出的最大流量計算，由于液壓泵具體選定之后，液壓缸在各個階段的進(jìn)、出流量以與原定數(shù)值不同，所以要重新計算。管路內(nèi)徑的選擇是以降低流動造成的壓力損失為前提的，液壓管路中流體的流動多為層流，壓力損失正比于油液在管路中的平均流速，因此根據(jù)流速確定管徑是常用的簡便方法。 管路內(nèi)徑 d 按下式計算： d= 4 4 .6qqvv （ mm） （ 1-14） 式中： q 通過油管的流速； v 油管中允許的流速，一般對吸油管取 0.5 1.5m/s，壓油管取 2.55m/s，（壓力高時取大值，壓力低時取小值），回油管取 1.5 2m/s。 由上式計算出的管徑應(yīng)按 JB827-66，將其圓整到標(biāo)準(zhǔn)管徑，參見液壓手冊 。 油管管壁一般不需計算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動手冊確定。 各元件間連接管路的規(guī)格按元件接口尺寸確定。 4 液壓油箱容積的確定 油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的 80%的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、散熱平衡的原則來計算，但這只是在系統(tǒng)負(fù)載較大、長期連續(xù)工作時采用必要進(jìn)行，一般只需按液壓泵的 額定流量 qn 估算即可。 低壓系統(tǒng)中（ p 2.5MPa）： V=（ 2 4） qn 中壓系統(tǒng)中（ p 6.3MPa）： V=（ 5 7） qn （ 1-15） 高壓系統(tǒng)中（ p 6.3MPa）： V=（ 6 12） qn 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長、寬、高）為 1： 1： 1 1： 2： 3。為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將油箱的容量予以增大。 六、 液壓系統(tǒng)的性能驗算 必要時，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗算，如果有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類設(shè)備可供類比參 考，或有可靠的實驗結(jié)果，那么液壓可以不再進(jìn)行驗算。 13 1. 壓力損失的驗算 在前面確定液壓泵的最高工作壓力時，關(guān)于壓力損失是進(jìn)行估算的?，F(xiàn)在系統(tǒng)的元件、管道直徑、管接頭等都確定下來了，所以需要驗算一下管路系統(tǒng)的壓力損失，看其是否在假設(shè)范圍內(nèi)，借此可以較準(zhǔn)確地確定液壓泵的工作壓力，并可確定各種壓力閥的調(diào)定壓力值，保證系統(tǒng)的工作性能。 液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲備量，如果計算出的系統(tǒng)調(diào)整壓力大于液壓泵的額定壓力的 75%，則應(yīng)該重新選擇元件規(guī)格和管道尺寸，以減小壓力損失，或者另選額定壓力較高的液壓泵。 液壓系統(tǒng)的的壓力 損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件的局部損失三項。計算系統(tǒng)壓力損失時，不同的工作階段要分開來計算?；赜吐飞系膲毫p失要折算到進(jìn)油路上。因此，某一工作階段液壓系統(tǒng)的總的壓力損失為 2121p p p （ 1-16） 式中 1p 系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失； 1 1 1 1p p p p （ 1-17） 1p 進(jìn)油路總的沿程壓力損失 1p 進(jìn)油路總的局部損失 1p 進(jìn)油路上閥的總損失 21 nnqppq （ 1-18） np 閥的額定壓力損失，由產(chǎn)品樣本中查到； nq 閥的額定流量； q 通過閥的實際流量； 2p 系統(tǒng)回油路的總壓力損失； 2 2 2 2p p p p （ 1-19） 14 2p 回油路總的沿程損失； 2p 回油路總的局部損傷； 2p 回油路上閥的總損失 ，計算方法同進(jìn)油路； 1 液壓缸進(jìn)油腔的面積； 2 液壓缸回油腔的面積。 1p p p （ 1-20） 式中 p 液壓缸工作腔的壓力。 2.系統(tǒng)溫升的驗算 液流 經(jīng)液壓泵、執(zhí)行元件、溢流閥或其它閥及管道的功率損失都將轉(zhuǎn)化為熱能，使系統(tǒng)發(fā)熱，油溫升高。油溫升高過多，會造成系統(tǒng)的泄漏增加，運(yùn)動件動作失靈，油液變質(zhì)，縮短橡膠圈的壽命等不良后果，所以，為了使液壓缸保持正常工作，應(yīng)使油溫保持在許可的范圍之內(nèi)。 （ 1） 系統(tǒng)發(fā)熱量計算 在單位時間內(nèi)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（即損失功率）可由下式計算。 P =Pp-Pe （ 1-21） 式中 P 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（ W）； Pp 液壓泵的輸入功率（ W）， Pp =pq/； Pe 執(zhí)行元件的有效功率（ W）， P=Fv。 （ 2）散熱面積計算 當(dāng)油箱的三個邊長之比為 1： 1： 1 到 1： 2： 3 范圍內(nèi)， 且油位是油箱高度的0.8 時，其散熱面積可用下式計算。 A= 26.66 V (m2) （ 1-22） （ 3）系統(tǒng)的溫升 310t (1-23) 系統(tǒng)的散熱功率， KW； t 油液的溫升，； 15 油箱散熱系數(shù)，見表 油箱散熱面積， m2。 表 5 油箱散熱系數(shù) 散熱條件 散熱系統(tǒng) 散熱條件 散熱系數(shù) 通風(fēng)很差 8 9 風(fēng)扇冷卻 23 通風(fēng)良好 15 17.5 循環(huán)水冷卻 110 175 在液壓系統(tǒng)中，工作介質(zhì)溫度一般不應(yīng)超過 70 ，因此在進(jìn)行發(fā)熱計算時，工作介質(zhì)溫度不應(yīng)超過 65 ，如果計算溫度過高，就必須采取增大油箱散熱面積或增加冷卻器等措施。 第二部分 液壓缸主要零部件設(shè)計 液壓缸的結(jié)構(gòu)主要分為缸筒組件、活塞組件、密封組件、緩沖組件、排氣裝置及安裝方式。 在設(shè)計液壓缸結(jié)構(gòu)時，主要涉及各部分結(jié)構(gòu)的選擇、強(qiáng)度計算和主要零件的材料及工藝要求。 一、 液壓缸主要尺寸的確定 1. 液壓缸內(nèi)徑 D D= 14A2. 活塞桿的直徑 d d=0.707D（差動連接） 3. 缸筒壁厚和外徑的計算 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。其值由液壓缸的強(qiáng)度條件來確定。 （ 1） 對于薄壁缸筒（ D/ 10） ： 2y Dp （ 2-1） 式中： D 液壓缸直徑（ mm） ； py 缸筒試驗壓力，當(dāng)液壓缸額定工作壓力 p 16MPa 時。取 py =1.5p，當(dāng) p 16MPa 時，取 py =1.25p； 16 缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼： =110 120Mpa；鑄鐵： =100 110Mpa；無縫鋼管： =110 120Mpa，高強(qiáng)度鑄鐵：=60Mpa；灰鑄鐵： =25Mpa。 在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算出的液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工 過程 的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此 一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式進(jìn)行驗算。 （ 2） 對于厚壁缸筒 （ D/ 10），應(yīng)按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的 計算。 對于脆性及塑性材料： 0 . 4 12 1 . 3yypDp（ 2-2） 式中符號意義同前。液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑 D1 為 D1 D+2 （ 2-3） 式中 D1 應(yīng)按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 4 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋， 其有效厚度 t 按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計算。 無孔時： 20 . 4 3 3 yptD（ 2-4） 有孔時： 222 00 . 4 3 3 ypDtD Dd （ 2-5） 式中： t 缸蓋有效厚度（ m） D2 缸蓋 止口內(nèi)徑（ m） d2 缸蓋孔的直徑（ m） 5 最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動軸承支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長度。見圖。如果 導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè) 計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。 對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H 應(yīng)滿足以下要求： 17 20 2LDH （ 2-6） 式中： L 液壓缸的最大行程； D 液壓缸的內(nèi)徑； 活塞的寬度 B：一般取 B=（ 0.6 1.0） D；缸蓋滑動支承面的長度 l，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑 D 而定； 當(dāng) D 80mm 時，取 l1=（ 0.6 1.0） D； 當(dāng) D 80mm 時，取 l1=（ 0.6 1.0） d； 為保證最小導(dǎo)向長度 H，若過分增 大 l1和 B都是不適宜的，必要是可在缸蓋與活塞之間增加一隔套 K來增加 H的值。隔套的長度 C由需要的最小導(dǎo)向長度 H覺得，即 1 12CH lB （ 2-7） 6.缸筒長度的確定 缸筒的長度 L0由最大工作行程及結(jié)構(gòu)上的需要決定 ,一般不大于缸筒內(nèi)徑的20 30倍。可按下式進(jìn)行計算。 L0=L+B+H+S (mm) （ 2-8） 式中 L 活塞最大行程； B 活塞寬度； H 活塞桿導(dǎo)向長度； S 其他長度，指一些特殊裝置所需的長度。 7.密封件的溝槽尺寸確定 二、強(qiáng)調(diào)計算 1.缸筒端部連接強(qiáng)度計算 因采用的鏈接方式不同，故連接強(qiáng)度的計算內(nèi)容與公式不同，具體見機(jī)械設(shè)計手冊第四卷表 19-6-12。 給出液壓缸缸體與端蓋連接形式圖見表 2-7。 2.缸筒壁厚驗算 計算求得缸筒壁厚的值后，應(yīng)作強(qiáng)度驗算，即液壓缸額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全。 18 221210 . 3 5 s DDpnD （ MPa） 式中 s=缸筒材料的屈服強(qiáng)度（ MPa） 3.活塞桿穩(wěn)定性的驗算 液壓缸的支承長度 LB 是指活塞桿全部外伸時，液壓缸支承點(diǎn)與活塞桿前端連接之間的距離。 當(dāng) LB 10d時，液壓缸為短行程型，主要須驗算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度，即 62 10ssFnd （ m） 式中 F 液壓缸的最大推力（ N）； s 材料的屈服強(qiáng)度（） ； ns 安全系數(shù)，一般 ns=2 4； d 活塞桿直徑（ m） 。 當(dāng)液壓缸支承長度 LB（ 10 15） d時，需要考慮活塞桿的穩(wěn)定性并進(jìn)行驗算。活塞 桿彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷 FK，可按下式計算，即 262210K BEJFKL (N) 在彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷 FK時，活塞桿將縱向彎曲。因此，活塞桿最大工作負(fù)荷 F應(yīng)按下式驗算 ， 即 KKFF n (N) 式中 E 活塞桿材料的彈性模數(shù)（ MPa），對于鋼材， =210 103（ MPa） J 活塞桿橫截慣性矩（ m4） K 安裝及導(dǎo)向系數(shù) nk 安全系數(shù)，一般取 nk =3.5； LB 安裝距，（ m） 。 三、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓缸主要尺寸確定以后，就要進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)