液壓及氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)模版

1、徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書機(jī)電工程學(xué)院液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書課題名稱： 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 沈汝男 學(xué)號(hào)： 20100610143 專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 10機(jī)制一班 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 2013年6月26日20目 錄一、液壓系統(tǒng)的題目及其設(shè)計(jì)要求3二、工況分析. 4 2.1負(fù)載分析.42.2運(yùn)動(dòng)分析.6三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì).73.1液壓缸的計(jì)算73.2液壓系統(tǒng)圖的確定9四、液壓元件的選擇114.1液壓泵的參數(shù)計(jì)算.11 4.2電動(dòng)機(jī)的選擇.12 4.3液壓閥及過(guò)濾器的選擇.13 4.4油管的選擇145、 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)

2、算.14 5.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整14 5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算.176、 設(shè)計(jì)總結(jié)187、 參考文獻(xiàn).19設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算說(shuō)明結(jié)論一、 液壓系統(tǒng)的題目及其設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過(guò)6000N。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。機(jī)床工作部件總質(zhì)量m900kg,機(jī)床快進(jìn)快退速度約為5.5 mmin，工進(jìn)速度可在30120mmmin范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速, 快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為29.5kN，運(yùn)動(dòng)部件總重量為15 kN，加速（減速）時(shí)間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩

3、擦系數(shù)為0.1。題目5切削力工作部件總重快進(jìn)速度滑臺(tái)最大行程29500N900kg5.5m/min400mm設(shè)計(jì)要求：1.液壓系統(tǒng)的工況分析時(shí)，要作出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖；2.擬訂液壓系統(tǒng)原理圖，采用合理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確定正確的調(diào)速方案和速度換接方法，完善系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行元件的換向和安全互鎖等要求；3.正確計(jì)算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量；正確計(jì)算液壓泵的工作壓力、流量和傳動(dòng)功率；合理選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī)的類型和規(guī)格；合理選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格；4.采用AutoCAD繪圖，圖紙應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。液壓系統(tǒng)原理圖中應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表、各執(zhí)行元件的動(dòng)作順序工作循環(huán)圖和電器元件動(dòng)作順

4、序表；5、編寫液壓課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。二、工況分析2.1負(fù)載分析: 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：夾緊力，導(dǎo)軌摩擦力，慣性力。在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。（1）工作負(fù)載FW工作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即: （2）阻力負(fù)載阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。導(dǎo)

5、軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 （3）慣性負(fù)載最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過(guò)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知啟動(dòng)換向時(shí)間為0.1s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為5.5m/min，因此慣性負(fù)載可表示為 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率=0.9，根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表1所示。表1 液壓缸總運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表（單位：N）運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載F/N起動(dòng)F=/3333.3加速F=(+)/3225.6快進(jìn)

6、F=/1666.7工進(jìn)F=（+）/34444.4快退F=/1666.7根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)繪制負(fù)載循環(huán)圖2.1 34444.4 3225.6 3333.3 1666.7 0 100 200 250 1666.7 圖2.1負(fù)載循環(huán)圖2.2速度分析 : 根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的個(gè)階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖如圖2.2（a）所示，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)已知的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行繪制，已知快進(jìn)和快退速度、快進(jìn)行程L1=200mm、工進(jìn)行程L2=50mm、快退行程L3=250mm，工進(jìn)速度。快進(jìn)、工進(jìn)和快退的時(shí)間可由下式分析求出?？爝M(jìn) 工進(jìn) 快退 根據(jù)上述已知

7、數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)繪制速度循環(huán)圖2.2（b）。 快進(jìn) 工進(jìn) 停止 快退圖2.2（a）工作循環(huán)圖 5.5 0.05 0 100 200 250 5.5 圖2.2(b)速度循環(huán)圖 三、液壓系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)3.1液壓缸的參數(shù)計(jì)算1初選液壓缸工作壓力參考同類型組合機(jī)床，初定液壓缸的工作壓力為=40*Pa2確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸本例要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單杠式液壓缸。快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)聯(lián)接，并取無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即=2。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然向前沖，在回油路中裝有背壓閥，按表8-1，初選背壓Pa。由表1-1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F

8、=34444.4N, 按此計(jì)算則 液壓缸直徑由=2 可知活塞桿直徑 d=0.707D=0.707*11.04cm=7.81cm按GB/T23481993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D=10cm d=7cm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v=0.05m/min為最小速度，則由式 本例=78.510，滿足最低速度的要求。3計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力、流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按代入，快退時(shí)背壓按

9、代入計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于下表中。表二 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F進(jìn)油壓力回油壓力所需流量輸入功率PNL/minkW差動(dòng)快進(jìn)1666.713.50.146工進(jìn)34444.40.3140.021快退1666.7140.3273.2液壓系統(tǒng)圖的確定1.確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值=0.8MPa2.選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿

10、腔面積等于有桿面積的兩倍。3.快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)本例的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。4換向回路的選擇本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向器的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用了三位五通換向閥。為提高換向的位置精度，采用死檔板和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。5.組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表。這樣只需一個(gè)壓力表即能

11、觀測(cè)各點(diǎn)壓力。液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如下表：1、 雙聯(lián)葉片泵 12、7、11、16、單向閥 3、三位五通換向閥 5.二位二通換向閥 4、調(diào)速閥 6、19、20壓力繼電器 8、15、液壓順序閥 8、背壓閥 13、溢流閥 2、過(guò)濾閥6、 壓力表開關(guān) 10、減壓閥 18、二位四通換向閥 17、單向順序閥定位：二位四通換向閥左接，液壓油由1、液壓泵出油，流經(jīng)10、減壓閥，16單向閥，進(jìn)入定位缸無(wú)桿腔；夾緊：液壓油從定位缸的有桿腔出來(lái)，進(jìn)入夾緊缸的有桿腔，經(jīng)17、單向順序閥回油；快進(jìn)：當(dāng)液壓油的壓力滿足19、壓力繼電器的壓力時(shí)，繼電器發(fā)出信號(hào)，1Y通電，液壓油經(jīng)11、12、單向閥，3、三位五通換向

12、閥，5、二位二通換向閥進(jìn)油；工進(jìn)：當(dāng)壓力油滿足6、壓力繼電器要求時(shí)，使3Y通電，油液只能由4、調(diào)速閥進(jìn)入液壓缸；快退：關(guān)閉3、5、18換向閥，使油液回流；停止：接通2Y，利用3、三位五通換向閥的機(jī)能使之停止液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如下表。電磁鐵動(dòng)作順序1Y2Y3Y快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-停止-+-四、液壓元件的選擇4.1液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表二可知工進(jìn)階段液壓缸壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓泵 最高工作壓力可按式算出 因此泵的額定壓力可取1.2550.8Pa=63.5Pa。由表二可知，工進(jìn)時(shí)所需要流量最小是0.32L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5

13、L/min，則小流量泵的流量應(yīng)為，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是14L/min，則泵的總流量為。即大流量泵的流量。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB-4/12型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速960r/min。4.2電動(dòng)機(jī)的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量，大泵流量。差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。a.差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥11后與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力，查樣本可知，小泵的出口壓力損失，大泵出口到小泵出口的

14、壓力損失。于是計(jì)算可得小泵的出口壓力（總效率=0.5），大泵出口壓力（總效率=0.5）。電動(dòng)機(jī)效率 b、工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力。而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率=0.565，大泵的總效率=0.3）。電動(dòng)機(jī)功率c.快退類似差動(dòng)快進(jìn)分析知：小泵的出口壓力（總效率=0.5）；大泵出口壓力（總效率=0.5）。電動(dòng)機(jī)功率綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)。Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)表功率KW額定轉(zhuǎn)速r/min電流A效率%凈重kg1.19103.1573.5254.3液壓閥及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中

15、的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本例中所有閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為10L/min，25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表三中，過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器。表三 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱最大通過(guò)流量型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵16YB-4/122過(guò)濾器XU-B32*1003三位五通電磁閥3235-63BY4調(diào)速閥0.32Q-10B5二位二通電磁閥3222D-63BH6壓力繼電器D-63B7單向閥16I-25B8背壓閥0.16B-10B9液控順序閥0.16XY-25B10 減壓閥20J-63B11單

16、向閥12I-25B12單向閥12I-25B13溢流閥32Y-10B14壓力表開關(guān)K-6B15液控順序閥12XY-25B16單向閥20I-63B17單向順序閥XI-63B18二位四通電磁閥2024D-40B19壓力繼電器D-63B20壓力繼電器D-63B4.4油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)32L/min，則液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管。5、油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額

17、定流量的57倍，本設(shè)計(jì)取6倍，故油箱容積為五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能5.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整1.壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.314L/min，因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則 即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔的回游量是進(jìn)油量的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，以便確

18、定大流量泵的卸載壓力。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為l=1.8m，油管直徑d=15m，通過(guò)的流量為進(jìn)油路=16L/min=0.267，回油路=32L/min=0.534。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為15攝氏度，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度v=1.5st=1.5，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。、式中 v平均流速（m/s） d油管內(nèi)徑（m） 油的運(yùn)動(dòng)粘度（） q通過(guò)的流量（）則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為 回油路中液流的雷諾數(shù)為由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。（2）沿程壓力損失 由式（1-37）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。在進(jìn)油路上，流速則壓力損失為在回油路上

19、，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即v=3.02m/s，則壓力損失為（3） 局部壓力損失 由于采用了集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部損失按式（1-39）計(jì)算，結(jié)果列于下表部分閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過(guò)流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥2251620.82三位五通電磁閥6316/3240.26/1.03二位二通電磁閥633241.03單向閥251220.46若去集成塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失為，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為 查表一得快退時(shí)液壓缸負(fù)載F=526N；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為 按式（8-5）可算出快退時(shí)泵的工作壓力為 因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說(shuō)明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占用的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算 工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為： 已知油箱容積V=112L=,則按式（8-12）油箱近似散熱面積A為假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù)，則利