液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì) (1)

1、湖北文理學(xué)院液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 系 別 機(jī)汽學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制作及自動化 班 級 機(jī)制1111班 姓 名 X X X 一）、設(shè)計(jì)的目的和要求：設(shè)計(jì)的目的 液壓傳動課程設(shè)計(jì)是本課程的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1.鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題能力； 2.正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3.熟悉并會運(yùn)用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮

2、技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。設(shè)計(jì)的要求1.設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡單、經(jīng)濟(jì)；2.獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；3.在課程設(shè)計(jì)的過程中，要隨時(shí)復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。4.液壓傳動課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液

3、壓傳動裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；5.液壓傳動課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份； 液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。二）、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖；2. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3. 計(jì)算和選擇液壓元件；4. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；設(shè)計(jì)步驟以一般常規(guī)設(shè)計(jì)為例，課程設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。1.明確設(shè)計(jì)要求閱讀和研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求；分析設(shè)計(jì)題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件。參閱本書有關(guān)內(nèi)容，明確并擬訂設(shè)計(jì)過程和進(jìn)度計(jì)劃。2.進(jìn)行工況分析做速度-位移曲線，以便找

4、出最大速度點(diǎn)；做負(fù)載-位移曲線，以便找出最大負(fù)載點(diǎn)。液壓缸在各階段所受的負(fù)載需要計(jì)算，為簡單明了起見，可列表計(jì)算；工 況計(jì) 算 公 式缸 的 負(fù) 載 F缸的推力F/cm啟 動加 速快 進(jìn)工 進(jìn)快 退注：cm缸的機(jī)械效率，取cm=0.9確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應(yīng)參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設(shè)備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計(jì)算活塞的有效面積，經(jīng)計(jì)算確定的液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行圓整。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考下表選取。系 統(tǒng) 類 型背 壓 力（MPa）回路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回路上有背壓閥或調(diào)速閥的進(jìn)給系統(tǒng)0.51.

5、5采用輔助泵補(bǔ)油的閉式回路（拉床、龍門刨等）11.5繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（p-s）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（P-s），繪制目的是為了方便地找出最大壓力點(diǎn)、最大流量點(diǎn)和最大功率點(diǎn)。計(jì)算過程可列表計(jì)算。各階段壓力、流量和功率值工 況負(fù)載F（N）液 壓 缸計(jì) 算 公 式回油腔壓力流入流量進(jìn)油腔壓力輸入功率快進(jìn)（差動）啟動加速恒速工 進(jìn)快退啟動加速恒速3.進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設(shè)計(jì)包括供油方式、調(diào)速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路，并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原

6、理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調(diào)速回路。應(yīng)考慮回路的調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時(shí)盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、成本低。4.計(jì)算和選擇液壓組件計(jì)算液壓泵的工作壓力計(jì)算液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格計(jì)算功率，選擇原動機(jī)選擇控制閥選擇液壓輔助元件5.驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的效率驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的溫升6.繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）整理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓系統(tǒng)原理圖的標(biāo)題欄如下所示：圖 名比 例圖 號件 數(shù)設(shè) 計(jì)日 期重 量共 張第 張指 導(dǎo)日 期襄 樊 學(xué) 院審 核日 期三）、進(jìn)度安排按教學(xué)計(jì)劃安排，液壓傳動課程

7、設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)數(shù)為1周，其進(jìn)度及時(shí)間大致分配如下：序號設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容天數(shù)（約占比例）1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備0.5（約占10%）2液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖0.5（約占10%）3進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.5（約占30%）4計(jì)算和選擇液壓組件1（約占20%）5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能0.5（約占10%）6繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)說明書0.5（約占10%）7設(shè)計(jì)總結(jié)0.5（約占10%）總計(jì)5 目錄一、設(shè)計(jì)的目的和要求-2二、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)-6 1、設(shè)計(jì)要求 -6 2、設(shè)計(jì)參數(shù)-6三、負(fù)載與運(yùn)動分析-6 1、負(fù)載分析-6 A)夾緊缸-6 B)工作臺液壓缸-7 2、運(yùn)動分析-7 3、負(fù)載圖F-t

8、和速度圖v-t圖的繪制-8四、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)-8 1、液壓缸的選定-8 A)夾緊缸-8 B)工作臺液壓缸-8 2、活塞桿穩(wěn)定性校核-10 3、液壓缸各運(yùn)動階段的壓力，流量和功率-10 A）夾緊缸-10 B）工作臺液壓-11 4、液壓缸的工況圖-12五、擬定液壓系統(tǒng)原理圖-13六、液壓元件的選擇-14 1、確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)的功率-14 2、選擇閥類元件及輔助元件-14七、液壓系統(tǒng)發(fā)熱與升溫的驗(yàn)算-157、 總結(jié)-17九、參考文獻(xiàn)-18二、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工作臺液壓缸負(fù)載力（KN）：

9、FL=9.8KN                    工作臺液壓缸移動件重力（KN）：G=2.5KN          工作臺快進(jìn)、快退速度（m/min）：V1=V3=5.5m/min工作臺工進(jìn)速度（mm/min）：V2 =48mm/min        工

10、作臺液壓缸快進(jìn)行程（mm）：L1 =280mm       工作臺液壓缸工進(jìn)行程（mm）：L2 =80mm      工作臺啟動時(shí)間（S）：t=0.5 s 夾緊液壓缸負(fù)載力（KN）：FC=4.8KN夾緊液壓缸負(fù)移動件重力（N）：GC=60N 夾緊液壓缸行程（mm）：LC=10mm夾緊液壓缸運(yùn)動時(shí)間（S）：tC=1s導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)：C=0.2導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù)：d=0.1FLFcGGcV1V2L1L2Lctc9.84.82.5605.5482808

11、0101三、負(fù)載與運(yùn)動分析1、 負(fù)載分析A)夾緊缸 工作負(fù)載： 由于夾緊缸的工作對于系統(tǒng)的整體操作的影響不是很高，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中把夾緊缸的工作過程簡化為全程的勻速直線運(yùn)動，所以不考慮夾緊缸的慣性負(fù)載等一些其他的因素。B)工作臺液壓缸1、工作負(fù)載 工作負(fù)載極為切削阻力FL=9.8KN。2、摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： (1)靜摩擦阻力 (2)動摩擦阻力 3、 慣性負(fù)載 4、 運(yùn)動時(shí)間 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 假設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所示。 表1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力工 況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載F/N液壓缸推力F=F/N啟 動F=50055

12、5.56加 速F= +377.55419.5快 進(jìn)F= 250277.78工 進(jìn)F= + FL 1005011166.67反向啟動F=500555.56加 速F=+377.55419.5快 退F=250277.782、 運(yùn)動分析 手工上料按按鈕加緊缸自動加緊按按鈕工作臺快進(jìn)工作臺切削進(jìn)給工作臺快退按按鈕松開夾具卸料3、負(fù)載圖F-t和速度圖v-t圖的繪制四、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)1、液壓缸的選定A)夾緊缸根據(jù)負(fù)載選擇液壓缸的執(zhí)行壓力p=1MPa。 根據(jù)GBT2348-1993規(guī)定,D取80mm。根據(jù)穩(wěn)定性校核LC/d<10時(shí)，液壓缸能滿足穩(wěn)定性條件，LC=10mm,這里取d=40m

13、m。液壓缸的有效作用面積：有桿腔：無桿腔：此時(shí)實(shí)際工作壓力為：，所以選取工作壓力1MPa滿足要求。B)工作臺液壓缸 所設(shè)計(jì)的動力滑臺在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力p1=2.5MPa.表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.533445表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032 鑒于動力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活

14、塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動連接。工進(jìn)時(shí)為防止車銑時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選定背壓為，而液壓缸快退時(shí)背壓取0.5Mpa由式得 則活塞直徑 參考表5及表6，取標(biāo)準(zhǔn)值得。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積： 無桿腔： 有桿腔： 實(shí)際工作壓力為：，即選取工作壓力2.5MPa滿足要求。工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其穩(wěn)定流量，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速度，經(jīng)驗(yàn)算合格。 表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程

15、機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.72、活塞桿穩(wěn)定性校核A)夾緊缸由于夾緊缸的活塞桿直徑是利用穩(wěn)定性校核來計(jì)算的，所以不需要進(jìn)行校核。 B)工作臺缸因?yàn)榛钊麠U的總行程為360mm，活塞桿的直徑是56mm，所以L/d=6.45<10，所以滿足穩(wěn)定性要求。3、 液壓缸各運(yùn)動階段的壓力，流量和功率A) 夾緊缸 （）回油路背壓為0.5Mpa 放松時(shí)： ， 夾緊時(shí)： ，B)工作臺液壓缸分析可知，快進(jìn)時(shí)，液壓缸無桿腔進(jìn)油，壓力為p1；有桿腔回油，壓力為p2。 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓

16、力為p1；無桿腔回油，壓力為p2。由于液壓缸是差動連接，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失取?？焱藭r(shí)，回油路的背壓取0.5MPa，即。表7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工  況計(jì)  算  公  式負(fù)載F（N）回油腔壓力p/MP流入流量qx10/m/s進(jìn)油腔壓力p1/MP輸入功率 P/kw快進(jìn)（差動）啟動333.330.44加速251.700.75恒速166.670.50.650.325工進(jìn)2611.110.60.76x102.850.022快退啟動333.330.46加速251.700.51.40恒速16

17、6.670.50.441.290.57注：1. 為液壓缸差動連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取=0.5 P 2. 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p4、 液壓缸的工況圖 五、擬定液壓系統(tǒng)原理圖1、 供油方式從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比 ；相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵1作為工作液壓缸油源，同時(shí)選用一定量泵作為夾緊缸油源。2、 調(diào)速回路

18、 由工況圖可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。3、 速度換接回路由工況圖中的可知，當(dāng)滑臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，滑臺的速度變化較大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。當(dāng)滑臺由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，回路中通過的流量很大進(jìn)油路中通過，回油路中通過。為了保證換向平穩(wěn)其見，宜采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥換接回路。由于這一回路換要實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動連接，所以換向閥選擇五通的。4、差動回路為實(shí)現(xiàn)工作臺缸的快進(jìn)的效果，在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)差動回路。5、鎖緊回路夾緊

19、回路中采用電磁換向閥，并在進(jìn)油路上安裝氣體蓄能器。 當(dāng)液壓缸處于夾緊狀態(tài)時(shí)，不會因?yàn)樾孤┗蛲饬Φ淖饔枚苿?。液壓系統(tǒng)原理圖詳見附圖此圖中，為了解決滑臺工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥。表8 元件動作順序表電磁鐵行程閥液壓缸工作循環(huán)夾緊缸夾緊快進(jìn)工進(jìn)快退夾緊缸放松1YA+2YA+3YA+4YA+行程閥下位下位上位上位下位六、液壓元件的選擇1、確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)的功率 (1)計(jì)算工作液壓缸的泵1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由表7可知，工作臺液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力p1=2.63MPa。如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=1MPa

20、，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為： 2)計(jì)算液壓泵的流量由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為q=235 mL/s，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為： 而工進(jìn)時(shí)調(diào)速閥的穩(wěn)定流量是4mL/s，所以泵的穩(wěn)定輸出流量不得小于工進(jìn)時(shí)的流量。3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取YBX-16型限壓式變量泵，額定轉(zhuǎn)速1450m/min，最大流量為23.2L/min, 液壓泵總效率,調(diào)壓范圍在，滿足要求。（2）計(jì)算夾緊液壓缸的泵1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由以上計(jì)算可知，夾緊液壓缸在夾緊時(shí)工作壓力最大，夾緊缸最大壓力p2'=0.95MPa。選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.4MPa，則限壓式變量泵的最高工作壓力估算為： 2)計(jì)算液壓泵的流量由以上計(jì)算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，按10%的泄露來計(jì)算那么泵的總流量為： 3)確定液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型葉片泵，額定轉(zhuǎn)速1450r/min,容積效率，額定流量為4.64L/min，滿足要求。 （3）電動機(jī)功率的確定把上述兩液壓泵雙聯(lián)由電動機(jī)一起帶動，則工作液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，取進(jìn)油路上的壓力損失為