液壓課程設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)班級(jí)： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào): 姓名： 聯(lián)系方式： 成績(jī) ： 一題目及其要求1.某工廠設(shè)計(jì)一臺(tái)鉆鏜專用機(jī)床，要求孔的加工精度為TI6級(jí)。要求該液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是：工作定位、夾緊動(dòng)力頭快進(jìn)工進(jìn)終點(diǎn)停留動(dòng)力頭快退工件松開、拔銷。該機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的重量為30000N，快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)的速度為20-120mm/min可無(wú)級(jí)調(diào)速，工作臺(tái)的最大行程為400mm，其中工進(jìn)的總行程為150mm，工進(jìn)時(shí)的最大軸向切削力為20000N，工作臺(tái)的導(dǎo)軌采用平軌支撐方式；夾緊缸和拔銷缸的行程都為25mm，夾緊力為12000-80000N之間可調(diào)，夾緊時(shí)間不大

2、于1秒鐘。2.設(shè)計(jì)要求1) 完成該液壓系統(tǒng)的工況分析、系統(tǒng)計(jì)算并最終完成該液壓系統(tǒng)工作原理圖的設(shè)計(jì)工作；2) 根據(jù)已經(jīng)完成的液壓系統(tǒng)工作原理圖選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；3) 對(duì)上述液壓系統(tǒng)中的進(jìn)給缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成該液壓缸的相關(guān)計(jì)算和部件裝配圖設(shè)計(jì)，并對(duì)其中的1-2非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)；4) 對(duì)上述液壓系統(tǒng)中的夾緊缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成該液壓缸的相關(guān)計(jì)算和部件裝配圖設(shè)計(jì)，其中的1-2非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖設(shè)計(jì)。5) 對(duì)上述液壓系統(tǒng)中的液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成該液壓缸中的油箱部件和電機(jī)液壓泵組件的相關(guān)計(jì)算和裝配設(shè)計(jì)，并對(duì)其中的1-2個(gè)非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)。二、系統(tǒng)工況分析與方案選擇1.工況分析根據(jù)已

3、知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖1-1所示。計(jì)算各階段的外負(fù)載，如下：液壓缸所受外負(fù)載F包括三中類型，即（1-1）式中工作負(fù)載，對(duì)于金屬鉆鏜專用機(jī)床，即為工進(jìn)時(shí)的最大軸向切削力，為20000N；運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載。啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后未動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌可由下式求得；G運(yùn)動(dòng)部件重力；垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中為零；F導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。則求得(1-2)上式中為靜摩擦阻力，為動(dòng)摩擦阻力。式中g(shù)重力加速度；加速或減速的時(shí)間，一般，取。時(shí)間內(nèi)的速度變化量。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)

4、載（見表1-1），并畫出如圖1-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。圖1-1速度循環(huán)圖 圖1-2負(fù)載循環(huán)圖表1-1工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F(N)工作循環(huán)外負(fù)載F（N）啟動(dòng)、加速8061N工進(jìn)23000N快進(jìn)3000N快退3000N2.擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1）確定供油方式考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或者變量泵供油。本設(shè)計(jì)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。（2）夾緊回路的選擇采用二維四通電磁閥來(lái)控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式。為了實(shí)現(xiàn)加緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路

5、壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍然能保持夾緊力，接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。為了實(shí)現(xiàn)夾緊力的大小可調(diào)和保持夾緊力的穩(wěn)定，在該回路中裝有減壓閥。（3）定位液壓缸與夾緊缸動(dòng)作次序回路的選擇定位液壓缸和夾緊缸之間的動(dòng)作次序采用單向順序閥來(lái)完成，并采用壓力繼電器發(fā)信號(hào)啟動(dòng)工作臺(tái)液壓缸工作，以簡(jiǎn)化電氣發(fā)信與控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性。（4）調(diào)速方式的選擇在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)鉆鏜類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定技術(shù)要求的特點(diǎn)，采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)

6、切削力的能力。（5）速度換接方式的選擇本設(shè)計(jì)采用電磁閥的快慢速度換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程方便，閥的安裝也容易。最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組成圖1-3所示的液壓系統(tǒng)原理圖。圖1-3 液壓系統(tǒng)原理圖三.液壓元件的計(jì)算與產(chǎn)品選擇1.液壓缸的主要尺寸的確定（1）工作壓力的確定。工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及其機(jī)器的類型來(lái)初步確定，參閱表2-1取液壓缸工作壓力為4MPa。（2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D 和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為23000N，按表2-2可取為0.5，為0.95,按表2-3，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式(2-3)可得根據(jù)表2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑；

7、活塞桿直徑d，按及表2-5，活塞桿直徑系列取d=90mm。按工作要求夾緊力由一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，取油背壓力為，回油背壓力為零，為0.95，按式（2-3）可得按表2-4及表2-5液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取夾緊液壓缸的D和d分別為100mm及70mm。本設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸的實(shí)際面積，即由式（2-4）得最小有效面積因?yàn)闈M足，故液壓缸能達(dá)到所需低速。（3）計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量2.確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格（1） 泵的工作壓力的確定?？紤]到正常的工作中進(jìn)油路有一定的壓力損

8、失，所以泵的工作壓力為式中液壓泵最大工作壓力；執(zhí)行元件最大工作壓力進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2-0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.5-1.5MPa，本設(shè)計(jì)取0.5MPa。上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足。中低壓系統(tǒng)取最小值，高壓系統(tǒng)取最大值。在本設(shè)計(jì)中，（2） 泵的流量確定液壓泵的最大流量應(yīng)為式中液壓泵的最大流量同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取=1.1-1.3，本設(shè)計(jì)=1.2.（3） 選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算的和，查找相

9、關(guān)手冊(cè)，選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量，泵的額定壓力，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，容積效率為，總效率。（4） 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，去量著較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減少，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.2-1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取 。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行驗(yàn)算，即（1-6）式中所選電動(dòng)機(jī)額定功率；限壓式變量泵的限壓力；壓力為時(shí)，泵的輸出流量。首先計(jì)算快進(jìn)的功率，快進(jìn)的外負(fù)載為3000N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa，由式（1-4

10、）可得快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為查閱相關(guān)電動(dòng)機(jī)類型標(biāo)準(zhǔn)，選用Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX-25的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)流量為23.04L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.942L/min，壓力為3MPa，作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為23L/min，壓力為2MPa，該工作點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的功率為所選電動(dòng)機(jī)滿足式（1-6），拐點(diǎn)處能正常工作。3.液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)選定的液壓元件如下表1-2所示表1-2 液壓元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱方案通過(guò)流量（L/min）1濾油器XU-B32*10028.82壓力

11、表開關(guān)KF3-EA10B3溢流閥JF3-10B84三位四通換向閥E10B24245二位四通換向閥24EF3-E10B7.56保壓閥DP1-63B247單向節(jié)流閥LA-F10D-B-19.48壓力繼電器DP1-63B7.59三位四通換向閥AF3-EA10B7.510單向調(diào)速閥24EF3-E10B7.511二位三通換向閥AXF3-E10B7.512液壓泵YBX-2528.87.51. 確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定。綜合諸元素，現(xiàn)取有關(guān)的內(nèi)徑d為12mm，參照YBX-25變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為28mm。2. 液壓油箱容積的確定本設(shè)計(jì)為中低液壓系統(tǒng)，液壓

12、油箱有效容量按泵的流量的5-7倍來(lái)確定，選取用容量為160L的郵箱。四.主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析與強(qiáng)度校核計(jì)算1.液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來(lái)確定。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于該系統(tǒng)屬于組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，故液壓缸工作壓力通常為4MPa。2.液壓缸內(nèi)徑D 和活塞桿直徑d的確定由公式,又由得,夾緊缸：,d=54.8mm按照液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列取得D=100mm，d=63mm液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積，顯然有效面積，故可以滿足最小穩(wěn)定速度的要求。3.液壓

13、缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚有液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。由公式得故即可求出缸體的外徑，根據(jù)無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)選取D=120mm4.液壓缸工作行程的確定根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并參照表2-6中的系列尺寸可選得進(jìn)給液壓缸工作行程H=500mm。5.缸蓋厚度的確定選取無(wú)孔的平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求用下面公式進(jìn)行近似計(jì)算得故取t=35mm6.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求故可得夾緊缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度活塞寬度B一般由公式得進(jìn)給缸活塞寬度；當(dāng)液壓缸內(nèi)徑D80mm時(shí)，活塞桿滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度，故3. 缸體長(zhǎng)度的確定一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍，即缸

14、體長(zhǎng)度根據(jù)該液壓系統(tǒng)最大行程并考慮活塞的寬度選取L=590mm。4. 活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算由于該進(jìn)給液壓缸支撐長(zhǎng)度，故不需考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性和進(jìn)行驗(yàn)算。五.液壓系統(tǒng)驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：AB=0.3m，AD=1.7m，AC=1.7m，DE=2m。選用L-HL32液壓油，考慮到有的最低溫度為15時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)黏度，油的密度。1. 壓力損失的驗(yàn)算（1）工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為0.12m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為0.942L/min，則液壓油在管內(nèi)流速為管道流動(dòng)雷諾系數(shù)Re1為Re12300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為

15、層流，其沿程阻力系數(shù)為：進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失為查得換向閥的壓力損失忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，剛進(jìn)油路總壓力損失為(2)工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則回油管道的沿程壓力損失為：查產(chǎn)品得知換向閥34EF30-E10B的壓力損失，換向閥34EW30-E10B的壓力損失為，調(diào)速閥AQF3-E10B的壓力損失為。回油路總壓力損失為為（3）變量泵出口處的壓力Pa為（4）快進(jìn)時(shí)的壓力損失快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍即為46L/min，AC段管路的沿程壓力損失為同樣可求得管道AB段及AD段的沿程壓力損失和為 上述驗(yàn)算表明，無(wú)需修改原計(jì)劃。