設(shè)計(jì)一臺(tái)雙面鉆通孔臥式組合機(jī)床液壓進(jìn)給系統(tǒng)及液壓夾具裝置

1、題目:設(shè)計(jì)一臺(tái)雙面鉆通孔臥式組合機(jī)床液壓進(jìn)給系統(tǒng)及液壓夾具裝置.機(jī)床的工作循環(huán)為:工件加緊左右動(dòng)力部件快進(jìn)左右動(dòng)力部件工進(jìn)左動(dòng)力部件快退右動(dòng)力部件繼續(xù)工進(jìn)左動(dòng)力部件停止,右動(dòng)力部件快退右動(dòng)力部件停止工件松開.工件加緊力為8000N,左右切削負(fù)載皆為15000 N,左右動(dòng)力部件重力皆為9800 N,快進(jìn),快退速度為5m/min,快進(jìn)行程為100mm，工進(jìn)速度為30200mm/min，左動(dòng)力部件工進(jìn)行程為50mm，右動(dòng)力部件工進(jìn)行程為80mm。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速，減速時(shí)間為0.2s，滑臺(tái)為平導(dǎo)軌，靜，動(dòng)摩擦系數(shù)分別為0.2，0.1。目錄第一章 工況分析及液壓原理圖的擬定31.1工況分析3工作負(fù)載的計(jì)算

2、3運(yùn)動(dòng)分析41.2液壓系統(tǒng)原理圖61.3液壓系統(tǒng)工作原理分析6第二章 液壓缸的分析計(jì)算72.1液壓缸工作壓力的選定7液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的計(jì)算8液壓缸工作缸內(nèi)徑的計(jì)算82.1.4 確定活塞桿直徑82.1.5 活塞桿穩(wěn)定性校核82.2計(jì)算液壓缸工作階段的最大流量92.2.1 各階段功率計(jì)算92.2.2 各階段的壓力計(jì)算92.3液壓缸的主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算9液壓缸主要尺寸的確定9液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算92.4液壓缸工作行程的確定11缸蓋厚度的確定11最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定12缸體長(zhǎng)度的確定12液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.5缸筒與缸蓋的連接形式13活塞13缸筒14排氣裝置14緩沖裝置142.6定位缸的計(jì)算1

3、52.7 夾緊缸的計(jì)算15第三章 確定液壓泵規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)16第四章 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算18第五章 結(jié) 束 語(yǔ)21參 考 文 獻(xiàn)22第一章 工況分析及液壓原理圖的擬定1.1 工況分析1.1.1工作負(fù)載的計(jì)算液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即：根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果列出各工作階段所受的外負(fù)載見表1.1工況計(jì)算公式外負(fù)載F/N缸推力F/N啟動(dòng)19602177.8加速13971552.2快進(jìn)9801088.9工進(jìn)1598017755.6反向啟動(dòng)19602177.8加速+ 13971552.2快退9801088.91.1.2運(yùn)動(dòng)分析按設(shè)備要求，把執(zhí)行原件在完成一個(gè)循環(huán)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用圖表示出來(lái)，即速度

4、圖1.2液壓系統(tǒng)原理圖1.3液壓系統(tǒng)工作原理分析（1）定位、夾緊按下啟動(dòng)按鈕，壓力油經(jīng)過(guò)濾器和雙聯(lián)葉片泵流出，此時(shí)只有電磁換向閥6 1YA得電，當(dāng)換向閥左位接入回路而且順序閥7的調(diào)定壓力大于液壓缸10的最大前進(jìn)壓力時(shí)，壓力油先進(jìn)入液壓缸10的左腔，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作；當(dāng)液壓缸行駛至終點(diǎn)后，壓力上升，壓力油打開順序閥7，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。（2）左右動(dòng)力部件快進(jìn)當(dāng)工件被定位、夾緊后，定位、夾緊回路中液壓油達(dá)到某一固定壓力值，壓力繼電器8發(fā)出信號(hào)，使電磁換向閥3YA、5YA得電，由于液壓缸差動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。（3）左右動(dòng)力部件工進(jìn)當(dāng)左右動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)至工件時(shí)，壓下行程開關(guān)SQ1，促使電磁換向閥13得電，差動(dòng)連接消除，實(shí)

5、現(xiàn)同時(shí)工進(jìn)。（4）左動(dòng)力部件快退，右動(dòng)力部件繼續(xù)工進(jìn)由于左動(dòng)力部件工進(jìn)50mm先壓下行程開關(guān)SQ2，促使電磁換向閥4YA得電，實(shí)現(xiàn)快退，而右動(dòng)力部件工進(jìn)行程為80mm，所以繼續(xù)工進(jìn)。(5)左動(dòng)力部件停止，右動(dòng)力部件快退當(dāng)右動(dòng)力部件繼續(xù)工進(jìn)，壓下行程開關(guān)SQ3促使電磁換向閥4YA失電，6YA得電，實(shí)現(xiàn)左動(dòng)力部件停止，右動(dòng)力部件快退。 (6)右動(dòng)力部件停止 當(dāng)右動(dòng)力部件快退壓下行程開關(guān)SQ4促使電磁換向閥11的6YA失電回到中位，同時(shí)電磁換向閥6的2YA得電，右動(dòng)力部件停止運(yùn)動(dòng)。（7）工件松開，拔銷，停機(jī)卸載 由于電磁換向閥6的2YA得電，換向閥右位接入回路且左順序閥的調(diào)定壓力大于液壓缸9的最大返

6、回壓力，兩液壓缸則按和的順序返回，實(shí)現(xiàn)松開，拔銷。當(dāng)回路中液壓油達(dá)到某一固定壓力值，壓力繼電器17發(fā)出信號(hào)，使電磁換向閥2YA失電，實(shí)現(xiàn)停機(jī)卸載。第二章 液壓缸的分析計(jì)算2.1 液壓缸工作壓力的選定按工作負(fù)載選定工作壓力 見表2.1液壓缸工作負(fù)載（N）50000液壓缸工作壓力（MPa）0.811.522.53344557表2.2 按設(shè)備類型確定工作壓力設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)用機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)，重型機(jī)械，起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨創(chuàng)拉床系統(tǒng)壓力（MPa）0.81352881010162032由以上兩個(gè)表格可選擇液壓缸的工作壓力為3MPa2.1.2液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的計(jì)算2.1.3液壓缸工

7、作缸內(nèi)徑的計(jì)算由負(fù)載圖知，最大負(fù)載力F為15980N，液壓缸的工作壓力為3MPa則2.1.4 確定活塞桿直徑活塞桿材料選擇45鋼取活塞桿直徑d=0.5D=40mm,取標(biāo)準(zhǔn)值d=40mm則液壓缸的有效作用面積為：有無(wú)活塞桿 計(jì)算公式有活塞桿 37.68無(wú)活塞桿50.242.1.5 活塞桿穩(wěn)定性校核因?yàn)橛一钊麠U總行程為180mm，而活塞桿直徑為40mm, L/D=180/40=4.510由上式計(jì)算的結(jié)果可知，mm，滿住穩(wěn)定性條件。2.2計(jì)算液壓缸工作階段的最大流量q快進(jìn)=A1V快進(jìn)=10-45/60=4.1910-4m3/s=25.14L/minq工進(jìn)=A1V快進(jìn)=50.2410-40.2/60=

8、1.6710-560/10-3m3/s=1.002L/minq快退=A2V快退=37.6810-45/60=3.1410-4m3/s=18.84L/min2.2.1 各階段功率計(jì)算2.2.2 各階段的壓力計(jì)算2.3液壓缸的主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1液壓缸主要尺寸的確定由之前元件參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)中工作液壓缸的內(nèi)徑D=80mm，活塞桿直徑d=40mm已確定。2.3.2液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。液壓缸的壁厚一般指缸體結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑之比小于0.1時(shí)，稱為薄壁

9、缸體，薄壁缸體的壁厚按材料力學(xué)中計(jì)算公式：(m)式中：缸體壁厚（m）P液壓缸的最大工作壓力（）D缸體內(nèi)徑（m）缸體材料的許用應(yīng)力（）查參考文獻(xiàn)得常見缸體材料的許用應(yīng)力：鑄鋼：=（10001100） 無(wú)縫鋼管：=（10001100） 鍛鋼：=（10001200） 鑄鐵：=（600700） 選用鑄鋼作為缸體材料： 在中低壓機(jī)床液壓系統(tǒng)中，缸體壁厚的強(qiáng)度是次要的，缸體壁厚一般由結(jié)構(gòu)，工藝上的需要而定，只有在壓力較高和直徑較大時(shí)，才由必要校核缸體最薄處的壁厚強(qiáng)度。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑D之比值大于0.1時(shí)，稱為厚壁缸體，通常按參考文獻(xiàn)7中第二強(qiáng)度理論計(jì)算厚壁缸體的壁厚：因此缸體壁厚應(yīng)不小于1.3mm，又因?yàn)?/p>

10、該系統(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)，所以不必對(duì)缸體最薄處壁厚強(qiáng)度進(jìn)行校核。缸體的外徑為： 2.4液壓缸工作行程的確定液壓缸的工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定。由查參考文獻(xiàn)表液壓缸活塞行程參數(shù)（GB2349-80） (mm)25508010012516020025032040050063080010001250160020002500320040004063901101401802202803604505507009001100140018002200280039002402603003403804204805306006507508509501050120013001500170019

11、0021002400260030003800根據(jù)左缸快進(jìn)和工進(jìn)行程（50+100）mm，選擇左邊液壓缸工作行程為160mm。根據(jù)右缸快進(jìn)和工進(jìn)行程（80+100）mm，選擇右邊液壓缸工作行程為200mm。2.4.1缸蓋厚度的確定缸筒底部（即缸蓋）有平面和拱形兩種形式，由于該系統(tǒng)中液壓缸工作場(chǎng)合的特點(diǎn)，缸蓋宜選用平底形式，查參考文獻(xiàn)可得其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算：缸蓋有孔時(shí)：缸蓋無(wú)孔時(shí)：式中：t缸蓋有效厚度（m） P液壓缸的最大工作壓力（） 缸體材料的許用壓力（） 缸底內(nèi)徑（m） 缸底孔的直徑（m）查參考文獻(xiàn)5缸蓋的材料選用鑄鐵，所以：缸蓋有孔時(shí)：缸蓋無(wú)孔時(shí)：2.4.2最小導(dǎo)

12、向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度(圖3.1)，如果最小導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求： 式中：L-液壓缸的最大行程D-液壓缸的內(nèi)徑 圖3-1液壓缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度2.4.3缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸的缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不大于內(nèi)徑的2030倍,即在本系統(tǒng)中缸體長(zhǎng)度不大于16002400mm,現(xiàn)取左缸體長(zhǎng)度為208mm，右缸體長(zhǎng)度為250mm。2.4.4液壓缸

13、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸筒與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。2.5缸筒與缸蓋的連接形式缸筒與缸蓋的連接形式有多種，如法蘭連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接、外螺紋連接、拉桿連接、焊接、鋼絲連接等。該系統(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)，缸體材料為鑄鋼，液壓缸與缸蓋可采用外半環(huán)連接，該連接方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單加工裝配方便等特點(diǎn)。2.5.1活塞活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此它于缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，即不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式，其次還有活塞與活塞

14、桿的連接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。(1)活塞的結(jié)構(gòu)形式活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和組合活塞，根據(jù)密封裝置形式來(lái)選用活塞結(jié)構(gòu)形式，查參考文獻(xiàn)活塞及活塞桿的密封圈使用參數(shù)，該系統(tǒng)液壓缸中可采用O形圈密封。所以，活塞的結(jié)構(gòu)形式可選用整體活塞，整體活塞在活塞四周上開溝槽，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(2)活塞與活塞桿的連接查參考文獻(xiàn)活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)，組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。該系統(tǒng)中采用螺紋連接，該連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置，多在組合機(jī)床上與工程機(jī)械的液壓缸上使用。（3）活塞的密封查參考文獻(xiàn)活塞與活塞桿的密封采用O形圈密封，因該系

15、統(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)(P),所以活塞桿上的密封溝槽不設(shè)擋圈,其溝槽尺寸與公差由GB/T3452.3-98確定, O形圈代號(hào)為： G GB/T3452.1-92，具體說(shuō)明從略。（4）活塞材料因?yàn)樵撓到y(tǒng)中活塞采用整體活塞，無(wú)導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)，參考文獻(xiàn)所以活塞材料可選用HT200HT300或球墨鑄鐵，結(jié)合實(shí)際情況及毛坯材料的來(lái)源，活塞材料選用HT200。（5）活塞尺寸及加工公差查參考文獻(xiàn)5活塞的寬度一般取B=(0.61.0)D,缸筒內(nèi)徑為80mm,現(xiàn)取B=0.680=48,活塞的外徑采用f9,外徑對(duì)內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm,活塞的內(nèi)孔直徑D1設(shè)計(jì)為40mm，精度為H8，查參考文獻(xiàn)4可知端面T對(duì)內(nèi)孔

16、D1軸線的垂直度公差值按7級(jí)精度選取，活塞外徑的圓柱度公差值按9級(jí)、10級(jí)或11級(jí)精度選取。外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)形式不同而各異。2.5.2缸筒缸筒材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸體還要求有良好的焊接性能，結(jié)合該系統(tǒng)中液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來(lái)源等，缸筒的材料可選用鑄鋼。在液壓缸主要尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算中已設(shè)計(jì)出液壓缸體壁厚最小厚度應(yīng)不小于1.3mm，缸體的材料選用鑄鋼，查參考文獻(xiàn)，缸體內(nèi)徑可選用H8、H9或H10配合，現(xiàn)選用H9配合，內(nèi)徑的表面粗糙度因?yàn)榛钊x用O形圈密封取為0.3，且需珩磨，缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級(jí)或9級(jí)精度，缸筒端面

17、的垂直度可選取7級(jí)精度。缸筒與缸蓋之間的密封采用O形圈密封，O形圈的代號(hào)為1153.55 G GB/T3452.1-1992。2.5.3排氣裝置排氣裝置用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定，一般把排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高位置與壓力腔相通，以便安裝后、調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)的空氣，對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。排氣閥的結(jié)構(gòu)有多種形式。該排氣閥為整體型排氣閥，其閥體與閥芯合為一體，材料為不銹鋼3cr13，錐面熱處理硬度HRC3844。2.5.4緩沖裝置液壓缸的行程終端緩沖裝置可使帶著負(fù)載的活塞，在到達(dá)行程終端減速到零，目的是消除因活塞的慣性力和液壓力

18、所造成的活塞與端蓋的機(jī)械撞擊，同時(shí)也為了降低活塞在改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)液體發(fā)出的噪聲。因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)速度換接平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)速度為5m/min37.68L/minDBD-1314,19背壓閥14.4EJX63-10116三位四通電磁換向閥0.4825E34DH-10117單向順序閥19.2AF3-Ea10B18,17壓力繼電器EYX63-6111,23三位四通電磁換向閥18.84E34DH-25212,22調(diào)速閥114.4DBD-61（1） 油管 油管內(nèi)徑一般參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計(jì)算，在本例中，出油口采用內(nèi)徑為18mm，外徑為20mm的紫銅管。（2） 油箱 油箱容積根據(jù)液壓泵的流

19、量計(jì)算，取其體積V=(57)qp 即V=280L.第四章 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算4.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定根據(jù)計(jì)算工進(jìn)時(shí)的管道內(nèi)的油液流動(dòng)速度約為0.2m/s，通過(guò)的流量為1.002L/min。數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降，此時(shí)功率損失最大。此時(shí)油液在進(jìn)油管中的速度為(1) 沿程壓力損失 首先要判斷管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為時(shí)， 所以有：，管中為層流，則阻力損失系數(shù)，若取進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m ，油液的密度為，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為（2）局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%，而后者則與通過(guò)的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為,則當(dāng)通過(guò)的額定流量為q時(shí)的閥壓力損失為 因?yàn)镚E系列10mm通經(jīng)的閥的額定流量為63L/min,疊加閥10mm通經(jīng)系列的額定流量為40L/min，而在本例中通過(guò)整個(gè)閥的壓力損失很小，且可忽略不計(jì)，快進(jìn)時(shí)回油路上的流量為 快進(jìn)時(shí)回油路油管中的流速為 由此可計(jì)算 (2) 總的壓力損失 (3) 壓力閥的調(diào)定值雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足工進(jìn)的要求，保證雙聯(lián)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油，因而卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)略大于快進(jìn)時(shí)泵的供油壓力 卸荷閥的調(diào)定壓力應(yīng)取3.7Mpa為宜，溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定