機(jī)電液綜合實驗(課程設(shè)計)

1、目 錄第一章 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計11.1 機(jī)械動作要求及參數(shù)11.2 根據(jù)要求設(shè)計方案11.3 計算和選擇液壓元件11.4液壓元件41.5 工作狀態(tài)表51.6 電氣控制系統(tǒng)51.7 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試6第二章 液壓缸的設(shè)計與計算72.1 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d的計算72.2 驗算最小穩(wěn)定速度82.3液壓缸主要零件材料選擇和加工要求82.4 液壓缸壁厚和外徑的計算92.5 液壓缸工作行程的確定102.6 最小導(dǎo)向長度的確定102.7 缸蓋固定螺栓d3的計算102.8 活塞桿的校核102.9 活塞的寬度B確定102.10 缸體長度的確定112.11 缸體與缸蓋采的聯(lián)接及計算112.1

2、2 活塞與活塞桿的連接及計算122.13 活塞及活塞桿處密封圈的選用132.14 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)132.15 液壓缸的緩沖裝置14心得體會15參考文獻(xiàn)16第一章 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計1.1 機(jī)械動作要求及參數(shù)工進(jìn)50快退快進(jìn)200工作時最大負(fù)載F=13000N，液壓缸的工作壓力為P1=2.5MPa，快進(jìn)、快退速度V快=5m/min，工進(jìn)速度V工=0.6m/min，油缸內(nèi)徑與活塞桿直徑比D/d=，回油腔背壓P2=0.5MPa。油路壓力損失；。1.2 根據(jù)要求設(shè)計方案 根據(jù)要求設(shè)計的控制系統(tǒng)圖如圖1-1所示:圖1-1 液壓傳動控制系統(tǒng)圖1.3 計算和選擇液壓元件1.3.1 液壓泵的壓力流量和選

3、擇泵的規(guī)格1)泵的工作壓力的確定。考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為: (1-1)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，本設(shè)計中=2.5+0.3=2.8Mpa (1-2) 上式中計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，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)去小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設(shè)計中=1.25×2.8=3.5Mpa (1-3)2)泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為 (1-4)式中 液壓泵的最大流量；同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之

4、和的最大值。如果這時溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量23L/min； 系統(tǒng)泄露系數(shù)， (1-5)3) 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)算得的和，選用CB-32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，電動機(jī)轉(zhuǎn)速，容積效率，總效率。1.3.2 與液壓泵匹配的電動機(jī)的選定首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況的功率，取兩者較大值作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。工進(jìn)時的外負(fù)載為13000N ,壓力損失為0.3Mpa. (1-6)快進(jìn)時所需電動機(jī)功率為 (1-7)工進(jìn)時所需電動機(jī)功率為查詢電動機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y100-4型電動機(jī)，其額定功率為2.2kW，額定轉(zhuǎn)速為1430r/min。1.3.3

5、確定其它元件及輔件1）確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表1-1所列。表1-1 閥類元件及輔助元件規(guī)格序號元件名稱通過的最大流量q/L/min規(guī)格型號額定流量qn/L/min額定壓力Pn/MPa額定壓降1外齒合單級齒輪泵CB-32104調(diào)速閥<8Q-10B66.39溢流閥5.1Y-10B106.311濾油器36.6XU-80806.30.022) 確定油管內(nèi)徑表1-2允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0.51.5，一般取1以下壓油管道25，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.53油管內(nèi)徑為： （

6、1-8）根據(jù)內(nèi)徑尺寸系列，選取內(nèi)徑為20mm的軟管。1.4液壓元件如下表1-3表1-3 液壓元件的選用序 號名 稱型 號數(shù) 量1二位二通電磁換向閥22D-10B 220V22三位四通電磁換向閥34D-10B 220V23先導(dǎo)式溢流閥Y-10B14調(diào)速閥Q-10B25限位開關(guān)/36可調(diào)節(jié)流器L-10B17壓力表K1-3B2根據(jù)動作要求和提供的元件，設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)，設(shè)計油路圖如圖1-1，其工作情況由表1-4所示油路中用到的上述提供的元器件有：二位二通電磁換向閥、調(diào)速閥、先導(dǎo)式溢流閥、三位四通電磁換向閥等。1.5 工作狀態(tài)表 電磁閥工作時的得失電情況如表1-4表1-4 工作狀態(tài)表動作名稱電磁鐵工作

7、狀態(tài)2DT3DT1DT快進(jìn)+-工進(jìn)-+-快退+-+強(qiáng)退-+ +1.6 電氣控制系統(tǒng)根據(jù)圖1-1液壓傳動系統(tǒng)及表1-4所示，設(shè)計電器控制系統(tǒng)如圖1-2所示：圖1-2 電器控制系統(tǒng)1.7 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試(1) 基本工作過程快進(jìn) ：按下SB2,啟動液壓泵，按下SB3使3DT和1DT得電，執(zhí)行快進(jìn)。工進(jìn)：碰到行程開關(guān)YA4，使3DT失電，1DT仍得電，執(zhí)行工進(jìn)?？焱耍号龅叫谐涕_關(guān)YA6，使3DT和2DT得電，1DT失電，執(zhí)行快退。強(qiáng)退：按下SB4，使3DT和2DT得電1DT失電，執(zhí)行強(qiáng)退。按圖1-1連接系統(tǒng)油路，連接時需注意調(diào)速閥的P1口和P 2口的鏈接。按圖1-2連接電氣控制線路，連接時注

8、意控制電路接的是220V,從火線引出一根線，最后回到的是零線。接信號指示燈時，是并聯(lián)到每個電磁上不是串聯(lián)，否則電路將出現(xiàn)問題。(2) 液壓傳動系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題與解決方法1）由于實驗準(zhǔn)備不夠充分，沒有到實驗場地進(jìn)行觀察和分析，導(dǎo)致所設(shè)計初步油路與實驗設(shè)備沖突，安裝過程中沒有認(rèn)真思考實驗室所具有的設(shè)備的名稱及功用，為了達(dá)到最佳的快進(jìn)、工進(jìn)以及快退的效果，采用了差動連接進(jìn)行實現(xiàn)，而導(dǎo)致液壓傳動系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行調(diào)試時，油液噴出。2）在安裝液壓系統(tǒng)回路時，為了防止油液從油管接口處泄露，在油管接口處安裝了多個墊圈，而因此帶來的問題則是油管接不上。3）實驗室中，機(jī)電液綜合實驗臺上共有

9、8個傳感器，在我們的實驗中只需用到3個即可，此次實驗，我們采用了傳感器1、4、8，在液壓系統(tǒng)回路安裝完成后，發(fā)現(xiàn)液壓缸無法快退，原因是活塞桿與傳感器未接觸，解決的方法是將傳感器盡量靠近活塞桿，使其接觸。4）在安裝液壓系統(tǒng)回路時，未分清兩位三通閥的進(jìn)出口，導(dǎo)致調(diào)試時有大量油液泄露。5）由于實驗設(shè)備過于老化的原因，即使是所有油路及電路安裝正確，也有漏油的現(xiàn)象。6）在部分電氣系統(tǒng)回路安裝完成進(jìn)行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動，但是沒有壓油，經(jīng)分析可知，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是由于電動機(jī)反轉(zhuǎn)，此時只需要將U、V、W三根線中的任意兩項互換，使電動機(jī)正轉(zhuǎn)。7）為了方便調(diào)試電路時判斷電路的接通與否，通過將各線圈與燈并聯(lián)，

10、從而可以通過燈是否亮來判斷電路是否接通。第二章 液壓缸的設(shè)計與計算2.1 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d的計算DdFA1A2P1P2FfcV圖2-1單桿活塞缸 （2-1）式（21）中： （2-2）式（22）中：液壓缸的機(jī)械效率，一般=0.9 0.97將帶入式（2-1）中，可求得D為： （2-3）計算結(jié)果為： D=93mm d=63mm根據(jù)GB/T2348-1993,液壓缸內(nèi)徑尺寸系列和液壓缸活塞桿外徑尺寸對D和d進(jìn)行圓整，取D=100mm, d=70mm。2.2 驗算最小穩(wěn)定速度要保證液壓缸平穩(wěn)運行，液壓缸工作面積A必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即A>AminAmin=

11、Qmin/Vmin （2-4）式（24）中：Qmin流量閥的最小穩(wěn)定流量Vmin液壓缸的最低速度要求Qmin=0.2L/min,Vmin=0.6m/minAmin=0.26/0.63=333mm2計算的 ，經(jīng)驗算滿足要求。2.3液壓缸主要零件材料選擇和加工要求2.3.1 缸體1）材料：無縫鋼管 45鋼無縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適合大批量生產(chǎn)，起重運輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，常用45鋼，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)。2）加工要求鋼筒內(nèi)壁表面加工公差為；表面粗糙度為。為了防止在裝配時損傷密封圈，缸筒必須有倒角，倒角大小建議為20°25°

12、;。2.3.2 活塞1）材料：45鋼無導(dǎo)向環(huán)活塞，采用45鋼或球墨鑄鐵。2.3.3 活塞桿1）材料：45鋼活塞桿常用35、45鋼等材料。對于沖擊震動很大的活塞桿，也可使用55鋼。一般實心的活塞桿用35、45鋼。2）加工要求壓缸活塞桿用的材料通常要求淬火，深度一般為0.51.0mm，或活塞桿直徑為1mm淬深0.03mm?；钊麠U表面需要鍍硬鉻，厚1525um，也有要求鍍硬鉻3050um。塞桿外徑公差為f7f9，表面粗糙度一般為Ra0.30.4um，精度要求高時，Ra0.10.2um，活塞端部需有15°25°倒角。裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm，保證活塞桿外圓和

13、活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。為是運行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。2.3.4 前端蓋1）材料：45鋼缸蓋常用35、45鋼的鍛造或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料。2.3.5 后端蓋1）材料：45鋼缸蓋常用35、45鋼的鍛造或鑄造毛坯，也可以使用灰鑄鐵材料。起導(dǎo)向作用時用鑄鐵2.4 液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。工程機(jī)械的液壓缸，一般是用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算 （2-5）式中 液壓缸壁厚(m)；液壓缸

14、內(nèi)徑(m)；試驗壓力，取最大工作壓力的1.5倍（MPa）；缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管。 （2-6）按照工程機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑尺寸系列，所以取外徑為114mm。壁厚為7mm>1.875mm，符合要求。2.5 液壓缸工作行程的確定液壓缸的工作行程長度，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際工作最大行程來確定，并參考GB2349-80系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。本次設(shè)計選取的行程為250mm。2.6 最小導(dǎo)向長度的確定如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始擾度增大，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)滿足以下條件H(L/20)+(D/2)其中 L-液壓缸的最大行程

15、D-液壓缸的內(nèi)徑2.7 缸蓋固定螺栓d3的計算 （2-7）式中 F-液壓缸負(fù)載； K-螺紋擰緊系數(shù)，K=1.121.5； Z-固定螺栓個數(shù)； -螺栓許用應(yīng)力，= 3/(1.222.5), 3為材料的屈服點為355Mpa。其中負(fù)載為18000N，擰緊系數(shù)取1.5，螺栓個數(shù)取六個，根據(jù)式（2-7）計算得：d36.5mm,選取M8的螺栓。2.8 活塞桿的校核當(dāng)活塞桿長度時，應(yīng)按強(qiáng)度校核條件校核活塞桿直徑d。 （2-8）= /1.4=357Mpa式中：F- 最大負(fù)載（N） 據(jù)式（2-8）計算得d6.8mm上述計算得d=70mm>6.8mm,滿足強(qiáng)度的要求。2.9 活塞的寬度B確定一般活塞B=(0

16、.61.0)D所以選B = 60mm2.10 缸體長度的確定液壓缸剛體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩短端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍。因此取缸體長度250+60+5=315mm。2.11 缸體與缸蓋采的聯(lián)接及計算2.11.1 聯(lián)接的形式選擇缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。主要連接形式有法蘭連接、螺紋連接、半環(huán)連接。a法蘭連接 優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)簡單、成本低(2)容易加工、便于裝拆(3)強(qiáng)度較大、能承受高壓 缺點：(1)徑向尺寸較大(2)重量比螺紋連接的大(3)用鋼管焊上法蘭、工藝過程復(fù)雜些b螺紋連接 優(yōu)點：

17、(1)外形尺寸小(2)重量較輕 缺點：(1)端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求較高(2)裝拆時需用專用工具(3)擰端蓋時易損壞密封圈c 半環(huán)連接 優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)較簡單(2)加工裝配方便 缺點：(1)外形尺寸大(2)缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度，需增加缸筒厚度比較各連接形式，本設(shè)計中選取焊接連接式和螺紋聯(lián)接的形式。2.11.2 螺紋聯(lián)接的計算缸體螺紋處的拉應(yīng)力： （2-9）螺紋處的切應(yīng)力為: （2-10） （2-11）式中：-螺紋處的拉應(yīng)力（Pa） K-螺紋擰緊系數(shù)，靜載荷時，取K=1.251.5；動載荷時，取K=2.54,(取K=3) K1-螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，（取K1=0.12） d0-螺紋外徑m d1-螺紋內(nèi)徑

18、m D-液壓缸內(nèi)徑m -螺紋外的切應(yīng)力Pa -螺紋材料的許用應(yīng)力Pa=s/n （2-12）s-螺紋材料的屈服點pa （s=355MPa） n-安全系數(shù) （n=2）n-合成應(yīng)力（Pa） F-缸體螺紋處所受到的拉力（N）將各參數(shù)帶入式（2-10）、（2-11）、（2-12）得： =15.63MPa =5.39MPa n =18.2MPa =175Mpa所以n =18.2MPa< =175MPa,其螺紋聯(lián)接符合要求。2.12 活塞與活塞桿的連接及計算2.12.1 聯(lián)接的選擇活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)有：整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。a 整體式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，適

19、用于缸徑較小的液壓缸b 螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。c 半環(huán)連接：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng)用在壓力高、負(fù)荷大、有振動的場合d 錐銷連接：結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負(fù)荷較小的場合。由于本設(shè)計是組合機(jī)床用的液壓缸，根據(jù)螺紋連接多用于組合機(jī)床的敘述，選用螺紋連接的活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)。2.12.2 螺紋聯(lián)接校核活塞桿危險截面處的拉應(yīng)力： （2-13）切應(yīng)力為： （2-14）合應(yīng)力為： （2-15）式中： F1-液壓缸輸出壓力 （2-16）式中： d-活塞桿直徑

20、；-活塞桿材料的許用應(yīng)力 ； Mpa 將各參數(shù)帶入式（2-14）、（2-15）、（2-16）得：=3.19Mpa =1.51Mpa n=4.13Mpa所以n=4.13Mpa=175Mpa,其螺紋聯(lián)接滿足要求。2.13 活塞及活塞桿處密封圈的選用 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。常用的密封圈類型有O形圈、Y形圈、V型和活塞環(huán)。O形圈:結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，安裝空間小，摩擦力小，易于制造，所以應(yīng)用較廣，但運動速度不能太大。Y形圈:用于壓力在20MPa以下、往返速度較高的液壓缸，密封性能可靠。V形圈:性能好，耐久性也好，缺點是安

21、裝空間大，調(diào)整困難，摩擦阻力大，只適用于運動速度較低的液壓缸?；钊h(huán):命長，不容易損壞，常常用在不便于拆卸的液壓缸中，缺點是泄漏較大，必須成組使用，加工工藝比較復(fù)雜，所以成本較高。 圖2.1 O形圈示意圖由于本設(shè)計中液壓缸的工作壓力為5MPa，速度范圍<0.5m/s，因此選用缸體與缸蓋的密封形式選用O形圈的密封形式（如圖2.1）?；钊麠U與缸蓋，活塞與缸體的密封選用O圈的密封形式。2.14 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。a 端蓋直接導(dǎo)向：(1)端

22、蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后只能更換整個缸蓋(2)蓋與桿的密封常用O型，Y型等密封圈(3)防塵圈用無骨架的防塵圈。b 導(dǎo)向套導(dǎo)向： (1)導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更換，導(dǎo)向套也可用耐磨材料(2)蓋與桿的密封常用Y型等密封裝置。密封可靠適用于中高壓液壓缸(3)防塵方式常用J型或三角形防塵裝置。 由于密封圈的是選用O形圈的密封類型，常于O形圈配合導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)為端蓋直接導(dǎo)向，因此本設(shè)計選用端蓋直接導(dǎo)向的導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)。2.15 液壓缸的緩沖裝置常用的緩沖裝置結(jié)構(gòu)有(1)環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置，適用于運動慣性不大、運動速度不高的液壓系統(tǒng)。(2)三角槽式節(jié)流緩沖裝置，利用被封閉液

23、體的節(jié)流產(chǎn)生的液壓阻力來緩沖的。(3)可調(diào)節(jié)流緩沖裝置，它調(diào)節(jié)針形節(jié)流閥的流通面積，就可改變緩沖作用的強(qiáng)弱和效果。本設(shè)計中的液壓缸運動慣性不大、速度也不高，因此選用圓柱形環(huán)狀間隙式緩沖裝置。心得體會為期兩個星期的課程設(shè)計結(jié)束了，在本次課程設(shè)計中我不僅學(xué)到了很多的知識，還為以后的畢業(yè)設(shè)計與工作打下了一個很好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等。 回顧起此課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過