專(zhuān)用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)-本科畢設(shè)論文

PAGE《液壓與氣動(dòng)》課程設(shè)計(jì)題目：專(zhuān)用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：12機(jī)設(shè)2班姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2015年7月8日目錄一．設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求及題目 31．設(shè)計(jì)的內(nèi)容 32．設(shè)計(jì)的要求 33．設(shè)計(jì)題目 3二．Y軸負(fù)載——工況分析 41.工作負(fù)載 42.摩擦阻力 43.慣性負(fù)荷 4三．繪制負(fù)載圖和速度圖 5四．初步確定液壓缸的參數(shù) 51．初選液壓缸的工作壓力。 52．計(jì)算液壓缸尺寸。 63．活塞桿穩(wěn)定性校核 64．液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值 7五．制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 71．選擇液壓基本回路 82．X軸、Y軸、夾緊缸、Z軸的回路 9六．X軸、Z軸、夾緊缸負(fù)載計(jì)算 101.X軸工作載荷、摩擦阻力、慣性載荷2.夾緊缸工作載荷、尺寸3.Z軸工作負(fù)載、慣性載荷七．選擇液壓元件 131．確定液壓泵的容量及電動(dòng)機(jī)功率 13２．控制閥的選擇 133．確定油管直徑 154．確定油箱容積 15八．液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 15１．壓力損失及調(diào)定壓力的確定 152．液壓系統(tǒng)的效率 163．液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 17小結(jié) 18參考文獻(xiàn) 18一．設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求及題目㈠設(shè)計(jì)的內(nèi)容液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的對(duì)比、選擇與工況分析，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的擬定、完善。液壓原件（包括液壓輔助裝置）的計(jì)算或設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算、液壓系統(tǒng)工作原理圖的繪制、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。㈡設(shè)計(jì)的要求要求每個(gè)學(xué)生完成如下工作量：圖形符號(hào)符合GB786.1-93的液壓系統(tǒng)原理圖一張。（幅面A3~A2，應(yīng)包括動(dòng)作循環(huán)圖、電磁鐵動(dòng)作順序表及各元件明細(xì)表。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。（三）設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)專(zhuān)用銑床，驅(qū)動(dòng)銑頭的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw，銑刀直徑為200mm，轉(zhuǎn)速為350r/min。假定工作平臺(tái)重量為4600N，工件和夾具的最大重量為1725N，工作臺(tái)行程為400mm；快進(jìn)速度為4.5m/min，工進(jìn)速度為0.06～1m/min，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速（減速）時(shí)間為0.05s，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)fj=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1，試設(shè)計(jì)銑床的液壓系統(tǒng)二．負(fù)載——工況分析1.工作負(fù)載2.摩擦阻力3.慣性負(fù)荷

查液壓缸的機(jī)械效率，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表表1所示：表1液壓缸各階段的負(fù)載情況工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載液壓缸推力/N啟動(dòng)12651405.56加速1599.631777.37快進(jìn)632.5702.78工進(jìn)2678.842976.49快退632.5702.78三．繪制負(fù)載圖和速度圖根據(jù)工況負(fù)載和已知快進(jìn)速度和共進(jìn)速度及行程S，可繪制負(fù)載圖和速度圖，如下圖（圖1、圖2）所示：圖1(負(fù)載圖)圖2（速度圖）四．初步確定液壓缸的參數(shù)（一）工作臺(tái)沿Y軸向運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)1．初選液壓缸的工作壓力。所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大約為3000N，在其他工況時(shí)負(fù)載都不太高，故參考各類(lèi)液壓設(shè)備常用工作壓力初選，2．計(jì)算液壓缸尺寸。選用差動(dòng)液壓缸，令快進(jìn)速度等于快退速度，則無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積為；回油路上有背壓閥或調(diào)壓閥，取背壓;回油管路壓力損失。按JB2183—77取標(biāo)準(zhǔn)值D=40mm活塞桿的直徑為：由此求得液壓缸的實(shí)際有效工作面積活塞桿穩(wěn)定性校核因?yàn)榛钊麠U總行程為400mm，而活塞桿直徑為28mm，l/d=400/28=14.29>10，需進(jìn)行穩(wěn)定性校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式，根據(jù)該液壓共一端支撐一端鉸接取末端系數(shù)φ2=2，活塞桿材料用普通碳鋼，則：材料強(qiáng)度試驗(yàn)值f=4.9×Pa，系數(shù)α=1/5000，柔性系數(shù)φ1=85，r=，因?yàn)?，所以有其臨界載荷Fk,當(dāng)安全系數(shù)n取為4時(shí)，,所以滿(mǎn)足穩(wěn)定性條件。4．液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值如下液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工況負(fù)載回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)1405.56—22.82—加速1777.3734.06—恒速702.7816.612.77277工進(jìn)2976．49827.760.075～1.263.47～58快退啟動(dòng)1405.56—21.93—加速1777.3737.53—恒速702.7820.772.884599.8工況圖如下5.由于Y軸是負(fù)載最大的，故初步將X、Z軸的缸都定為和Y軸一樣的，后面會(huì)對(duì)X、Z軸的缸進(jìn)行校核。五、制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖制訂液壓回路方案eq\o\ac(○,1)油源型式及壓力控制由計(jì)算可知，工進(jìn)與快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的流量相差不大，故可采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單定量泵供油油源和溢油閥調(diào)壓方案，如圖3-10所示。②調(diào)速回路銑床加工零件時(shí)，有順銑和逆銑兩種工作狀態(tài)，故選用單向調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路（見(jiàn)圖3-11）。③換向回路與快速運(yùn)動(dòng)回路及換接方式換向回路選用三位四通“O”型中位機(jī)能的電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)退和停止（見(jiàn)圖3-12）。采用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)連接（見(jiàn)圖3-13）。由于對(duì)換接位置的要求不高，所以采用由行程開(kāi)關(guān)發(fā)訊控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。④輔助回路在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一個(gè)過(guò)濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔（見(jiàn)圖3-14）。eq\o\ac(○,5)X軸、Y軸、夾緊缸、Z軸的回路如下圖所示。在制定各液壓回路方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所組成的液壓系統(tǒng)原理圖附表所示。由電磁鐵動(dòng)作順序表（圖中附表）容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動(dòng)路線。六．X軸、Z軸、夾緊缸負(fù)載計(jì)算1．X軸工作負(fù)載 摩擦阻力慣性負(fù)載令液壓缸機(jī)械效率為0.9.則有工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載液壓缸推力/N啟動(dòng)805894.44加速1017.941131.04快進(jìn)402.5447.22工進(jìn)2448.842720.93快退402.5447.22 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工況負(fù)載回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)894.44—14.52—加速1131.0423.56—恒速447.2212.462.77258工進(jìn)2720.93825.730.075～1.263.22～54快退啟動(dòng)894.44—13.95—加速1131.0427.45—恒速447.2216.782.884580.7進(jìn)油路壓力損失取為0.3MPa,所以此處減壓閥的壓力為3.1MPa.2.夾緊缸工作負(fù)載=800N，取工作壓力=1MPa。查得液壓缸機(jī)械效率=0.9，取為標(biāo)準(zhǔn)值D=32mm活塞桿直徑d=0.7D=0.732=22.4mm，取為標(biāo)準(zhǔn)值d=22mm進(jìn)油路壓力損失取為0.3MPa,所以此處減壓閥的壓力為1.3MPa輸入流量Q=v=0.088920dm/min=1.778L/min3.Z軸工作負(fù)載忽略摩擦力，順序閥的調(diào)定壓力=G/=1000/0.000641Pa=1.56MPa慣性負(fù)載工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載液壓缸推力/N啟動(dòng)00加速152.91169.9下降00工進(jìn)2046.342273.71快退00工況無(wú)桿腔壓力/MPa有桿腔壓力/MPa流量Q/(L/min)功率P/W計(jì)算公式下降>0 1.565.6565—工進(jìn)1.63 1.560.075~1.262.0375快上2.54 2.8845122.1進(jìn)油路壓力損失取為0.3MPa,所以此處減壓閥的壓力為2.9MPa七．選擇液壓元件1．確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率（1）液壓泵在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為3.753MPa。進(jìn)油路的壓力損失取，回路泄露系數(shù)取，則液壓泵的最高工作壓力和流量為：當(dāng)XYZ三軸同時(shí)快進(jìn)時(shí)所需流量最大，則當(dāng)XYZ三軸同時(shí)工進(jìn)時(shí)所需流量=1.26×3=3.78，而溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min,所以液壓泵最小提供流量為6.78L/min.根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)查泵的產(chǎn)品目錄，選用ＹＢ－10型定量葉片泵。（２）確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率。由工況圖表明，最大功率出現(xiàn)在Y軸快退階段，液壓泵總效率η＝0.75,則電動(dòng)機(jī)功率為：２．控制閥的選擇根據(jù)泵的工作壓力和通過(guò)各閥的實(shí)際流量，選取各元件規(guī)格，如表３所示。格表3各元件的規(guī)格序號(hào)元件名稱(chēng)通過(guò)流量/（L/min）型號(hào)規(guī)格1定量葉片泵9.519YＢ1－102先導(dǎo)式溢流閥9.5193濾油器9.5194減壓閥5單向閥6三位四通電磁換向閥7單項(xiàng)調(diào)速閥8單項(xiàng)順序閥9二位二通電磁換向閥10二位三通電磁換向閥11二位四通電磁換向閥12壓力繼電器13蓄能器14電動(dòng)機(jī)3．確定油管直徑進(jìn)出液壓缸無(wú)桿腔的流量，在快退和差動(dòng)工況時(shí)為，所以管道流量按計(jì)算。取壓油管流速，取內(nèi)徑為7m的管道。吸油管的流速，通過(guò)流量為，則，取內(nèi)徑為管道。確定管道尺寸應(yīng)與選定的液壓元件接口處的尺寸一致。4．確定油箱容積八．液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算１．壓力損失及調(diào)定壓力的確定根據(jù)計(jì)算知Y軸快退時(shí)壓力損失最大（壓力、流量相對(duì)較大）,調(diào)節(jié)調(diào)速閥的開(kāi)口大小控制液壓缸的速度為4/5m/min，此時(shí)流量為2.8845L/min，壓力為2.077MPa。則油液在進(jìn)油管中的流速為（1）沿程壓力損失首先要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為20攝氏度時(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)有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)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為和。則當(dāng)通過(guò)整個(gè)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失，因?yàn)橥ㄟ^(guò)閥的流量很小，所以整個(gè)閥的壓力損失很小，且可以忽略不計(jì)。同理，快退時(shí)回油路上的流量，則回油路管中的流速，由此可計(jì)算出，所以回油路上的沿程壓力損失（3）總的壓力損失由上面的計(jì)算所得可求出，原設(shè)，與計(jì)算結(jié)果差異不大。（4）壓力閥的調(diào)定值由前面計(jì)算可知X軸處的減壓閥調(diào)定壓力為3MPa，Z軸處的減壓閥調(diào)定壓力為2.9MPa，夾緊缸處的減壓閥調(diào)定壓力為1.3MPa。2.液壓系統(tǒng)的效率（由上面計(jì)算，）取泵的效率，液壓缸的機(jī)械效率，回路效率為：當(dāng)工進(jìn)速度為時(shí)，當(dāng)工進(jìn)速度