全液壓齒輪淬火機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含6張CAD圖,液壓,齒輪,淬火,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad 目錄 第一章 緒論 第二章 設(shè)計(jì)要求及工況分析 2.1 設(shè)計(jì)題目 2.2 設(shè)計(jì)要求 2.3 工況分析 2.4 初定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 2.5 計(jì)算液壓缸工作循環(huán)各階段的流量，壓力和效率 第三章 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 3.1 提速回路的選擇 3.2 換向回路和速度換接回路的選擇 3.3 壓力控制回路的選擇 3.4 行程終點(diǎn)的控制方式 3.5 液壓系統(tǒng)原理圖 第四章 液壓元件的計(jì)算與選擇 4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率 4.2 閥類元件和輔助元件的選擇 4.3 管路的選擇 4.4 油箱容積的確定 結(jié)論 - 20 - 第一章 緒論 液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)為壓力，推動(dòng)液壓油。通過(guò)控制各種閥門(mén)改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程，不同方向的動(dòng)作，完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，它除了應(yīng)符合主機(jī)動(dòng)作循環(huán)和靜、動(dòng)態(tài)性能等方面的要求外，還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、效率高、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)型好、使用維護(hù)方便等條件。 液壓系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門(mén)及農(nóng)林牧漁等許多部門(mén)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分越多。所以，像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。 第二章 設(shè)計(jì)要求及工況分析 2.1 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)一臺(tái)全液壓齒輪淬火機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作臺(tái)要求完成快進(jìn)——淬火進(jìn)給—— 快退——停止等自動(dòng)循環(huán)，工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌，主要性能參數(shù)見(jiàn)下表。 負(fù)載力 （N） 工作臺(tái)重量（N） 工件及夾具重量（N） 行程（mm） 速度（m/min） 啟動(dòng)時(shí)間（S） 靜摩擦系數(shù)fs 動(dòng)摩擦系數(shù)fd 快進(jìn) 工進(jìn) 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 5000 2000 1000 200 100 7 0.5 7 0.5 0.3 0.2 2.2 設(shè)計(jì)要求 （1） 液壓系統(tǒng)工作要求的明確和工況分析（負(fù)載循環(huán)圖、速度循圖）。 （2） 液壓原理圖的擬定。 （3） 主要液壓原件的設(shè)計(jì)計(jì)算（例油缸、油箱）和液壓原件，輔助裝置的選擇。 （4） 液壓系統(tǒng)性能的校核。 （5） 繪制液壓系統(tǒng)圖（包括電磁鐵動(dòng)作順序表、工作循環(huán)圖、液壓原件名稱）一張。 （6） 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（5000字）。 2.3 工況分析 （1）負(fù)載分析 ①切削阻力 工作負(fù)載既為切削力FL =5000N ②摩擦阻力 Fg=2000+1000=2410N Ffs=Fg×fs=2410×0.3=482N Ffd=Fg×fd=2410×0.2=241N ③慣性阻力 Fm=ma=×=×=69N ④重力負(fù)載Fg 因工作部件是臥式安裝，故重力阻力為零，即Fg=0. ⑤密封阻力負(fù)載Fs 將密封阻力考慮在液壓缸的機(jī)械效率中去，取液壓缸機(jī)械效率 ηm=0.9 ⑥背壓阻力負(fù)載Fb 背壓力Fb由表2.3選取，背壓阻力Fb無(wú)法進(jìn)行計(jì)算，只能先按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取一個(gè)數(shù)值，在系統(tǒng)方案確定后再進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)上述分析可算出液壓缸在各動(dòng)作階段中的負(fù)載如表2.1 表2.1 液壓缸各動(dòng)作階段中的負(fù)載 工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載F(N) 液壓缸推力F/ηm (N) 啟動(dòng) F=Ffs 482 536 加速 F=Ffd+Fm 343 381 快進(jìn) F=Ffd 241 268 工進(jìn) F=FL+Ffd 3341 3712 快退 F=Ffd 241 268 (2)負(fù)載圖、速度圖 快進(jìn)速度V1與快退速度V3相等，即V1=V3=7m/min,行程分別為L(zhǎng)1=200mm.L3=300mm；工進(jìn)速度V2=0.5m/min,行程L2=100mm。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和表2.1中的數(shù)值繪制液壓缸的F-L負(fù)載圖和V-L速度圖，如圖所示 2.4 初定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 （1）初選液壓缸的工作壓力p1 淬火機(jī)的最大負(fù)載F=4181N，根據(jù)下表2.2可得： 表2.2 按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力 載荷/kN <5 5～10 10～20 20～30 30～50 >50 工作壓力（MPa） 0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 5～7 初選液壓缸的工作壓力 p1=1MPa (2)計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 因機(jī)床要求滑臺(tái)快進(jìn)與快退速度相同，即V1=V3，故選用單桿式液壓缸，使A1=2A2，于是d=0.707D，且快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。 考慮到淬火機(jī)可能受到負(fù)值負(fù)載，所以回油路中應(yīng)有背壓，由表2.3暫取背壓pB=p2=0.8MPa。 表2.3 液壓缸的背壓阻力 系統(tǒng)類型 背壓阻力/MPa 中低壓系統(tǒng)或請(qǐng)?jiān)诠?jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 回油路帶調(diào)速閥或背壓閥的系統(tǒng) 0.5～1.5 采用輔助泵補(bǔ)油的閉式油路系統(tǒng) 1～1.5 采用多路閥的復(fù)雜的忠告系統(tǒng) 1.2～3 快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接 p1A1=p2A2+F,A1=2A2 A1= ==6.1867×10-3m2 則液壓缸內(nèi)徑D為： D===0.08875m 根據(jù)無(wú)桿腔面積和有桿腔面積關(guān)系式A1=2A2，可求得液壓缸活塞直徑d為： d==0.707D=0.707×0.08875=0.06275m 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993,將液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)值為： D=90mm、d=63mm 由D、d可求得液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的實(shí)際有效工作面積分別為 無(wú)桿腔面積 A1= ==6.36×10-3m2 有桿腔面積 A2= ==3.24×10-3m2 當(dāng)按照最低工進(jìn)時(shí)的速度驗(yàn)算液壓缸的尺寸時(shí)，查得調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為qmin=0.05L/min，且液壓缸的工進(jìn)速度V2=0.5m/min,則： =0.5×10-3 m2 < A1=6.36×10-3m2 故滿足最低速度要求。 2.5 計(jì)算液壓缸工作循環(huán)各階段的流量、壓力和功率。 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖及液壓缸的有效工作面積，可計(jì)算出液壓缸在工作循環(huán)各階段的流量、壓力和功率。當(dāng)液壓缸做差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，由于管路中有壓力損失，，液壓缸的有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，此處選壓力損失Δp=0.5MPa，則有桿腔壓力為p2=p1+Δp。液壓缸工進(jìn)時(shí)回油腔的背壓力p2=0.8MPa，快退時(shí)回油腔中的背壓力為 p1=0.5MPa。 ① 液壓缸差動(dòng)快進(jìn)時(shí)無(wú)桿腔進(jìn)油壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分別為： p2=p1+Δp p1A1=(p1+Δp)A2+F p1啟動(dòng)===0.69MPa p1加速===0.64Mpa p1快進(jìn)===0.61MPa q=V(A1-A2)=5×(6.36×10-3-3.24×10-3) ×103=15.6L/min P=p1快進(jìn)q=0.61×106×15.6×10-3/60=158.6W p2=p1快進(jìn)+Δp=0.61MPa＋0.5MPa=1.382MPa ② 液壓桿工進(jìn)階段時(shí)進(jìn)油壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力為： p1A1=p2A2+F p1===0.99MPa q=A1V2=6.36×10-3×0.5×103=0.636L/min P=p1q=0.99×106×0.636×10-3/60=10.494W P2=0.8MPa ③ 液壓缸快退時(shí)無(wú)桿腔壓力、輸入流量、輸入功率和有桿腔壓力分布為： p1=0.5MPa p2A2=p1A1+F P2啟動(dòng)===1.15MPa P2加速===1.10Mpa p2快退===1.06MPa q=A2V3=3.24×10-3×5×103=16.2L/min P=p2快退q=1.06×106×16.2×10-3/60=286.2W 表2.4 液壓缸工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率 工況 負(fù)載 F/N 進(jìn)油腔壓力 輸入流量 q/ 輸入功率 P/kW 快進(jìn) (差動(dòng)) 啟動(dòng) 536 0.69 — — 加速 381 0.64 — — 快進(jìn) 268 0.61 15.6 158.6 工進(jìn) 3712 0.99 0.636 10.494 快退 啟動(dòng) 536 1.15 — — 加速 381 1.10 — — 快退 268 1.06 16.2 286.2 根據(jù)上表液壓缸的各個(gè)工作階段的壓力、流量和功率，可繪制液壓缸的工況圖。 如圖所示 第三章 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 根據(jù)淬火機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，該機(jī)床對(duì)調(diào)整范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題，速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。 3.1 調(diào)速回路的選擇 本機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性，故采用調(diào)速閥調(diào)速。本系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出；連續(xù)加工，切削力變化不大，而且是正負(fù)載，在其它條件相同的情況下，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速比出口節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度，故本機(jī)床液壓系統(tǒng)采用調(diào)速閥式進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，為防止工作時(shí)發(fā)生前沖，在回油路上應(yīng)加背壓閥。由于機(jī)床液壓系統(tǒng)采用了進(jìn)口節(jié)流調(diào)速形式，故液壓回路的結(jié)構(gòu)形式是開(kāi)式循環(huán)回路。 由上表2.4和圖2.2液壓工的工況圖中的壓力-位移曲線和流量-位移曲線知，液壓系統(tǒng)的工作主要為低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段組成，若采用兩個(gè)單獨(dú)的定量泵，顯然會(huì)增大系統(tǒng)的功率損失、使效率降低。針對(duì)這一情況，為了提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，供油方式采用雙泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供油。 3.2 換向回路和速度換接回路的選擇 本系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不是很高，所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路。為便于差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向閥；為了便于調(diào)整和增設(shè)液壓夾緊支路，選用Y型中位機(jī)能。 由液壓缸工況圖中的流量-位移曲線可知，當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由15.6L/min降為0.636L/min，速度變化大，故選用二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少液壓沖擊。同時(shí)，由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。 3.3 壓力控制回路的選擇 由于采用雙泵供油回路進(jìn)行調(diào)壓和卸荷，故采用液控順序閥對(duì)低壓大流量泵進(jìn)行卸荷，采用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔的進(jìn)口設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)。 3.4行程終點(diǎn)的控制方式 為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，此處采用擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制方式。 3.5液壓系統(tǒng)原理圖 將上述所選定的液壓基本回路進(jìn)行組合，同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行必要的修改和調(diào)整，最后畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖。 1-雙聯(lián)葉片泵;2-溢流閥;3-4,8-單向閥;5-三位五通電磁換向閥;6-壓力繼電器;7-單向行程調(diào)速閥;9-背壓閥;10-外控順序閥;13-濾油器 第4章 液壓元件的計(jì)算與選擇 液壓元件的計(jì)算主要是計(jì)算元件的工作壓力和流量，此外還包括電機(jī)的功率和油箱容量的計(jì)算。而在選擇液壓元件是盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，只有在特殊的情況下才設(shè)計(jì)專用元件。 4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率 （1）液壓泵工作壓力的計(jì)算 ①確定小流量液壓泵的工作壓力pp1 小流量液壓泵在快進(jìn)、快退和工進(jìn)時(shí)都向系統(tǒng)供油，根據(jù)表2.4或液壓缸工況圖2.2可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為p1=1.15MPa，在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，進(jìn)油路上的壓力損失可由表2.3取值，取壓力損失Δp=1MPa 則小流量液壓泵的最高工作壓力為： pp1=p1+Δp=1.15+1=2.15MPa ②確定大流量泵的工作壓力pp2 大流量泵只在快進(jìn)、快退向系統(tǒng)供油，根據(jù)表2.4或液壓缸工況圖2.2可知，系統(tǒng)快退時(shí)的最大工作壓力為p2=1.15MPa，此時(shí)壓力油不通過(guò)調(diào)速閥，此時(shí)Δp=0.5MPa，則大流量液壓泵的最高工作壓力為： pp2=p2+Δp=1.15+0.5=1.65MPa ③液壓泵的額定壓力pr pr≥1.25×2.15=2.6875MPa (2)液壓泵流量的計(jì)算 由表2.4或液壓缸工況圖2.2可知，快進(jìn)快退時(shí)油液向液壓缸輸入的最大流量為16.2L/min，若取回路泄露折算系數(shù)為K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為qp=1.1×16.2=17.82L/min. 工進(jìn)時(shí)的流量為0.636L/min. 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點(diǎn)，尚需加上溢流閥穩(wěn)定工作的最小溢流量，一般取為3L/min，所以小流量泵的流量為： qp1=3×1.1+0.636=3.936 L/min 則大流量泵的流量為qp2=qp-qp1=17.82-3.936=13.884L/min. ⑶液壓泵規(guī)格的確定 根據(jù)上述計(jì)算的液壓泵的最高工作壓力和流量，查閱產(chǎn)品樣本，選擇小泵的排量為V1=6.3mL/r ,大泵的排量為V2=20mL/r 的YB1型雙聯(lián)葉片泵,其額定轉(zhuǎn)速為n=960r/min,容積效率為0.95,額定壓力為6.3MPa. 小泵的額定流量為:qp3=V1nηpv=6.3×10-3×960×0.95=5.472L/min;大泵的額定流量為:qp4=V2nηpv=20×10-3×960×0.95=18.240L/min >17.82L/min；雙聯(lián)葉片泵的額定流量為qp=qp3+qp4=5.472L/min+18.240L/min =23.712L/min>17.82L/min。 滿足了設(shè)計(jì)要求。 故本系統(tǒng)選用的液壓泵為YB1-4/16型雙聯(lián)葉片泵。 ⑷液壓泵電機(jī)功率的確定 根據(jù)液壓工況圖可知，液壓缸快退時(shí)的功率最大，故按照快退工作階段估算電機(jī)的功率。若取快退時(shí)進(jìn)油路的壓力損失為∑Δp=0.5MPa，液壓泵的總效率為ηp=0.855，則電機(jī)所需功率為： Pp===762.7W 查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本（見(jiàn)下圖） 選用Y80M2-2型異步電動(dòng)機(jī)，P=1.1kW,n=2825r/min，η=0.77 4.2閥類元件和輔助元件的選擇 根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算分析液壓泵的工作壓力和通過(guò)各閥的實(shí)際流量，選擇出各閥的規(guī)格下表所示。 序號(hào) 元件名稱 最大通過(guò)流量（L/min） 型號(hào) 1 雙聯(lián)葉片泵 23.712 YB1-6.3/20 2 溢流閥 5.472 Y-10B 3 單向閥 18.240 I-25B 4 單向閥 5.472 I-10B 5 三位五通電磁換向閥 47.424 34E-63B 6 壓力繼電器 — DP-40B 7 單向行程 換向閥 47.424、23.712 0.636 QC11-63B 8 單向閥 9.12 I-25B 9 背壓閥 0.156 B-10B 10 外控順序閥 14.748 XY-25B 11 壓力表 — Y-100 12 壓力表開(kāi)關(guān) — KF3-E3B 13 濾油器 23.712 WU-40×180 4.3管路的選擇 油管的內(nèi)徑一般參考所選擇的液壓元件的油口尺寸進(jìn)行確定，也可按照管路允許的流速來(lái)進(jìn)行計(jì)算。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)、快退時(shí)，油管內(nèi)的通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的2倍，即為47.4L/min，則液壓缸的進(jìn)、出油管直徑d按照產(chǎn)品樣本，取管路直徑d=?24mm，故可選用直徑?24mm的無(wú)縫鋼管。且進(jìn)、出油管長(zhǎng)度l均為l=2m。 4.4油箱容積的確定 對(duì)于低壓系統(tǒng)，油箱容量V等于2~4倍液壓泵的容量；對(duì)于中壓系統(tǒng)，油箱容量等于5~7倍液壓泵的流量；對(duì)于高壓系統(tǒng)，油箱的容量等于6~12倍液壓泵的容量。 本系統(tǒng)采用中壓系統(tǒng)，故油箱容量為5~7倍的液壓泵的流量，此處取7倍，則油箱的容積為V=723.712=165.984L，取液壓泵站油箱的公稱容量V=200L。 結(jié)論 全液壓齒輪淬火機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)總共耗時(shí)5天，期間，認(rèn)識(shí)到自己的很多不足，自己知識(shí)有很多盲點(diǎn)和漏洞，知識(shí)和實(shí)踐的差距很大，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，深刻的認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的必要性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了一些困難，但是 通過(guò)和同學(xué)的討論和上網(wǎng)查找資料和查閱有關(guān)書(shū)籍，還是將這些難題解決了，那種成就感時(shí)無(wú)法言語(yǔ)的。本次設(shè)計(jì)涉及了液壓傳動(dòng)的大部分知識(shí)還有就是CAD作圖和word文檔的應(yīng)用能力。 這樣的一次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我們這些還未正式步入社會(huì)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是很有意義的，為我們將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來(lái)的工作提供了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)：《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧與禁忌》 韓桂華 主編 《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 《新編銑工計(jì)算手冊(cè)》 劉承啟 主編 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法》機(jī)械工業(yè)出版社