《液壓課程設(shè)計說明書-專用臥式銑床.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《液壓課程設(shè)計說明書-專用臥式銑床.doc（25頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

目錄 一 前言 1 1.1課程設(shè)計的目的： 1 1.2課程設(shè)計題目： 1 1.3課程設(shè)計主要完成的主要內(nèi)容： 1 二 工況分析 2 2.1負載分析 2 2.2運動分析 5 三 確定液壓缸的參數(shù) 6 3.1初選液壓缸的工作壓力 6 3.2 確定液壓缸尺寸 7 3.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值 8 3.4繪制液壓缸工況圖 10 四 擬定液壓系統(tǒng)圖 11 4.1選擇液壓回路 11 4.2 液壓原理圖 12 五 選擇液壓元件 14 5.1 選擇液壓泵和驅(qū)動電機 14 5.2 選擇控制元件 15 5.3 選用輔助元件 15 六 液壓系統(tǒng)性能驗算 17 6.1 油路中的壓力損失 17 6.2液壓系統(tǒng)的效率 18 6.3 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算 19 七 液壓缸的設(shè)計與計算 20 7.1 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 20 總結(jié) 23 參考文獻 24 一 前言 有一點點數(shù)據(jù)錯誤，要高分畫圖很重要 1.1課程設(shè)計的目的： 《液壓傳動與控制》課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學生在學完《流體力學與液壓傳動》課程之后進行的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。學生通過本課程設(shè)計能夠進一步熟悉并掌握液壓傳動與控制的基本概念、熟悉液壓元件結(jié)構(gòu)原理、熟悉液壓基本回路、掌握液壓系統(tǒng)圖的閱讀方法及基本技能、能夠綜合運用本課程及工程力學、機械設(shè)計等有關(guān)課程的知識設(shè)計一般工程設(shè)備液壓系統(tǒng)。同時，學生通過本課程設(shè)計可在以下幾方面得到訓練： ①正確進行工程運算和使用技術(shù)文件、技術(shù)資料的能力； ②掌握系統(tǒng)方案設(shè)計的一般方法； ③正確表達設(shè)計思想的方法和能力； ④綜合利用所學知識解決工程實際問題的能力。 1.2課程設(shè)計題目： 設(shè)計一臺專用臥式銑床的液壓系統(tǒng)，要求液壓系統(tǒng)完成“快進—工進—快退—停止”的工作循環(huán)。已知：銑削阻力最大為10000N，工作臺、工件和夾具的總重量為5500N，工作臺快進行程為300mm，工進行程為100mm，快進、快退速度為4.5m/min，工進速度為60—1000mm/min，加、減速時間為0.05s，工作臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。 1.3課程設(shè)計主要完成的主要內(nèi)容： 1.設(shè)計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經(jīng)濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調(diào)先進性。并非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經(jīng)濟； 2.獨立完成設(shè)計。設(shè)計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲； 3.在課程設(shè)計的過程中，要隨時復習液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考； 4.液壓傳動課程設(shè)計的題目均為中等復雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動裝置設(shè)計。具體題目由指導老師分配，題目附后； 5.液壓傳動課程設(shè)計要求學生完成以下工作： (1) 液壓系統(tǒng)原理圖1張； (2) 部件工作圖和零件工作圖若干張； (3) 設(shè)計計算說明書1份 二 工況分析 工況分析就是分析液壓執(zhí)行元件在工作工程中速度和負載的變化規(guī)律，求出工作循環(huán)中各動作階段的負載和速度的大小，并繪制負載圖和速度圖。從這兩圖中可明顯看出最大負載和最大速度值及二者所在的工況。這是確定系統(tǒng)的性能參數(shù)和執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)（結(jié)構(gòu)尺寸）的主要依據(jù)。 （a） 工況循環(huán)圖 2.1負載分析 在負載分析中，先不考慮回油腔的背壓力。因工作部件是水平放置的，重力的水平的分力為零，在運動過程的力有軸向切削力、導軌摩擦力、慣性力三種。導軌的正壓力等于動力部件的重力。 （1）工作負載 FL ： FL=10000N （2）摩擦負載 Ff ： fd=0.1 fs=0.2 靜摩擦負載： Ffs = Fn fs=55000.2=1100N 動摩擦負載： Ffd = Fnfd=55000.1=550N （3）慣性阻力Fm： Fm== 同時考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力（作為內(nèi)負載阻力，考慮計入液壓缸的機械效率，取液壓缸的機械效ηm=0.9），工作臺的液壓缸在各工況階段的負載值列于表2.1中，負載循環(huán)圖如圖2-1所示。 表2.1液壓缸在各階段的負載F和缸的推力F 工況 負載組成 負載值F 液壓缸推力F、=F/ηm 起動 F=Ffs 1100N 1222.2N 加速 F==Ffd +Fm 1391.8N 1546.4N 快進 F=Ffd 550N 611.1N 工進 F= Ffd+ FL 10550N 11722N 反向起動 F=Ffs 1100N 1222.2N 加速 F= Ffd + Fm 1391.8N 1546.4N 快退 F=Ffd 550N 611.1N 注：ηm——缸的機械效率，取ηm=0.9 圖:2.1：負載循環(huán)圖 2.2運動分析 圖2.2：速度循環(huán)圖 三 確定液壓缸的參數(shù) 3.1初選液壓缸的工作壓力 執(zhí)行元件的參數(shù)確定 表(3.1)不同負載條件下的工作壓力 負載F/N <5000 5000～10000 10000～20000 20000～30000 30000～50000 >50000 液壓缸的工作壓力/MPa <0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 5～7 表（3.2）各類機械常用的工作壓力 設(shè)備類型 機床 農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械中的輔助機構(gòu)、船舶機構(gòu) 壓力機重型機械、起重運輸機械、船舶起貨機、大中型挖掘機 磨床 車、鏜、銑 組合機床 拉床龍門刨床 工作壓力/MPa 0.8～2 2～4 3～5 <10 10～16 20～32 由表（3.2）選取工作壓力P=3.0MPa 表（3.3）液壓系統(tǒng)中背壓力的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表 回路特點 背壓力 P2/Pa 進口調(diào)速 （ 進口調(diào)速，回油腔裝背壓閥 （ 出口調(diào)速 （ 閉式回路，帶補油輔助泵 工作壓力超過25 MPa的高壓系統(tǒng) 采用內(nèi)曲線液壓馬達 3.2 確定液壓缸尺寸 3.2.1液壓缸內(nèi)徑與活塞直徑 由于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止車銑時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表上章（2.4）選擇背壓為P2=0.5MPa。 工進時液壓缸的推力公式為： F/ηm =P1A1-P2A2= P1A1-P2A2 式中： F————負載力 P1————液壓缸無桿腔壓力 P2————液壓缸有桿腔壓力 A1————液壓缸無桿腔有效作用面積 A2=————液壓缸有桿腔有效作用面積 ηm————液壓缸機械效率 根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積A1 為： A1 10-6 =10550{（3.0- ）0.9106}=4.2810-3 m2 D== 73.9 mm 由于液壓缸采用差動連接，故： 按GB/T2348-2001將直徑元整成就進標準值 D=80mm d=56 mm 根據(jù)整圓后的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑，可得到液壓缸有桿腔和無桿腔的實際工作有效面積： A1=πD2/4=50.26cm2 A2=π(D2-d2)/4=26cm2 3.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值 根據(jù)液壓缸的負載循環(huán)圖及液壓缸的有效工作面積，可以計算出液壓缸在工作循環(huán)各個階段的壓力、流量和功率。當液壓缸做差動連接快進時，由于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔的壓力必須大于無桿腔中的壓力，此處選管路壓力損失 =0.5MP,則有桿腔壓力為P1= P2+= P1+0.5。液壓缸工進時回油腔中的被壓P2=0.5MPa，快退時回油腔中背壓為P1=0.5MP。 表3.3 液壓缸工作循環(huán)各階段壓力、流量和功率計算表 工況 推力 F/N 回油腔壓力P2/MPa 進油腔壓力P1/MPa 輸入流量 輸入功率 計算公式 快進 啟動 1222.2 0 1.07 — - 加速 1546.4 △P=0.5 1.21 — - 恒速 611.1 0.81 10.68 0.14 工進 11722 0.5 2.38 5.24 0.21 快退 啟動 1222.2 0 0.46 — - 加速 1546.4 0.5 1.53 — - 恒速 611.1 1.17 13.25 0.26 3.4繪制液壓缸工況圖 根據(jù)上述液壓缸中各個階段的壓力、流量和功率的計算結(jié)果，可繪制液壓缸的工況圖。 圖3.1液壓缸工況圖 四 擬定液壓系統(tǒng)圖 4.1選擇液壓回路 (1)選擇油源形式 由工況圖（3.1）可知，該液壓系統(tǒng)在快進和快退時，所需要的流量比較大，而且比較相近，在工進時所需流量較小，所以從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。但前者流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實現(xiàn)快速運動，最后確定選用雙聯(lián)定量葉片泵方案。 (2)選擇調(diào)速回路 由工況圖（3.2）可知，這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑完工件時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。 (3)速度換接回路 由于快進和工進之間速度需要換接，但換接的位置要求不高，故快進時采用在回油路加二位三通電磁換向閥和與在進油路上的調(diào)速閥上并聯(lián)一個二位二通電磁換向閥實現(xiàn)差動連接。該連接方式能在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓元件的運動速度，實現(xiàn)速度的平穩(wěn)接換。 4.2 液壓原理圖 圖4.1液壓系統(tǒng)原理圖 1—定量葉片泵 2—背壓閥 3—溢流閥 4—三位四通電磁換向閥 5—二位二通電磁換向閥 6—調(diào)速閥 7—二位三通電磁換向閥 8—液壓缸 9—濾油器 系統(tǒng)各個階段的工作狀態(tài)： 1.快進 按下啟動按鈕，電磁鐵2YA和電磁鐵3YA得電，電磁鐵4YA不得電（入如圖所示狀態(tài)），此時從液壓缸右腔流出來的油液經(jīng)油管路又流回液壓缸左腔，形成差動連接。 油路：定量泵1——換向閥4（左位）——換向閥5（右位）液壓缸左腔——液壓缸右腔——換向閥7（左位）——液壓缸左缸(形成差動連接) 2．工進 當銑刀運動到預(yù)定的位置時，電磁鐵3 YA與電磁閥4YA將會得電，換向閥5與換向閥7則自動換向，此時系統(tǒng)的壓力上升，速度降低。 油路：定量泵1——換向閥4（左位）——調(diào)速閥6——液壓缸8——換向閥7（右位）——換向閥4（左位）——背壓閥2——油箱 3.快退 當銑刀完成工進，運動到預(yù)定的位置時，電磁鐵1YA與電磁鐵3YA得電，換向閥4與換向閥5自動換向，此時系統(tǒng)的油壓又減低，速度增加。 油路：定量泵1——換向閥4（右位）——換向閥7（右位）——液壓缸8——換向閥5（右位）——背壓閥2——油箱 4.停止 當銑刀完成快退，運動預(yù)定位置時，電磁鐵1YA再次得電，換向閥4自動換向，此時油路不通。 油路:定量泵1——溢流閥3——油箱 五 選擇液壓元件 5.1 選擇液壓泵和驅(qū)動電機 5.1.1確定液壓泵的工作壓力 液壓泵工作壓力計算。 由工況圖（3.2）可知，最大工作壓力為P1=2.38MPa，因油路比較簡單，故初步估計壓力損失取=0.5MPa。 Pp1 = p1+△p=2.38+0.3=2.88 MPa 5.1.2確定液壓泵的流量 由工況圖（3.1）可知，液壓缸所需要的最大流量為13.25L/min，取泄漏折算系數(shù)K=1.1,則液壓泵的最大總流量為 qp =kqmax =1.113.25=14.575 L/min 5.1.3液壓泵規(guī)格的確定。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力P1 和液壓泵的流量Qp ，查閱機械手冊，選擇YB1-10/10 型的雙聯(lián)動葉片泵。 泵的型號 排量ml/min 公稱壓力 MPa 轉(zhuǎn)速 r/min YB1-10/10 10 6.3 960 注: η＝0.75. 5.1.4確定驅(qū)動電動機的功率 由工況圖（3.1）可知，液壓缸的最大功率Pmax =0.26KW,出現(xiàn)在快退時期，此時液壓泵輸出壓力為2.88 MPa,流量為20L/min。取泵的效率η＝0.75，則電動機所需要的功率為： P===1.28 KW 查液壓設(shè)計手冊，選擇型號為Y132S-6的三相異步電動機。 5.2 選擇控制元件 序號 元件名稱 額定流量L/min 額定壓力MPa 型號規(guī)格 1 定量葉片泵 19.2 6.3 YB1-10/10 2 背壓閥 63 6.3 YF3-10B 3 溢流閥 63 6.3 YF3-10B 4 三位四通電磁閥 40 31.5 34B-H10B-T 5 二位二通電磁閥 40 31.5 22B-H10B-T 6 調(diào)速閥 16 31.5 2FRM1021/16L 7 二位三通電磁閥 40 23EY-10HB 8 濾油器 25 YFX-25X80 表（5.1）液壓元件一覽表 5.3 選用輔助元件 5.3.1選擇濾油器 查《液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊》表5-38，根據(jù)泵的額定流量、壓力和過濾精度，選用YLX-25X80過濾器。 5.3.2選擇油箱容量 初步設(shè)計，按經(jīng)驗公式確定，由下表（5.4）取系數(shù)k=5。 V=kq=519.2=96L=9610-3 (m3) 表（5.4）經(jīng)驗系數(shù)a 系數(shù)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械 a 1～2 2～4 5～7 6～12 10 根據(jù)《液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊》表20-1-9，可取油箱的容積V=96L，管道尺寸由選定的標準元件連接口尺寸確定。 5.3.3選擇管道尺寸 各元件間連接管道的規(guī)格按原件接口尺寸決定，液壓缸則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，如下表所示。 表（5.2） 流量、速度 快進 工進 快退 輸入流量L/min q1=(A1qp)/(A1-A2`) ==30.19 q1=2.38 q1=qp=14.575 排出流量L/min q2=(A2q1)/A1 =16.26 q2=(A2q1)/A1 =1.25 q2=(A1q1)/A2 =27.64 根據(jù)下表（5.3）中的數(shù)值，當油液在壓油管中的流速取3m/min，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑為： d1≥2=2mm=14.76mm 取d1 =15mm d2≥2=2mm=10.16mm 取d2 =10mm 油管均為無縫鋼管。 表（5.3）允許流速的推薦值 管道 推薦流速/(m/s) 液壓泵吸油管道 0.5～1.5一般取1一下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小，取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 管道壁厚：查液壓設(shè)計手冊表30.1-4得 進油管壁厚1=2mm 出油管壁厚2=1.6mm 故應(yīng)選用d=15mm，=2mm，鋼管外徑D=22mm和d=10mm，=1.6mm，鋼管外徑D=18mm的油管，且管接頭聯(lián)接螺紋為M221.5和M181.5。 六 液壓系統(tǒng)性能驗算 6.1 油路中的壓力損失 回路壓力損失計算應(yīng)在管道布置圖完成后進行，必須知道管道的長度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=15mm,長度在管道布置圖未完成前暫按進油管、回油管均為L=2m估算。油液運動粘度取v=1.510-4 m2/s。 在此設(shè)計中主要驗算工進和快退工況時的壓力損失。 6.1.1 工進時壓力損失 工進時進油管中的流態(tài)為層流，即： Re=4q1/()=42.3810-3/(10-310-4)=22.46 故進油管的沿程壓力損失為： L= 取管道局部損失： 油液經(jīng)三位四通電磁換向閥的壓力損失按下表計算： （Pa） 工進時進油路總壓力損失： =+p+∑△pv=1.4310-3 （pa） 工進時回油路總壓力損失（按上述方法計算）： =+p+∑△pv=2.8310-3 （pa） 整個回路的壓力損失為： ∑△pv =+（A2/A1）=6.7910-3 （pa） 實際損失略大于估算值 6.1.2 快退時壓力損失 按上述方法計算快退時進油路總壓力損失： =+p+∑△pv=1.0310-3 （pa） 按上述方法計算快退時退油路總壓力損失： =+p+∑△pv=2.2310-3 （pa） 整個回路的壓力損失為： ∑△pv =+（A2/A1）=5.2510-3 （pa） 實際損失略大于估算值。 6.2液壓系統(tǒng)的效率 由于在整個工作循環(huán)中，工進占用時間最長。因此，系統(tǒng)的效率可以用工進時的情況來計算。工進速度為，查表3.3可知液壓缸的輸出功率為 液壓泵的輸出功率： 工進時液壓回路效率： 液壓系統(tǒng)效率,取液壓泵效率，液壓缸效率取，于是 6.3 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算 6.3.1液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計算 工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間幾乎占據(jù)整個工作循環(huán)周期，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進時的情況來計算。 工進時液壓缸的有效功率為 PO=Fv= kW=0.195 Kw 液壓泵的輸入總功率 Pi=0.32Kw 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量 Hi=Pi-Po=(0.32-0.195)Kw=0.125kW 油液溫升的近似值 T=(0.125103)/ ℃=3.15℃ 溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設(shè)置冷卻器。 七 液壓缸的設(shè)計與計算 7.1 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 7.1.1 活塞桿參數(shù) （1）活塞桿外徑d 計算可知活塞桿外徑d=56mm。 （2）活塞桿直徑校核 活塞桿材料選用45鋼，其，取安全系數(shù)為n=2.0，則： 實際d=56mm，故校核安全。 （3）活塞寬度B 根據(jù)公式B=（0.6～1）D=48～80mm，選取B=56mm。 查液壓設(shè)計手冊表26.2-1確定O型密封圈d2=2.650.09（mm） （4）活塞桿導向套滑動面長度A 已知擋D>80mm時，取A=（0.6～1.5）d=66～165mm，選取 A=70mm 7.1.2 缸體參數(shù) （1)液壓缸最小導向長度H H≥L/20+D/2=542/20+80/2=67.1mm (2)缸筒壁厚 根據(jù)《液壓傳動設(shè)計手冊》缸筒選用20號鋼，，取安全系數(shù)n=5。 所以選用壁厚 3mm 查《液壓工程手冊》表23.3-2得 缸筒外徑 （4）缸筒底厚 底部采用平底型，材料為ZG230-450， 取 （5）缸筒法蘭頭部厚度 缸筒頭部采用法蘭連接，易加工拆卸，材料為45鋼，，安全系數(shù)n=2.5，則 查表26.3-3確定V型密封圈尺寸 查表26.3-2確定O型密封圈尺寸1.280.08（mm） （6）液壓缸蓋固定螺栓直徑校核 查《機械設(shè)計手冊》表2-12-1取螺栓為M6，螺紋長度l為15mm。 （7）缸筒長度 缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)來確定，即 l—活塞的最大工作行程，即l=400mm; B—活塞寬度，一般為（0.6~1）D，取B=56mm; A —活塞桿導向長度,取A=72mm； M—活塞桿密封長度，取M=30mm； C—其他長度； 由于一般缸筒的長度最好不超過內(nèi)徑的20倍，即L1600mm，所以此處取缸筒長度L=542mm。 總結(jié) 通過這段時間的設(shè)計，認識到我們還有很多知識的盲點和漏洞，理論知識和實踐的差距。所以說通過這次設(shè)計我深刻的認識到理論聯(lián)系實際的能力還需提高。 液壓系統(tǒng)是以電機提供動力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作。完成各種設(shè)備不同的動作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學生學習和親手設(shè)計一個簡單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。 本次設(shè)計涉及了液壓傳動大部分知識，還有就是CAD畫圖和word文檔的處理，也使我們很好的將課本上的知識與實際運用結(jié)合起來，收獲頗多。最后，真誠的感謝吳老師對我們指導和耐心的講解分析。 參考文獻 [1] 李兵，黃方平.主編. 液壓與氣壓傳動. 武漢.華中科技大學出版社.2012.6 [2] 成大先. 主編.機械設(shè)計手冊單行——本機械傳動. 化學工業(yè)出版社 2004.1 [3] 何玉林，沈榮輝，賀元成.主編.機械制圖. 重慶大學出版社.2000.8 [4] 路甬祥主編.液壓氣動技術(shù)手冊.北京.機械工業(yè)出版社.2002 [5] 雷天覺主編.液壓工程手冊.北京.機械工業(yè)出版社.1990 [6] 王積偉，章宏甲，黃誼.主編. 液壓傳動. 機械工業(yè)出版社.2006.12 [7] 薛廣紅，李曉梅.主編.機械制圖.武漢.華中科技大學出版社，2012.9 [8] 孫德志，張偉華，鄧子龍.主編. 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計. 武漢.華中科技大學出版社，2012.9