液壓實驗臺系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書

 三  江  學(xué)  院  本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）   題     目    液壓實驗臺系統(tǒng)設(shè)計                                            高職         院（系）       機(jī)械設(shè)計及自動化            專業(yè)  學(xué)生姓名       孫中贊      學(xué)號     G105152032            指導(dǎo)教師      陳本德        職稱       講師            指導(dǎo)教師工作單位          三江學(xué)院                      起訖 日期                                           目錄  第一章  緒論   1.1課題背景及其意義   1.2 機(jī)電一體化實驗臺概述  1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r  1.4 課題研究的主要內(nèi)容   第二章  設(shè)計任務(wù)的主要方案   2.1 本課題將要完成的主要任務(wù)   2.2 本課題的關(guān)鍵問題及技術(shù)路線   2.2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟   2.2.2 液壓執(zhí)行器設(shè)計壓力的選取   2.2.3 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖  第三章  液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計   3.1 執(zhí)行元件類型   3.2 系統(tǒng) 壓力的初步確定   3.3 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)   3.3.1 液壓缸內(nèi)徑與活塞桿外徑   3.3.2 刀具庫旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的選擇   3.3.3活塞桿的強(qiáng)度計算和穩(wěn)定性校核   3.3.4 液壓缸壁厚，最小導(dǎo)向長度計算   3.3.5 液壓缸的流量計算  3.4 夾具液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計  3.4.1 缸筒與缸蓋   3.4.2 活塞與活塞桿   3.4.3 緩沖裝置  3.4.4 排氣裝置   3.4.5 密封裝置   第四章  液壓系統(tǒng)的設(shè)計分析   4.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖  4.1.1 速度控制回路的選擇  4.1.2 換向回路的 選擇   4.1.3 壓力控制回路的選擇  4.2 液壓元件的選取    4.2.1 液壓泵的選擇    4.2.2 液壓閥的選擇   4.2.3 電機(jī)的選擇   4.2.4 管件的選擇   4.2.5 油箱的設(shè)計計算   4.2.6 液壓油的選擇   第五章   液壓泵站與液壓集成塊  5.1 液壓泵站   5.1.1 液壓泵站的組成及分類   5.1.2 液壓泵站的選擇   5.2 液壓集成塊  5.2.1 塊體的結(jié)構(gòu)   5.2.2 集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定   5.2.3集成塊的加工   第六章  結(jié)論   致謝   參考文獻(xiàn)                            第一章  緒論  1.1課題背景及其意義  機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)， 英文 稱為 Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics 的前半部分與電子學(xué) Electronics 的后半部分組合而成 的單詞 。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在 1971 年日本雜志機(jī)械設(shè)計的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用 ,機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機(jī) 器有了人性化，智能化。  20 世紀(jì) 90 年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。  機(jī)電一體化主要研究目的是把機(jī)械技術(shù)與微電子 技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合為一體，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化。機(jī)電一體化可以充分發(fā)揮機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各自的長處和特點(diǎn)，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。機(jī)械電子學(xué)系統(tǒng)主要由機(jī)械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應(yīng)的軟件 ,利用軟件技術(shù)可以實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能 ,使機(jī)械系統(tǒng)增加柔性。典型的機(jī)械電子系統(tǒng)有數(shù)控機(jī)床、加工中心、工業(yè)機(jī)器人等。機(jī)械電子學(xué)技術(shù)除用于單個機(jī)器、設(shè)備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造之外，還用于柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、工廠自動化、辦公自動化、家庭自 動化等方面 。 17 1.2 機(jī)電一體化實驗臺 概述  實驗是科學(xué)研究與探索的重要手段，也是學(xué)生掌握知識和基本技能的重要環(huán)節(jié)。為培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)、電、液一定的理論知識和較強(qiáng)的實踐技能；具有機(jī)械加工設(shè)備的初步操作技能和數(shù)控加工、數(shù)控編程的能力；具備從事機(jī)電技術(shù)必需的理論知識和綜合職業(yè)能力的機(jī)電設(shè)備、自動化設(shè)備和生產(chǎn)線的運(yùn)行與維護(hù)人員，并具有設(shè)備改造能力的高等技術(shù)綜合性應(yīng)用型人才。能在機(jī)電設(shè)備制造企業(yè)、從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)、企業(yè)與車間生產(chǎn)技術(shù)管理等工作，以及機(jī)電一體化設(shè)備 的安裝、調(diào)試、維修、銷售及管理；普通機(jī)床的數(shù) 控化改裝等 15。其中，機(jī)電一體化實驗設(shè)備發(fā)揮了極其重要的作用，并得到了廣泛應(yīng)用。如 HJD-4型機(jī)電一體化教學(xué)實驗設(shè)備。  機(jī)電一體化實驗內(nèi)容涉及機(jī)械、電氣、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、液壓等方面技術(shù)，覆蓋面廣，綜合性強(qiáng)。各功能部件敞開性好，有利于加深學(xué)生的感性認(rèn)識。通過多個模塊，靈活組成各種系統(tǒng)。實驗過程接近實際機(jī)電產(chǎn)品的組裝調(diào)試過程，實戰(zhàn)性強(qiáng)。  學(xué)生可根據(jù)自己的構(gòu)思進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。為機(jī)電類本科生、專科生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及課外創(chuàng)新設(shè)計提供條件。同時為教師和相關(guān)技術(shù)人員從事機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)提供實驗平臺，  培訓(xùn)機(jī)電一 體化系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計的工程技術(shù)人才，為企業(yè)培養(yǎng)機(jī)電一體化設(shè)備的維護(hù)管理人員。  1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r  機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段： (1)20世紀(jì) 60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié) 合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。 (2)20世紀(jì) 70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期，計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個時期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到 20世紀(jì) 80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn) ；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展 ；各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。 (3)20世紀(jì) 90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。  我國是從 20世紀(jì) 80年代初才開始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“ 863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和 2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶 來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作， 取得了一定成果。但與日本等 一些 先進(jìn)國家相比，仍有相當(dāng) 大的 差距 ，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套 合理實用的技術(shù)和產(chǎn)品 。  1.4 課題 研究的 主要 內(nèi)容  1）了解機(jī)電一體化實驗臺工作過程和原理及控制系統(tǒng)設(shè)計計算方法；  2）詳細(xì)設(shè)計實驗臺液壓傳動系統(tǒng)；  3）通過設(shè)計、計算，選擇來實現(xiàn)實驗臺的整個液壓系統(tǒng)作用。  1.5 本章小結(jié)  本章內(nèi)容首先介紹了機(jī)電一體化的應(yīng)用，分析了 當(dāng)今 社會對 這方面的 需求，然后簡要介紹了本設(shè)計的 主旨 。在日新月異的今天，創(chuàng)新與改變是發(fā)生變革的先導(dǎo)。我國 在 機(jī)電一體化設(shè)備的發(fā)展 比較快，而且社會對其需求任然巨大。這是發(fā)展創(chuàng)新的契機(jī)。本設(shè)計的目的 :對實現(xiàn)加工部分液壓控制進(jìn)行初步嘗試，提升我們關(guān)于此類加工設(shè)備的技術(shù)。本設(shè)計的思路與方法，就是對于各種面臨的問題，要運(yùn)用所學(xué)知識，在定下大方向后， 具體解決各方面細(xì)節(jié) 。                         第二章  設(shè)計 任務(wù)的主要方案  2.1 本課題將要完成的主要任務(wù)  結(jié)合實際 應(yīng)用 ，對 實驗臺液壓系統(tǒng)進(jìn)行 設(shè)計，其中包括各種參數(shù)的計算，各種部件的選擇，以及設(shè)計 圖紙 。  主要技術(shù)要求是：  1）能夠?qū)崿F(xiàn) 實驗臺上各項相關(guān)工作；工作臺 的平衡升降以及轉(zhuǎn)向 ； 2）在 完成 工作過程中要求采用合適手段保持 工作平穩(wěn)，動作安全可靠； 3）選擇合適的傳動方式 實現(xiàn) 工作 的各種動作 ； 4）選擇合適的布局，使系統(tǒng)布局緊湊，結(jié)構(gòu)合理 。 其 主要 參數(shù)如表 2.1 所示。  表 2.1 實驗臺主要技術(shù)參數(shù)  技術(shù)規(guī)格  單位  參數(shù)  工作臺尺寸：長 *寬  mm 160*160 行程  X軸  mm 150 Y軸  mm 150 Z軸  mm 150 C軸     180 進(jìn)給速度 (x， y， z）  mm/min 1 1200(步進(jìn)）  1 1500(伺服）  快速速度 (x， y， z）  mm/min 1500(步進(jìn)）  2000(伺服）  刀庫刀具容量    8 換刀時間  s 120 交流電源  380AV/220AV,50HZ 變頻器  400W 步進(jìn)電機(jī)  雙極恒流驅(qū)動；步距角 1.8 伺服電機(jī)  0 3000r/min,400W 2.2 本 課題的關(guān)鍵問題及技術(shù)路線 . 2.2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟  液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說，在明確設(shè)計要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。  1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；  2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；  3）制定基本方案，擬 定液壓系統(tǒng)原理圖；   4）選擇液壓元件；  5）液壓系統(tǒng)的性能驗算；  6）繪制工作圖。  2.2.2 液壓執(zhí)行器設(shè)計壓力的選取  實際設(shè)計工作中，應(yīng)綜合考慮執(zhí)行器及其他液壓元件、輔件的尺寸、質(zhì)量加工工藝性、成本及系統(tǒng)的可靠性和效率等因素。不同的主機(jī)行業(yè)采用的工作壓力不同，通常采用類比法，根據(jù)主機(jī)類型來選取執(zhí)行器的設(shè)計壓力。  油箱濾油器液壓泵溢流閥壓力表單向閥換向閥節(jié)流閥液壓缸 圖 2.1 液壓系統(tǒng)的 圖形符號圖  2.2.3 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖  1）制定調(diào)速方案  液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動 速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。  2）制定壓力控制方案  液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定 量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。  液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需 要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。  3）制定順序動作方案  主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制連續(xù)的動作。  4）選擇液壓動力源  液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提 供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。  5）繪制液壓系統(tǒng)圖  整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率 。 14 2.3 本章小結(jié)  本章主要闡述設(shè)計任務(wù)的主要方案，在 設(shè)計前認(rèn)真研究設(shè)計任務(wù)書，準(zhǔn)備好設(shè)計資料；同類型設(shè)計題 目的同學(xué)之間相互討論、研究，確定最好方案；將設(shè)計計算的演算結(jié)果記載完整；設(shè)計過程中貫徹“三邊”方法，即邊算、邊畫、邊改，設(shè)計草圖完成后先交指導(dǎo)老師審閱后再修改 鞏固 ；在 陳本德 老師的指導(dǎo)下，通過畢業(yè)設(shè)計學(xué)會綜合運(yùn)用所學(xué)的液壓傳動技術(shù)、自動控制系統(tǒng)、機(jī)電一體化等基礎(chǔ)知識來分析問題和解決實際問題的方法和基本思路，使自己受到工程設(shè)計和科學(xué)研究得到初步訓(xùn)練，并擁有獨(dú)自設(shè)計和解決問題的能力。確定一套完整的液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，能更好的應(yīng)用于教學(xué) 實踐， 設(shè)計計算說明書按格式書寫整齊；最后認(rèn)真做好答辯準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備答辯 。        第三章  液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件 的設(shè)計  3.1 執(zhí)行元件類型  液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，它是將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，一般用于實現(xiàn)機(jī)械的直徑往復(fù)運(yùn)動或擺動運(yùn)動。由于液壓傳動沒有間隙、運(yùn)動平穩(wěn)。因此得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，可將其分為三種類型，即：活塞型（又分雙出桿活塞式和單出桿活塞式）、柱塞式、擺動式（又分?jǐn)[動液壓缸和齒條液壓缸） 11。 如表 3.1， 根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計要求，選取了單桿活塞式液壓缸。液壓馬達(dá)也是液壓系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件，它是將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能（扭矩 和轉(zhuǎn)速）的轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，可將其分為齒輪式，葉片式，柱塞 式（又分軸向柱塞式和徑向柱塞式）。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計要求，選取了葉片式 液壓馬達(dá) 。  表 3.1 執(zhí)行元件類型的選擇  名      稱  特      點(diǎn)  適  用  場  合  雙活塞桿液壓缸  雙向?qū)ΨQ  雙作用往復(fù)運(yùn)動  單活塞桿液壓缸  有效工作面積大、雙向不對稱  往返不對稱的直線運(yùn)動，差動連接可實現(xiàn)快進(jìn)， A1=2A2 往返速度相等  柱塞缸  結(jié)構(gòu)簡單  單向工作，靠重力或其他外力返回  擺動缸  單葉片式轉(zhuǎn)角小于 360 度  雙葉片式轉(zhuǎn)角小于 180 度  小于 360 度 的擺動  小于 180 度的擺動  齒輪泵  結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜  高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動  葉片泵  體積小，轉(zhuǎn)動慣量小  高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動  擺線齒輪泵  體積小，輸出扭矩大  低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動  軸向柱塞泵  運(yùn)動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬  大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動  徑向柱塞泵  轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩  低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動    3.2 系統(tǒng)壓力的初步確定  液壓缸的選擇要遵循系統(tǒng)壓力的大小，要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等限制。在載荷一定的情況下 ，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可選低一些， 按 表 3.2初步選取 工作臺工作壓力 1Mpa。  表 3.2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力  機(jī)械類型  機(jī)         床  農(nóng)業(yè)機(jī)械，小型工程機(jī)械，建筑機(jī)械  液壓機(jī)，大中型挖掘機(jī)，重型機(jī)械  磨床  組合機(jī)床  龍門刨床  拉床  工作壓力MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 3.3 液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)  3.3.1 液壓缸內(nèi)徑與活塞桿外徑  1) 刀具庫運(yùn)動液壓缸  根據(jù)要求，刀具庫運(yùn)動工作行程 80mm，前進(jìn)時間為 3s.工作最大負(fù)載F=1200N。根據(jù)參考文獻(xiàn)，初步選定液壓缸工作壓力 P=1MP，由此初步定出液壓缸內(nèi)徑：  4 4 1 2 0 0 3 9 . 1 03 . 1 4 1FD m mp 活塞桿外徑 d 的計算可以根據(jù)速度比的要求來計算。   活塞桿外徑 d 與活塞直徑 D的關(guān)系，令桿徑比 =d/D，其比值可按表 3.3和表 3.4進(jìn)行 選取 。  表 3.3 按工作壓力選取 d/D 工作壓力 MPa 5.0 5.07.0 7.0 d/D 0.50.53 0.620.7 0.7    表 3.4 按速度比要求確定 d/D （ 21/vv）  1.25 1.33 1.46 0.161 2 d/D 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 設(shè)計中，根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比 時可參考 表 3.5 進(jìn)行 選取。  表 3.5 工作壓力和速度比的關(guān)系  工作壓力 p/Mpa <10>20 速度比  1.33 1.46,2 2 綜上，可得活塞桿外徑： d=0.5D=19.55mm 表 3.6 液壓缸直徑系列       表 3.7 活塞桿直徑系列         根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選取液壓缸內(nèi)徑系列 D=40mm， d=20mm。  算得無桿腔有效工作面積 221 1 1 2 . 5 64A D c m 有桿腔有效工作 22 9.42A cm  2) 刀具架液壓缸  進(jìn)刀缸工作行程 10mm，前進(jìn)時間 1s。最大工作負(fù)載 F=700N，根據(jù)參考文獻(xiàn)，初步選定工作壓力為 P=1MP，由此初步定出缸內(nèi)徑：  4 4 7 0 0 2 9 . 8 63 . 1 4 1FD m mp 活塞桿外徑：  d=0.5D=14.93mm  根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選取液壓缸內(nèi)徑系列 D=32mm， d=16mm。  算得無桿腔有效工作面積 221 1 8 . 0 44A D c m 有桿腔有效工作 22 6.03A cm  3) 夾具液壓缸   最大工作負(fù)載 F=1500N，初步選定工作壓力 P=1MP，行程 80mm，前進(jìn)時間 3s。  計算無桿腔內(nèi)徑：  4 4 1 5 0 0 4 3 . 7 13 . 1 4 1FD m mp 活塞桿外徑 d=0.5D=21.86mm 按標(biāo)準(zhǔn)選取 D=50mm， d=25mm。  算得無桿腔有效工作面積為 221 1 1 9 . 6 2 54A D c m 有桿腔有效工作 22 1 4 .7 2A cm  3.3.2 刀具庫旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的選擇  刀具庫旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩為 20T N m ，初步選定工作壓力為 1MP；  計算排量：  20 0 . 0 2 3 5 /0 . 8 5 1TV L rp 式中： n為液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速         為液壓馬達(dá)總效率  由機(jī)械設(shè)計手冊查得 YM-A-32B-J-L型葉片馬達(dá) 滿足要求，其技術(shù)規(guī)格如下：  壓力： 6Mpa 公稱排量： 32ml/r 轉(zhuǎn)矩： 21.97N.m 轉(zhuǎn)速： 100-2000r/min 生產(chǎn)廠家：榆次液壓件廠  3.3.3 活塞桿的強(qiáng)度計算和穩(wěn)定性校核  1）活塞桿的強(qiáng)度計算  活塞桿在穩(wěn)定 情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強(qiáng)度計算公式進(jìn)行：     62104Fd                            （ 3.1）      式中：    F    活塞桿的推力    N              d    活塞桿直徑      m                  材料的許用應(yīng)力   MPa   活塞桿用 45 號鋼                         , 3 4 0 , 2 . 5s s M P a nn 代入數(shù)據(jù)：  a) 刀具庫運(yùn)動液壓缸  36321 . 2 1 0 1 0 43 . 1 4 ( 2 0 1 0 ) =3.82MPa < =136Mpa b) 刀具架液壓缸  36320 . 7 1 0 1 0 43 . 1 4 (1 6 1 0 ) =3.48MPa <  c) 夾具液壓缸  36321 . 5 1 0 1 0 43 . 1 4 ( 2 5 1 0 ) =3.06MPa <  故活塞桿的強(qiáng) 度滿足要求。  2）穩(wěn)定性校核      液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當(dāng)活塞桿的計算長度 l 與活塞桿直徑 d 之比大于10 時（即 10ld） ,應(yīng)該校核活塞桿的縱向抗彎強(qiáng)度或穩(wěn)定性。  本設(shè)計中各液壓缸活塞桿的 10ld，故活塞桿的穩(wěn)定性校核過程省略。  3.3.4 液壓缸壁厚，最小導(dǎo)向長度計算  1） 液壓缸壁厚  液壓缸壁厚又結(jié)構(gòu)和工藝要 求等確定，一般按照薄壁筒計算，壁厚由下式確定：   2YPD                             （ 3.2）   式中：    D 液壓缸內(nèi)徑 ；                 缸體壁厚 ；      YP 液壓缸最高工作壓力 ， 一般取 YP =（ 1.2-1.3） p；   缸體材料的許用應(yīng)力 ， 鋼材取   1 0 0 1 1 0 M P a 。  代入數(shù)據(jù) ，確定刀具架液壓缸壁厚：  661 . 3 2 . 5 1 0 0 . 0 3 2 0 . 0 0 0 5 22 1 0 0 1 0 cm  考慮到液壓缸的加工要求，查機(jī)械設(shè)計手冊，取壁厚 10mm  刀具庫運(yùn)動液壓缸和夾具液壓缸壁厚可參考表 3.8進(jìn)行選取。  表 3.8工程機(jī)械用液壓缸外徑系列  缸徑 /mm 液壓缸外徑 /mm P<16Mpa 20Mpa 25Mpa 31.5Mpa 40 50 50 50 54 50 60 60 60 63.5 63 76 76 76 83 80 95 95 95 102 90 108 108 108 114 100 121 121 121 127 110 133 133 133 140 125 146 146 146 152 140 168 168 168 168 160 194 194 194 194 180 219 219 219 219 200 245 245 245 245  2） 最小導(dǎo)向長度  導(dǎo)向套在油缸中的位置如下圖 3.1 所示。它的作用是支撐細(xì)長的活塞 桿作往復(fù)運(yùn)動，有一個固定的滑動軌道。有了導(dǎo)向套這個支撐點(diǎn)，也增加了活塞桿的工作強(qiáng)度。        1 導(dǎo)向套； 2 活塞桿； 3 活塞； 4 一缸體； K 隔套     圖 3.1 導(dǎo)向套的位置及結(jié)構(gòu)尺寸           導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)尺寸，按經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定如下。     L1=（ 0.6 1)d B=(0.6 L)D 活 塞桿全部外伸時，從活塞支撐面重點(diǎn)到導(dǎo)向滑動面中點(diǎn)的距離為活塞的最小導(dǎo)向長度 H，如果最小導(dǎo)向長度過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響其穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有最小導(dǎo)向長度，對于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為 S，缸筒內(nèi) 徑為 D 時 活塞桿運(yùn)動時，伸出油缸最大長度時，要注意活塞與導(dǎo)向套兩零件中點(diǎn)間距離 L 值的控制。即  20 2SDL                            （ 3.3）   式中 ：    S 活塞桿行程；           D 缸體內(nèi)徑。    代入數(shù)據(jù)：  a) 刀具庫運(yùn)動液壓缸  8 0 4 0 242 0 2H m m    b) 刀具架液壓缸  1 0 3 2 1 6 . 52 0 2H m m    c) 夾具液壓缸  8 0 5 0 292 0 2H m m    L 值過小時會影響油缸工作的穩(wěn)定性，同時還會削弱油缸和活塞桿的彎曲強(qiáng)度。從安全方面考慮，為了保證活塞桿運(yùn)行時不小于 L 值，通常在活塞與導(dǎo)向 套之間加一個隔套（見圖 3.1)。  隔套的長度由最小導(dǎo)向長度 H 確定。 導(dǎo)向套一般多用耐磨鑄鐵或青銅合金等材料鑄造，也可用耐磨系、數(shù)較小的尼龍 或聚四氟乙烯材料制造。  3.3.5 液壓缸的流量計算      計算液壓缸工作速度及流量，根據(jù)有關(guān)資料，系統(tǒng)的液壓缸速度比211.33vv 。  1) 刀具庫運(yùn)動液壓缸  前進(jìn)時：  1 0 . 0 8 0 . 0 2 6 7 /3sv m st  41 1 1 1 2 . 5 6 1 0 0 . 0 2 6 7 2 . 0 1 / m i nq A v L 退回時：  2 0 .0 3 5 6 /v m s  21 2 . 0 1 / m i nq q L  2) 刀具架液壓缸  前進(jìn)時：  1 0 . 0 1 0 . 0 1 /1sv m st  1 1 1 0 . 4 8 2 / m i nq A v L  退回時：  2 0 .0 1 3 3 /v m s  21 0 . 4 8 2 / m i nq q L 3) 夾具液壓缸                                                                        前進(jìn)時：  1 0 . 0 8 0 . 0 2 6 7 /3sv m st  41 1 1 1 9 . 6 2 5 1 0 0 . 0 2 6 7 3 . 1 5 / m i nq A v L 退回時：  2 0 .0 3 5 6 /v m s        21 3 . 1 5 / m i nq q L  即 三個 液壓缸以其最大速度運(yùn)動時，所需要的流量為 5.64 /minL 。    3.4 夾具液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計  液壓缸是將液壓系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，在該系統(tǒng)中，液壓缸將活塞桿的伸縮運(yùn)動通過一系列的機(jī)械結(jié)構(gòu)組合轉(zhuǎn)化為夾具的夾緊松開。液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞與活塞桿、緩沖裝置、排氣裝置和密封裝置五個部分，分述如下。 11 3.4.1 缸筒與 缸蓋  缸筒與前后缸蓋的連接形式 均 采用法蘭連接，結(jié)構(gòu)簡單，加工和拆裝都方便，但外形尺寸和質(zhì)量都大。  缸筒底部為平面時，  可由下式計算厚度：   0 .4 3 3 pD                            （ 3.4）   式中：       缸筒底部厚度；                  D 缸筒內(nèi)徑；                     p 筒內(nèi)最大工作壓力；                 缸筒材料的許用應(yīng)力。          代入數(shù)據(jù)：              2 . 50 . 4 3 3 0 . 0 5100 =3.42mm  缸筒底部厚度應(yīng)根據(jù)工藝要求適當(dāng)加厚，如在缸筒上設(shè)置油口或排氣閥，均應(yīng)增大缸筒底部厚度。  缸筒材料通常選用 20、 35、 45 號鋼，當(dāng)缸筒、缸蓋、掛街頭等焊接在一起時，采用焊接性能較好的 35 號 鋼，在粗加工之后調(diào)質(zhì)。另外缸筒也可以采用鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼、青銅和鋁合金等材料加工。  缸筒與活塞采用橡膠密封圈時，其配合推薦采用 H9/f8 ，缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取 aR 0 .1 0 .4 m ，若采用活塞環(huán)密封時，推薦采用 H7/g6 配合，缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取 aR 0 .2 0 .4 m 。  缸筒內(nèi)徑應(yīng)進(jìn)行研磨。為防止腐蝕，提高壽命，缸筒內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行渡鉻，渡鉻層厚度應(yīng)在 30-40 m ，渡鉻后缸筒內(nèi)表面進(jìn)行拋光。  缸筒內(nèi)徑的圓度及圓柱度誤差不大于直徑公差的一半，缸體內(nèi)表面的公差度誤差在 500mm 上不大于 0.03mm。   缸蓋材料可以用 35， 45 號鋼，或 ZG270-500，以及 HT250， HT350 等材料。  當(dāng)缸蓋自身作為活塞桿導(dǎo)向套時，最好用鑄鐵，并在導(dǎo)向表面堆镕黃銅，青銅和其他耐磨材料。當(dāng)單獨(dú)設(shè)置導(dǎo)向套時，導(dǎo)向材料為耐磨鑄鐵，青銅或黃銅等，導(dǎo)向套壓入缸蓋。  缸蓋的技術(shù)要求：與缸筒內(nèi)徑配合的直徑采用 h8 ，與活塞桿上的緩沖柱塞配合的直徑取 H9，與活塞密封圈外徑配合的直徑采用 h9 ，這三個尺寸的圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑的公差的一半，三個直徑的同軸度誤差不大于0.03mm。 1 3.4.2 活塞與活塞桿  活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式很多：有整體活塞和分體活塞；有實心活塞桿和空心活塞桿?；钊c活塞桿的連接有螺紋式和半環(huán)式等，前者結(jié)構(gòu)簡單，但需要螺母防松裝置；后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作較可靠。此外也有用錐 銷連接。本設(shè)計中采用螺紋式。  活塞材料及加工要求：  有導(dǎo)向環(huán)的活塞用 20， 35 或 45 號鋼制成。  活塞外徑公差 f8 ，與活塞桿的配合一般為 H8/h8 ，外徑粗糙度aR 0 .4 0 .8 m ，外徑對活塞孔的跳動不大于外徑公差的一半，外徑的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。  活塞兩端面對活塞軸線的垂直度誤差在 100mm 上不大于 0.04mm。  活塞的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)密封裝置的形式來選擇，本設(shè)計中選用形 式如下：  1 231  導(dǎo) 向 環(huán)    2  密 封 圈    3  活 塞  圖 3.2活塞的結(jié)構(gòu)形式  活塞桿及加工要求 ：  活塞桿常用材料為 35、 45 號鋼。  活塞桿的工作部分公差等級可以取 f7-f9 ，表面粗糙度不大于aR 0.4 m， 工作表面的直線度誤差在 500mm 上不大于 0.03mm。  活塞桿在粗加工后調(diào)質(zhì)，硬度為 229-285HB ，必要時可以進(jìn)行高頻淬火，厚度 0.5-1mm，硬度為 45-55HRC 。  活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸有桿腔一側(cè)的端蓋內(nèi)，用來對活塞桿導(dǎo)向，其內(nèi)側(cè)裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿內(nèi)縮時把雜質(zhì)，灰塵及水分帶到密封裝置，損壞密封裝置。  導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)有端蓋式和插件式兩種，插件式導(dǎo)向套裝拆方便，拆卸時不需要拆端蓋，故應(yīng)用較多。結(jié)構(gòu)見裝配圖。  導(dǎo)向套尺寸主要是指支撐長度，通常根據(jù)活塞桿直徑，導(dǎo)向套形式，導(dǎo)向套材料的承壓能力，可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素確定。一般采用兩個導(dǎo)向段，每段寬度均為 d/3 ，兩段中間線間距為 .2d/3 ，導(dǎo)向套總長度不宜過大，以免磨擦太大。 1 3.4.3 緩沖裝置  緩沖裝置是利用活塞或缸筒移動到接近終點(diǎn)時，將活塞和缸蓋之間的一部分油液封住，迫使油液從小孔或縫隙中擠出，從而產(chǎn)生很大的阻力，使工件平穩(wěn)制動，并避免活塞和缸蓋的相互碰撞。本設(shè)計采用單圓柱式。  當(dāng)活塞的緩沖柱塞進(jìn)入端蓋凹腔后，圓環(huán)形的回油腔中的油液只能通過節(jié)流閥流出，這就使活塞制動。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，可改變制動阻力的大小。這種緩沖裝置起始緩沖效果 好，隨著活塞向前移動，緩沖效果逐漸減弱，因此它的制動行程較長。 11 3.4.4 排氣裝置  排氣裝置用來排除積聚在液壓缸內(nèi)的空氣。一般把排氣裝置安裝在液壓缸兩端蓋的最高處。常用排氣閥有整體型和針閥型兩種，本設(shè)計中選用整體性排氣閥，結(jié)構(gòu)見裝配圖。  3.4.5 密封裝置  密封裝置的作用在于防止液壓缸工作介質(zhì)的泄露和外界塵埃與異物的侵入。缸內(nèi)泄漏會引起容積效率下降，達(dá)不到所需的工作壓力；缸外泄漏則造成工作介質(zhì)浪費(fèi)和污染環(huán)境。密封裝置選用、安裝不當(dāng)，又直接關(guān)系到缸的摩擦阻力和機(jī)械效率，還影響著缸的動、靜態(tài)性能。因 此，正確和合理地使用密封裝置是保證液壓缸正常動作的關(guān)鍵所在，應(yīng)予高度重視。 11 密封件密封利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄露。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動補(bǔ)償能力，性能可靠。 在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。  活塞和活塞桿密封均采用 O 形密封圈，缸筒和活塞密封采用 Y 型密封圈。 O 型密封圈是由耐油橡膠制成，具有結(jié)構(gòu)簡單、密封性能好、摩擦力小、溝槽尺寸小且易制造等優(yōu)點(diǎn)，所以在液壓與氣動裝置中獲得廣泛使用。 O形密封圈大量地使用于靜密封。 O行密封圈 也可用于往復(fù)運(yùn)動的動密封，但由于作動密封時，靜摩擦系數(shù)較大，啟動阻力較大，壽命不長，加之性能優(yōu)良的唇形密封和其他壓緊行密封日益廣泛的使用，所以，僅在一般工況及成本要求低的場合有所應(yīng)用。從理論上講， O行密封圈也可用于轉(zhuǎn)動密封處，但由于摩擦產(chǎn)生的熱量難以發(fā)散，易引起材質(zhì)老化，使磨耗加劇，失去彈性，進(jìn)而喪失密封性能，故轉(zhuǎn)動密封處應(yīng)用很少。作為新型同軸組合式密封件中的彈性組合件。  Y 型密封圈主要用于往復(fù)運(yùn)動的密封，如液壓缸活塞和活塞桿處的動密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，可分為寬截面和窄截面兩種形式。因受油壓的作用 ，工作時 Y形密封圈的兩唇邊緊緊地貼壓缸筒和活塞壁上而起密封作用。  Y 型密封圈的密封作用依賴于它的唇邊對偶合面的緊密接觸，并在壓力作用下產(chǎn)生較大的接觸壓力，達(dá)到密封目的。當(dāng)壓力升高時，唇邊與耦合面貼得更緊，接觸壓力更高，密封性能更好。 12 3.5 本章小結(jié)  本章在明確設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，對執(zhí)行元件 做了設(shè)計計算， 液壓缸的設(shè)計是在選定了工作壓力， 分析 了它 的工作狀況 之后進(jìn)行的：先根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，然后按負(fù)載情況、運(yùn)動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸， 給出了個參數(shù)的計算 ，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗算，最后再進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計。液壓缸各部分結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。                 第四 章  液壓系統(tǒng) 的設(shè)計 分析  4.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖  根據(jù)加工中心的加工要求和分析，該加工中心對調(diào)速，低速穩(wěn)定性有要求，因此，如何控制的運(yùn)動是本設(shè)計的主要問題， 。穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠 。  4.1.1 速度控制回路的選擇  常用的調(diào)速方案有三種：節(jié)流調(diào)速 回路，容積調(diào)速回路，容積節(jié)流調(diào)速回路。本升降機(jī)采用節(jié)流調(diào)速回路，原因是該調(diào)速回路有以下特點(diǎn)：承載能力好，成本低，調(diào)速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統(tǒng)  ，但其速度剛度差，效率低，發(fā)熱大。  由于加工中心的運(yùn)動要求速度變化范圍不大，在工進(jìn)時要求穩(wěn)定性好，因此都用節(jié)流閥控制速度，對于速度有更高要求的，采用調(diào)速閥調(diào)速。因為系統(tǒng)是小功率系統(tǒng)，所以效率和發(fā)熱問題不突出，可以不考慮。在其他條件相同的情況下，進(jìn)油調(diào)速回路比回油節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度，所以才用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。  4.1.2 換向回路的選擇  液壓系統(tǒng) 對換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路即可 ， 因為工作過程中，刀具庫運(yùn)動液壓缸和刀具庫旋轉(zhuǎn)馬達(dá)要有原地停留過程，所以采用滑閥機(jī)能為 O型的三位五通換向閥。夾具液壓缸和刀具架液壓缸采用二位四通閥。 直動式電磁換向閥用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力直接推到換向閥閥芯換向的閥稱為直動式電磁閥。根據(jù)閥芯復(fù)位的控制方式可分為單電磁閥控制彈簧復(fù)位和雙電磁控制兩種。直動式電磁閥的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，與下述先導(dǎo)式電磁閥相比，控制相同通徑主閥時，所需的電磁鐵較大。當(dāng)主閥心換向不靈或卡住時，交流電磁鐵易 燒毀線圈。選用電磁閥時應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：閥的工作機(jī)能要符合執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，據(jù)此確定采用閥的型式（二位或三位，單電或雙電，二通或三通 、四通、五通 ）；閥的孔徑是否允許通過額定流量；閥的工作壓力等級；電磁線圈采用交流或直流，以及電壓等級等都要與控制電路一致，并應(yīng)考慮通電持續(xù)力。 11 4.1.3 壓力控制回路的選擇  系統(tǒng)的調(diào)壓問題和卸荷問題已在油源中解決，就不需再設(shè)置專用的元件或油路。為保證工件確已夾緊后才能做進(jìn)給運(yùn)動，在夾具液壓缸進(jìn)口處裝一壓力繼電 器，只有當(dāng)夾緊力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)節(jié)壓力時，才能發(fā)出信號，使進(jìn)給 運(yùn)動開始。為保護(hù)泵的安全，必須在泵的壓油管道上裝安全閥（溢流閥）和壓力表。  綜上所述，并作出適當(dāng)?shù)男薷?，畫出液壓系統(tǒng)圖，如下圖所示。  1-油箱  2-過濾器  3-齒輪泵  4-壓力表開關(guān)  5-壓力表  6-三位四通電磁換向閥  7-調(diào)速閥  8-行程開關(guān)  9-刀具庫旋轉(zhuǎn)馬達(dá)  10-刀具架液壓缸  11-刀具庫運(yùn)動液壓缸  12-夾具液壓缸  13-壓力繼電器  14-二位四通電磁換向發(fā)  15-液位計  16-溫度計  17-溢流閥   圖 4.1 液壓系統(tǒng)圖  4.2 液壓 元件的選取  液壓元件主要包括有：油泵，電機(jī)，各種控制閥，管路，過濾器等。有液壓元件的不同連接組合構(gòu)成了功能各異的液壓回路，下面根據(jù)主機(jī)的要求進(jìn)行液壓元件的選擇計算 。  4.2.1 液壓泵的選擇  泵選型依據(jù)，應(yīng)根據(jù)工藝流程，給排水要求，從五個方面加以考慮， 即 液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等 。 使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。 機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動小。經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、維修費(fèi)和管理費(fèi)的總成本最低。  1） 確定泵壓力                        m a xpP P P                             （ 4.1）   式中：    pP 泵的工作壓力 ；              maxP 執(zhí)行元件的最高工作壓力 ；            P 進(jìn)油路和回油路總的壓力損失。  初算時，節(jié)流調(diào)速和比較簡單的油路可以取  0.2 0.5MPa ,對于進(jìn)油路有調(diào)速閥和管路比較 復(fù)雜的系統(tǒng)可以取 0.5 1.5MPa 。  代入數(shù)據(jù)：  1 0 . 5 1 . 5bP P p M P a 在泵的最高工作壓力上再考慮加上 25%的壓力儲備，所以泵的額定壓力應(yīng)為：  1 . 5 1 . 5 2 5 % 1 . 8 7 5P M P a 考慮到液壓系統(tǒng)的動態(tài)壓力及油泵的使用壽命，通常在選擇油泵時，其額定壓力比工作壓力 pP 大 25%-60% ，即泵的額定 壓力為 2.5MPa 。  2） 確定液壓泵的流量                                m axpQ KQ n                              （ 4.2）  式中：     pq 泵的輸出流量   /minL            K 系統(tǒng)泄漏系數(shù) ， 一般取 K= 1.1-1.3；            maxQ 液壓缸實際需要的最大流量 ；              n   執(zhí)行元件個數(shù) 。  代入數(shù)據(jù)：  1 . 3 3 . 1 5 4 1 6 . 3 8 / m i npQL 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點(diǎn)，應(yīng)加上溢流閥穩(wěn)定工作的最小流量，一般為 3L/min。   1 6 . 3 8 3 1 9 . 3 8 / m i npQL 綜上，由機(jī)械設(shè)計手冊查得 CB-B16 型外嚙合齒輪泵滿足要求，其技術(shù)規(guī)格如下：  型號： CB-B16                           排量： 16mL/r  轉(zhuǎn)速： 1450r/min                         額定壓力： 2.5MPa, 生產(chǎn)廠家：榆次液壓件廠  4.2.2 液壓閥的選擇  液壓閥用來液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動方向，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能要求，對液壓閥的基本要求：動作靈敏，作用可靠；工作時沖擊、振動??；油液流過閥時的壓力損失?。幻芊庑阅芎?，閥的機(jī)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、維修都方便；閥的通用性好等。閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)得工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選擇；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考 慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y的流量一般要選的比實際通過的流量大一些，必要時也允許有 20%以內(nèi)的短時間過流量。電磁控制換向閥是利用電磁力使閥芯迅速移動換向的，與液壓傳動中的電磁閥一樣，也由電磁鐵和主閥兩部分組成。安電磁力作用于主閥閥芯方式不同分為直動式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥兩種。他們的工作原理與液壓閥中的電磁換向閥相似。1 根據(jù)所畫液壓系統(tǒng)圖，計算分析通過各液壓閥的最高油壓和最大流量，選擇各液壓閥的規(guī)格型號。  三位四通換向閥：選擇 O 型，實現(xiàn)中途等待過程  兩位四通換向閥：實現(xiàn)正反向運(yùn) 動的轉(zhuǎn)換  單向調(diào)速閥：調(diào)速功能  溢流閥：調(diào)速穩(wěn)壓  生產(chǎn)廠家：武漢液壓件廠  表 4.1 閥類元件明細(xì)表  序號  元件名稱  數(shù)量  規(guī)格型號  1 三位四通換向閥  2 4WE10E20 2 兩位四通換向閥  2 4WE10C20 3 單向調(diào)速閥  4 2FRM10-21 4 壓力繼電器  1 HED2O 5 溢流閥  1 YF3-10B  4.2.3 電機(jī)的選擇  1）  液壓系統(tǒng)實際需要的輸入功率是選擇電機(jī)的主要依據(jù)，由于液壓泵存在容積損失和機(jī)械損失，為滿足液壓泵向系統(tǒng)輸出所需要的的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于 它的輸出功率，液壓泵實際需要的輸入功率為：                   776 1 0 6 1 0 ti mPqPqP                               （ 4.3）           式中：   P 液壓泵的實際最高工作壓力 ；          q   液壓泵的實際流量 ；           iP   液壓泵的輸入功率 ；           tq   液壓泵向系統(tǒng)輸出的理論流量 ；             液壓泵的總效率 ， 見下表 ；          m   液壓泵的機(jī)械效率 ；          7610   換算系數(shù) 。  代入數(shù)據(jù)：  671 . 8 7 5 1 0 1 9 . 3 8 0 . 8 6 56 1 0 0 . 7iP K W  表 4.2 液壓泵的總效率  液壓泵類型  齒輪泵  葉片泵  柱塞泵  螺桿泵  總效率  0.6-0.7 0.6-0.75 0.8-0.85 0.65-0.8  2）電機(jī)的 功率也可以根據(jù)技術(shù)手冊找，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第三版，表23-1-23，可以查得電機(jī)的驅(qū)動功率為 1.1KW ，本設(shè)計以技術(shù)手冊的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)  ，取電機(jī)的功率為 1.1kw。  根據(jù)上述計算過程，現(xiàn)在可以進(jìn)行電機(jī)的選取，本液壓系統(tǒng)為一般液壓系統(tǒng)，通常選取三相異步電動機(jī)就能夠滿足要求，初步確定電機(jī)的功率和相關(guān)參數(shù)如下：     型號： 90 2YS                       額定功率： 1.1kw 滿載時轉(zhuǎn)速：  1400 / minr                 電流：  2.75A  效率：  78.%                            凈重：  22Kg  額定轉(zhuǎn)矩： 2.2Nm   4.2.4 管件的選擇  管件包括管道和管接頭，它的主要功用是連接液壓 /氣壓元件和輸送流體。對它的主要要求是：有足夠的強(qiáng)度，密封性小，壓力損失小和拆裝方便。  1）管道   在液壓系統(tǒng)中，主要使用的是硬管，它比軟管 可靠安全，而且經(jīng)濟(jì)。硬管一般分為兩類：一類是以通徑定寸 導(dǎo)管，一類是以外徑定寸 筒管。本液壓系統(tǒng)中使用的主要是導(dǎo)管。液壓系統(tǒng)中的油管也可用橡膠軟管和尼龍管作為管道，橡膠軟管裝配方便，能吸收液壓系統(tǒng)中的沖擊和振動，尼龍管是一種很 有發(fā)展前途的非金屬油管，用于低壓系統(tǒng)。本液壓系統(tǒng)中可考慮使用鋼 管。  管道的規(guī)格尺寸指內(nèi)徑和壁厚，其中內(nèi)徑可依下式計算  vqd2                                   （ 4.4）  式中 ：    d  管道內(nèi)徑；           q  管內(nèi)流量；           v  管中油液的流速，吸油管取 0.51.5m/s,壓油管取 2.55m/s（壓力高的取大值，低的取小值，如壓力在 6MPa 以上的取5m/s，在 36MPa 之間的取 4m/s，在 3MPa 以下的取2.53m/s；管道短時取大值；油液粘度大時取小值），回油管取 1.52.5m/s，短管及局部收縮處取 57m/s。  代入 數(shù)據(jù) :        a) 進(jìn)油管  35 . 6 4 1 0 / 6 02 2 1 0 . 9 43 . 1 4 1qd m mv b) 回油管  35 . 6 4 1 0 / 6 02 2 7 . 7 43 . 1 4 2qd m mv c) 壓油管  35 . 6 4 1 0 / 6 02 2 6 . 3 23 . 1 4 3qd m mv 2）管接頭  是管道之間，管道與元件之間的可拆式連接件。管接頭在滿足強(qiáng)度足夠 的前提下，應(yīng)當(dāng)拆裝方便，連接牢固，密封性好，外形尺寸小，壓力損失小以及公益 性好。  管接頭的種類很多，其規(guī)格品種可查閱有關(guān)手冊。液壓和氣動系統(tǒng)中常用的管接頭有，焊接式管接頭，卡套式管接頭，擴(kuò)口式管接頭，扣壓式管接頭，快換式管接頭，快插式管接頭和固定鉸接管接頭。 本液壓系統(tǒng)可采用卡套式管接頭，利用管子變形卡住管子并進(jìn)行密封，重量輕，體積小，使用方便。  管接頭的連接螺紋采用國家標(biāo)準(zhǔn)錐螺紋   （ ZM）和普通細(xì)牙螺紋（ M）。錐螺紋可依靠自身的錐體旋緊和采用四氟乙烯生料帶進(jìn)密封，廣泛應(yīng)用于中、低壓系統(tǒng)；細(xì)牙螺紋常在采用組 合墊圈或 O形圈，有時也采用紫銅墊圈進(jìn)行端面密封后用于高壓液壓系統(tǒng)。 1 油管的安裝與檢修直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。如果油管安裝不合理，不僅會給安裝、檢修帶來很大的困難，而且會使壓力損失增大，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲和振動。因此，必須十分重視油管的安裝與檢修。管路安裝前應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求正確選擇油管和管接頭。安裝時應(yīng)注意： 1、 油管安裝前清洗； 2、 管路盡量平行布置，減少交叉；  3、 管路應(yīng)盡量短，少拐彎，布置整齊，并保持油管有必要的伸縮余地，規(guī)定鋼管和銅管彎曲半徑應(yīng)大于其直徑的 3 倍，管徑小時應(yīng)取大值 。  4.2.5 油箱 的設(shè)計計算  油箱的作用主要是儲油；此外，油箱有一定的表面積，能夠散發(fā)油液工作時產(chǎn)生的熱量，沉淀油液中的污物，逸出滲入油液中的空氣，有時它還兼作液壓元件和閥塊的安裝臺。  1）油箱容積計算  初始設(shè)計時，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗公式確定油箱容積：                          pVQ                                      （ 4.5）       式中 :    V 油箱的容積 ；               pQ 液壓泵的流量 ；               經(jīng)驗系數(shù) ， 見下表 。  表 4.3  行走機(jī)械  低壓系統(tǒng)  中壓系統(tǒng) &n