液壓與氣壓課程設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)設(shè)院睚期及算遵遢程備注.工藝分析二.結(jié)構(gòu)參數(shù)的確設(shè)計(jì)要求：某專用臥式銃床的銃頭驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為 7.5kw,銃刀直徑為120mm，轉(zhuǎn)速為350r/min.如工作臺， 工件和夾具的總質(zhì)量為520 kg,工作臺總徑程為400mm, 工進(jìn)行程為250mm，快進(jìn)速度為4.5m/min ,工進(jìn)速度為 601000mm/min,往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速，減速時(shí)間不希望大于 0.05s,工作臺采用平導(dǎo)軌，fs=0.2,fd=0.1.滑臺實(shí)現(xiàn)“快進(jìn) 一工進(jìn)1一工進(jìn)2一快退一停止”的工作循環(huán)。設(shè)計(jì)該機(jī) 床的液壓系統(tǒng)。（一） 外負(fù)載臥式銃床采用的道具材料為高速鋼，工件材料鑄 鐵，高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時(shí)的軸向切削力f

2、t（單位為n）為:ft=25.5ds-8（hbw；0.6式中d鉆頭直徑，單位為mms-每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量，單位為mm/rhbw一鑄件硬度，hbw=240根據(jù)臥式銃床的加工特點(diǎn)，銃削每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量s按銃 床設(shè)計(jì)手冊取。對 n=350r/min,因工進(jìn)速度 v2=n s 一 s=v2n=80/350 mm/min=0.229mm/min,代入式中，得出 外負(fù)載 fg=ft=255 120 0.2290.8 2400.6=25218n（二）慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=520kg, t=0.05s又因:fm - at=m v所以：fm=m - av/at=520 - 4.5/60 - 0.05=780n（

3、三）阻力負(fù)載設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)床工作部件對動(dòng)力滑臺導(dǎo)軌的法向力為 設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程fn=mg=520- 9.8=5101.2n備注靜摩擦阻力 ffs=fsfn=02 5101.2n=1020.24n動(dòng)摩擦阻力 ffd=fdfn=0.5101.2n=510.12n由此得出液壓缸各工作階段的負(fù)載如表1所示表1液壓缸在各工作階段的負(fù)裁工況負(fù)裁組成負(fù)裁值工況負(fù)載組 成負(fù)裁值啟 動(dòng)f=fn - fs1020.24工 進(jìn)f=fnfd+fg25728.12加 速f=fnfd+mv/t1290.12快 退f=fnfd510.12快 進(jìn)f=fnfd510.12注：不考慮動(dòng)力滑臺上顛覆力矩的作用按上表數(shù)值繪制負(fù)載圖如8

4、-11a所示，由于快進(jìn)速度v1=4.5m/min,工進(jìn)速度 v2=80mm/min,工作臺總行程（快 退行程）l1=400mm,工 進(jìn)行程 l2=250mm,快 進(jìn)行程 l3=l1-l2=150mmx由于快進(jìn)，快退的時(shí)間都不大于 0.05s, 則為例計(jì)算方便則取快退和快件速度相等，則快退速度 v3=4.5m/min.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注1咖？1 加24 八 ”0121 fm時(shí)?、10m.24圖1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注iw/m - nin-1i4. b1 bl1i jii. 5。1w 150 30q wfifi 500 雙 lbol8l/auo-4. 5圖2設(shè)計(jì)內(nèi)容（四）確定執(zhí)

5、行兀件主要參數(shù)由機(jī)械手赭桶卯0 h閾莪約為20000時(shí), 液壓系統(tǒng)宜取壓力p1=3mpa,鑒于動(dòng)力滑臺要求快進(jìn)，快備注咫坯反日寸）區(qū)生uj/幻人山，口m凡牛仙奉，i 八口, m人 進(jìn)時(shí)做差動(dòng)快進(jìn)。這種情況下液壓缸無桿腔的面積a1凡為有桿腔工作面積a2的兩倍，即p=a1/a2=2,而活塞桿 直徑d與缸筒直徑d或d=0.707d的關(guān)系。在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須具有背壓 p2, l 防止孔鉆通時(shí)滑臺突然前沖，按照機(jī)械手冊取 p2=0.6mp 快進(jìn)時(shí)液壓缸做差動(dòng)連接，管路中有壓力損失，有桿腔的 壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.4mpa老慮，快退時(shí)回油腔中是有背壓的，這時(shí) p2也可按

6、0.6mp; 估算由機(jī)械手冊查得相應(yīng)的公式計(jì)算液壓缸面積。a3a2=f/q m(p 1 4 -p2)=f/0.95 x (3 x 2-600) x 106 =25728.12/0.95(2 - 3-0.6- 103) m2 =50.15 10-4 m2a1 = j a2=2a2=100.3- 10-4 m2d=(4at7t)1/2=11.3 10-2md =0.707d=0.707- 11.3- 10-2m將這些直徑按gb/t2348-2001,就近標(biāo)準(zhǔn)值得d=0.113m d=0.0799由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為a1=n d 2/4=100.24 - 10-4 m2a2=n (d2

7、-d2)/4=50.15 - 10-4 m2根據(jù)上述d和d的值，可估算出液壓缸在各個(gè)工作 階段中的壓力，流量和功率，如表液壓缸在不同工作階段的壓力流量和功設(shè)計(jì)內(nèi)容率值表2卜說明及id卜笳寸程備注工況負(fù)回油進(jìn) 油輸 入輸 入計(jì)算式載f/n腔壓 力 p2/ mpa腔 壓力p1/ mp流量q .10-3m3s-1功 率 p/k wa起 動(dòng)102 0.2 400.2 144-p1=(f/ 4 m)+ a2ap/(a1- a2) q=(a1-a2)v1快 速129 0.1p1 +0.2-p=p1 q2ap711包510p=0.40.0.30.0速.12mpa176407 1工進(jìn)25728.120.62.

8、70170.0 1336 50.036p1=(f/ 4 m)+ p2a2/a1 q=a1v2 p=p1q快起 動(dòng)102 0.2 400.214-p1=(f/ 刀 m) +退加 速129 0.120.60.271-p2a1/a2 q=a2v3 p=p1 q包5100.0.30.0速.1210676399設(shè)計(jì)內(nèi)容jmpa於n n 14 4二計(jì)說明0 2711此 qi0712.71017 二計(jì)m士程備注ll 士 144oio3vp10 2m l/mm0.271l.fp.irf/s qj7j.m3/sl/mmq設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注0 041 口36q.i039p三.在結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上擬定由液

9、壓系統(tǒng)原理圖（一）設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案由于該機(jī)床是固定式機(jī)械，且不存在外負(fù)載對系統(tǒng) 做功的工況，并由圖3知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)的功率小， 滑臺運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小。根據(jù)機(jī)械手冊可以 確定該液壓系統(tǒng)以采用帶壓力補(bǔ)償閥的節(jié)流閥調(diào)速回路 并且調(diào)速在進(jìn)油路上和開式循環(huán)為宜，為了解決鉆孔時(shí) 滑臺突然前沖的問題，需要在回游路上設(shè)置一個(gè)背壓閥 以保系統(tǒng)的平穩(wěn)性。從工況圖中可以很清楚的看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的 工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替地源源不斷地提供低 壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量約是最小流量 的倍，而快進(jìn)加快退所需要的時(shí)間t1和工進(jìn)時(shí)所需要的 時(shí)間t2分別是：設(shè)計(jì)內(nèi)容t1=l1/v1+l3/v3

10、=(60 150/4.5 1000+60 400/4.5 1000+60 400/4.5 1000)s=7.33st2=l2/v2=25般 鉀鐐明強(qiáng)鉀莫過程則t2/ti=i87.5/733=26.苗位電高系統(tǒng)效率，節(jié)省能量的角度來看，采用單個(gè)定量壓泵作為油源顯然是備注不適合的，而采用大，小兩個(gè)液壓本自動(dòng)兩級并聯(lián)供油 的油源方案，采用并聯(lián)的方式可以使用多個(gè)液壓執(zhí)行元 件同時(shí)動(dòng)作，負(fù)我小的液壓兀件的速度會增大，液壓泵 的壓力負(fù)擔(dān)輕。如圖4(二)選擇基本回路由于不存在負(fù)載對系統(tǒng)做功的工況，也不存在負(fù) 載制動(dòng)過程，故不需要設(shè)置平衡及制動(dòng)回路，但必須具 有快速運(yùn)動(dòng)，速度換接以及調(diào)壓，卸荷等回路。1.選擇

11、快速運(yùn)動(dòng)和換向回路設(shè)計(jì)內(nèi)容系統(tǒng)中采用截留謾料崛喝及計(jì)算陽料種油源形式都必 備注 須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。圖52.選擇速度換向回路由工況圖1 (圖8-12)中的q-l曲線可知，當(dāng)滑臺從快進(jìn) 轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸的流量由0.376m3/s降至0.013365m3/s,滑臺的速度變化很大，可選用行程閥來 控制速度的換接，以減小液壓沖擊，當(dāng)滑臺由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快 退時(shí)，回路中通過的流量很大一一進(jìn)油路中通過0.376m3/s,回油路中通過 0.376 (100.24/50.15)=0.7516 m3/s, 為了保證換向平穩(wěn)。最好采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥 式換接回路，由于這一回路

12、還要實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)連接， 所以換向閥必須是五通的。圖63.選擇調(diào)壓和卸荷回路油源中有溢流閥（見圖4）,調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此 調(diào)壓問題已在油源中解決，無須另外再設(shè)置調(diào)壓回路， 而且，系統(tǒng)采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)整，故溢流閥常開，即使滑 臺被卡住，系統(tǒng)壓力也不會超過溢流閥的調(diào)定值，所以 又起安全作用。在圖4所示的雙液壓泵自動(dòng)兩級供油的油源中沒有 卸荷閥，當(dāng)滑臺工進(jìn)和停止時(shí)，低壓，大流量液壓泵都 可經(jīng)此卸荷閥。由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)周期中占了絕 大部分時(shí)間，且高壓，小流量液壓泵的功率較大，雖然 這樣就可以解決卸荷了，可是如果在換向回路中也進(jìn)行 卸荷，這樣就可以大大減少液壓泵的壓力。（三）液壓回路綜合式液壓

13、系統(tǒng)雖然已經(jīng)有圖3圖4圖5圖6這些元件，但是如 果它們綜合起來還存在很多問題，為了防止干擾，簡化 系統(tǒng)并使其功能更加完善，則應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行如下的修整：（1） 為了結(jié)局滑臺工件（閥2在左位時(shí)）圖中進(jìn)， 回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立壓力的問題， 必須在換向回路中用接一個(gè)單向閥，將進(jìn)回油 路隔斷。設(shè)計(jì)內(nèi)容(2) 為了解謖粉領(lǐng)明吸附嘶跑g由箱，無法實(shí)現(xiàn) 液壓缸差動(dòng)連接的問題，必須在回油路上用好 個(gè)液控順序閥，這樣，滑臺快進(jìn)時(shí)因負(fù)裁較小而備注系統(tǒng)壓力較低，使液控順序閥關(guān)閉，便阻止了油 液返回油箱。(3) 為了解決機(jī)床停止工作后，回路中的油液流回油 箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 問題，必須在換

14、向閥的回油口增設(shè)一個(gè)單向閥。(4) 為了在滑臺工進(jìn)后系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出快退信號，須 在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個(gè)壓力繼電器。經(jīng)過修改整理后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖7所示令161.雙聯(lián)葉片液壓系統(tǒng)2.三位五通電液閥3.行程閥4.單向閥5.調(diào)速閥6 .調(diào)速小、7j抖電也啜牌則g 8二位三通電磁換 向閥9.胸1施財(cái)計(jì)算過程10 .單向閥11.單向閥12.背壓閥13.順序閥14.溢流閥15 .單向閥16.過濾器17 .壓力表接點(diǎn).(一)液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為 2.7017mpa,如取進(jìn)油路上的壓力損失為 0.8mpa,為使壓 力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)工作壓 力0.5mpa,則小

15、流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為：pp1=(2.7017+0.6+0.5)mpa=3.8017mpa四.選擇液壓元 件大流量液壓泵在快進(jìn)，快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液壓缸輸油。 有圖3可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如 取進(jìn)油路的壓力損失為0.05mpa,(因?yàn)榇藭r(shí)進(jìn)油不經(jīng)調(diào) 速閥故壓力損失減小)，則大流量液壓泵的最高工作壓力 為：pp2=(0.106+0.05)mpa=0.156mpa由圖3可知，兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供最大流量為 0.376m3/s,因系統(tǒng)較簡單，取泄露系數(shù) k=1.05，則兩個(gè)液 壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為qp=1.05- 22.56l/min=23.688l/min由于溢流閥的最小穩(wěn)定

16、溢流量為 2.5l/min,而工進(jìn)時(shí) 輸入液壓缸的流量為0.8 l/min,由小流量液壓泵單獨(dú)供 油。所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為 3.3 l/min。 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選 取pv2rr6-26雙聯(lián)葉片液泵，具小液壓泵和大液壓泵 的排量分別為6ml/r和26ml/r ,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速 np=940r/min時(shí)，該液壓泵的理論流量為 30.08l/min,若 取液壓泵的容積效率hv0.9,則液壓泵的實(shí)際輸出流量為：內(nèi)容注設(shè)計(jì)f勺設(shè)計(jì)說明及計(jì)算過程備注容qp=(6+26) 940 0.9 1000)l/min=(s 1+22)l/min=22.1l/min由于液壓缸

17、在快退時(shí)輸入功率最大。這時(shí)液壓泵工作壓力為0.156mpa流量為27.1 l/min按機(jī)械手冊可取得液壓泵的總效率4p=0.75則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為p=pqqp/ 1p=0.156 - 22.56/(0 0.75)kw=0.078kw根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取y100l-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率pn=1.5kw額定*$速n=940r/min(二)閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該 元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表 3,表中序號與國標(biāo)元件標(biāo)號相同。表3 元件的型號及規(guī)格序 號元 件 名 稱估計(jì) 流過 8m: l/min額定 8m

18、: l/min額止 壓力mpa額定 壓降 /mpa型號規(guī)格1雙 聯(lián) 葉 片 泵(5.1 +22)17.5pv2r2 6/26vp= (6+26)ml/r2f6080160.735dyf3y-e10b2tl 通 電 液 閥3行5063160.3axqf設(shè)計(jì)內(nèi)程 閥-e10b（單向行容4單 向 閥60設(shè):齷明及間進(jìn)程程調(diào)速閥）qmax= 100l/min備注5調(diào)0 60 0716速 閥j .501 j6調(diào) 速 閥0.91.055167位通 電 磁 換 向 閥6063160.5q23jd-88位通 電 磁 換 向 閥6063160.59壓 力 繼 電 器10hed1ka/10設(shè)計(jì)內(nèi)容1 0單 向 閥

19、25,設(shè)計(jì)63說明及，品0.2 立程af3-ea 10bqmax =80l/min備注4單11中 向 閥606316j 0.2af3-ea10bqmax =80l/min12目 壓 閥0.56316yf3-e10b13液 孔 順 序 閥2563160.3yf3-e10b14溢 流 閥56316yf3-ea10b15單 向 閥2563160.2yf3-ea 10bqmax =80l/min16濾 油 器306316 p1+-e ap1+-a pe=3.7023 忡諾備注2.快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥15的流量為22l/min.通過換向閥2的流量為22.1l/min ;油液在回油路上通過單

20、向閥4,換向閥2和單向閥11的流量都是44.17 l/min ,因 此進(jìn)油路上總壓降為：eapv1=0.2(22/63) 2+0.5 (22.1/80 ) 2mpa=0.0625mpa此值比較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是夠用的，回油路上總壓降為：epv2=0.3(44.17/63) 2+0.7(44.17/80) 2+0.3(44.17/63) 2mpa=0.3335mpa因此大流量液壓泵卸荷的順序閥13的調(diào)壓應(yīng)大于 0.3335mpa(二)驗(yàn)算油液溫升工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所占的時(shí)間比例大95% (見前)，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時(shí)的工況來計(jì)算。為簡便起見，本例采用上述“系統(tǒng)的發(fā)

21、熱功率計(jì)算方法之二” 來進(jìn)行計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率：pe=fv2= (25728.12 - 0.05) /103 - 60=0.02144kw設(shè)計(jì)內(nèi)4這時(shí)大流量液壓號用批m 咎喇部壓泵在高壓供 油，大液壓泵通函對潮 叫的端ik%l/min，經(jīng)表31得該閥在額定流量 qn=63l/min時(shí)的壓力損失/pn=0.3mpa,故此閥在工進(jìn)時(shí)的壓力損失為:r備注 p=a pn(q2/qn)2=0.3(22/63) 2mpa小液壓泵工進(jìn)時(shí)的工作壓力pp1=4.75mpa,流量q1=5.1l/min,所以兩個(gè)液壓泵的總輸入功率為：pp=(pp1q1-+ pq2)/p=(3.702 - 106 5.1/60 - 103