液壓課程設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)和設(shè)計(jì)進(jìn)給缸

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)液壓液壓課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：液壓系統(tǒng)和設(shè)計(jì)進(jìn)給缸 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí)： 091312學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 丁久華 成 績(jī)： 完成日期： 2010 年 12 月 3 日液壓課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目：液壓系統(tǒng)和設(shè)計(jì)進(jìn)給缸一.課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完液壓與氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程,進(jìn)行的一個(gè)綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié),學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì),能綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論以及學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)進(jìn)行的基本訓(xùn)練,掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維和方法,專(zhuān)用元件和通用元件的參數(shù)確定。通過(guò)給定設(shè)計(jì)題目，初步掌握確定壓力，進(jìn)行缸的主要參數(shù)的初步確定，按系列要求確定缸體和活塞桿的

2、直徑。然后確定其他元件的參數(shù)，最后進(jìn)行效核。通過(guò)液壓課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際液壓?jiǎn)栴}的能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究,工程技術(shù)工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二.設(shè)計(jì)題目見(jiàn)題目分配表三.課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容(一)對(duì)題目進(jìn)行分析,初步確定缸體和活塞的直徑(二)繪制液壓缸裝配圖(2a)(三)任意零件圖(零件圖盡量不重復(fù)3a)(四)說(shuō)明書(shū)一份1.分析負(fù)載情況初步確定液壓系統(tǒng)2.對(duì)題目進(jìn)行分析,選擇壓力，初步計(jì)算確定缸體和活塞的直徑3.根據(jù)缸體尺寸確定其他元件的參數(shù)，選擇各元件4.進(jìn)行效核四.課程設(shè)計(jì)的基本要求(一)課程設(shè)計(jì)要求1.要有勤于思考、刻苦鉆研的學(xué)習(xí)精神和嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、精益求精的態(tài)度

3、。2.學(xué)生必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，嚴(yán)禁抄襲、剽竊他人成果或找人代做等行為，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按舞弊行為論處。3.掌握相關(guān)課程的基本理論與基本知識(shí)，概念清楚，設(shè)計(jì)計(jì)算正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，軟件程序運(yùn)行良好，繪圖符合標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)規(guī)范。4.課程設(shè)計(jì)期間學(xué)生的考勤與紀(jì)律按學(xué)校有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。要嚴(yán)格遵守學(xué)習(xí)紀(jì)律，遵守作息時(shí)間，不得遲到、早退和曠課。因事、因病不能參加設(shè)計(jì)，需履行請(qǐng)假手續(xù)，否則按曠課論處。5.課程設(shè)計(jì)期間要愛(ài)護(hù)公物、搞好環(huán)境衛(wèi)生，保證設(shè)計(jì)(實(shí)訓(xùn))場(chǎng)所整潔、文明、安靜。嚴(yán)禁在設(shè)計(jì)場(chǎng)所嬉戲或開(kāi)展其他休閑娛樂(lè)活動(dòng)。(二)通過(guò)本課程設(shè)計(jì),應(yīng)使學(xué)生在以下幾方面得到鍛煉：1.能正確地理解和應(yīng)用液壓

4、知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)行簡(jiǎn)單的系統(tǒng)計(jì)算。2.學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖標(biāo)資料.掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱(chēng)及用途,做到熟練運(yùn)用。3.學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)內(nèi)容，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)資料符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(三)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)完成以下任務(wù):1.裝配圖(規(guī)格a2)2.零件圖二張（規(guī)格a3圖紙）3設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份(參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)寫(xiě)格式)4.設(shè)計(jì)資料裝訂格式：(1)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)封面(見(jiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)封面樣板)(2)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(3)目錄(4)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(5)總結(jié)五.成績(jī)?cè)u(píng)定內(nèi)容1.成績(jī)?cè)u(píng)定應(yīng)綜合以下因素：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量，獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)過(guò)程的表現(xiàn)。各部分評(píng)分權(quán)重由系及教研室確定。2.課程設(shè)計(jì)的成績(jī)分為優(yōu)秀

5、、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級(jí)，評(píng)為優(yōu)秀的學(xué)生人數(shù)一般不超過(guò)20%，優(yōu)良的比例一般不超過(guò)40%。3.五級(jí)評(píng)分制的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀：能獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)工作，方案先進(jìn)，計(jì)算正確，設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，說(shuō)明書(shū)敘述透徹，圖面整潔，體現(xiàn)一定的創(chuàng)新能力。設(shè)計(jì)過(guò)程中表現(xiàn)好，無(wú)違紀(jì)現(xiàn)象。良好：能獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)工作，方案合理，計(jì)算正確。設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，說(shuō)明書(shū)敘述清楚，圖面清晰。設(shè)計(jì)過(guò)程中表現(xiàn)較好，無(wú)違紀(jì)現(xiàn)象。中等：能完成課程設(shè)計(jì)工作，達(dá)到要求，計(jì)算基本正確，設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，說(shuō)明書(shū)敘述比較清楚，圖面基本清晰。設(shè)計(jì)過(guò)程中表現(xiàn)較好，無(wú)違紀(jì)現(xiàn)象。 及格：能完成課程設(shè)計(jì)工作，基本達(dá)到要求，計(jì)算基本正確，設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求

6、，說(shuō)明書(shū)敘述基本清楚，圖面基本清晰。設(shè)計(jì)過(guò)程表現(xiàn)一般，無(wú)違紀(jì)現(xiàn)象。不及格：課程設(shè)計(jì)達(dá)不到基本要求；說(shuō)明書(shū)敘述不清楚。六.課程設(shè)計(jì)的時(shí)間課程設(shè)計(jì)一周時(shí)間集中安排,每人一題。先計(jì)算確定缸的尺寸后繪制裝配圖和零件圖。最后寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 2010年12月 3 日教研室主任： 2010年12月 3 日 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 教學(xué)工程系機(jī)制教研室 2008.6.設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)和設(shè)計(jì)進(jìn)給缸或夾緊缸。要求液壓系統(tǒng)完成：1） 工件的定位與夾緊，所需夾緊力為31000n，工作夾緊缸的工作行程為20mm，夾緊時(shí)間為1s2） 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。機(jī)

7、床快進(jìn)快退速度為6m/min，工進(jìn)速度為50mm/min，快進(jìn)行程為100mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為31000n；運(yùn)動(dòng)部件總重15000n，加減速度時(shí)間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。1、 工況分析首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖1.1所示然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外負(fù)載f包括三種類(lèi)型，即fw為工作負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力，在此例中為31000n；fa運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；ff導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌可由下式求得g為運(yùn)動(dòng)部件重力（g=

8、15000n）frn垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，此例中為0f為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，本例中取靜摩擦系數(shù)0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。求得：ffs=0.2*15000n=3000nffa0.1*15000n=1500n上式中ffs為靜摩擦阻力，fa為動(dòng)摩擦阻力。g重力加速度；t加速度或減速度（t=0.1s）vt時(shí)間內(nèi)速度的變化量。在此例中根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，列出工作階段所受的外負(fù)載（見(jiàn)表1.1），并畫(huà)出如圖所示的負(fù)載循環(huán)圖。 圖1.1速度和負(fù)載循環(huán)圖表1.1外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載啟動(dòng)、加速f=ffs+fa5551工進(jìn)f=ffa+fw33551快進(jìn)f=ffa1500快退f=ffa1500擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1） 確定

9、供油方式考慮到該機(jī)床在工作時(shí)進(jìn)給負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速速較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。（2） 調(diào)速方式的選擇在中小型專(zhuān)用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。（3） 速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥

10、的安裝比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。（4） 夾緊回路的選擇用二位四通的電磁閥來(lái)控制夾緊、松開(kāi)換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開(kāi)，應(yīng)采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的確定。最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組合成圖1.2所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖1.2液壓系統(tǒng)原理圖3液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件（1） 液壓缸主要尺寸的確定a：進(jìn)給缸主要尺寸的計(jì)算1） 工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負(fù)載大小

11、（26.5kn）及機(jī)器類(lèi)型來(lái)初步確定，查表可得液壓缸工作壓力為4mpa，為下面計(jì)算所用的p1。2） 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑d和活塞桿直徑d。液壓缸直徑d和活塞桿直徑d的計(jì)算值要按國(guó)標(biāo)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。如果與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。常用液壓缸內(nèi)徑及活塞桿和直徑見(jiàn)下表表1.2按工作壓力選取d/d工作壓力/mpa5.05.07.07.0d/d0.5-0.550.62-0.700.7由負(fù)載圖知最大負(fù)載f為26500n。按表可取p2為0.5mpa，m 為0.95，考慮快進(jìn)、快退速度相等，取d/d為0.7。將上述數(shù)據(jù)代下式即，也就是得：根據(jù)表2.1，將液壓缸內(nèi)徑

12、圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑d=180mm；活塞桿直徑d，按dd= 0.7(采用差動(dòng)連接時(shí)，。如果要求往返速度相同時(shí)，應(yīng)取d=0.71d)及表2.2活塞桿直徑系列取d=126mm。 b：夾緊缸主要尺寸的計(jì)算 按工作要求夾緊力由兩個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力（每個(gè)夾緊缸提供的夾緊力為f=3000n）的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，且查表1.1可取夾緊缸的工作壓力為1mpa， 回油背壓力為零，cm為0.95，把已知量代入下式可得：m按表2.1及表2.2液壓缸和活塞桿的尺系列，取夾緊液壓缸的d和d分別為80.4mm及36mm（這里d=0.55d）。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式

13、(1-4)可得式中qmin是由產(chǎn)品樣本查得ge系列調(diào)速閥aqf3-e10b的最小穩(wěn)定流量為0.05lmin。本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即可見(jiàn)上述不等式能滿(mǎn)足，液壓缸能達(dá)到所需低速。3)計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量(2)確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 1)泵的工作壓力的確定。考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 (1-13) pp液壓泵最大工作壓力； p1執(zhí)行元件最大工作壓力； p進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5mpa，復(fù)雜系統(tǒng)取 0.51.5mpa，本例取0.5mpa。上述計(jì)算所得

14、的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿(mǎn)足pn(1.251.6) pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn =1.25 pp=5.6mpa。 2)泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為 (1-14)qp液壓泵的最大流量；(q)max同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值,在此例中是進(jìn)給缸快退時(shí)液壓泵的流量最大，為24l/min。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量23lmin，此例中無(wú)溢流閥，故不加考慮。 kl系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取kl=1.11.3，現(xiàn)取k

15、l=1.2。3)選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的pp和qp，再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用ybx-25限壓式變量葉片泵（ybx- 型號(hào)說(shuō)明，yb是指葉片泵，x限壓變量，第一個(gè)是指排量，單位ml/min，第二個(gè)是指安裝方式，無(wú)：法蘭安裝；b底腳安裝），該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量25mlr，泵的額定壓力6.3mpa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1450rmin，容積效率0.85，總效率0.7。4)與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。(3)液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)可采用力士樂(lè)系統(tǒng)或ge系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力士樂(lè)系列的閥，其夾緊部分選用疊加

16、閥。方案二：均選用ge系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表1.5所示。表1.5 液壓元件明細(xì)表序 號(hào)元 件 名 稱(chēng)通過(guò)流量/lmin-1型 號(hào)1過(guò)濾器24xu-b321002變量葉片泵24ybx-163壓力表kf3-ea10b4三位四通電磁閥2034ef30-e10b5二位三通電磁閥2023ef3b-e10b6單向行程調(diào)速閥20aqf3-e10b7減壓閥9.4jf3-10b8壓力表kf3-ea10b9單向閥9.4af3-ea10b10二位四通電磁閥9.424ef3-e10b11壓力繼電器9.4dp1-63b12單向節(jié)流閥9.4alf-e

17、10b(4)確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。所需的計(jì)算公式為，其中q為管路中油液的流量，單位為；v為管路允許的流速，單位為。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量為q=47lmin，其計(jì)算過(guò)程如下：查相關(guān)表可得壓油管的允許流速為v=4ms，則內(nèi)徑d為若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取q=24lmin，則可算得油管內(nèi)徑。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為14mm。吸油管同樣可按上式計(jì)算(q=28.8lmin、v=1.5ms)得q=20.2mm，現(xiàn)參照ybx-25變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為30mm。 (5)液壓油箱容積的確定本例為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油

18、箱有效容量按泵的流量的57倍來(lái)確定，現(xiàn)選用容量為200l的油箱。 4液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長(zhǎng)度分別為：ab=0.3m，ac=1.7m，ad=1.7m，de=2m。選用l-hl32液壓油，考慮到油的最低溫度為15，查得15時(shí)該液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度=150cst=1.5cm2s，油的密度=920kgm3。 (1)壓力損失的驗(yàn)算 1)工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為0.12mmin，進(jìn)給時(shí)的最大流量為0.942lmin，則液壓油在管內(nèi)流速v1為管道流動(dòng)雷諾數(shù)rel為rel2300，可見(jiàn)油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)。進(jìn)油管道bc的沿程壓力損失pl-1為因?yàn)椋虼丝珊雎?。查得換向閥4we6e50ag24的壓力損失pl-2=0.05106pa忽略油液通過(guò)管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失p1為 2)工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無(wú)桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則回油管道的沿程壓力損失p2-1為因?yàn)?，因此可忽略。查產(chǎn)品樣本知換向閥3we6a50ag24的壓力損失p2-2=0.025 x 106pa，