液壓課程設(shè)計(jì)

1、液 壓 傳 動(dòng) 課 程 設(shè) 計(jì) 的 目 的1、綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)課程及其它先修課程的理論和工程實(shí)際知識(shí)，以課程設(shè)計(jì) 為載體，通過液壓功能原理及液壓裝置的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使理論和工程實(shí)際知識(shí)密切地結(jié)合起 來，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、加深和擴(kuò)展，并培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問題的設(shè) 計(jì)計(jì)算能力。2、使學(xué)生掌握根據(jù)設(shè)計(jì)題目搜集有關(guān)設(shè)計(jì)資料和文獻(xiàn)的一般方法和途徑，提高學(xué)生 綜合利用設(shè)計(jì)資料的能力，為獨(dú)立從事液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)建立良好的基礎(chǔ)。3、在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握方案論證及擬定方法，掌握液壓回路的組合方法及液壓元件 的選用原則、結(jié)構(gòu)形式，深化對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和了解。二、液壓課程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)上料機(jī)液

2、壓系統(tǒng)，要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成快速上升一慢速上升一停 留一快速下降的工作循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其垂直上升工作的重力為700CN，滑臺(tái)的重量為5000，快速上升的行程為450mm其最小速度為55mm/ s ；慢速上升行程 A數(shù)參據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)*滑臺(tái)自重（N）100020003000400050006000工件自重（N）500050005000700070007000快速上升速度（mm/s）454545555555快速上升行程（mm）350350350450450450慢速上升速度（mm/s） 13 13 13 13 13慢速上升行程（mm）100100100200200200快速下降速度

3、（mm/s）555555555555快速下降行程（mm）450450450450450450為200mm其最小 速度為13mm/s;快速 下降行 程為450mm速度要 求55mm/s。滑臺(tái) 采用V 型導(dǎo)軌， 其導(dǎo)軌 面的夾 角為90 ，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為2mn,啟動(dòng)加速與減速時(shí)間均為05，液壓缸的機(jī)械效率（考慮 密封阻力）為 0.9 。目錄1前言 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。2負(fù)載分析 . 12.1負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 . 12.2負(fù)載動(dòng)力分析 . 12.3負(fù)載圖和速度圖的繪制 . 33設(shè)計(jì)方案擬定 . 43.1液壓系統(tǒng)圖的擬定 . 43.2液壓系統(tǒng)原理圖 . 43.3液壓缸的設(shè)計(jì) . 54主要參數(shù)

4、的計(jì)算 . 74.1初選液壓缸的工作壓力 . 74.2計(jì)算液壓缸的主要尺寸 . 74.3活塞桿穩(wěn)定性校核 . 74.4計(jì)算循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力，流量和功率 . 85液壓元件的選用 . 85.1確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率 . 85.2選擇閥類元件及輔助元件 . 96液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 . 106.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定 . 106.2驗(yàn)算系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 . 12致 謝 . 13參考文獻(xiàn) .錯(cuò)誤! 未定義書簽/ 、八1 前言設(shè)計(jì)一臺(tái)上料機(jī)液壓系統(tǒng)，要求驅(qū)動(dòng)它的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成快速上升一慢速上升一停留一快速下降的工作循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。其垂直上升工作的重 力為700N，

5、滑臺(tái)的重量為5000N，快速上升的行程為 450mm其最小速度為55mm/ s ;慢速上升行程為200mm其最小速度為13mm/ s ;快速下降行程為450mm速度要求55mm/ s?；_(tái)采用V型導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌面的夾角為90，滑臺(tái)與導(dǎo)軌的最大間隙為2mm啟動(dòng)加速與減速時(shí)間均為0. 5s，液壓缸的機(jī)械效率（考慮密封阻力） 為 0.9 。上料機(jī)示意圖如下：圖 1 上料機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖2 負(fù)載分析對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工況分析就是明確各執(zhí)行元件在工作過程中的速度和負(fù)載 的變化規(guī)律，也就是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析。2.1負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)各執(zhí)行在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度，繪制其循環(huán)圖，如下圖所示：圖 2 工作循

6、環(huán)圖2.2負(fù)載動(dòng)力分析動(dòng)力分析就是研究機(jī)器在工作中其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況。2.2.1工作負(fù)載2.2.2摩擦負(fù)載由于工件為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和機(jī)構(gòu)尺寸求得靜摩擦負(fù)載：Ffs0.2 60 sin 45 N16.97N動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd0.1 60 sin 45 N 8.49NFN 60N ,取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1貝U有2.2.3慣性負(fù)載慣性負(fù)載為運(yùn)動(dòng)部件在起動(dòng)和制動(dòng)的過程中可按:G-運(yùn)動(dòng)部件的重量（N） g-重力加速度，g v-速度變化值（ms） t-起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）G Av120000.055反向加速：Fa4N134.69Ng At9.80.5反向制

7、動(dòng)：Fa5Fa4134.69N根據(jù)以上的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行加速：FaiG Av g At120009.8哼N0.5134.69N減速：Fa2G Av g At空 o.55O.13N9.80.5102.56N制動(dòng)：Fa3G Av g At120009.80.531.84N下滑，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置平衡回路。則液壓缸各階段中的負(fù)載如表1所示（nm 9）工況計(jì)算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N啟動(dòng)12016.9713352.19力卩速12143.4513492.72快上12008.4913342.77減速11905.9313228.81慢上12008.4913342.77

8、制動(dòng)11976.6513307.39反向加速143.18159.09快下8.499.43制動(dòng)-126.2-140.22表1液壓缸各階段中的負(fù)載2.3負(fù)載圖和速度圖的繪制按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求、行程限制等，繪制出負(fù)載圖及速 度圖如圖3所示。圖3速度負(fù)載圖3 設(shè)計(jì)方案擬定3.1 液壓系統(tǒng)圖的擬定液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個(gè)方面的問題3.1.1 供油方式從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上和快下時(shí)所需的流量較小，因此從提高系統(tǒng) 的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的供油方式顯然是不適合的，宜選 用雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源。3.1.2調(diào)速回路由工況可知可知，該系統(tǒng)在慢速時(shí)速度需

9、要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn) 動(dòng)速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，所以采 用調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路。3.1.3速度換接回路由于快上和慢上之間速度需要換接，但對(duì)換接到位置要求不高，所以采用由行 程開關(guān)發(fā)訊控制二位二通電磁閥來實(shí)現(xiàn)速度的換接。3.1.4平衡及鎖緊為防止在上端停留時(shí)重物下落和在停留期間內(nèi)保持重物的位置，特在液壓缸的 下腔（ 無桿腔 ）進(jìn)油路上設(shè)置了液控單向閥；另一方面，為了克服滑臺(tái)自重在快下過 程中的影響，設(shè)置了一單向背壓閥。3.1.5電磁閥本液壓系統(tǒng)的換向采用三位四通 Y 型中位機(jī)能的電磁換向閥。3.2 液壓系統(tǒng)原理圖圖 4 原理圖3.3 液壓缸

10、的設(shè)計(jì) 3 3.1 液壓缸的分類機(jī)組成液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸、和擺動(dòng)缸三類?；钊缀椭?塞剛實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出推力和速度。擺動(dòng)缸則能實(shí)現(xiàn)小于 360 的往復(fù)擺動(dòng)，輸出 轉(zhuǎn)矩和角速度。液壓缸除單個(gè)使用外，還可以幾個(gè)組合起來和其他機(jī)構(gòu)組合起來， 在特殊場(chǎng)合使用，已實(shí)現(xiàn)特殊的功能。液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、 活塞和活塞桿、 密封裝置、緩沖裝置， 以及排氣裝置五個(gè)部分。3 3.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缸體與缸蓋的連接形式 常用的連接方式法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接和 內(nèi)半環(huán)連接，其形式與工作壓力、缸體材料、工作條件有關(guān)。活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 常見的連接形式有：整體式結(jié)構(gòu)和

11、組合式結(jié)構(gòu)。組合 式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接?；钊麠U導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套 的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵、鎖緊裝置等?；钊盎钊麠U處密封圈的選用 活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封部 位、使用部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。 常見的密封圈類型：0型圈，0型圈加擋圈，高底唇 Y型圈，Y型圈，奧米加型等。液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速 度較高，則在達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機(jī)械 碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。常見的緩沖裝置有環(huán)

12、狀間 隙節(jié)流緩沖裝置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調(diào)緩沖裝置。液壓缸排氣裝置 對(duì)于速度穩(wěn)定性要求的機(jī)床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。3 3.3 液壓缸設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載。 考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動(dòng)問題和液壓缸的排氣問題，缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)措施。根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，正確 確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根 據(jù)推薦結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較，盡可能做到簡(jiǎn)單、緊湊、加工、裝配和維修方便。3. 3.4液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求缸體材料-灰鑄鐵：HT200,H

13、T350;鑄鋼：ZG25,ZG45ZG230-450是一種鑄造碳鋼也叫ZG25或者25號(hào)鋼。230是指鑄鋼件的屈服強(qiáng) 度為230Mpa 450是指鑄鋼件的抗拉強(qiáng)度為 450Mpa ZG代表鑄鋼的拼音縮寫，執(zhí) 行GB/T11352標(biāo)準(zhǔn)。以此種材料為原料生產(chǎn)制造的建筑扣件成為鑄鋼扣件。粗糙度-液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.2 0.4艸。技術(shù)要求：內(nèi)徑用H8-H9的配合。缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度活塞材料-灰鑄鐵：HT150,HT200。粗糙度-活塞外圓柱粗糙度Ra0.8 1.6 m 0技術(shù)要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7f9的配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H&活塞桿材料-實(shí)心：35鋼，

14、45鋼；空心：35鋼，45鋼無縫鋼管。粗糙度- 桿外圓柱粗糙度為Ra 0.牛0.8“。技術(shù)要求：a調(diào)質(zhì)2025HRC b活塞與導(dǎo)向套 用H8 f 7的配合，與活塞的連接可用H8 h8。缸蓋材料-35鋼，45鋼；作導(dǎo)向時(shí)用（耐磨）鑄鐵。粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為Ra0&1.6叩。技術(shù)要求：同軸度不大于0.03叩導(dǎo)向套材料-青銅，球墨鑄鐵，粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為Ra0.8m，技術(shù)要求：a導(dǎo)向套的長(zhǎng)度一般取活塞桿直徑的 60%80%b外徑D內(nèi)孔的同軸度不大于內(nèi)孔公差之半4主要參數(shù)的計(jì)算4.1初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類型屬機(jī)床類，所以初選液壓缸的工作壓力為2.5MP&4.2計(jì)算

15、液壓缸的主要尺寸A匚式中;PF-液壓缸上的外負(fù)載p-液壓缸的有效工作壓力A-所求液壓缸有有效工作面積按標(biāo)準(zhǔn)?。?0按標(biāo)準(zhǔn)取d45mm則液壓缸的有效作用面積為:無桿腔面積A - nD 2n9.02cm263.62cm24412有桿腔面積A n D24d2n22229.04.5 cm47.71cm44.3活塞桿穩(wěn)定性校核因?yàn)榛钊麠U總行程為650mm而活塞桿直徑為45mm需進(jìn)行穩(wěn)定性校核,c 為材料的許用應(yīng)力，查材料力學(xué)教程用普通碳素鋼所以，滿足穩(wěn)定性條件。4.4計(jì)算循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力，流量和功率求液壓缸的最大流量工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如表2所示工況壓力%Pa流量

16、%. 1/ L min功率PW快上1.8920.94659.61慢上1.894.96156.24快下0.001815.740.47表2液壓缸各工作階段的壓力流量和功率5液壓元件的選用5.1確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中最大工作壓力為1.89Mpa,由于該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以取其壓力損失EAp0.4Mpa,所以液壓泵的工作壓力為兩個(gè)液壓泵同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)，若回路中泄漏按10%計(jì)算，則兩個(gè)泵的總流量應(yīng)為qp1.1 20.94L/ min2303L/ min，由于溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L min，而工進(jìn)時(shí)液壓缸所需流量為4.96 L min，所以。高壓泵的輸出流量不 得少于 7.9

17、6L/ min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用YB 10/ 10型的雙聯(lián)葉片泵,其額定壓力為6.3Mpa,容積效率npv0.84，總效率葉卩0.65，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力(2. 29Mpa)和輸出流量(當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1400r / min ) qp21014000.8010 3 L/ min2352L/ min 求出查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，擬定選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為丫90L-4,功率為1500VY額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min。5.2選擇閥類元件及輔助元件根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，可選出這些 元件的型號(hào)及規(guī)格如下序號(hào)名稱估計(jì)通過流量q /(L.m

18、in 1)qmax型號(hào)及規(guī)格1濾油器28.00XU-63*80-J2雙聯(lián)葉片泵23.52YB1-10/103單向閥11.76I-25B4外控順序閥11.76XY-B25B5溢流閥3.375Y-106三位四通電磁換向閥23.5234D-25B7單向順序閥28.10XI-63B8液控單向閥28.10IY-63B9二位二通電磁換向閥20.7422D-25B10單向調(diào)速閥23.52AXQF-E10B11壓力表Y 100T12壓力表開關(guān)K-3B13電動(dòng)機(jī)Y90L-4表3各元件初選油管：油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計(jì)=12.17mm=10.55mm這兩根油管按GB/T 23

19、51-2005選用內(nèi)徑 15mm勺冷拔無縫鋼管。油箱：油箱 容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積V (5 7)q P,即V=按 JB/T 7938-1999 取標(biāo)準(zhǔn)值 V=160L6液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算6.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定根據(jù)計(jì)算慢上時(shí)管道內(nèi)的油液流動(dòng)速度約-,通過的流量為1.5L/min, 數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降；此時(shí)功率損失最大；而在快下時(shí)滑 臺(tái)及活塞組件的重量由背壓閥所平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，所以不必驗(yàn)算，因而必 須以快進(jìn)位依據(jù)來計(jì)算卸荷和溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油流量的變化，其快上時(shí) 液壓缸的速度為此時(shí)油液在進(jìn)油液在進(jìn)油管的流速為沿程壓力損失首先要判別管中的流態(tài)

20、，設(shè)系統(tǒng)采用 N32液壓油。室溫為20度時(shí)，丫 1.0104mm=17.27L/mi n ，1.63%。由此可計(jì)算出Re vd/v 1.6315103 1.0 104244.5 （層流）所以有：Re vd/217151031.01043262320，管中為層流，則阻力損失系數(shù)Y 75Re 75326023，若取進(jìn)、回油管長(zhǎng)度均為2m油液的密度為p 890 kgm，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損 失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%而后者則與通過閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為qn和厶pn，則當(dāng)

21、通過閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失 pv。通過整個(gè)閥的壓力損失很小，且可以忽略不計(jì)同理，快上時(shí)回油路上的流量q2 q1 A23.03 47.71 LA163.62min則回油路油管中的流速v OP17-27 10 3 mA 叮 151510 660 A入 75Re 0.31所以回油路上的沿程壓力損失為Z 入扌 pv2 0-31上 820 163 1.63Pa OWMPa 總壓力損失 由上面的計(jì)算所得可求出原設(shè)2Ap 0.4MPa這與計(jì)算結(jié)果略有差異，應(yīng)用計(jì)算出的結(jié)果來確定系 統(tǒng)中壓力閥的調(diào)定值。壓力閥的調(diào)定值雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足快進(jìn)的要求，保證雙泵同向系統(tǒng)供油， 因而卸荷閥的調(diào)定值

22、應(yīng)略大于快進(jìn)時(shí)泵的供油壓力所以油液的溫升為At0.6579hAC22.89 C15101.9160.3-0.5Mpa ,所以取溢流閥調(diào)定壓力00Pa47.7110 41.05MPa,取 p背HMpa2.210623.5210 3/600.651326.77W；PpiPpiqpiW 2.7 106600.6511.7610 3/600.65814.15W ；快上時(shí)其有用功率為：P1慢上時(shí)的有用功率為：P21.891060.0653V20.0653 1602m21.916m2，所以卸荷閥的調(diào)壓壓力應(yīng)取2.2Mpa為宜溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力為 2.7Mpa背壓閥的調(diào)定壓力以平衡滑臺(tái)自重為根據(jù)，即6.2驗(yàn)算