液壓傳動課程設(shè)計液壓專用銑床設(shè)計

1、液 壓 傳 動 課 程 設(shè) 計 設(shè)計題目 專用銑床設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 組 員 指導(dǎo)教師 目錄一、概述 1、課程設(shè)計目的 2、設(shè)計要求和注意事項 3、課程設(shè)計題目二、液壓系統(tǒng)設(shè)計 1、設(shè)計要求 2、液壓執(zhí)行元件的載荷、速度極其變化規(guī)律，繪制液壓系統(tǒng)工況圖 （1）載荷的組成和計算 1）工作載荷 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 3) 慣性載荷 4) 運動時間 （2）繪制液壓系統(tǒng)工況圖 3、確定系統(tǒng)工作壓力 4、計算執(zhí)行元件主要參數(shù) （1）液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 （2）液壓缸所需的流量 5、制定基本方案 6、草擬液壓系統(tǒng)原理圖 7、液壓元件的選擇與專用件設(shè)計 （1）液壓泵的選擇 1） 計算液壓泵的

2、最大工作壓力 2）計算液壓泵的流量 3）確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 （2）液壓閥的選擇 （3）管道尺寸的確定 （4）油箱容量的確定 8、液壓系統(tǒng)性能驗算3、 總結(jié)與體會 四、參考文獻 一、概述1、 課程設(shè)計目的液壓傳動系統(tǒng)課程設(shè)計是機械電子工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)完流體傳動與控制以及其他有關(guān)課程，并經(jīng)過生產(chǎn)實習(xí)后進行的課程之后進行的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)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)圖的閱讀方法與基本技能、能夠綜合運用本課程及工程力學(xué)、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(xué)生通過本課程設(shè)計

3、可在以下幾方面得到訓(xùn)練：正確進行工程運算和使用技術(shù)文件、技術(shù)資料的能力；掌握系統(tǒng)方案設(shè)計的一般方法；正確表達設(shè)計思想的方法和能力；2、 設(shè)計要求和注意事項 （1）認(rèn)真、仔細(xì)、整潔； （2）理論聯(lián)系實際，綜合考慮問題，力求設(shè)計合理、使用、經(jīng)濟、工藝性好； （3）正確處理繼承和創(chuàng)新的關(guān)系，正確使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范； （4）學(xué)會正確處理設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計間的關(guān)系，要統(tǒng)籌兼顧； （5）所繪圖紙要求作圖準(zhǔn)確、表達清晰、圖面整潔，符合機械制圖標(biāo)準(zhǔn)；說明書要求計算準(zhǔn)確、書寫工整，并保證要求的書寫格式。3、課程設(shè)計題目設(shè)計一專用銑床，工作臺要求完成快進工作進給快退停止的自動工作循環(huán)。銑床工作臺總重量為4500n，工

4、件夾具重量為1500n，銑削阻力最大為10000n，工作臺快進、快退速度為4.5m/min、工進速度為0.051m/min，往復(fù)運動加速、減速時間均為0.1s，工作臺采用平導(dǎo)軌，動、靜摩擦系數(shù)為fs=0.2，動摩擦系數(shù)為fd=0.1，工作臺快進行程為0.3m，工進行程為0.1m，試設(shè)計該機床的液壓系統(tǒng)。2、 液壓系統(tǒng)設(shè)計1、 設(shè)計要求其動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進工進快退停止。主要參數(shù)與性能要求如下：切削阻力fl=10000n；運動部件所受重力g=6000n；快進、快退速度1= 3 =0.075m/s，工進速度2 =501000mm/min；快進行程l1=0.3mm，工進行程l2=0.1mm

5、；往復(fù)運動的加速、減速時間t=0.1s；工作臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)s=0.2，動摩擦系數(shù)d=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2、 液壓執(zhí)行元件的載荷、速度極其變化規(guī)律，繪制液壓系統(tǒng)工況圖（1）載荷的組成和計算 1）工作載荷 工作負(fù)載即為切削阻力fl=10000n 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 摩擦載荷即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： 靜摩擦阻力 動摩擦阻力 3) 慣性載荷 459.2nn1×60.08.96000i´=dd=tggfu4.5= 4) 運動時間 快進 工進 快退 取液壓缸的機械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載f/n液壓缸推

6、力f0=f/cm/n啟 動12001333加 速14421602快 進600666.7工 進1060011777.8反向啟動12001333加 速14421602快 退600666.7表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力 （2）繪制液壓系統(tǒng)工況圖 根據(jù)液壓缸各階段的載荷，對液壓系統(tǒng)作進一步的工況分析，繪制液壓系統(tǒng)有關(guān)工況圖：載荷循環(huán)圖f-t 和速度循環(huán)圖-t，如下圖所示：液壓缸的載荷圖液壓缸的速度圖3、 確定系統(tǒng)工作壓力 所設(shè)計的動力滑臺在工進時負(fù)載最大，負(fù)載為11777.8n，參考表2和表3，當(dāng)負(fù)載推力為（10-20）kn時，工作壓力可選為（2.5-3）mp，根據(jù)表3應(yīng)選（3-5）mp。所以初選液壓

7、缸的工作壓力p1=3mp。 負(fù)載f/ kn<5510102020303050>50工作壓力p/mpa<0.811.522.5334455表2 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系機械類型磨床組合機床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機械 、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu)液壓機、重型機械、大中型挖掘機、起重運輸機械工作壓力p/mpa0.82352881010182032表3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力4、 計算執(zhí)行元件主要參數(shù)（1） 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 1)由負(fù)載循環(huán)圖可知，最大負(fù)載是在工進階段，采用無桿腔進油，取a1=2a2。以便采用差動連接時，快進和快退的速度相等。工進時為防止車銑時負(fù)載突然消失發(fā)生前

8、沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=1mpa。系統(tǒng)類型背壓力pb/mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路帶背壓閥的系統(tǒng)0.51.5帶補油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計表4 執(zhí)行元件背壓力估計值 2）計算活塞缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑： 由公式 得 232621cm1m105.03m10)20.83(9.011777.8)2(-´=´-´=-=ppfah 則活塞直徑 mm80m80.0m1054431=´´=-ppad 圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得

9、 d=80mm，則 d=0.7d=56mm 由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為: a1=d2/4=5.03×10-3m2 a2=(d2-d2)/4=2.56×10-3m2 （2）液壓缸所需的流量 根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表5所示：工況推力f0/n回油腔壓力p2/mpa進油腔壓力p1/mpa輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率p/kw計算公式快進啟動13331.06加速1602p1+p1.11恒速666.7p1+p（p=0.5）0.790.180.146工進11777.80.82.850.004-0.080.

10、212快退啟動13330.52加速16020.51.6恒速6110.51.240.1920.238表5 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值注： p為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取p=0.5mpa。 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p；無桿腔回油，壓力為p2。 5、制定基本方案 （1） 選擇調(diào)速回路 由圖1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(fù)載為阻力負(fù)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(fù)載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥，以提高運動平穩(wěn)性。圖1 （2）選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快

11、進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.192/(0.4×10-2)=48；其相應(yīng)的時間之比(t1+t3)/t2=(4+5.33)/120=0.00775。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。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。考慮到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)葉片泵方案，如圖2a所示。 （3） 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快

12、速運動回路實現(xiàn)快速運動?？紤]到從工進轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖2b所示。 （4） 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，系統(tǒng)的流量變化很大，速度變化大，為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。 （5）選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損

13、失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。 （a） （b） （c）圖2 選擇的基本回路 6、草擬液壓系統(tǒng)原理圖 將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺工進時進、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥13。圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。圖3 液壓系統(tǒng)原理圖草圖 7、液壓元件的選擇與專用件設(shè)計 （1）液壓泵的選擇 1） 計算液壓泵的最大工作壓力

14、 小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表6可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=2.85mpa，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失p=0.6mpa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差dpe=0.5mpa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 p1+p+=2.85+0.6+0.5=3.95 mpa 大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.24mpa，比快進時大?？紤]到快退時進油不通過調(diào)速閥，故其進油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進油路上的總壓力損失p=0.5mpa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 p1+p=1.24+0.5=

15、1.74mpa 2）計算液壓泵的流量 由表5可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.192×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)k=1.2，則兩個泵的總流量為 k=1.2×0.192×10-3 m3/s =0.23×10-3 m3/s =13.8l/min考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3l/min，工進時的最大流量為0.08 m3/s =4.8l/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為7.8l/min。 3）確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取yb-d10/20型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵

16、的排量分別為10ml/r和20ml/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時，其理論流量分別為9.4l/min和23.5l/min，若取液壓泵容積效率v=0.84，則液壓泵的實際輸出流量為 =28l/min由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.7，這時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為 p1.08kw根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的y100l6型電動機，其額定功率為1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。（2） 液壓閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表6所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4

17、選用q-10b型，其最小穩(wěn)定流量為0.05l/min,小于本系統(tǒng)工進時的流量0.24l/min。序號元件名稱最大流量額定流量l/min額定壓力mpa型號規(guī)格額定壓降1雙聯(lián)葉片泵-10/20*10yb-d10/20-2三位五通電液閥56636.3e35zm-630.33行程閥56636.322c-63bh0.34調(diào)速閥<1106.3q-10b-5單向閥56636.3i-63b0.26單向閥28636.3i-63b0.27液控順序閥18.6636.3xy-63b0.38背壓閥<1106.3b-10b-9溢流閥5.1106.3y-10b-10單向閥18.6636.3i-63b0.211濾

18、油器33806.3xu-80×2000.0212壓力表開關(guān)-k-6b-13單向閥56636.3i-63b0.214壓力繼電器-14pf-b8l-表6 液壓元件規(guī)格與型號*此為電動機額定轉(zhuǎn)速為940時的流量r/min以下為選擇液壓元件規(guī)格與型號時所截得表示標(biāo)準(zhǔn)件的圖 （3）管道尺寸的確定 在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進、工進和快退運動階段的運動速度、時間以及進入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計算的結(jié)果如表7所列：快進工進快退q1=(a1qp)/(a1-a2)=57l/minq1=4.8l/minq1=qp1+qp2=28 l/minq2=(a2q1)/a1=29 l/mi

19、nq2=(a2q1)/a1=2.44 l/minq2=(a2q1)/a1=14.2l/minv1=qp/(a1-a2)=0.19m/sv2=q1/a1=0.0016m/sv3=q1/a2=0.18m/st1=0.3/0.075=4st2=6-120 st3=0.4/0.075=5.3s表7 各工況實際運動速度、時間和流量管道推薦流速/(m/s)吸油管道051.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.53表8 允許流速推薦值 由表7可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。 根據(jù)表7的數(shù)值，按表8推薦的管道內(nèi)允許速度取v=4m/s，由式d=計算得與液壓缸無

20、桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為 d=17.4mm d=12.2mm為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。（4）油箱容量的確定 對油箱容積我們進行估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，故其容積為： v=qp=7×28l=196 l 取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值v=200l8、 液壓系統(tǒng)性能驗算 通過查表得，中低液壓閥在公稱流量下的壓力損失最大值：順序閥、換向閥和行程閥的壓力損失為0.3mp，單向閥的壓力損失為0.2mp。 （1）液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 壓力損失包括管路的沿程壓力損失p1,局部壓力損失p1,閥類元件的局部損失p3。總的壓力損失p為： p=p1+p2+p3

21、 1）p1和p2的計算 快進 由前面的計算可知，d=20mm，=900kg/,查表得，=50cst取l=8m， 由 =76<2300 為層流 由，可計算0.84 由，可計算p15.5kpa 由，可計算p2=0.8pa（可忽略） 工進 方法同上，經(jīng)計算得：re=64，=1，p1=57.6pa，p2=0.8pa（p2可忽略）。 快退 方法同上，經(jīng)計算得：re=72，=0.89，p1=6.48kpa，p2可忽略。 （2）p3計算 快進 滑臺快進時，液壓缸差動連接，進油路上通過單向閥10的流量是 18.6l/min，通過電液換向閥2的流量為28l/min，通過行程閥3的流量為56l/min.因此

22、總壓降為 pv1=0.2×(18.6/63)2+0.3×(28/63)2+0.2×(56/63)2=0.23mpa 壓力閥不會被打開，油泵的流量全部進入液壓缸。 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是28l/min，因此總壓降為 pv2=0.2×(28/63)2+0.3×(28/63)2=0.1mpa 將回油路上的壓力損失折算到進油路上，便得到了快進時整個回油路中閥類元件所造成的壓力損失 p3=pv1+pv2a2/(a1-a2)=0.24+0.1×（2.56/2.47）=0.34mpa 此值小于原估計值0.

23、5mpa，所以是安全的。 工進 進油路：通過換向閥的流量是10l/min，因流量小，壓力損失不計；通過調(diào)速閥的壓力損失為p3=0.5mpa。 回油路：在背壓閥8處得壓力損失為p3=0.8mpa，通過順序閥7的流量為（18.6+2）=20.6l/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力p2為 p2=0.8+0.3×(20.6/63)2 =0.83mpa 重新計算工進時液壓缸進油腔壓力p1 p1=(f+p2a2)/a1 =(11777.8+0.83×106×2.56×10-3)/5.03×106×10-3 =2.8mpa此數(shù)值與2.85mpa接

24、近。 快退 快退時，油液在進油路上通過換向閥2的流量為28l/min，通過單向閥10流量為18.6 l/min；油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是56l/min，因此進油路上總壓降為p3=0.2×(18.6/63)2+0.3×(28/63)2 +0.7×(56/63)2×（5.03/2.56） =1.16 mpa （2）計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 公式為： 其中，是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，是輸出的有效功率。 =1.3kw =0.61kw 由此可得，液壓泵發(fā)熱量為： =1.3-0.61=0.69kw 由 =20.2 所以，油液溫升近似為:t=to+t=20+20.2=40.2