課程設(shè)計論文單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、 仲愷農(nóng)業(yè)工程學院課 程 設(shè) 計單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計姓 名 院（系） 機電工程學院專業(yè)班級 學 號 指導教師 目 錄單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書3課程設(shè)計題目3一、行工況分析，確定液壓缸推力71、工況分析及液壓缸的推力：7二、確定液壓缸工作壓力、結(jié)構(gòu)尺寸、初定液壓缸流量92、選取工作壓力及背壓力93、確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸94、認證液壓缸筒壁厚95、定液壓缸筒的長度106、求最少活塞桿直徑107、校核活塞桿的穩(wěn)定性108、液壓缸各截面積119、液壓缸的負載、壓力、流量、功率的工況表12三、確定定位夾緊液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸及流量121、定位夾緊力設(shè)計計算12四、設(shè)計臥式鉆鏜組合機床的

2、液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)圖13五、液壓元件設(shè)計計算與選擇141、液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動功率計算142、確定液壓缸的輸入輸出流量和移動速度173、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件184、油管尺寸185、油箱容積19六、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證191、液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核192、液壓泵工作壓力的估算203、估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升21七、參考文獻22單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書課程設(shè)計題目 單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計（指導老師：張日紅） 某自動線上的一臺單面多軸鉆孔組合機床的動力滑臺為臥式布置（導軌為水平導軌，其靜、動摩擦系數(shù)j=0.2; d=0.1）擬采用桿固定的單桿液壓缸驅(qū)動滑

3、臺，完成工件鉆削加工時的進給運動；工件的定位、夾緊均采用液壓控制方式，以保證自動化要求。由液壓與電氣配合實現(xiàn)的自動循環(huán)要求為：定位夾緊快進工進快退原位停止夾具松開拔定位銷，動力滑臺運動參數(shù)和動力參數(shù)見表1所示。 表1 動力滑臺的運動參數(shù)和動力參數(shù)工況行程/mm速度/（m/s）時間/s運動部件重力 g/n鉆削負載fe/n啟動、制動時間快進1500.19800_0.21.5工進10040000113.2快退2502.5_2.51、大泵，2、小泵，3、濾油器，4、外控順序閥，5、15、單向閥， 6、溢流閥，7、電液換向閥，8、單向行程調(diào)速閥，9、壓力繼電器，10、主液壓缸，11、二位三通電磁換向閥，

4、12、背大壓閥，13、二位二通換向閥，14、減壓閥，16、帶定位裝置的二位四通電磁換向閥，17、單向順序閥，18、定位液壓缸，19、夾緊液壓缸a、工件夾緊：5ya通電（1）、先定位：壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥定位缸19無桿腔定位缸19有桿腔電磁閥油箱（2）、再夾緊工件定位后，壓力油升高到單向順序閥開啟的壓力，單向順序閥開啟，壓力油單向順序閥夾緊缸18無桿腔夾緊缸18有桿腔電磁閥油箱 工件夾緊到位，壓力油壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，繼電器發(fā)信，1ya通電，主系統(tǒng)快進。b、快進：1ya通電，電液換向閥左位工作， 大泵單向閥5電液換向閥7行程閥8主液壓缸無桿腔小泵2 液壓缸有桿腔電磁閥11電

5、液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主缸（差動換接）c：工進：3ya通電，切斷差動油路，快進行程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進油路，3ya通電，切斷差動油路，快進轉(zhuǎn)工進，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥5調(diào)定壓力，進油路高壓油切斷單閥5供油路,打開外控順序閥4，大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12通油箱油路。大泵外控順序閥5（卸荷閥）油箱（大泵卸荷）小泵2電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主液壓缸無桿腔主液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7背壓閥12油箱d、快退：1ya斷電，2ya、3ya、4ya通電工進結(jié)束，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，1ya斷電，2ya、3ya、4ya通電大泵單向

6、閥5電液換向閥7電磁閥11主液壓缸有桿腔小泵2 主液壓缸無桿腔單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱小泵2 主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)信，6ya通電，下步工件松夾。e、工件松夾：6ya通電壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥定位缸19和定位缸18的有桿腔定位缸19無桿腔電磁閥油箱夾緊缸18無桿腔單向順序閥的單向閥電磁閥油箱工件松夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。一、行工況分析，確定液壓缸推力1、工況分析及液壓缸的推力：（1）、工況分析鉆削推力： f切=40000n靜摩擦力： fj= j g=0.2*9800=1960n動摩擦力： fd= d g=0.1*9800=980n啟動慣

7、性力： fg=1000*0.5=500n (其中 m=g/g=9800/9.8=1000kg，a=v/t=0.5m/s2)（2）、液壓缸的推力（液壓缸效率）啟動推力： f啟= fj/=1960/0.9=2177.8n 加速推力： f加=（fd+fg）/=(980+500)/0.9=1644.4n快進推力： f快= fd/=980/0.9=1088.9n工進推力： f工=（f切+ fd）/=（40000+980）/0.9=45533.3n反向啟動過程作用力與f啟、f加、f快大小相同，方向相反。 表1 動力滑臺液壓缸外負載計算結(jié)果工況外負載 f/n快進啟動2178加速1644恒速1089工進455

8、33快退啟動2178加速1644恒速1089工況運行圖如下： 圖4-18：單面多軸鉆孔組合機床液壓缸工況圖二、確定液壓缸工作壓力、結(jié)構(gòu)尺寸、初定液壓缸流量2、選取工作壓力及背壓力f工=45533n 查機械設(shè)計手冊表（注1）,機床為低壓設(shè)備類型，p1<7mpa，取p1=5 mpa，為防止加工結(jié)束動力頭突然前沖, 設(shè)回油路有背壓閥或調(diào)速閥，取背壓p2=0.8 mpa。3、確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸取液壓缸無桿腔作工作腔列液壓缸力的平衡方程：圖2 單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓缸力的平衡圖f=p1a1- p2a2= a1（p1- p2 a2/ a1） 快進速度v快=0.1m/s，工進速度v工進=

9、,相差很大,應進行差動換接,取k= a2/ a1=0.5,則： =115.3mm 取液壓缸筒標準值：d= 125mm d=0.707d=88.4mm 取活塞桿標準值： d=90mm 4、認證液壓缸筒壁厚中低壓液壓系統(tǒng),由其鉆削加工性能確定液壓缸筒壁厚，按薄壁圓筒計算壁厚： 額定工作壓力： pn=6.3 mpa<16mpa 試驗壓力為： py=1.5pn=1.5×6.3 =9.45mpa許用應力?。?（ 取安全系數(shù)n=5） 0.0485、定液壓缸筒的長度活塞桿工作行程：0-250mm活塞桿伸出長度不少于 250mm查活塞行程第一系列（gb/t 2349-1993）,取活塞桿長 l

10、= 320mm 取液壓缸筒長：l=320mm 6、求最少活塞桿直徑取 24mm比d=70mm少2.92倍,穩(wěn)定性足夠安全可靠。7、校核活塞桿的穩(wěn)定性（1）、求活塞桿的臨界半徑 22.5mm其中活塞桿橫截面慣性矩：=活塞桿的橫截面積：a=（2）、求活塞桿的臨界負載 250/22.5=11.1選用45#鋼，取其柔性系數(shù)液壓缸的安裝方式采用一端固定,一端自由,其末端系數(shù)活塞桿細長比： 42.5 ?。?45#鋼的彈性模量：?。ㄆ渲衋為材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a1/12，b為活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取b1/13）活塞桿伸出長度:l=250mm求得,所以遠遠大于工作壓力30000n，細長比11.1遠

11、遠小于=42.5該液壓缸活塞桿的穩(wěn)定性能好,可靠性高。（3）、求活塞桿臨界負載的安全系數(shù)其安全系數(shù)：nk=58、液壓缸各截面積 9、液壓缸的負載、壓力、流量、功率的工況表工況負 載f（n）液壓缸計算公式油壓力p1（mpa）回油壓力p2（mpa）輸入流量入功率p(w) 快速啟動21780.806p1=(fi+pa2)/ ap2= p1+pq= a×v快；p=p1q加速16440.7221.222恒速10890.6351.1350.637404.5工進455334.100.80.01145. 1 p1=(fi+p2a2)/a1q=v工a1p=p1q工快退啟動加速恒速21780.369p1

12、=(fi+p2a1)/a2q= a×v快p= p1q16441.7310.710891.637 0.70.591967.5其中，差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔壓力，其中差值估取，并注意到啟動瞬間油缸尚未移動，此時=0；另外，取快退的回油壓力損失為0.7mpa。三、確定定位夾緊液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸及流量1、定位夾緊力設(shè)計計算k1安全系數(shù)k2加工系數(shù)k3刀具鈍化系數(shù)k4斷位切削系數(shù)根據(jù)實用經(jīng)驗，夾緊支撐系數(shù)f1=0.2，f2=0.7121421.3n根據(jù)實用經(jīng)驗，推薦夾緊工作壓力p夾20×105pa 0.2780m=278.0mm查（gb/t 2348-1993）得，

13、取兩個液壓缸筒直徑標準值：d=280mm設(shè)定活塞桿承受拉力，取活塞桿標準直徑： d=0.707d=200mmq夾=四、設(shè)計臥式鉆鏜組合機床的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)圖電磁鐵動作表動作1ya2ya3ya4ya5ya6yadp1dp2工件夾緊 快進 工進快退 工件松夾 五、液壓元件設(shè)計計算與選擇1、液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動功率計算（1）、高壓小流量泵工作壓力計算高壓小流量泵工作循環(huán)過程中，由工況表得，最大工作壓力出現(xiàn)在工進階段，大小為4.10mpa，而壓力繼電器的調(diào)整壓力應比液壓缸最高工作壓力大0.5mpa。此時剛的輸入流量較少，且采用調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速，故設(shè)定工進最大壓力損失為0.8mpa，則4

14、.10+0.5+0.8=5.4mpa（2）、低壓大流量泵工作壓力計算低壓大流量泵的快速進退工作表得知快退工作壓力為1.731mpa，高于快進工作壓力0.722mpa，取1.75mpa為快速進給工作壓力, 設(shè)定快進最大壓力損失為0.5mpa，則：1.75+0.5=2.25mpa（3）、液壓泵的流量計算由工況表得知，最大輸入流量出現(xiàn)在快退階段，取漏油系數(shù)k=1.2，雙泵的最小供油流量應為查工況表，工進最大流量，溢流閥最少穩(wěn)定流量為，則小流量泵所需的最小流量為 大流量泵最小流量為（4）、確定液壓泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬選初選雙聯(lián)液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1000r/min，泵的容積效率，算得小流量泵的排

15、量參考值為大流量泵的排量參考值為根據(jù)以上計算結(jié)果查閱機械設(shè)計手冊，選用規(guī)格相近的型雙聯(lián)葉片泵，泵的額定壓力為，小泵排量為；大泵排量為；泵的額定轉(zhuǎn)速為,容積效率，倒退算得到小泵和大泵的額定流量分別為雙泵的流量為與系統(tǒng)所需流量相符。（5）、電動機的驅(qū)動功率計算從液壓缸的負載、壓力、流量、功率的工況表得知，液壓缸最大輸出功率出現(xiàn)在快退階段。 快速進退最大工作壓力：，雙泵的流量=已知電機效率：，則電動機的驅(qū)動功率為（6）、電動機型號的選用查y系列三相異步電動機參數(shù)表，選用規(guī)格相近的型三相異步電機，其額定功率3kw，轉(zhuǎn)速960r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，小泵和大泵的實際輸出流量分別為雙泵總流量為工

16、進時的溢流量為5.44-0.5=4.94l/min，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。2、確定液壓缸的輸入輸出流量和移動速度工況流量移動速度 m/s時間/s輸入流量l/min輸出流量l/min快進工進0.637快退3、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件序號名稱通過流量（l/min）額定流量（l/min）額定壓力（mpa）額定壓降（mpa）型號1雙聯(lián)葉片泵 50/6.36.3yb1-50/6.32三位五通電液換向閥93.691006.30.335dy-100by3行程閥93.691006.30.322c-100bh4調(diào)速閥166.3q-6b5單向閥100.981256.30.2i-125b6單向閥4

17、5.12636.30.2i-63b7順序閥43.20636.3xy-63b8背壓閥1106.3b-10b9溢流閥4.94106.3y-10b10單向閥43.20636.30.2i-63b11過濾閥48.64636.312壓力表開關(guān)k-6b13單向閥100.981256.30.2i-125b14壓力繼電器6.315減壓閥43.20636.3j-63b16單向閥43.20636.30.2i-63b17二位四通電磁換向閥43.20636.30.324d-63b18單向順序閥43.20636.30.2i-63b19壓力繼電器6.320壓力繼電器6.34、油管尺寸按標準化元件計算液壓油管內(nèi)徑尺寸如下：=

18、 18mm 5、油箱容積本系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，但考慮到要將泵組的閥組安裝在油箱頂蓋上，故取系數(shù)，得油箱容量為六、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證1、液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核（1）、系統(tǒng)快進液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核a、進油路壓力損失經(jīng)計算油管內(nèi)徑d=18mm，液壓裝置未安裝前，設(shè)置進、回油管長度l=2m, 因為工作循環(huán)中進回油管道中通過的最大流量q=101.23l/min,由此算得雷諾數(shù)得小于臨界雷諾數(shù)2300，所以各工況下的進油路中的液流均為層流。1）進回油路沿程阻力損失2）、進回油路局部阻力損失3）、進回油路液壓閥阻力損失4）、進回油路總阻力損失5）、系統(tǒng)快進總壓力損失6）、系統(tǒng)快進液壓泵工作壓力系統(tǒng)快進工作性能穩(wěn)定可靠。管道壓力損失/pa工況計算公式快進工進快退進油管道1.30.00891.41=0.130.000890.1412.5135.6240.9864.2515.6402.112=+回油管道0.630.0040.677=0.0630.00040.06771.2456.3525.1162.2966.3617.021=+2、液壓泵工作壓力的估算 小流量泵在工進時的壓力：其中為液壓缸的工作夜里，為進油路上的壓力損失，壓力繼電器比缸工作腔最高壓力所大的值。此值為調(diào)整溢流閥9的主要參考依據(jù)。大流量泵在快退