液壓與氣壓傳動課程設(shè)計實用教案

1、會計學(xué)1液壓與氣壓液壓與氣壓(qy)傳動課程設(shè)計傳動課程設(shè)計第一頁，共34頁。2021年11月27日星期六 設(shè)計(shj)任務(wù)布置第1頁/共34頁第二頁，共34頁。2021年11月27日星期六 一、設(shè)計題目 設(shè)計題目：臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計。 設(shè)計一臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)設(shè)計。動力滑臺的工作循環(huán)是：快進工進快退停止，并且可以隨時在中途停止運動(yndng)。利用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1。其余參數(shù)與性能要求如下： 1）軸向切削力Ft=21 kN； 2）移動部件總重力G=10 kN； 3）快進行程l1=100mm，快進速度v1

2、=4.2m/min； 4）工進行程l2=20mm，工進速度v2= 0.05 m/min； 5）加速和減速時間t=0.2s； 6）快退速度v3=v1=4.2m/min。第2頁/共34頁第三頁，共34頁。2021年11月27日星期六 二、設(shè)計任務(wù)及要求 1、液壓系統(tǒng)原理圖（圖中應(yīng)附有液壓元件(yunjin)明細表，各執(zhí)行元件(yunjin)的動作順序工作循環(huán)圖和電器元件(yunjin)動作順序表） ； 2、液壓缸裝配圖1張（A1） ； 3、液壓缸相應(yīng)零件圖1張（A3） ； 4、設(shè)計計算說明書一份。第3頁/共34頁第四頁，共34頁。2021年11月27日星期六 （1）工程圖中的標(biāo)題欄，應(yīng)遵守GB/T

3、 10609.1-2008中的有關(guān)(yugun)規(guī)定。 （2）每張工程圖均應(yīng)配置標(biāo)題欄，并應(yīng)配置在圖框的右下角。圖紙(tzh)中標(biāo)題欄、明細欄按國標(biāo)要求填寫：（3）標(biāo)題欄一般由更改區(qū)、簽字區(qū)、其他區(qū)、名稱及代號區(qū)組成，工程圖中標(biāo)題欄的格式見下圖。 第4頁/共34頁第五頁，共34頁。2021年11月27日星期六（4）工程圖中的明細欄應(yīng)遵守GB/T 10609.2-1989中的有關(guān)規(guī)定(gudng)，工程圖中的裝配圖上應(yīng)配置明細欄。第5頁/共34頁第六頁，共34頁。2021年11月27日星期六封面(fngmin)設(shè)計任務(wù)書目錄說明書正文心得體會參考文獻1）設(shè)計(shj)說明書裝訂順序2）設(shè)計說明書

4、封面（見附頁）第6頁/共34頁第七頁，共34頁。2021年11月27日星期六三、設(shè)計進度安排(npi) 課程設(shè)計時間總共為3周。 四、參考資料1、機械設(shè)計手冊 單行本 液壓傳動與控制機械設(shè)計手冊編委會 ，機械工業(yè)出版社，2007.32、液壓氣動密封與泄漏防治黃迷梅，機械工業(yè)出版社，2003年3、機械設(shè)計手冊 : 單行本 , 密封件、密封與潤滑機械設(shè)計手冊編委會，機械工業(yè)出版社，2007年4、機械設(shè)計手冊:單行本.第1516篇,減(變)速器電機與電器機械設(shè)計手冊編委會 ，機械工業(yè)出版社，20075、機械設(shè)計手冊 : 單行本 , 連接與緊固機械設(shè)計手冊編委會 ，機械工業(yè)出版社，2007第7頁/共3

5、4頁第八頁，共34頁。2021年11月27日星期六6、液壓元件及選用王守城等，化學(xué)工業(yè)出版社，20077、液壓站設(shè)計(shj)與使用張利平，海洋出版社，20048、液壓系統(tǒng)設(shè)計(shj)圖集周士昌，機械工業(yè)出版社，20039、液壓元件林建亞等，機械工業(yè)出版社，1989.1010、液壓元件與系統(tǒng)李壯云等，機械工業(yè)出版社，199911、液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計(shj)李玉琳，北京航空學(xué)院出版社，1991.12第8頁/共34頁第九頁，共34頁。2021年11月27日星期六第9頁/共34頁第十頁，共34頁。2021年11月27日星期六 設(shè)計一臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺的液壓系統(tǒng)設(shè)計。動力滑臺的工作循

6、環(huán)是：快進工進快退停止，并且可以隨時在中途停止運動。利用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1。其余參數(shù)與性能要求如下(rxi)：1）軸向切削力Ft=21 kN；2）移動部件總重力G=10 kN；3）快進行程l1=100mm，快進速度v1=4.2m/min；4）工進行程l2=20mm，工進速度v2= 0.05 m/min； 5）加速和減速時間t=0.2s； 6）快退速度v3=v1=4.2m/min。第10頁/共34頁第十一頁，共34頁。2021年11月27日星期六 組合機床是由通用部件和部分專用部件組成的高效、專用、自動化程度較高的機床。動力滑臺是組合機床用來實現(xiàn)進給運動的通用

7、部件，配置動力頭和主軸箱對工件完成各種孔等的加工等工序。根據(jù)加工要求，鉆頭旋轉(zhuǎn)由動力頭帶到多軸箱來實現(xiàn)，動力頭由電動機驅(qū)動；主軸頭沿導(dǎo)軌中心線方向的“快進一工進快退停止”工作循環(huán)擬采用液壓傳動方式來實現(xiàn)。故擬選定液壓缸作執(zhí)行機構(gòu)。 為了自動實現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件一定的加工長度，擬采用行程開關(guān)及電磁換向閥實現(xiàn)順序動作。 第11頁/共34頁第十二頁，共34頁。2021年11月27日星期六作動作循環(huán)圖如圖1所示。圖1 動力滑臺動作循環(huán)圖快進快退工進原位停止KP12ST1ST第12頁/共34頁第十三頁，共34頁。2021年11月27日星期六2.1.2 負載分析2.1.2.1 負載計算(j sun

8、)1）工作負載FL FL=Ft= 21kN 2）摩擦負載Ff 靜摩擦負載 Ffs=fsG=0.210=2kN 動摩擦負載 Ffd=fdG=0.110=1kN 3）慣性負載Fa kNtvgGkNtvgGkNtvgG004. 02 . 06005. 08 . 910F 353. 02 . 06005. 02 . 48 . 910F 357. 02 . 0602 . 48 . 910F a3a2a1制動減速加速第13頁/共34頁第十四頁，共34頁。2021年11月27日星期六kNkNtvgG357. 0FF 357. 02 . 0602 . 48 . 910F a4a5a4反向制動反向加速 4）各階

9、段總負載F 計算(j sun)液壓缸各階段中的總負載F和液壓缸推力F 。考慮密封等阻力，取m=0.9，則 F=F/m 計算(j sun)結(jié)果見表1所示。第14頁/共34頁第十五頁，共34頁。2021年11月27日星期六 工況工況 計算公式計算公式 總負載總負載F（N） 缸推力缸推力F（N）啟動啟動 F=Ffs 2000 2222.22加速加速 F=Ffd+Fa1 1357 1507.78快進快進 F=Ffd 1000 1111.11減速減速 F=FfdFa2 647 718.89工進工進 F=Ffd+FL 22000 24444.44制動制動 F=Ffd+FLFa3 21996 24440.0

10、0反向加速反向加速 F=FfdFa4 1357 1507.78快退快退 F=Ffd 1000 1111.11制動制動 F=Ffd+Fa5 643 714.44表1 液壓缸各中的負載(fzi)第15頁/共34頁第十六頁，共34頁。2021年11月27日星期六2.1.2.2 作一個工作循環(huán)的負載位移(wiy)曲線如圖2b）所示。 F(N)s(mm)b）2222.221507.781111.11718.8924444.44 24440.001507.781111.11714.44圖2 液壓缸的速度圖及負載圖v(m/min)s(mm)1004.2-4.21200.05a）第16頁/共34頁第十七頁，共

11、34頁。2021年11月27日星期六2.2 確定(qudng)液壓缸主要參數(shù)2.2.1 初選液壓缸的工作壓力 按負載大小根據(jù)表2選擇液壓缸工作壓力。負載負載F（kN）50壓力壓力p（MPa）5.07.0表2 按負載(fzi)選擇執(zhí)行元件工作壓力 由表2初定液壓缸工作壓力p=3.0MPa。2.2.2 計算液壓缸主要參數(shù) 按最大負載Fmax計算缸筒面積A得246maxm1048.8110344.24444pFA 第17頁/共34頁第十八頁，共34頁。2021年11月27日星期六 計算(j sun)缸筒內(nèi)徑D得mm102m102. 014159. 31048.814A4D4 按計算結(jié)果根據(jù)表3選擇缸

12、筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D40、50、63、80、(90)、100、(110)、125、(140)、160 活塞桿直徑活塞桿直徑d32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110 表3 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（GB/T23481993） mm 按標(biāo)準(zhǔn)?。篋=100mm。 根據(jù)快進和快退速度相等要求，擬定液壓系統(tǒng)在快進時采用差動連接。設(shè)活塞桿直徑為d，于是有)dD(q4dq4222 第18頁/共34頁第十九頁，共34頁。2021年11月27日星期六 按計算結(jié)果根據(jù)表3選擇(xunz)缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值。 計算(j sun)得mm71.7014159. 31

13、048.814A421002Dd4 按標(biāo)準(zhǔn)?。篸=70mm。 計算液壓缸有效作用面積為2222222221cm06.407104dD41 Acm54.78104D41 A ）（）（有桿腔面積有桿腔面積無桿腔面積無桿腔面積2.2.3 各工作階段的時間計算 1）快進階段第19頁/共34頁第二十頁，共34頁。2021年11月27日星期六s63. 12 . 0260/2 . 4)007. 0007. 0(1 . 0 t2v)ll (ltm007. 02 . 035. 0212 . 0602 . 4 ta21tvls/m35. 02 . 0602 . 405. 0tv-vam007. 02 . 035.

14、 021ta21ls/m35. 02 . 0602 . 4tva1112212122221 減速減速加速加速減速減速減速減速減速減速加速加速加速加速加速加速）（第20頁/共34頁第二十一頁，共34頁。2021年11月27日星期六 3）快退階段(jidun)s91.12 .0260/2 .4)007.0007.0(12.0 t2v)ll (ltm007.0llls/m35.0aaa3332 反反向向制制動動反反向向加加速速加加速速反反向向制制動動反反向向加加速速加加速速反反向向制制動動反反向向加加速速 2）工進階段 工進階段制動(zh dn)加速度很小，制動(zh dn)行程很短，可忽略不計。s

15、2460/05. 002. 0vlt222 第21頁/共34頁第二十二頁，共34頁。2021年11月27日星期六2.2.4 計算液壓缸流量、壓力(yl)和功率1）流量計算min/L8 .16s/m108 . 2602 . 41006.40vAqmin/L4 . 0s/m105 . 66005. 01054.78vAqmin/L2 .16s/m107 . 2 602 . 410)06.4054.78(v)AA(q3443236421344121 快退快退工進工進快進快進2）壓力計算MPa28. 0Pa1028. 01006.4011.1111AFpMPa11. 3Pa1011. 31054.78

16、44.24444AFpMPa29. 0aP1029. 0 10)06.4054.78(11.1111AAFp6426416421 快退快退快退快退工進工進工進工進快進快進快進快進第22頁/共34頁第二十三頁，共34頁。2021年11月27日星期六 3）功率(gngl)計算W40.7860108 .161028. 0qpPW73.2060104 . 01011. 3qpPW30.7860102 .161029. 0qpP363636 快退快退快退快退快退快退工進工進工進工進工進工進快進快進快進快進快進快進2.2.5 繪制工況圖 工作循環(huán)中液壓缸各階段(jidun)壓力、流量和功率如表4所示。 由

17、表繪制液壓缸的工況圖如圖3所示。工工 況況時間時間t（s）壓力壓力p（MPa）流量流量q（L/min）功率功率P（W）快快 進進1.630.2916.278.30工工 進進 24.003.11 0.420.73快快 退退1.910.2816.878.40表4 液壓缸各階段壓力、流量和功率第23頁/共34頁第二十四頁，共34頁。2021年11月27日星期六圖3 液壓缸的工況圖t(s)p(MPa)3.110.290.28q(L/min)16.816.20.4t(s)P(W)78.30t(s)78.4020.73快進工進快退第24頁/共34頁第二十五頁，共34頁。2021年11月27日星期六2.3

18、液壓系統(tǒng)圖的擬定2.3.1 選用執(zhí)行元件 由系統(tǒng)動作循環(huán)圖，選定單活塞桿液壓缸做為執(zhí)行元件。根據(jù)快進和快退速度相等(xingdng)的要求，擬定在快進時采用差動連接，因此應(yīng)使無桿腔有效面積為有桿腔有效面積的兩倍。2.3.2 確定供油方式 由工況圖分析可知，液壓缸在快進、快退時所需流量較大，但持續(xù)時間較短；而在工進時所需流量較小，但持續(xù)時間較長。因此從提高系統(tǒng)效率，節(jié)省能源的角度考慮，系統(tǒng)供油方式不宜采用單個定量泵，而宜采用雙泵或變量泵。因此參考同類組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供油方式。 第25頁/共34頁第二十六頁，共34頁。2021年11月27日星期六2.3.3 調(diào)速方式選擇 由工況圖可知

19、，快進和快退時有速度要求，因此在有桿腔油口處統(tǒng)一(tngy)采用調(diào)速閥調(diào)速。工進時速度低，考慮到系統(tǒng)負載變化小，所以采用調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速回路。2.3.4 速度換接選擇 快進和工進之間速度需要換接，為便于對換接的位置進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此采用二位二通行程閥來實現(xiàn)速度的換接。另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動回路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。2.3.5 換向方式選擇 采用三位五通電磁閥進行換向，以滿足系統(tǒng)對換向的各種要求。選用三位閥的中位機能為M型，以實現(xiàn)可以隨時在中途停止運動的要求。為提高換向的位置要求，擬采用止擋塊和壓力繼電器的行程終點返回控制。第26頁/共34頁第二十七頁，共

20、34頁。2021年11月27日星期六2.3.6 其它選擇 為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處和液壓缸的兩接口處 均設(shè)置測壓點，并配置多點壓力表開關(guān)，以便利用一個壓力表即能觀測各點壓力。 完成以上(yshng)各項選擇后，作出擬定的液壓系統(tǒng)原理圖和各電磁鐵的動作順序表如圖4所示。 第27頁/共34頁第二十八頁，共34頁。2021年11月27日星期六圖4 液壓系統(tǒng)(xtng)原理圖第28頁/共34頁第二十九頁，共34頁。2021年11月27日星期六2.4 計算與選擇液壓元件2.4.1 確定液壓泵的型號及電動機功率1）計算液壓泵壓力 估算壓力損失經(jīng)驗數(shù)據(jù)： 一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)(xtng)

21、取pl=0.20.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)(xtng)取pl=0.51.5MPa。 液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為3.11MPa，由于系統(tǒng)(xtng)有調(diào)速閥，但管路簡單，所以取壓力損失pl=0.5MPa，計算液壓泵的工作壓力為 pp=p+pl=3.11+0.5=3.61MPa2）計算所需液壓泵流量 考慮泄漏的修正系數(shù)K：K=1.11.3。 液壓缸在整個工作循環(huán)中最大流量為16.8L/min。取回路泄漏修正系數(shù)K=1.1，計算得所需兩個液壓泵的總流量為 第29頁/共34頁第三十頁，共34頁。2021年11月27日星期六 qp=1.116.8=18.48L/min 由于溢流閥最

22、小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時液壓缸所需流量為0.4L/min，所以高壓泵的流量不得少于3.4L/min。 3）選用液壓泵 由3第5卷P158選用YB110/16型的雙聯(lián)葉片泵。 液壓泵額定壓力為6.3MPa，排量分別為10mL/r和16mL/r，取容積效率pV=0.85，總效率=0.8，額定轉(zhuǎn)速分別為1450r/min和960r/min. 4）選用電動機 擬選Y系列三相異步電動機，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，按此計算液壓泵實際(shj)輸出流量為 qp=（10+16）103 960 0.85=21.22L/min第30頁/共34頁第三十一頁，共34頁。2021年11月27日星期六 計算所需電動機功率(gngl)為W1060. 18 . 0601022.211061. 3qpP336pppp 由3第4卷P569選用Y132S-6電動機。 電動機額定功率為3KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。2.4.2 選擇閥類元件及輔助元件 1）標(biāo)準(zhǔn)件