機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)(課程設(shè)計(jì))

1、目錄第一章液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 1 1.1 機(jī)械動(dòng)作要求及參數(shù). 1 1.2 根據(jù)要求設(shè)計(jì)方案. 1 1.3 計(jì)算和選擇液壓元件. 1 1.4 液壓元件 . . 4 1.5 工作狀態(tài)表 . 5 1.6 電氣控制系統(tǒng). 5 1.7 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試. 6 第二章液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 7 2.1 液壓缸的內(nèi)徑 d和活塞桿的直徑d 的計(jì)算 . 7 2.2 驗(yàn)算最小穩(wěn)定速度. 8 2.3 液壓缸主要零件材料選擇和加工要求. . 8 2.4 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算. 9 2.5 液壓缸工作行程的確定. 10 2.6 最小導(dǎo)向長度的確定. 10 2.7 缸蓋固定螺栓 d3 的計(jì)算 . 10 2

2、.8 活塞桿的校核. 10 2.9 活塞的寬度 b確定 . 10 2.10 缸體長度的確定. 11 2.11 缸體與缸蓋采的聯(lián)接及計(jì)算. 11 2.12 活塞與活塞桿的連接及計(jì)算. 12 2.13 活塞及活塞桿處密封圈的選用. 13 2.14 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu). 13 2.15 液壓缸的緩沖裝置. 14 心得體會(huì) . 15 參考文獻(xiàn) . 16 1 第一章液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1 機(jī)械動(dòng)作要求及參數(shù)工作時(shí)最大負(fù)載 f=13000n ，液壓缸的工作壓力為p1=2.5mpa ，快進(jìn)、快退速度 v快=5m/min，工進(jìn)速度v 工=0.6m/min，油缸內(nèi)徑與活塞桿直徑比d/d=2 ，回油腔背壓p2

3、=0.5mpa 。油路壓力損失mpap3.0；min/2. 0minlq。1.2 根據(jù)要求設(shè)計(jì)方案根據(jù)要求設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)圖如圖1-1 所示: 圖 1-1 液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖1.3 計(jì)算和選擇液壓元件1.3.1 液壓泵的壓力流量和選擇泵的規(guī)格1)泵的工作壓力的確定?？紤]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 : 工進(jìn) 50 快退快進(jìn) 200 2 1pppp (1-1) 式中pp 液壓泵最大工作壓力；1p 執(zhí)行元件最大工作壓力；p進(jìn)油管路中的壓力損失，本設(shè)計(jì)中mpap3.0pp =1pp=2.5+0.3=2.8mpa (1-2) 上式中計(jì)算所得的pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)

4、在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pp 應(yīng)滿足. .npp1 251 6 p 。中低壓系統(tǒng)去小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設(shè)計(jì)中np =pp25. 1=1.252.8=3.5mpa (1-3) 2)泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為maxplqkq (1-4) 式中pq 液壓泵的最大流量；maxq同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。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23l/min；lk系統(tǒng)泄露系數(shù)，1.2lkmax.minplqkq1 2 39 2547 1l(1-5) 3) 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)

5、算得的pq 和pp ，選用 cb-32 限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量032.5qml r ，泵的額定壓力10npmpa ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1450minhnr，容積效率0.9v，總效率0.7。1.3.2 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)。工進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為13000n , 壓力損失為 0.3mpa. 3 .6p213000p100 31 96mpa0 14(1-6) 快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為.ppp q0 5471p0 56kw60 0 7(1-7) 工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為.ppp q1 96471p2 2kw60

6、0 7查詢電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用y100-4 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2kw，額定轉(zhuǎn)速為1430r/min 。1.3.3 確定其它元件及輔件1）確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表1-1 所列。表 1-1 閥類元件及輔助元件規(guī)格序號元 件 名稱通 過 的 最大流量q/l/min規(guī)格型號額定流量qn/l/min額定壓力pn/mpa額定壓降mpapn/1 外 齒 合單 級 齒輪泵cb-32 10 4 調(diào)速閥amin amin=qmin/vmin （2-4）式（24）中：qmin流量閥的最小穩(wěn)定流量vmin液壓缸的最低速度

7、要求qmin=0.2l/min,vmin=0.6m/min amin=minminvq=0.2106/0.6103=333mm2計(jì)算的min2278504ammda，經(jīng)驗(yàn)算滿足要求。2.3 液壓缸主要零件材料選擇和加工要求2.3.1 缸體1）材料：無縫鋼管 45 鋼無縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短， 適合大批量生產(chǎn)，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，常用45 鋼，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)。2）加工要求鋼筒內(nèi)壁表面加工公差為8h9h；表面粗糙度為32.0um25.1。為了防止在裝配時(shí)損傷密封圈，缸筒必須有倒角，倒角大小建議為2025。2.3.2 活塞1）材料

8、： 45鋼無導(dǎo)向環(huán)活塞，采用45 鋼或球墨鑄鐵。2.3.3 活塞桿9 1）材料： 45鋼活塞桿常用 35、45 鋼等材料。對于沖擊震動(dòng)很大的活塞桿，也可使用55 鋼。一般實(shí)心的活塞桿用 35、45 鋼。2）加工要求壓缸活塞桿用的材料通常要求淬火，深度一般為0.5 1.0mm ，或活塞桿直徑為1mm 淬深 0.03mm ?；钊麠U表面需要鍍硬鉻，厚1525um ，也有要求鍍硬鉻3050um 。塞桿外徑公差為f7 f9 ，表面粗糙度一般為ra 0.3 0.4um，精度要求高時(shí)，ra0.1 0.2um，活塞端部需有 1525倒角。裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm ， 保證活塞桿外圓和活

9、塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。為是運(yùn)行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。2.3.4 前端蓋1）材料： 45鋼缸蓋常用 35、45 鋼的鍛造或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料。2.3.5 后端蓋1）材料： 45鋼缸蓋常用 35、45 鋼的鍛造或鑄造毛坯，也可以使用灰鑄鐵材料。起導(dǎo)向作用時(shí)用鑄鐵2.4 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。工程機(jī)械的液壓缸，一般是用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算yp d2（2-5）式中液壓缸壁

10、厚 (m)；d液壓缸內(nèi)徑 (m)；yp 試驗(yàn)壓力，取最大工作壓力的1.5 倍（mpa ） ；缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管100mpa 。mm875.110021005.25 .1（2-6）按照工程機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑尺寸系列，所以取外徑為114mm 。壁厚為 7mm1.875mm，符合要求。10 2.5 液壓缸工作行程的確定液壓缸的工作行程長度，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作最大行程來確定，并參考gb2349-80系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。本次設(shè)計(jì)選取的行程為250mm 。2.6 最小導(dǎo)向長度的確定如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始擾度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般

11、的液壓缸，最小導(dǎo)向長度h應(yīng)滿足以下條件h (l/20)+(d/2) 其中 l-液壓缸的最大行程 d-液壓缸的內(nèi)徑2.7 缸蓋固定螺栓 d3 的計(jì)算5.23kfdz（2-7）式中 f-液壓缸負(fù)載； k-螺紋擰緊系數(shù)， k=1.121.5 ； z-固定螺栓個(gè)數(shù)； -螺栓許用應(yīng)力， = 3/(1.22 2.5), 3 為材料的屈服點(diǎn)為355mpa 。其中負(fù)載為 18000n ，擰緊系數(shù)取 1.5 ，螺栓個(gè)數(shù)取六個(gè)， 根據(jù)式（2-7）計(jì)算得：d36.5mm,選取 m8的螺栓。2.8 活塞桿的校核當(dāng)活塞桿長度10ld時(shí)，應(yīng)按強(qiáng)度校核條件校核活塞桿直徑d。4 fd（2-8） = /1.4=357mpa式中

12、： f- 最大負(fù)載（ n）據(jù)式（ 2-8）計(jì)算得 d6.8mm 上述計(jì)算得 d=70mm6.8mm,滿足強(qiáng)度的要求。2.9 活塞的寬度 b確定一般活塞 b=(0.6 1.0)d 所以選 b = 60mm 11 2.10 缸體長度的確定液壓缸剛體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩短端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030 倍。因此取缸體長度 250+60+5=315mm。2.11 缸體與缸蓋采的聯(lián)接及計(jì)算2.11.1 聯(lián)接的形式選擇缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。主要連接形式有法蘭連接、螺紋連接、半環(huán)連接。a 法蘭連接優(yōu)點(diǎn)

13、： (1) 結(jié)構(gòu)簡單、成本低 (2) 容易加工、便于裝拆 (3) 強(qiáng)度較大、能承受高壓缺點(diǎn)： (1) 徑向尺寸較大 (2) 重量比螺紋連接的大 (3) 用鋼管焊上法蘭、工藝過程復(fù)雜些b 螺紋連接優(yōu)點(diǎn)： (1) 外形尺寸小 (2) 重量較輕缺點(diǎn)：(1) 端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求較高(2) 裝拆時(shí)需用專用工具 (3) 擰端蓋時(shí)易損壞密封圈c 半環(huán)連接優(yōu)點(diǎn)： (1) 結(jié)構(gòu)較簡單 (2) 加工裝配方便缺點(diǎn)： (1) 外形尺寸大 (2) 缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度，需增加缸筒厚度比較各連接形式，本設(shè)計(jì)中選取焊接連接式和螺紋聯(lián)接的形式。2.11.2 螺紋聯(lián)接的計(jì)算缸體螺紋處的拉應(yīng)力：)(4221ddkf（2-9）

14、螺紋處的切應(yīng)力為 : 100.2(d13-d3)k kfd（2-10） 23* 2nx（2-11）式中： -螺紋處的拉應(yīng)力（ pa） k-螺紋擰緊系數(shù)，靜載荷時(shí)，取 k=1.251.5； 動(dòng)載荷時(shí)，取 k=2.54,( 取k=3) k1-螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，（取 k1=0.12） d0-螺紋外徑 m d1-螺紋內(nèi)徑 m d-液壓缸內(nèi)徑 m 12 -螺紋外的切應(yīng)力 pa -螺紋材料的許用應(yīng)力pa = s/n （2-12）s-螺紋材料的屈服點(diǎn)pa （s=355mpa ） n-安全系數(shù)（n=2）n-合成應(yīng)力（ pa） f-缸體螺紋處所受到的拉力（n）將各參數(shù)帶入式（ 2-10） 、 （2-11） 、 （

15、2-12）得： =15.63mpa =5.39mpa n =18.2mpa =175mpa所以 n =18.2mpa =175mpa,其螺紋聯(lián)接符合要求。2.12 活塞與活塞桿的連接及計(jì)算2.12.1 聯(lián)接的選擇活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)有：整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。a 整體式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，適用于缸徑較小的液壓缸b 螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。c 半環(huán)連接：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，不易松動(dòng)，但會(huì)出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng)用在壓力高、負(fù)荷大、有振動(dòng)的場合d 錐銷連接：結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接銷孔

16、必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負(fù)荷較小的場合。由于本設(shè)計(jì)是組合機(jī)床用的液壓缸，根據(jù)螺紋連接多用于組合機(jī)床的敘述，選用螺紋連接的活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)。2.12.2 螺紋聯(lián)接校核活塞桿危險(xiǎn)截面處的拉應(yīng)力：11 24kfd（2-13）切應(yīng)力為：311010.2k kf dd（2-14）合應(yīng)力為：n223n （2-15）13 式中： f1-液壓缸輸出壓力npddf6.12016103)07.01 .0(4)(4622221（2-16）式中： d-活塞桿直徑； -活塞桿材料的許用應(yīng)力；3551752sn mpa 將各參數(shù)帶入式（ 2-14） 、 （2-15） 、 （2-16）得：=3.19mpa

17、 =1.51mpa n=4.13mpa所以 n=4.13mpa =175mpa,其螺紋聯(lián)接滿足要求。2.13 活塞及活塞桿處密封圈的選用活塞及活塞桿處的密封圈的選用，根據(jù)密封的部位、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。常用的密封圈類型有o形圈、 y形圈、 v 型和活塞環(huán)。o形圈: 結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，安裝空間小，摩擦力小，易于制造，所以應(yīng)用較廣，但運(yùn)動(dòng)速度不能太大。y形圈: 用于壓力在 20mpa 以下、往返速度較高的液壓缸，密封性能可靠。v形圈: 性能好，耐久性也好，缺點(diǎn)是安裝空間大，調(diào)整困難，摩擦阻力大，只適用于運(yùn)動(dòng)速度較低的液壓缸。活塞環(huán) : 命長，不容易損壞，常

18、常用在不便于拆卸的液壓缸中，缺點(diǎn)是泄漏較大，必須成組使用，加工工藝比較復(fù)雜，所以成本較高。圖 2.1 o 形圈示意圖由于本設(shè)計(jì)中液壓缸的工作壓力為5mpa ，速度范圍 0.5m/s，因此選用缸體與缸蓋的密封形式選用 o形圈的密封形式 （如圖 2.1 ） ?；钊麠U與缸蓋， 活塞與缸體的密封選用o圈的密封形式。2.14 活塞桿導(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、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。14 a 端蓋直接導(dǎo)向： (1) 端蓋與活塞桿直接接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后只能更換整個(gè)缸蓋(2) 蓋與

19、桿的密封常用o型，y型等密封圈 (3) 防塵圈用無骨架的防塵圈。b 導(dǎo)向套導(dǎo)向： (1)導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更換，導(dǎo)向套也可用耐磨材料 (2) 蓋與桿的密封常用y型等密封裝置。 密封可靠適用于中高壓液壓缸(3) 防塵方式常用 j 型或三角形防塵裝置。由于密封圈的是選用o形圈的密封類型， 常于 o形圈配合導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)為端蓋直接導(dǎo)向，因此本設(shè)計(jì)選用端蓋直接導(dǎo)向的導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)。2.15 液壓缸的緩沖裝置常用的緩沖裝置結(jié)構(gòu)有(1) 環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置，適用于運(yùn)動(dòng)慣性不大、運(yùn)動(dòng)速度不高的液壓系統(tǒng)。(2) 三角槽式節(jié)流緩沖裝置，利用被封閉液體的節(jié)流產(chǎn)生的液壓阻力來緩沖的。(3) 可調(diào)節(jié)

20、流緩沖裝置，它調(diào)節(jié)針形節(jié)流閥的流通面積，就可改變緩沖作用的強(qiáng)弱和效果。本設(shè)計(jì)中的液壓缸運(yùn)動(dòng)慣性不大、速度也不高，因此選用圓柱形環(huán)狀間隙式緩沖裝置。15 心得體會(huì)為期兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在本次課程設(shè)計(jì)中我不僅學(xué)到了很多的知識，還為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)與工作打下了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等。回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但