畢業(yè)設計——液壓系統(tǒng)的設計及零件的加工工藝

1、重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）課 題 名 稱： 液壓系統(tǒng)的設計及零 件的加工工藝 專 業(yè) 班 級： 08數(shù)控302班 學 生 姓 名： 廖 燕 指 導 教 師： 林 洪 二O一O年 十一 月重慶工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書系 部： 機械學院 專 業(yè) 班 級： 學 生 姓 名： 二O一O年 十一 月前 言液壓系統(tǒng)的設計是整機設計的重要組成部分,主要任務是綜合運用前面各章的基礎知識,學習液壓系統(tǒng)的設計步驟、內容和方法。通過學習，能根據(jù)工作要求確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)、系統(tǒng)原理圖，能進行必要的設計計算，合理地選擇和確定液壓元件，對所設計的液壓系統(tǒng)性能進行校驗算，為進一步進行液壓系統(tǒng)結構

2、設計打下基礎。 目 錄前言.明確設計要求進行工況分析確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)擬定液壓系統(tǒng)原理圖計算和選擇液壓件驗算液壓系統(tǒng)性能結構設計及繪制零部件工作圖繪制液壓缸裝配圖1張繪制標準件以外的零件圖對某一零件進行加工工藝分析對該零件編寫數(shù)控加工程序畢業(yè)設計（論文）任務書課題名稱液壓系統(tǒng)的設計及零件的加工工藝內容及要求1、 課題簡介設計一專用鉆床的液壓系統(tǒng)，要求完成“快進工進快退停止（卸荷）”的工作循環(huán)。有關參數(shù)如下：切削阻力20000N，運動部件自重10000N，快進行程100mm，工進行程50mm，快進、快退運動速度4m/min，工進速度50mm/min，加速、減速時間0.2t，靜摩擦系數(shù)：fj=0

3、.2，動摩擦系數(shù)：fd=0.1，液壓缸機械效率：0.92、主要參考資料機械設計手冊液壓與氣動技術，基本工作量要求畢業(yè)設計說明書是對設計進行解釋與說明的書面材料，應包括理論分析和必要的計算部分，頁數(shù)在40頁左右（A4紙），并裝訂成冊。說明書敘述要清楚，論證要充分，使用的公式要正確并有據(jù)可查，并按設計要求將全部內容按先后排序進行編寫。1、目錄2、前言：扼要說明設計題目的意義、設計體會和設計經過。3、正文(1) 明確設計要求進行工況分析；(2) 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；(3) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖；(4) 計算和選擇液壓件；(5) 驗算液壓系統(tǒng)性能；(6) 結構設計及繪制零部件工作圖；繪制液壓缸裝配圖1

4、張繪制標準件以外的零件圖(7) 對某一零件進行加工工藝分析；（8）對該零件編寫數(shù)控加工程序。4、結束語：對設計存在的優(yōu)缺點及改進意見進行敘述。5、參考文獻：在設計中，特別是在編寫設計計算說明書及論文中，所用的參考書要寫清編者姓名、書名、出版單位及日期，并標注序號。進度計劃起止時間工作內容2010年11月2010年112011年2月2011年3月2011年月課題布置完成初稿完成設計答辯參考文獻指導教師： 教研室主任： 系主任：正文1 設計要求及工況分析1.1 設計要求對液壓系統(tǒng)的設計從以下幾個方面考慮：1.1.1專用鉆床的概況 液壓系統(tǒng)對應在專用鉆床的概況如下：專用鉆床的用途：自動為一批相同的工

5、件鉆直徑為20的孔。工件材料為鑄鐵，材料硬度為HB220。只要將工件碓放進裝料箱里，打開開關就能完成工件的自動加工。其中送料缸、鉆削缸、夾緊缸能完成任務單所要求的“快進工進快退停止（卸荷）過程”，這批工件結構如圖一所示： 圖一 工件結構圖總體布局： Z方向一個鉆削裝置，X方向左右各一個送料裝置，Y方向一個加緊裝置。鉆用鉆床的主要結構、液壓裝置的位置和空間尺寸如圖二： 圖二 專用自動鉆床結構圖 2）專用鉆床的工藝流程 此鉆床的工藝流程如圖所示，打開開關左右兩邊送料裝置同時將工件送出送料裝置原路，加緊裝置加緊工件鉆削裝置到位，開始鉆削加工完，鉆削裝置后退，加緊裝置松開后退停止。3）作業(yè)環(huán)境與條件專

6、用鉆床要求工作地面平穩(wěn)，其液壓系統(tǒng)對油溫的變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響，因此不宜在溫度變化很大的環(huán)境中工作。1.1.2專用鉆床對液壓系統(tǒng)提出的任務和要求1）專用鉆床要求液壓系統(tǒng)完成的動作和功能：開關送料缸快進送料缸初始退送料缸全退同時加緊缸進鉆削缸快進鉆削缸工進鉆削缸快退夾緊缸快退停止。2）切削阻力20000N，運動部件自重10000N，快進行程100mm，工進行程50mm，快進、快退運動速度4m/min，工進速度50mm/min，加速、減速時間0.2t，靜摩擦系數(shù)：fj=0.2，動摩擦系數(shù)：fd=0.1，液壓缸機械效率：0.91.2工況分析 工況分析就是要分析執(zhí)行元件在

7、整個工作過程中速度和負載的變化規(guī)律，求出工作循環(huán)中各動作階段的速度和負載的大小，畫出速度圖和負載圖。1.2.1速度分析速度圖速度分析就是對執(zhí)行元件在整個工作循環(huán)中各階段所要求的速度進行分析，速度圖即是用圖形將這種分析結果表示出來的圖形。該液壓系統(tǒng)鉆削缸的動作循環(huán)圖及其相應的速度圖如下：（橫坐標以上為液壓缸前進時的曲線，以下為液壓缸活塞缸退回時的曲線） 鉆削缸動作循環(huán)圖及其速度圖1.2.2負載分析與負載圖負載分析就是對執(zhí)行元件在整個工作循環(huán)中各階段所要求克服的負載大小及其性質進行分析，負載圖即是用圖形將這種分析結果表示出來的圖形。負載圖一般用負載時間（Ft）或負載位移（Fl）曲線表示。1）送料缸

8、的負載分析送料缸在做直線往復運動時，要克服以下負載：工作負載、摩擦負載阻力、慣性阻力、重力、密封阻力和背壓力。前四種屬于外負載，后兩種屬于內負載。在不同的動作階段，負載的類型和大小是不同的。下面分別予以討論。（1）    啟動階段啟動階段的送料缸活塞或缸體及其與它們相連的運動部件處于要動而未動狀態(tài)，其負載F由以下2項組成已知m=V*=60mmx40mmx20mmx7000kg/m3=0.336kg G=m*g=3.3NFn=F自+G=10000N+3.3N=10003.3N fs=0.2 Ffs= Fn*fs=10003.3*0.2=2000.66N FG=0F=

9、 (Ffs+FG)*=（2000.66+0）x0.9=1800.6N式中V工件在體積 鑄鐵在密度F自運動部件的自重G單個工件的重力Ffs靜摩擦力； Fn作用在導軌上的正壓力； fs摩擦面的靜摩擦系數(shù)，其數(shù)值與潤滑條件、導軌的種類和材料有關（見表1）； FG垂直或傾斜放置的運動工作部件重量在油缸運動方向的分量，工作部件向上運動時為正負載，向下運動時為負負載。若工作部件是水平放置時，則FG=0。液壓缸機械效率 (2) 加速階段加速階段的送料缸活塞或缸體及其與它們相連的運動部件從速度為零到恒速（一般為非工作階段的快速運動）階段，這時的負載F由下式計算已知 fd=0.1 Fid= Fn* fd =10

10、003.3Nx0.1=1000.33NFm=式中 Fid動摩擦力; fd動摩擦系數(shù)(見表1)； Fm慣性阻力,這是液壓缸活塞或缸體及其與它們相連的運動部件在加速（或制動減速）過程中得到慣性阻力, 其值可按牛頓第二定律求出，加速時阻力為正，制動減速時為負； v速度的改變量，即恒速值； t啟動或制動時間，機床一般取t =0.010.5s，輕載低速運動部件取小值，重載高速運動部件取大值。行走機械可取v / t =0.51.5m/s2； G運動部件的重量； g重力加速度。表1 導軌摩擦系數(shù)導軌種類導軌材料工作狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動導軌鑄鐵對鑄鐵啟動0.160.2低速運動（v<10m/min）0.10.

11、12高速運動（v>10m/min）0.050.08自潤滑尼龍低速中載(也可潤滑)0.12金屬兼復合材料0.0420.15滾動導軌鑄鐵導軌+滾珠(柱)00050.02淬火鋼導軌+滾珠(柱)0.0030.006靜壓導軌鑄鐵0.005氣浮導軌鑄鐵、鋼或大理石0.001（3）恒速階段 該階段負載由下式決定式中 FL工作負載，如切削力等。其方向與液壓缸運動方向相反時取正值，相同時取負值。在非工作行程(如快進)時取FL =0.（4）          制動階段 該階段負載由下式決定因制動時是減速，因此慣性力Fm

12、為負值。上述四個動作階段，在液壓缸的反向運動中，也都存在，只是在快退過程中不存在工作行程，因此整個快退恒速階段取FL =0。 以上計算均是計算液壓缸的外負載，要計算液壓缸的總負載力，還應計算液壓缸的內負載力，即密封阻力和運動的背壓阻力。前者是指密封裝置零件在相對運動中產生的密封摩擦力, 其值與密封裝置的結構類型、液壓缸的制造質量和工作壓力有關，具體計算比較繁瑣，一般在初步計算中都將其考慮在液壓缸的機械效率（m）中。后者是指液壓缸回油腔的背壓阻力，它是由回油管路上的液壓阻力決定的。在系統(tǒng)方案與結構尚未確定前，它是無法計算的。在液壓缸尺寸已知的情況下，可根據(jù)表2所示的經驗數(shù)據(jù)進行估算。一般可先忽略

13、不計，待系統(tǒng)回路和液壓執(zhí)行元件結構尺寸確定時再將其計算進去。 根據(jù)上述各階段得到負載及其所經歷的移動行程（或時間），便可歸納繪出液壓缸的負載圖（F-l圖或F-t圖），如圖2所示為一機床進給系統(tǒng)的負載圖例。圖中的最大負載值將是初選液壓缸工作壓力和確定液壓缸結構參數(shù)時的依據(jù)。表2 液壓系統(tǒng)中背壓力的經驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)類型背壓/MPa中、低壓系統(tǒng)（08MPa）簡單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調速系統(tǒng)0.2 0.5回油路帶調速閥的節(jié)流調速系統(tǒng)0.5 0.8回油路帶背壓閥0.5 1.5采用帶補油泵的閉式回路0.81.5中、高壓系統(tǒng)（816MPa）同上比中、低壓系統(tǒng)高（50100）%高壓系統(tǒng)（1632MPa）如鍛壓機械

14、系統(tǒng)初算時背壓可忽略不計1.2.3液壓馬達的負載分析當系統(tǒng)以液壓馬達作為執(zhí)行元件時，應計算各階段折算到液壓馬達軸上的總負載轉矩T。這負載轉矩應包含三項之和：TL工作負載折算到馬達軸上的等效轉矩，Tf執(zhí)行機構上的摩擦力（力矩）折算到馬達軸上的等效轉矩，Tm執(zhí)行機構、傳動機構、液壓馬達軸等在啟動和制動時折算到馬達軸上的等效慣性力矩。即將式（1）（4）中的力的計算換成相應的力矩的計算式，即可得到液壓馬達在各個動作階段的負載力矩計算式，并可畫出相應的負載轉矩圖。 2液壓系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定這里，液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)是指液壓執(zhí)行元件的工作壓力p和最大流量，它們均與執(zhí)行元件的結構參數(shù)（即液壓缸的有效工

15、作面積或液壓馬達的排量）有關。液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量是計算與選擇液壓元件、原動機（電機），進行液壓系統(tǒng)設計的主要依據(jù)。2.1液壓執(zhí)行元件工作壓力的確定 液壓執(zhí)行元件的工作壓力是指液壓執(zhí)行元件的輸入壓力。在確定液壓執(zhí)行元件的結構尺寸時，一般要先選擇好液壓執(zhí)行元件的工作壓力。工作壓力選得低，執(zhí)行元件的尺寸則大，整個液壓系統(tǒng)所需的流量和結構尺寸也會變大，但液壓元件的制造精度、密封要求與維護要求將會降低。壓力選得愈高，結果則相反。因此執(zhí)行元件的工作壓力的選取將直接關系到液壓系統(tǒng)的結構大小、成本高低和使用可靠性等多方面的因素。一般可根據(jù)最大負載參考表3選取，也可根據(jù)設備的類型參考表4選取。 隨

16、著目前材質生產水平和液壓技術水平的提高，液壓系統(tǒng)的工作壓力有向高壓化發(fā)展的趨勢，這也是符合經濟發(fā)展規(guī)律的。表3 不同負載條件下的工作壓力負載 F/ N<5000500010000100002000020000300003000050000>50000液壓缸工作壓力 / MPa<0.811.522.53344557表4 常用液壓設備工作壓力設備類型機床農業(yè)機械小型工程機械液壓機挖掘機重型機械啟重機械磨床車、銑、刨床組合機床 拉床龍門刨床工作壓力 / MPa0822435<1010152032 2.2液壓執(zhí)行元件主要結構參數(shù)的確定 要確定液壓執(zhí)行元件的最大流量，必須先確定執(zhí)

17、行元件的結構參數(shù)。這里主要指液壓缸的有效工作面積A1、A2及活塞直徑D、活塞桿直徑d。液壓執(zhí)行元件的結構參數(shù)首先應滿足所要克服的最大負載和速度的要求。例如圖3所示一單桿活塞缸，其無桿腔和有桿腔的有效作用面積分別為A1和A2，當最大負載為F max時的進、回油腔壓力分別為p1和 p2，這時活塞上的力平衡方程應為（6）這樣就有式中，A2/A1一般由快速進、退速度比與回路結構有關。例如當快進時是液壓缸的無桿腔進油、有桿腔回油，而快退時是有桿腔進油、無桿腔回油，快進、快退時的流量Q均相同（一般為泵的最大供油流量），這時快速進、退的速度比v1 / v2為 即這時的液壓缸兩腔的面積比由快速進、退的速度比v

18、確定 。當快進時采用差動連接液壓回路，快退時采用有桿腔進油、無桿腔回油，并且要求快速進、退速度相等時，則應A2 /A1=1/2。 表5 按活塞桿受力情況選取活塞桿直徑活塞桿受力情況工作壓力p/MPa活塞桿直徑d受 拉-d=(0.30.5)D受壓及拉P5d=(0.50.55)D受壓及拉5<p7d=(0.60.7)D受壓及拉p>7d=0.7D 在D、d圓整后，應由式A1=D2/4和A2=(D2-d2)/4重新求出A1和A2。則此時液壓缸兩腔的有效工作面積A1、A2已初步確定。液壓缸兩腔的有效工作面積除了要滿足最大負載和速度要求外，還需滿足系統(tǒng)中流量控制閥最小穩(wěn)定流量Qvmin的要求，以滿足系統(tǒng)的最低速度vmin要求