雙頭專用車床液壓系統(tǒng)設計

1、目錄一、設計任務41、課程設計題目42、課程設計任務5二、液壓回路工況分析61、導程摩擦阻力62、慣性力63、工作負載74、液壓缸密封摩擦阻力7三、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算101、預選系統(tǒng)設計壓力102、計算液壓缸主要結構尺寸103、單個液壓缸需求的最大流量124、其他工作階段的壓力、流量和功率12四、制定方案，擬定液壓系統(tǒng)圖131、制定液壓回路方案132、合成液壓系統(tǒng)圖14 3、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件16(1)液壓泵的選擇16(2)控制元件的選擇17五、液壓缸設計 1、液壓缸結構的擬定.18 2、液壓缸主要幾何尺寸的計算.19 3、液壓缸的結構圖.20六、設計總結.22七、參考文獻一、設計任務

2、1、課程設計題目某廠欲自行設計制造一臺專用車床，用于壓縮機連桿兩端長軸頸的車削加工。根據(jù)加工工件尺寸較長的特點，擬采用的加工工藝方案為：工件固定，刀具旋轉并進給。車床主要由床身布有相互平行的V形導軌和平導軌各一條(見圖1-1)和左右兩個車削動力頭組成，其總體布局如圖2-2所示。工件裝夾于床身中部。兩個獨立的動力頭，通過機械傳動帶動主軸及刀具旋轉實現(xiàn)車床的主運動；進給運動要求采用液壓缸實現(xiàn)，即在床身上安裝兩個液壓缸，使其活塞桿與各動力頭下部相連，通過液壓缸往復運動驅動動力頭實現(xiàn)車床的進給運動。車床加工工件時，車削動力頭的進給工作循環(huán)為：快進工進快退停止。已知：移動部件重約是G15kN；各車削動力

3、頭的最大切削進給抗力(軸向力)估值為Fe10kN;主切削力(切向力)Fz35kN。要求動力頭的快速進、退速度相等，V1=Vmax=3m/min；工進速度無級調整范圍為V2=0.021m/min.導軌的靜、動摩擦因數(shù)分別為fs=0.2;fd=0.1。(2)配置執(zhí)行元件根據(jù)車床的總體布局及技術要求，選擇缸筒固定的單桿活塞缸作為驅動車削動力頭實現(xiàn)進給運動的液壓執(zhí)行元件。(3)工況分析由于動力頭的快速進退及工作進給階段的速度已給定，不必進行運動分析。故僅對液壓缸作動力分析，即通過分析計算，確定液壓缸總的最大外負載。 液壓缸的受力簡圖如圖1-2所示。圖1-1 車床總體布局示意圖1，8一車削動力頭；2，7

4、一主軸；3，6一連桿軸頸；4一夾具；5一工件(連桿)；9一導軌；10一床身圖1-2 車床液壓缸受力分析計算參數(shù)類別參數(shù)值參數(shù)類別參數(shù)值最大行程0.4m軸向載荷Fe=10KN工進速度范圍0.021.0m/min軸向載荷Fz=35KN快進，快退速度3m/min動摩擦系數(shù)fd=0.1移動部件重G=15KN靜摩擦系數(shù) fs=0.2題目要求：1. 驅動裝置：雙作用單出桿活塞缸，頭部用間隙式緩沖，尾部用可調緩沖。2. 安裝方式：缸前，后蓋采用法蘭連接，用切向支座與機架固定，活塞桿移動。3. 控制方式：用行程閥快進與工進速度的換接。設計要求：1. 進行工況分析與計算，繪制工況圖（包括速度圖與負載圖）。2.

5、擬定液壓系統(tǒng)原理圖，選擇標準液壓元件，繪制電磁鐵動作循環(huán)表。3. 進行液壓缸設計計算，圖紙繪制。上交材料：1. 設計說明書一份。2. 液壓系統(tǒng)原理圖一張。3. 液壓缸裝配圖及部分零件圖一套。二、液壓回路工況分析1、導程摩擦阻力 車床工進階段的導軌受力見圖2-2，取摩擦因數(shù)fd=1，可算得動摩擦阻力為圖2-1 車床導軌受力分析簡圖車床空載快速進退階段啟動時，導軌受靜摩擦阻力作用，區(qū)靜摩擦因數(shù)=0.2，算得加速階段和恒速階段的動摩擦阻力為2、慣性力 取速度變化量，啟動時間。算得故慣性力3、工作負載 液壓缸拖動車削動力頭進給時的工作負載為切削抗力，已知。4、液壓缸密封摩擦阻力作用于液壓缸活塞上密封阻

6、力，用下式估算式中-液壓缸機械效率，。取，算得啟動時得靜密封摩擦阻力恒速時的動密封摩擦阻力估取為靜密封摩擦阻力的30%，即，即。將上述計算過程綜合后得到的各工作階段的液壓缸外負載結果列于表2-1和2-2，液壓缸的負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖見圖2。表2-1 車削動力頭液壓缸外負載計算結果工況外負載F/N計算公式結果快進啟動4621加速2264恒速2111工進16336表2-2 車削動力頭液壓缸外負載計算結果工況外負載F/N計算公式結果快退啟動4621加速2264恒速2111啟動快進減速工進制動制動快退反向啟動FOXX909圖2 液壓缸的負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖由表2-1和表2-2可以看出，最大負載出現(xiàn)

7、在工進階段 ，其最大值為.三、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算1、預選系統(tǒng)設計壓力 本車床屬于半精加工機床，負載最大時為慢速工進階段，其他工況時載荷都不大，參考表31表31 按主機類型選擇設計壓力主機類型設計壓力/MPa說明機床精加工機床0.82當壓力超過32MPa時，稱為超高壓壓力半精加工機床35龍門刨床28拉床810農業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構1016液壓機、大中型挖掘機、重型機械、起重運輸機械2022地址機械、冶金機械、鐵道車輛維護機械、各類液壓機具等25100預選液壓缸的設計壓力。2、計算液壓缸主要結構尺寸 為了滿足動力頭快速進退速度相等的要求并減小液壓泵的流量，將缸的無桿腔作為主公作

8、腔，并在快進時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積與應滿足,即活塞桿直徑d和液壓缸內徑D間應滿足d=0.71D。為了提高動力頭的工作平穩(wěn)性，給液壓缸設置一定回油背壓。表32 液壓執(zhí)行元件的背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調速系統(tǒng)0.20.5回油帶背壓閥調整壓力一般為0.51.5回油路設流量調節(jié)閥的進給系統(tǒng)滿載工作時0.5設補油泵的閉式系統(tǒng)0.81.5高壓系統(tǒng)初算時忽略不計參考表表32，暫取背壓0.3MPa，上已取液壓缸機械效率，則可算得液壓缸無桿腔的有效面積從而得液壓缸內徑按GB/T 2348-1993，將液壓缸內徑圓整為。因，故活塞桿直徑為按GB/T 234

9、8-1993，將活塞桿直徑圓整為.則液壓缸有效實際面積為由于動力頭的最低工進速度很低，故需按 （式3-1）對缸的結構尺寸進行檢驗：將調速閥的最小穩(wěn)定流量和活塞最小進給速度代入式31，算得結果表明活塞面積可滿足最低穩(wěn)定速度的要求。差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔壓力，其差值估取，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時；另外，取快退時的回油壓力損失為0.6MPa。從而算得液壓缸在工進階段的實際工作壓力它正是系統(tǒng)工作循環(huán)中的最高壓力。由于3、單個液壓缸需求的最大流量 液壓缸最大流量發(fā)生在快退階段，算得單個液壓缸的最大流量為4、其他工作階段的壓力、流量和功率其他由下表可見，快退階段工作時，

10、輸入功率最大，其值為.工作階段計算公式負載F/N回油腔壓力工作腔壓力單缸輸入流量輸入功率快進啟動46211.32加速22641.671.17恒速21111.631.1311.53217工進163360.32.470.1577.856.35318快退啟動46211.28加速22640.61.80恒速21110.61.7612.01352四、制定方案，擬定液壓系統(tǒng)圖1、制定液壓回路方案a 調速方式與油源方案?？紤]到切削進給傳動功率不是很大，低速時穩(wěn)定性要求較高；加工期間負載變化較大，故采用限壓式變量閥供油和調速閥聯(lián)合的容積節(jié)流調速方案，且快進時液壓缸差動鏈接，以滿足系統(tǒng)高壓小流量和低壓大流量的工況

11、特點，從而提高系統(tǒng)效率，實現(xiàn)節(jié)能，調速閥設置在進油路上，通過調節(jié)通流面積實現(xiàn)液壓缸及其拖動的車削動力頭的車削進給調速度大??；通過分別調整兩個調速閥可使兩個車削動力頭獲得較高同步精度。b 方向控制方案。由于系統(tǒng)流量不是太大，故選用三位五通“O”形中位機能的電磁換向閥作主換向閥；本機床加工的軸頸長度尺寸無特殊精度要求，故采用行程控制即活動擋塊壓下電器行程開關，控制換向閥電磁鐵的通斷電來實現(xiàn)自動換向和速度換接。通過兩個電磁鐵換向閥的通斷組合，可實現(xiàn)兩個車削動力頭的獨立調節(jié)。在調整一個時，另一個應停止。c 速度換接方案?？爝M和和工進的速度換接由二位二通行程閥和遠控順序閥實現(xiàn)，以簡化油路，提高換接精度。

12、工進時進右路和回油路的隔離采用單向閥實現(xiàn)。d 背壓與安全保護。為了提高液壓缸及其驅動的車削動力頭的運動平穩(wěn)性，在液壓缸工進時的回油路上設置一溢流閥，以使液壓缸在一定的背壓下運行。為了保證整個系統(tǒng)的安全，在泵出口并聯(lián)一溢流閥，用于防止過載。e 輔助回路方案。在液壓泵入口設置吸油過濾器，以保證油液的清潔度；在液壓泵出口設置壓力表及多點壓力表開關以便于個壓力閥調壓時的壓力觀測。2、合成液壓系統(tǒng)圖 將上述各液壓回路方案進行綜合即可組成專用車床的液壓系統(tǒng)原理圖，圖中附表是電磁鐵及行程閥的狀態(tài)表。以左側動力頭及液壓缸21為例說明其工作原理。a 快進 按下啟動按鈕，電磁鐵1YA通電使換向閥13切換至左位。由

13、于快進時負荷較小，系統(tǒng)壓力不高，故順序閥9關閉，變量泵2輸出最大流量。此時，液壓缸21為差動連接，動力頭快進。西戎的油液流動路線如下。進油路：變量泵2換向閥13（左位）行程閥19（下位）液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?1有桿腔換向閥13（左位）單向閥11行程閥19（下位）液壓缸21無桿腔。b 工進 當動力頭快速前進到預定位置時，動力頭側面的活動擋塊壓下行程閥19，動力頭開始車削工件。此時系統(tǒng)壓力升高，在順序閥9打開的同時，限壓式變量泵2自動減小其輸出流量，以便與調速閥17的開口相適應。系統(tǒng)中油液流動路線如下。進油路：變量泵2換向閥13（左位）調速閥17液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?1有桿

14、腔換向閥13（右位）順序閥9溢流閥（背壓閥）油箱。c 快退 在動力頭工作進給到預定位置觸動行程開關SQ1時，給出動力頭快退信號，電磁鐵1YA斷電，2YA通電，換向閥13切換至右位，此時系統(tǒng)壓力下降；變量泵2的流量又自動增大，動力頭實現(xiàn)快退。系統(tǒng)中油液的流動路線如下。進油路：變量泵2換向閥13（右位）液壓缸21有桿腔?；赜吐罚鹤兞扛?1無桿腔單向閥15換向閥13（右位）油箱。d 動力頭原位停止 當動力頭快退回到原位時，活動擋塊壓下終點行程開關SQ3，是電磁鐵1YA和2YA均斷電，此時換向閥13操至中位，液壓缸21兩腔封閉，動力頭停止運動，變量泵2實現(xiàn)高壓小流量卸荷。待卸下加工好的工件，裝好待加工

15、工件后，系統(tǒng)開始下一工作循環(huán)。圖41 專用車床液壓系統(tǒng)原理圖1. 過濾器. 2.液壓泵 3.電動機 4、7、8.溢流閥 5.壓力表開關 6.壓力表 9、10順序閥 11、12、15、16.單向閥 17、18.調速閥 19、20行程閥 21.液壓缸 22.油箱表41 專用車床液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥狀態(tài)表工件電磁鐵和行程閥狀態(tài)1YA2YA3YA4YA行程閥19行程閥20快進下位下位工進上位上位快退上位上位等待下位下位3選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件（1）液壓泵的選擇由表可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進階段，即，此時的輸入流量較小，泵至缸間的進油路壓力損失估取為。則泵的最高工作壓力為在兩車削頭同時快

16、退時，需要的總流量為取漏液系數(shù)k1.1，則液壓泵的流量為根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選限壓式變量液壓泵的轉速為n=1450r/min，泵的容積效率，根據(jù)以上計算結果查手冊，選用規(guī)格相近的YBX-B30M型限壓式變量葉片泵，其額定壓力為6.3MPa，排量為V=30mL/r,泵的額定轉速為n1500r/min，容積效率取，倒推算得泵的額定流量為與系統(tǒng)所需流量基本符合。該系統(tǒng)選用變量泵，故應分別計算快速空載與工進速度最大時所需的功率，按兩者中的較大值選取電機功率。最大工進速度所需流量為選取泵的總效率為0.8，則工進所需最大功率為由表可知，快速空載時，液壓缸的總負載F=2264N，此時，液壓泵的工作壓力為空

17、載快速時，液壓泵所需的驅動功率為因為，故應按空載快退速度時所需功率選取電機。查設計手冊，選用Y系列（IP44）中規(guī)格相近的Y90L-4-B5型立式三相異步電動機，其額定功率1.5kW，轉速為1400r/min。用此轉速驅動液壓泵時，變量泵的實際輸出流量分別為，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。（2）控制元件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號規(guī)格如表所列。表51 專用車床液壓系統(tǒng)主要元件的型號規(guī)格序號名稱通過流量/（L/min）額定流量/（L/min）額定壓力/MPa工作壓力/MPa型號1過濾器36.963原始壓力損失XU-63×

18、;80J2限壓式變量葉片泵36.949.36.33.07YBX-40B4先導式溢流閥36.9636.33.9YF3-10B5六點壓力表開關6.33.9K-6B6壓力表測量范圍0403.9Y-407、8直動式溢流閥4.8102.50.3P-B10B9、10遠控順序閥4.86.33.6XY-10B11、12單向閥16.22256.33.071-25B13、14三位五通電磁換向閥26256.33.0735D-25B15、16單向閥26636.31-63B17、18調速閥<10106.32.47Q-10B19、20行程閥19.461006.32.4722C-25BHf 液壓輔件的計算與選擇 本系

19、統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，故取經(jīng)驗系數(shù)5，得油箱容量為管件尺寸由選定的標準元件油口尺寸確定。所選擇的過濾器、壓力表及壓力表開關的型號規(guī)格見表51五液壓缸設計5.1液壓缸結構的擬定采用雙作用單出活塞缸作為執(zhí)行元件。選擇碳鋼作為缸筒材料缸前端與機架，底座與缸體，缸體與缸套，缸體與后蓋均采用法蘭連接。采用后端可調緩沖,前端間隙式緩沖。后端由一個單向閥與一個節(jié)流閥構成，端蓋底座和法蘭間采用螺栓連接，共采用8個螺栓。根據(jù)活塞中間支撐環(huán)大約10mm,兩邊各向外擴展12mm，安放一對Y型密封環(huán)，Y型密封環(huán)寬度12mm。再兩邊各向外取5mm，活塞軸向長度為以上長度之和?；钊c缸筒間采用Y型密封圈密封，端蓋與活塞間采用Y型密封圈密封。5.2液壓缸主要幾何尺寸的計算1. 活塞內徑D的計算。 根據(jù)上面的計算，取D=100mm，d=0.7D=70mm。2. 缸筒材料的選擇 要求與端蓋成法蘭焊接的缸筒，所以選擇35鋼。3.壁厚的選擇 選材料為碳鋼=150D=100 取 根據(jù)計算結果取缸筒壁厚為mm。4. 缸底厚度的計算選擇平形缸底，缸底無油口。18.75mm5. 缸上焊接法蘭的厚度 查表選擇圖面板式平焊接鋼制管法蘭根據(jù)缸筒內徑D=100mm，選擇法蘭外徑 175mm螺栓孔中心圓直徑140mm，選擇M12的螺栓連接，n=8.法蘭厚度28.75mm。 5.3液壓缸結構圖 圖5