液壓設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、目 錄一課程設(shè)計(jì)題目與其設(shè)計(jì)要求························1二系統(tǒng)工況分析與方案選擇·····················&

2、#183;····1三液壓元件的計(jì)算與產(chǎn)品選擇························6四主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析與強(qiáng)度校核計(jì)算············10五課程設(shè)計(jì)簡單小結(jié)·

3、3;······························12六參考文獻(xiàn)··················

4、83;·····················13一、課程設(shè)計(jì)題目及其設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)汽車變速箱體孔系鏜孔專用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。要求該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是：幾句夾緊工件工作臺(tái)快進(jìn)工作臺(tái)1工進(jìn)工作臺(tái)2工進(jìn)終點(diǎn)停留工作臺(tái)快退工作臺(tái)起點(diǎn)停止夾具松開工件。該組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的重量（含工作臺(tái)和多軸箱等部件）為20000N，快進(jìn)、快退速度為6m/min，1工進(jìn)的速度為800-10

5、00mm/min，2工進(jìn)的速度為600-800mm/min，工作臺(tái)的最大行程為500mm，其中工進(jìn)的總行程為300mm，工進(jìn)時(shí)的最大軸向切削力為20000N，工作臺(tái)的導(dǎo)軌采用山型-平面型組合導(dǎo)軌支撐方式；夾具夾緊缸的行程為25mm，夾緊力在20000N-14000N之間可調(diào)，夾緊時(shí)間不大于1秒鐘。 （1）完成該液壓系統(tǒng)的工況分析、系統(tǒng)計(jì)算并最終完成該液壓系統(tǒng)工作原理圖的設(shè)計(jì)工作； （2）根據(jù)已完成的液壓系統(tǒng)工作原理圖選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件； （3）對(duì)上述液壓系統(tǒng)中的進(jìn)給液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成該液壓缸的相關(guān)計(jì)算和部件裝配圖設(shè)計(jì)，并對(duì)其中的1-2非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)。配圖具體參數(shù)如下：液壓缸名稱負(fù)

6、載力(N)移動(dòng)件重力（N）行程（mm）啟動(dòng)時(shí)間（s）夾緊缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間（s）夾緊缸20000-14000251進(jìn)給缸2000020000快進(jìn)一工進(jìn)二工進(jìn)0.5200300二、系統(tǒng)工況分析與方案選擇2.1 工況分析首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖1-1所示。計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即 (1-1)式中：工作負(fù)載，對(duì)于金屬鉆鏜專用機(jī)床，本設(shè)計(jì)中即為工進(jìn)時(shí)的最大軸向切削力，=20000N； 運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載； 導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力阻力。對(duì)于山型平面型組合導(dǎo)軌可由下式求得 所以 G運(yùn)動(dòng)部件重力； 垂直于導(dǎo)軌

7、的工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中為零； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。則求得 =0.220000N = 4828N （1-2） =0.1 20000N = 2414N 上式中為靜摩擦阻力，為動(dòng)摩擦阻力。 = 式中：g重力加速度； 加速或減速時(shí)間，一般 = 0.010.5s,，本設(shè)計(jì)取 = 0.2s。 時(shí)間內(nèi)的速度變化量。在本設(shè)計(jì)中= N = 1020N根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載（見表1-1），并畫出如圖1-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。1-1 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F/N工作循環(huán)外負(fù)載F/N啟動(dòng)、加速F=+=5848快進(jìn)F=2414工進(jìn)1F= +=

8、22414工進(jìn)2F= +=22414快退=24142.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖1）確定供油方式考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或者變量泵供油。本設(shè)計(jì)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。2）調(diào)速方式的選擇在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)鉆鏜類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定技術(shù)要求的特點(diǎn)，采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。3）速度換接方式的選擇本

9、設(shè)計(jì)采用電磁閥的快慢速度換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程方便，閥的安裝也比較容易。4）夾緊回路的選擇 采用二位四通電磁閥來控制夾緊缸夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用進(jìn)油路裝個(gè)單向閥保壓夾緊方式。為了實(shí)現(xiàn)夾緊力的大小可調(diào)和保持夾緊力的穩(wěn)定，在該回路中裝有減壓閥。并采用壓力繼電器對(duì)工進(jìn)主油路電磁閥發(fā)出信號(hào)，使工進(jìn)缸動(dòng)作。綜合上述考慮，繪制出圖13所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 三、液壓元件的計(jì)算與產(chǎn)品選擇3.1液壓缸主要尺寸的確定。1）工作壓力P的確定。工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及其機(jī)器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱教材液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)表2-1取液壓缸工作壓力為4MPa。2）計(jì)

10、算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為22414N，按表2-2可取P為0.5MPa，為0.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，按表2-3，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式（3-1） （3-1）可得 m = 83.85m根據(jù)表2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D = 100mm；活塞桿直徑d，按d/D = 0.7及表2-5，活塞桿直徑系列取d = 70mm。按工作要求夾緊力由一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，取夾緊缸工作壓力為3MPa,回油背壓力為零，為0.95，則按式（2-3）可得 m = 9.45m按表2-4及表2-5液壓缸和活塞

11、桿的尺寸系列，取夾緊液壓缸的D和d分別為100mm及70mm。本設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即 A = = cm = 40 cm保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積 A = = cm= 8.33cm - GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量 ;-液壓缸工進(jìn)的最小速度因?yàn)闈M足A> A，故液壓缸能達(dá)到所需低速。3）計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量q = d = = q = D = = 7.06q = D = = 5.50q = = = q = D = = 3.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格1）泵的工作壓力的確定。考慮到正常

12、工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 = + （簡單系統(tǒng)）式中 液壓泵最大工作壓力； 執(zhí)行元件最大工作壓力； 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡單系統(tǒng)可取0.20.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5 MPa，本設(shè)計(jì)取0.5 MPa。= + = MPa =4.5Mpa （1-4） 上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(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(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力P應(yīng)滿足P P。中低壓系統(tǒng)取最小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設(shè)計(jì)中P = 1.25 P = 5.625MPa。2）泵的流量確定。 液壓泵的最大流量應(yīng)為 q k =

13、 1.2（L/min）= 28.8 （L/min） （1-5）式中 q液壓泵的最大流量； 同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。 k系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取k = 1.1 1.3，本設(shè)計(jì)取k = 1.2。3）選擇液壓泵的規(guī)格。 根據(jù)以上算得的和，查找相關(guān)手冊(cè)，選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量q = 25Ml/r,泵的額定壓力 = 6.3MPa，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n = 1450r/min,容積效率為 = 0.88，總效率 = 0.7。4） 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)兩種不同工況時(shí)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)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流

14、量減少，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.21L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取 = 0.030.14。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算，即 （1-6）式中 所選電動(dòng)機(jī)額定功率； 限壓式變量泵的限壓力； 壓力為時(shí)，泵的輸出流量。 首先計(jì)算快進(jìn)的功率，快進(jìn)的外負(fù)載 =2414N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa,由式（1-4）可得 = （Mpa） = 0.93（Mpa）快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為P = = （KW） = 0.51（KW） 工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為P = （KW）= 0.75（KW） 查閱相關(guān)電動(dòng)機(jī)類型標(biāo)準(zhǔn)，選用Y90L4型電動(dòng)機(jī)，其額定功

15、率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。 根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX25的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)流量為23.04L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為7.85 L/min，壓力為4MPa，作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為24 L/min，壓力為2.6MPa，工作點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的功率為P = KW = 1.48KW 所選電動(dòng)機(jī)滿足式（1-6），拐點(diǎn)處能正常工作3.3液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)可采用力士樂系統(tǒng)的閥，控制液壓缸部分選用力士樂系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥。選定的液壓元件如下表所示。序號(hào)代號(hào)名稱通過流量（L/min）1WU-40*180濾油器28.82YBX-2

16、5限壓式變量葉片泵28.83KF3-EA10B壓力表開關(guān)4JF3-10B減壓閥11.785AF3-EA-10B單向閥11.7864WE5C6.2二位四通換向閥11.787壓力繼電器11.788夾緊缸95DY-63BO三位五通換向閥2410YF3-10B背壓閥7.0611DZ-C102X順序閥7.0612QF3-E60B調(diào)速閥7.0613QF3-E60B調(diào)速閥5.501422D-H10B二位二通換向閥241522D-H10B二位二通換向閥2416進(jìn)給缸17ALF-E10B單向節(jié)流閥11.7818AQF3-10B單向調(diào)速閥243.4確定管道尺寸本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量為：q=47.1L/min

17、；壓油管允許流速為V=6m/s，則內(nèi)徑d為：d=4.6=12.89mm； 取d=15mm，壁厚=1.6mm，材料為鋼管；系統(tǒng)油管：取d=12mm，壁厚=1.6mm,材料為鋼管；吸油管：取d=20mm，壁厚=1.6mm，材料為鋼管；擴(kuò)口接頭安裝；3.5液壓油箱容積的確定中壓系統(tǒng)：V=6qp=210L (qp=35L)； 所以可以選用BEX-250型號(hào)油箱。液壓油選用： 由于液壓系統(tǒng)沒有特殊的工作要求或工作環(huán)境，所以可以選用20號(hào)機(jī)械油，代號(hào)為HJ-20。 四、主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析與強(qiáng)度校核計(jì)算·4.1液壓缸及液壓裝置的確定夾緊液壓缸采用單出桿，缸體固定形式，為了減少缸體與活塞體積、簡

18、化結(jié)構(gòu)，采用O型密封圈，由于行程很短，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量很小，速度也不大，不必考慮緩沖結(jié)構(gòu)。工作臺(tái)液壓缸采用單出桿、缸體固定形式，采用O型密封圈，由于工件材料為鑄鐵，加工時(shí)粉塵及小片狀或針狀的鐵屑較多，所以又加上一個(gè)防塵圈，夾緊液壓缸的防塵圈也是鑒于同樣原因安放。液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定由公式D=又由得夾緊缸：m = 83.85m 按照液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列取得D=100mm d=70mm 液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積：A = = cm= 8.33cm 顯然有效工作面積A>故可以滿足最小穩(wěn)定速度的要求。（2） 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的

19、強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/10的圓筒為薄壁圓筒。大多數(shù)屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，所以壁厚可由公式計(jì)算得： 故即可求出缸體的外徑DD+2=100+22.5=105mm.根據(jù)無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)選取D=120mm（3） 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照表2-6中的系列尺寸可選得進(jìn)給液壓缸工作行程H=500mm（4） 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求用下面公式進(jìn)行近似計(jì)算。無孔時(shí)：t0.433D得 t0.433100=9.20mm 由上式可取t=35mm；有孔時(shí)：t0.433D得t0.433100在本設(shè)計(jì)中選擇無

20、孔時(shí)的液壓缸，所以t=35mm。（5） 最小導(dǎo)向長度的確定對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求H 式中：L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內(nèi)徑。代入數(shù)據(jù)可得夾緊缸最小導(dǎo)向長度Hmm ,取H=80mm?；钊膶挾菳一般由公式B=（0.61.0）D 得進(jìn)給缸活塞寬度B=0.8100=80mm；缸蓋滑動(dòng)支承面的長度，根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑D而定；當(dāng)液壓缸內(nèi)徑D>80mm時(shí)，活塞桿滑動(dòng)支承面的長度 =（0.61.0）d 故=0.870=56mm；（6） 缸體長度的確定缸體外形長度需要考慮兩個(gè)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。所以，缸體長度：L10025=2500mm根據(jù)該液壓系統(tǒng)最大行程并考慮活塞的寬度選取L=580mm（7） 活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算 由于該進(jìn)給液壓缸支承長度=500<1370=910mm故不須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性和進(jìn)行驗(yàn)算。五、 課程設(shè)計(jì)簡單小結(jié) 為期一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，這段時(shí)間是我在大學(xué)期間不可多得的美好記憶。它給了我很多的感受和經(jīng)驗(yàn)，讓我們?cè)陲柺芩崽鹂嗬钡耐瑫r(shí)也體會(huì)到集體的力量和成功的喜悅。在我們以后的人生中，這些感受和經(jīng)驗(yàn)將會(huì)充實(shí)我們的生活，美化我們的人生。首先，我想感謝