液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算(自己)

1、目 錄一 液壓課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2二 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算21進(jìn)行工況分析32繪制液壓缸的負(fù)載圖和速度圖4三 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖4四 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)61工作壓力的確定62確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞竿直徑d73計(jì)算液壓泵的流量74.確定夾緊缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑85計(jì)算液壓泵的壓力86選用液壓泵規(guī)格和型號97確定電動機(jī)功率及型號98.液壓元件及輔助元件的選擇109油箱容量的確定10五 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能121回路壓力損失驗(yàn)算122液壓系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算15六 課程設(shè)計(jì)簡單小結(jié)···········

2、;······························16七 參考書目16一、 課程設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)要求某廠設(shè)計(jì)一臺鉆鏜專用機(jī)床，要求孔德加工進(jìn)度有IT6,。要求該機(jī)床液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是：工件定位、夾緊動力頭快進(jìn)工進(jìn)終點(diǎn)停留動力頭快退工件松開、拔銷。該機(jī)床運(yùn)動部件的重量為30000N，

3、快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)的速度為20120mm/min可無極調(diào)速，工作臺的最大行程為400mm，其中工進(jìn)的總行程為150mm，工進(jìn)時(shí)的最大軸向切削力為20000N，工作臺的導(dǎo)軌采用平導(dǎo)軌支撐方式；夾緊缸和拔銷缸的行程都為25mm，夾緊力在120008000之間可調(diào)，夾緊時(shí)間不大于1秒鐘。依據(jù)上述題目完成下列設(shè)計(jì)任務(wù)：（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)，并對其中的1-2非標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)

4、；二、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1、進(jìn)行工況分析 液壓缸負(fù)載主要包括：切削阻力，慣性阻力，摩擦阻力。（1）、定位液壓缸： 設(shè)其工作壓力位 R=200N （2）、夾緊液壓缸已知最大負(fù)載力為 R=12000N（3）、工作臺液壓缸液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即 F=FfFa +FmFW工作負(fù)載，即沿活塞運(yùn)動方向的切削力，F(xiàn)W=20000N；Ff導(dǎo)軌摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動摩擦阻力，本例中選取靜摩擦阻力為0.2，動摩擦阻力為0.1，則Ffs×30000=6000NFfa×30000=3000NFa運(yùn)動部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載； Fa=Gv/（g·t）=30000

5、15;6××60)=1020Nv為t時(shí)間內(nèi)變化的速度Fm密封圈的摩擦阻力； Fm=f FW×20000=1000N 其有效阻力按5%有效作用力計(jì)算。設(shè)計(jì)鉆鏜專用機(jī)床液壓系統(tǒng)，其工作定位夾緊動力頭快進(jìn)工進(jìn)終點(diǎn)停留動力頭快退工件松開、拔銷等自動循環(huán)，其速度和受力循環(huán)為下圖：其外負(fù)載循環(huán)為工作循環(huán)外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載啟動、加速F=Ffs+ Fa Fm8020N工進(jìn)F=Ffa+ FmFW24000N快進(jìn)F=Ffa+ Fm4000N快退F=Ffa+ Fm4000N三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（1）調(diào)速回路的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)希望其進(jìn)給速度平穩(wěn)，鉆孔透時(shí)不沖前，選用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)

6、速回路，出口加背壓閥。（2）快速回路的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，快進(jìn)、快退是的速度為6m/s，要盡量選用小規(guī)格的液壓泵，所以選用差動連接。（3）速度換接回路的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，速度換接要平穩(wěn)可靠，另外是專業(yè)設(shè)備，所以可采用行程閥的速度換接回路?？煞奖憧刂葡到y(tǒng)的快進(jìn)，工進(jìn)行程。（4）由速度圖可知，快進(jìn)時(shí)流量不大，運(yùn)動部件的重量也較小，選用換向性能好的電液換向閥。（5）油源方式的選擇考慮到該機(jī)床在工進(jìn)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)宜選用變量泵供油。為了保證液壓安全，在泵的出口處并聯(lián)一個(gè)溢流閥作為安全閥。（6）定位夾緊回路的選擇按先定位后夾緊的要

7、求，可選擇單向順序閥的順序動作回路。通常夾緊缸的工作壓力低于進(jìn)給缸的工作，并由同一液壓泵供油，所以在夾緊回路中應(yīng)設(shè)減壓閥減壓，同時(shí)還需滿足：夾緊時(shí)間可調(diào)，在進(jìn)給回路壓力下降時(shí)能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。換向閥可連接成斷電夾緊方式，也可以采用帶定位的電磁換向閥，以免工作時(shí)突然斷電而松開。（7）動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇為了確保夾緊后才進(jìn)行切削，夾緊與進(jìn)給的順序動作應(yīng)采用壓力繼電器控制。液壓系統(tǒng)原理圖如下：四、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)1、液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件（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)載大小及機(jī)器的類型來初步確定，查考液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，表2

8、-1取液壓缸工作壓力位3MPa。2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞缸直徑d。由工作負(fù)載循環(huán)表知其最大負(fù)載為24000N,按手冊表2-2可取P2為0.5MPa，cm為0.95，考慮到快進(jìn)、快退的速度相等，取d/D=0.7。顯然當(dāng)系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)收到負(fù)載力最大，此時(shí)有計(jì)算式 =108mm將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑D=110mm×110=77mm將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)值d=80mm按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，A> A = = cm= 25cm式中qmin是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。本例中調(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

9、缸有桿腔的實(shí)際面積，即A = = cm=45cm2可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。q = d×（8×10-2）2×3q = D×2× L/minq = ××6=26.8 L/minq = D = = 3）夾緊缸的內(nèi)徑 夾緊缸的工作壓力應(yīng)該要低于進(jìn)給缸的工作壓力，選其為2.5MPa，回油背壓力為零，cm為0.95，夾緊缸的最大工作壓力為12000NF=4×D2×P×cm =80mm則其標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為D=80mm×80=56mm則其標(biāo)準(zhǔn)d為56mm（2）確定液壓泵的流量、壓力和選擇

10、泵的規(guī)格1）泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為P = P + 式中 P液壓泵最大工作壓力； P執(zhí)行元件最大工作壓； 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。P = P + = 上述計(jì)算所得的P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 PMPa。2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為q k式中 q液壓

11、泵的最大流量； 同時(shí)動作的各執(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。q k =36 L/min3)選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的P和q，查找相關(guān)手冊，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P = 6.3MPa，電動機(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機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在工進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減少，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.21L/

12、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 P所選電動機(jī)額定功率； P限壓式變量泵的限壓力； q壓力為P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)載為4000N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3MPa,由式（1-4）可得P = 快進(jìn)時(shí)所需電動機(jī)功率為P = = 工進(jìn)時(shí)所需電動機(jī)功率為P = 95KW 查閱相關(guān)電動機(jī)類型標(biāo)準(zhǔn)，選用T90S-4型電動機(jī)，其額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。（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

13、閥，其夾緊部分選用疊加閥。選定的液壓元件如下表1-2所示。表1-2 液壓元件明細(xì)表序 號元 件 名 稱方 案通過流量（L/min） 1濾 油 器XUB3210032 2液 壓 泵YBX-25 3壓 力 表開 關(guān)KF3-EA10B 4二位四通換向閥24EF30-E10B24 5 二位二通換向閥22D-H10B24 6調(diào)速閥QF3-E6bB107減 壓 閥JF3-E10B24 8三位四通換向閥34EF30-E10B60 9單向閥AF3-EA10B40 10二位三通換向閥23EF3B-E10B30 11壓力繼電器DP1-63B 12調(diào)速閥AQF3-E10B（4）確定管道尺寸油管內(nèi)勁尺寸一般可參照選用

14、的液壓元件接口尺寸而定。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為14mm。參照YBX-25變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。（5）液壓郵箱容積的確定本設(shè)計(jì)為中低液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定，取選用容量為160L的郵箱。 （1）液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于該系統(tǒng)屬于組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，故液壓缸工作壓力為3MPa 。（2）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：= 108mm按照液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列取得D=

15、110mm d=80mm 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= 25cm 顯然有效工作面積A>故可以滿足最小穩(wěn)定速度的要求。（3）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。由公式:PyD/s得：110/(2為了保證有足夠的強(qiáng)度將其選一個(gè)較大值，為5mm故即可求出缸體的外徑DD+2=110+25=120mm根據(jù)無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)選取D=120mm（4）液壓缸工作行程的確定根據(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=400mm 。（5）缸蓋厚度的確定選取無孔的平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求用下

16、面公式進(jìn)行近似計(jì)算t得 t110=m 故取t=35mm（6）最小導(dǎo)向長度的確定對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求H 故可得夾緊缸最小導(dǎo)向長度Hmm 。110=88mm；當(dāng)液壓缸內(nèi)徑D>80mm時(shí)，活塞桿滑動支承面的長度 =1.0）d 故80=64mm；（7）缸體長度的確定一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍，即缸體長度L11025=2750mm根據(jù)該液壓系統(tǒng)最大行程并考慮活塞的寬度選取L=460mm（8）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算 由于該進(jìn)給液壓缸支承長度=400<13d=1380=1040mm故不須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性和進(jìn)行驗(yàn)算。 五、液壓系統(tǒng)驗(yàn)算 已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回

17、油管的內(nèi)勁均為14mm，各段管道的長度分別為：AB = 1.7m,AC = 0.3m,AD = 1.7m,DE = 2m。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15C時(shí)該液壓油的運(yùn)動粘度/s，油的密度= 920kg/m。1.壓力損失的驗(yàn)算1）工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為0.12m/min，進(jìn)給時(shí)的最大流量為1.14L/min，則液壓油在管內(nèi)流速為 = = cm/min = cm/s 管道流動雷諾系數(shù)Re為Re = = =Re1<2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)1=。進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失p為 查得換向閥34EF30-E10B的壓力

18、損失p10Pa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，剛進(jìn)油路總壓力損失 為P=2）工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則回油管道的沿程壓力損失為：查產(chǎn)品樣本知換向閥23EF3B-E10B的壓力損失10Pa，換向閥22D-H10B的壓力損失，調(diào)速閥QF3-E6aB的壓力損失?；赜吐房倝毫p失為為=+2*03+0.025+0.025+1.0）=3）變量泵出口處的壓力為= =4）快進(jìn)時(shí)的壓力損失。快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動連接，自匯流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍既為46L/min，AC段管路的沿程壓力損失為Re = = = 435=75/4357 同樣可求得管道AB段及AD段的沿程壓力損失和為Re = = = 3