液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)(臥式單面多軸鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng))

1、目 錄 組合機(jī)床工況分析 3第2章 液壓缸的主要參數(shù)的確定 4第3章 擬定液壓系統(tǒng)圖 6第4章 液壓缸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 設(shè)計(jì)總結(jié) 12 參考資料 13 附錄A液壓系統(tǒng)原理圖 附錄B 液壓缸結(jié)第1章 組合機(jī)床工況分析負(fù)載分析 工作負(fù)載：高速鉆頭鉆鑄鐵空時(shí)的軸向切削力Ft與鉆頭直徑D，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（以mm/r計(jì)）和鑄件硬度HB之間的經(jīng)驗(yàn)算式為根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)的主轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s可選下列數(shù)值：對(duì)直徑13.9的孔來說 360r/min，=0.147mm/r對(duì)直徑8.5的孔來說 =550r/min，=0.096mm/r帶入公式得：（14x25.5x13.9xx+2x25.5x8.5x）N=

2、30468N2）慣性負(fù)載 =(G/g)(V/t)=(9500/9.81)(7.8/(60/0.236)=533.4N3) 阻力分析 靜摩擦分析 =0.18X9500N=1710N動(dòng)摩擦分析 =0.12X9500N=1140N液壓缸的機(jī)械效率取0.9，由此得出液壓缸在各工作的負(fù)載如下表：負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖上按上面數(shù)值繪制，如下圖A所示。速度圖按已知數(shù)值 V1=V3=7.8m/min、L1=95mm、L2=70 mm、快退行程L3=L2+L2=165mm和工進(jìn)速度V2等繪制。如圖B所示。其中V2有主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量求出，即 V2=53mm/minv/m/min 7.8F/N351200.

3、05350 100 150 1900 2492 L/mm 1266.70 50 100 150-1266.7 L/mm -7.8圖A 圖第2章 液壓缸的主要參數(shù)的確定由表 1.0可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載35000N時(shí)宜取P14Mpa。鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)快退速度相等，這里的液壓缸可選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)做差動(dòng)連接。這種情況下液壓缸無桿腔面積為A1取為有桿腔工作面積的兩倍，即活塞桿直徑d 與缸筒D成d0.707D的關(guān)系。在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須具有背壓p2，取p20.8Mpa，以防空杯鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸雖然差動(dòng)連接，單由于油管中有壓降p存在，有桿腔的壓力必須大于無

4、桿腔，估算時(shí)p約等于0.5Mpa?？焱藭r(shí)會(huì)有腔中有背壓的，這時(shí)p2亦可按0.5Mpa估算。由工進(jìn)時(shí)的推力計(jì)算液壓缸面積：F/=A1P1 A2P2=A1P1-(A1/2)P2故有 A1=（F/）/(P1-P2/2)=(35120)/(4 0.8/2)=0.0098=98D= =11.12 d=0.707D=7.86當(dāng)按GB 2348-80 將這些直徑圓整成就將近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得：D=11 ,d8。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：A1=3.14/4=95.03,A2=3.14(- )/444.77。經(jīng)檢驗(yàn)，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D與d的值，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和

5、功率，如表 2.0所示，并據(jù)此繪出工況圖C所示：表2.0 液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值第3章 擬定液壓系統(tǒng)圖3.1 選擇液壓回路 (1)調(diào)速方式的選擇液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式可分為節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)速回路三種形式。由工況得知，該液壓系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路，為防止鉆通孔時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件的前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥。(2)液壓泵形式的選擇系統(tǒng)工作循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量兩個(gè)階段組成，最大流量與最小流量的時(shí)間之比。根據(jù)該情況，本方案決定采用大、小兩個(gè)液壓泵自動(dòng)并聯(lián)供油的油源方案。(3)速

6、度換接方式的選擇因鉆孔工序?qū)ξ恢镁燃肮ぷ髌椒€(wěn)性要求不高，可選用行程調(diào)速閥和電磁換向閥。動(dòng)作可靠，轉(zhuǎn)換精度較高。(4)快速回路與工進(jìn)轉(zhuǎn)快退控制方式的選擇為使快進(jìn)快退速度相等，選用差動(dòng)回路作快速回路。(5)調(diào)壓和卸荷回路的選擇在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。(6)夾緊油路的選擇夾緊油路中串接減壓閥，可根據(jù)工件夾緊力的需要調(diào)節(jié)并穩(wěn)定其壓力，即使主油路壓力低于減壓閥所調(diào)壓力，因?yàn)?/p>

7、有單向閥的存在，夾緊系統(tǒng)也能維持其壓力(保壓)。二位四通電磁換向閥的常態(tài)位置是夾緊工件，保證了操作安全可靠。3.2組成系統(tǒng)3.3 液壓系統(tǒng)工作分析工件夾緊：電液換向閥處于中位狀態(tài)，液壓泵輸出的壓力油進(jìn)入夾緊缸的左腔，右腔回油，活塞桿向右移動(dòng)，將工件夾緊。夾緊后，液壓缸左腔的壓力升高，當(dāng)油壓超過壓力繼電器的調(diào)定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)指令使電磁鐵1YA通電，液壓缸8動(dòng)作。快速前進(jìn)：電磁鐵1YA通電，電液換向閥左位接入系統(tǒng)，溢流閥17因系統(tǒng)壓力不高仍處于關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)液壓缸8作差動(dòng)連接，液壓泵18輸出最大量。系統(tǒng)中油液流動(dòng)的情況為：進(jìn)油路：液壓泵18單向閥16換向閥10（左位）行程閥7（左位）液壓

8、缸8左腔 回油路：液壓缸8右腔換向閥10（左位）單向閥3行程閥7（左位）液壓缸8左腔 工進(jìn)階段：工進(jìn)在滑臺(tái)前進(jìn)到預(yù)定位置，擋塊壓下行程閥7時(shí)開始，這時(shí)系統(tǒng)壓力升高，溢流閥17打開，液壓泵單泵供油，系統(tǒng)中油液流動(dòng)情況為：進(jìn)油路：液壓泵18單向閥16換向閥10（左位）調(diào)速閥4液壓缸8左腔回油路：液壓缸8右腔換向閥10（左位）溢流閥2順序閥1油箱停留階段：停留在工進(jìn)行進(jìn)到碰上死擋塊不再前進(jìn)時(shí)開始，并在系統(tǒng)壓力進(jìn)一步升高，壓力繼電器9發(fā)出信號(hào)后終止?？焱穗A段：快退在壓力繼電器9發(fā)出信號(hào)后，電磁鐵1YA斷電、2YA通電時(shí)開始，這時(shí)系統(tǒng)壓力下降，液壓泵供油量增加，系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為：進(jìn)油路：液壓泵18

9、單向閥16換向閥10（右位）液壓缸8右腔回油路：液壓缸8左腔單向閥6換向閥12（右位）油箱松開 ：松開在擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)時(shí)3YA通電，夾緊缸松開。其油液流動(dòng)情況為：進(jìn)油路：液壓泵18單向閥16減壓閥15單向閥14換向閥13（右位）夾緊缸右腔回油路：夾緊缸左腔換向閥13（右位）油箱停止停止在滑臺(tái)快速退回到原位，擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)，電磁鐵2YA斷電、換向閥10處于中位，液壓泵卸荷，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。油路：液壓泵18單向閥16換向閥10（中位）油箱第四章 液壓缸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 為滿足本題目中液壓系統(tǒng) 快進(jìn)工進(jìn)快退的使用要求，選用雙作用單桿活塞缸。1）液壓缸的組成：液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、活塞

10、和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置五個(gè)部分。2）液壓缸組件的連接方式：缸筒與缸蓋的連接形式，因法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也易拆卸，故采用法蘭連接，缸筒與缸底的連接形式也用法蘭連接。活塞桿與活塞的連接方式選用螺紋連接，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便可靠。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)套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵、鎖緊裝置等。3）活塞及活塞桿處密封圈的選用活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇O型的密封 圈。4）液壓缸的緩沖裝置液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度較高，則在達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生

11、液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。常見的緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調(diào)緩沖裝置。5）液壓缸排氣裝置對(duì)于速度穩(wěn)定性要求的機(jī)床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。6）密封裝置的選擇選0形密封圈，因?yàn)槠渚哂辛己玫拿芊庑阅?，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力小，裝卸方便，容易制造，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。4.2 液壓缸設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)1）盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載。2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動(dòng)問題和液壓缸的排氣問題，缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)措施。3）根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)

12、設(shè)計(jì)要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。4）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。4.3 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求1）缸體材料-灰鑄鐵: HT200,HT350。粗糙度-液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.2 0.4um技術(shù)要求：a內(nèi)徑用H8-H9的配合b缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度2）缸蓋材料-35鋼粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為Ra0.8 1.6um技術(shù)要求：同軸度不大于分析： 缸體組件有與活塞組件構(gòu)成密封的空腔，承受油壓，因此缸體組件要有足夠的強(qiáng)度，較高的表面精度，以承受活塞頻繁的往復(fù)摩擦，保證活塞密封

13、件的可靠密封，缸體組件指的是缸筒與缸蓋，其使用材料與工作壓力有關(guān)，當(dāng)工作壓力p10Mpa時(shí)使用鑄鐵，當(dāng)工作壓力10Mpap20Mpa時(shí)使用鑄剛或鍛剛，本題目中工作壓力的最大值為3.98 Mpa，故選用鑄鐵缸筒。缸蓋的材料常用35號(hào)，40鋼號(hào)鍛件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT250. HT 300等灰鑄鐵。3）活塞材料-灰鑄鐵：HT300粗糙度-活塞外圓柱粗糙度Ra0.8 1.6um技術(shù)要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7f9的配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H8。4）活塞桿材料-實(shí)心：45鋼，調(diào)質(zhì)處理，粗糙度-桿外圓柱粗糙度為Ra0.40.8um技術(shù)要求：a調(diào)質(zhì)2025HRCb

14、活塞與導(dǎo)向套用 的配合，與活塞的連接可用分析：活塞組件主要包括活塞，活塞桿，連接件等 ?；钊麠U是液壓傳力的主要零件，由于液壓缸被用于不同的條件，因此要求活塞桿能經(jīng)受壓縮，拉伸，彎曲，振動(dòng)，沖擊等載荷作用，還必須具有耐磨，耐腐蝕性能，故活塞桿材料可用35號(hào)鋼，45號(hào)鋼或無縫鋼管做成實(shí)心桿或空心桿 ，為提高耐磨和防銹能力，可在活塞桿表面鍍鉻并拋光，活塞材料通常采用鋼. 耐磨鑄鐵，有時(shí)也用黃銅或鋁合金。5）導(dǎo)向套材料-青銅，球墨鑄鐵粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為技術(shù)要求：a導(dǎo)向套的長度一般取活塞桿直徑的60%80%b外徑D內(nèi)孔的同軸度不大于內(nèi)孔公差之半分析：導(dǎo)向套按材料分為金屬型和非金屬型兩種，金屬型一般

15、選用摩擦系數(shù)小耐磨好的青銅材料制造，非金屬型導(dǎo)向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。4.4 液壓缸主要尺寸的計(jì)算液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D，活塞桿直徑d，液壓缸筒的長度L，1）液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算，根據(jù)最大負(fù)載和選取的工作壓力來確定內(nèi)徑D=110mm，2）活塞桿直徑d的計(jì)算在前面的計(jì)算中已經(jīng)確定d=80 mm，3）液壓缸筒長度L的計(jì)算液壓缸筒長度L由活塞最大行程l，活塞寬度B，活塞桿導(dǎo)向長度H和有特殊要求的其他長度確定。查手冊(cè)選取活塞行程L=250 mm，活塞寬度 B=（0.61.0）d，選B=88 mm，導(dǎo)向套長度H=（0.61.0）d，選H=0.8 d=64 mm，且液壓

16、缸筒長度不超過內(nèi)徑110 mm的20倍，綜上所述，得液壓缸筒長度L=450 mm。6）液壓缸參數(shù)的計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚，油口直徑，缸底厚度1）壁厚的計(jì)算查表取缸筒外徑為133 mm，則壁厚2）液壓缸油口直徑在計(jì)算設(shè)定液壓缸油口液流速度為1.0m/min則液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度V 和油口最高液流速度Vo=而定 =（133110）/2=11.5 mmDo=0.13D Do液壓缸油口直徑 =0.13X0.11 D液壓缸內(nèi)徑=40mm V液壓缸最高輸出速度Vo油口液流速度7）缸底厚度計(jì)算D液壓缸內(nèi)徑（mm）【】缸底材料的許用應(yīng)力（Mpa）Py 試驗(yàn)壓力（Mpa）8）缸頭

17、厚度計(jì)算由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導(dǎo)向孔，因此其厚度的計(jì)算方法與缸底有所不同，這里選用螺釘聯(lián)結(jié)法蘭式缸頭。 H=F= +（d-）qF法蘭受力總和（N） q附加密封壓力（pa）螺釘孔分布圓直徑（m）密封環(huán)平均直徑（m） 【法蘭材料許用應(yīng)力（pa） d密封環(huán)內(nèi)徑（m）密封環(huán)外徑（m） P系統(tǒng)工作壓力（pa） 選取d=90 mm =100 mm =110 mm =130 mm P=3.98 Mpa q=0.5 Mpa 】將數(shù)據(jù)代入式中，求得h=28 mm設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次的課程設(shè)計(jì)，我基本學(xué)會(huì)了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，強(qiáng)化了對(duì)液壓元件性能的掌握，理解不同回路在系統(tǒng)中的各自作用，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬了所學(xué)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過程中，培養(yǎng)