液壓與氣動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說明書班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 日期： 14一、液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的目的1、鞏固和深化已學(xué)的理論知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟。2、鍛煉機(jī)械制圖，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程運(yùn)算能力。3、熟悉并會(huì)用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。4、提高學(xué)生使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件（如AUTOCAD、PRO/E等）進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)的能力。二、液壓課程設(shè)計(jì)題目題目（一）設(shè)計(jì)一臺(tái)立式鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)完成：快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止的半自動(dòng)循環(huán)。采用平導(dǎo)軌，設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)如下表所示。數(shù) 參 據(jù)數(shù)數(shù) 據(jù)IIIIIIIVV切削力（N）180001500

2、0160001550020000運(yùn)動(dòng)部件自重（N）1470013000135001450015000快進(jìn)快退速度（m/min）77.56.57.88快進(jìn)行程（mm）15012011095120工進(jìn)行程（mm）8060657060工進(jìn)速度（mm/min）30903090309030903090啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間t（s）0.050.250.210.230.3試完成以下工作：1、進(jìn)行工況分析，繪制工況圖。2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A3）。3、計(jì)算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件。4、繪制液壓缸裝配圖（A1）。5、編寫液壓課程設(shè)計(jì)說明書。機(jī)床加工示意圖如下：圖2 立式動(dòng)力滑臺(tái)加工示意圖液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說明書一、明確

3、設(shè)計(jì)要求明確主機(jī)對液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求。設(shè)計(jì)一臺(tái)立式鏜孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)完成：快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退原位停止的半自動(dòng)循環(huán)，采用平導(dǎo)軌。由設(shè)計(jì)題目要求可知：1、因有快進(jìn)快退行程，可知有差動(dòng)連接裝置；2、因快進(jìn)快退的速度，可知活塞直徑D與活塞桿d的關(guān)系為：；3、根據(jù)題目要求，知道系統(tǒng)為正常工作環(huán)境下。二、工況分析工況分析是對液壓執(zhí)行元件的工作情況進(jìn)行分析，以得到工作過程中執(zhí)行元件在各個(gè)工作階段中的流量、壓力和功率的變化規(guī)律，并將其用曲線表示出來，作為確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)方案的依據(jù)。1、運(yùn)動(dòng)分析按設(shè)備工作要求和執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出執(zhí)行元件工作循環(huán)圖，和速度位移圖，

4、即速度循環(huán)圖。如下所示：為立式鏜孔組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)分析圖。 快退工 進(jìn)快進(jìn)快退工進(jìn)停止死擋鐵停留2、負(fù)載分析負(fù)載分析就是研究各執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的受力情況。（1）工作負(fù)載： 。 （2）摩擦負(fù)載：由題目設(shè)計(jì)要求，知該系統(tǒng)不計(jì)摩擦負(fù)載，即。 （3）慣性負(fù)載： 慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件的速度變化時(shí)，由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可用牛頓第二定律求出，即： G-運(yùn)動(dòng)部件的重力（N） g-重力加速度， v-速度變化值（） t-起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）工進(jìn)速度取工進(jìn)時(shí)的最大速度90mm/min即加速：減速：制動(dòng)：反向加速： 反向制動(dòng)：根據(jù)以上的計(jì)算，考慮到液壓缸垂直安放，其重量較大，為防止因自重而自行下滑，系統(tǒng)中應(yīng)

5、設(shè)置平衡回路。因此，在負(fù)載分析時(shí)，就不考慮運(yùn)動(dòng)部件的重量，則液壓缸各階段中的負(fù)載，如下表：【取（=0.9）】液壓缸各階段中的負(fù)載工況計(jì)算公式總負(fù)載F（N）缸推力F(N)起動(dòng)00加速680.4756快進(jìn)00減速 -672.6-747.36工進(jìn)2000022222.22制動(dòng)19992.322213.7反向加速680755.6快退00反向制動(dòng)-680-755.6負(fù)載和速度圖的繪制按前面的負(fù)載分析及已知的速度要求、行程限制等，繪制出負(fù)載及速度圖（如下所示）tV0啟動(dòng)快進(jìn)減速工進(jìn)制動(dòng)制動(dòng)快速反向加速F t756-756-332.222222.2222213.7755.6三、確定主要參數(shù)液壓缸工作壓力主要

6、根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的最大總負(fù)載力來確定，此外，還需要考慮一下因素：（1）各類設(shè)備的不同特點(diǎn)和使用場合（2）考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重，壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。這必然要提高設(shè)備的成本。按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力負(fù)載F/kN<5510102020303050>50工作壓力p/MPa<0.81.01.52.02.53.03.04.04.05.05.07.0各類液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型粗加工機(jī)床半精加工機(jī)床粗加工或重型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械液壓壓力機(jī)、重型機(jī)械、大中型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力p

7、/MPa0.82.03.05.05.010.010.016.020.032.01、初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載不大，按類型屬鏜床類，所以初選此設(shè)備的工作壓力為3Mpa2、計(jì)算液壓缸的尺寸式中：F-液壓缸上的外負(fù)載 p-液壓缸的工作壓力 -液壓缸的工作效率 A-所求液壓缸的有效工作面積 按標(biāo)準(zhǔn)取值：D=100mm按設(shè)備類型鏜床選取活塞桿直徑 d=0.7D=70mm 按標(biāo)準(zhǔn)取值：d=70mm則液壓缸的有效面積為： 無桿腔面積： 有桿腔面積： 3、活塞桿穩(wěn)定性的校核由上可知d=0.7D可知活塞桿的穩(wěn)定性滿足，可以安全使用。4、求液壓缸的最大流量 5、運(yùn)動(dòng)時(shí)間快進(jìn)   

8、;            工進(jìn)                 快退   6、繪制工況圖工作循環(huán)中各個(gè)工作階段的液壓缸壓力，流量和功率見下表：液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率工況壓力流量功率快進(jìn)031.980工進(jìn)3.940.3633.32快退0630以上是液壓缸壓力，流量和功率的表格，依照上表中的數(shù)值，可繪制出液壓缸

9、的工況圖（如下）P4.93q31.980.3663P24.65快進(jìn)工進(jìn)快退(液壓缸的工況圖)四、擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)圖的擬定，主要是考慮以下幾個(gè)方面問題：（1）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)宜選用雙泵供油或變量泵供油，現(xiàn)采用外反饋限壓式變量葉片泵，采用這種限壓式葉片泵時(shí)，系統(tǒng)的最高壓力油泵調(diào)節(jié)，其值為泵處于無流量輸出時(shí)的壓力值。（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，選葉片泵較適（3）調(diào)速回路 中小型組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中

10、，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)組合機(jī)床工作時(shí)對低速性能和速度負(fù)載特性都有一定的要求，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。容積節(jié)流調(diào)速回路采用壓力補(bǔ)償型變量泵供油。用流量控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出液壓缸的流量來調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度，并使變量泵的輸油量自動(dòng)地與液壓缸所需流量相適應(yīng)，這種調(diào)速回路沒有溢流損失，效率較高發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)。該系統(tǒng)在慢速時(shí)速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，所以采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速。（4）速度換接回路 由于快進(jìn)和工進(jìn)之間速度需要換接，但對換接的位置要求不高，所以采用由行程閥來實(shí)現(xiàn)速度換接。（5）平衡及鎖緊 為防止在下端停

11、留時(shí)重物下落和在停留的期間內(nèi)保持重物的位置，為了克服滑臺(tái)自重在快下過程中的影響，特在液壓缸的下腔（即無桿腔）接一個(gè)單向順序閥構(gòu)成一平衡回路，此單項(xiàng)順序閥的調(diào)定壓力應(yīng)稍大于因運(yùn)動(dòng)部件自重在液壓缸下腔形成的壓力。這種平衡回路在活塞下行時(shí)，回油腔有一定的背壓，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。（6） 選擇調(diào)壓和卸荷回路 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。該液壓系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：該系統(tǒng)采用了限壓式變量液壓泵

12、“調(diào)速閥”組成的容積調(diào)速回路，它能保證液壓缸的穩(wěn)定低速運(yùn)動(dòng)，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。采用了限壓式變量泵和液壓差動(dòng)連接兩項(xiàng)措施來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，可得到較大的快進(jìn)速度，且能量利用也比較合理。 本液壓系統(tǒng)的換向采用單向閥和三位五通M型的中位機(jī)能的電磁換向閥來使液壓泵在抵押下卸荷，既減少了能量損耗，又使控油路保持一定的壓力，以保證下一動(dòng)作的順利啟動(dòng)。 在選定上述基本回路后，配上其他輔助回路，為簡化系統(tǒng)，去掉重復(fù)的元件，使作用相同或相近的回路合并。為確保系統(tǒng)的安全，必要時(shí)增設(shè)安全回路，保證設(shè)備和操作人員的安全，為便于系統(tǒng)的安全的安裝，維修，檢修，檢查，管理，在回路上要適當(dāng)裝設(shè)一些截止閥，測試點(diǎn)，這樣擬

13、定一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)，（原理圖見A4圖紙）。五、液壓元件的計(jì)算與選擇1、確定液壓泵的型號(hào)及電動(dòng)機(jī)功率 （1） 液壓缸在工作循環(huán)中最大工作壓力為3Mpa,由于該系統(tǒng)比較簡單，所以取其壓力損失.所以液壓泵的工作壓力為： （2）泵的最大供油量應(yīng)為：.（3）選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào) 液壓泵的規(guī)格型號(hào)按計(jì)算值在產(chǎn)品樣本中選取，為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲(chǔ)備量，通常泵的額定壓力可比工作壓力高25%60%。泵的額定流量則宜與最大供油量相當(dāng)，不要超過太多，以免造成過大的功率損失。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，故應(yīng)選用YBX-16型的限壓式變量葉片泵，其額定壓力為6.3Mpa,容積效率，總

14、效率，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力（3.4Mpa）和輸出流量 求出： 查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，擬選用的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y132S1-2，功率為5.5kw,額定轉(zhuǎn)速為2900r/min。2、選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的流量，可選用這些元件的型號(hào)及規(guī)格（見下表）液壓元件型號(hào)及規(guī)格序號(hào)名稱型號(hào)及規(guī)格1濾油器XU100×2002限壓式變量葉片泵YBX-163單向閥AF3-Ea10B4三位五通電磁換向閥35DYF3Y100B5行程閥22C-100BH6調(diào)速閥AXQF-E10B7單向閥YF3-E20B8壓力繼電器HED1KA/109單向順序閥AX

15、FF3-E10B10溢流閥YF3-E10BY10B（1）油管 油管內(nèi)徑一般可參考所接元件口尺寸進(jìn)行確定，也可按管中允許速度計(jì)算，在本設(shè)計(jì)中，出油口采用內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm的紫銅管。（2）油箱 油箱的主要功能是儲(chǔ)存油液，此外還起著散發(fā)油液中的熱量，溢出混在油液中的氣體，沉淀油中的污物等作用。 油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計(jì)算，取其體積: , 即V=415.8L六、液壓缸的設(shè)計(jì)1、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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）液壓缸的主要

16、參數(shù)設(shè)計(jì)液壓缸的主要尺寸參數(shù)包括液壓缸的內(nèi)徑D、活塞桿直徑d、和液壓缸筒長度L。D=100 d=70 液壓缸筒長L的長度由活塞的最大行程l、活塞寬度B、活塞桿導(dǎo)向長度H和特殊要求的其他長度確定。查手冊選活塞行程l=175，活塞寬度B=（0.6 1.0）D選B=0.8D=80，導(dǎo)向套長度H=（0.6 1.0）d,選H=0.8d=56，且液壓缸長度不超過內(nèi)徑的20倍。綜上所述得缸筒長度L=l+B+H=311。液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括缸的壁厚、液壓缸內(nèi)、外徑D 、D1。對于低壓系統(tǒng)缸大多屬于薄壁筒/D0.08，選=0.08D=8有前面可知：缸筒內(nèi)徑D=100mm缸筒外徑D1=D+2=116mm（3）液壓

17、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?；钊麠U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。 （4）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。（5）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)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為

18、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。（6）液壓缸排氣裝置： 對于速度穩(wěn)定性要求的機(jī)床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。（7）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埽医Y(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)。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)設(shè)計(jì)要求，正確確定液壓缸的安裝、固

19、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。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 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 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