液壓與氣壓傳動課程設(shè)計

1、液壓與氣壓傳動課程設(shè)計說明書院 系： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 機設(shè) 班 級： 機設(shè)0985班 姓 名： 朱洋 學(xué) 號： 200913090506 指導(dǎo)老師：胡競湘 鐘定清 目錄一、設(shè)計題目.3二、負(fù)載分析.42.1 負(fù)載與運動分析.42.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制.4三、設(shè)計方案擬定.63.1 選擇液壓基本回路.73.2 組成液壓系統(tǒng)原理圖.73.3 系統(tǒng)圖的原理.8四、參數(shù)計算.84.1液壓缸參數(shù)計算.84.2液壓泵的參數(shù)計算.124.3電動機的選擇. . . .12五、元件選擇.145.1 確定閥類元件及輔件 .145.2油管的選擇.145.3油箱容積的確定.15六、液壓系統(tǒng)性能驗算.156

2、.1 驗算系統(tǒng)壓力損失.156.2 驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升.17七、小結(jié).18八、參考文獻(xiàn).18液壓與氣壓課程設(shè)計任務(wù)書 題目： 臥式單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計 姓名 黃一鳴 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級0985 學(xué)號200913090504 指導(dǎo)老師 胡竟湘 鐘定清 一、 基本任務(wù)及要求： 一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床，動力滑臺的工作循環(huán)是：快進工進快退停止。液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)要求如下，軸向切削力為24000N；滑臺移動部件總質(zhì)量為510kg；加、減速時間為0.2s；采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1，；快進行程為200mm，工進行程為100mm，快進與快

3、退速度相等，均為 3.5mmin，工進速度為 3040mmmin。工作時要求運動平穩(wěn)，且可隨時停止運動。試設(shè)計動力滑臺的液壓系統(tǒng)。 課程設(shè)計時間為一周，其具體要求為：1）液壓系統(tǒng)原理圖（圖中應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表，各執(zhí)行元件的動作順序工作循環(huán)圖和電器元件動作順序表）； 2）液壓缸裝配圖一張（A1）； 3）液壓缸活塞零件圖一張（A3）；4）設(shè)計計算說明書一份。 二、進度安排及完成時間：1宣布設(shè)計任務(wù)，明確課題任務(wù)及要求，收集閱讀有關(guān)設(shè)計資料 0.5天 2液壓與氣壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算： 1天1）液壓與氣壓系統(tǒng)工況分析和負(fù)載計算； 2）執(zhí)行元件主要參數(shù)的計算與確定； 3）液壓系統(tǒng)方案的確定、液壓系統(tǒng)原理

4、圖的擬訂； 4）液壓元件的計算和選擇、液壓系統(tǒng)性能的驗算；3詳細(xì)設(shè)計： 2.5天 1）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 2）液壓缸裝配圖設(shè)計及零件圖設(shè)計 4撰寫設(shè)計、計算說明書 0.5天 5設(shè)計總結(jié)和答辯 0.5天 二、負(fù)載分析2.1負(fù)載與運動分析1工作負(fù)載：工作負(fù)載即為軸向切削力Ff=24000。2摩擦負(fù)載：摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力Ffs=0.2 5100=1020.動摩擦阻力 Ffd=01 5100=5103慣性負(fù)載:取重力加速度，則有移動部件質(zhì)量為m=510kg。Fm=Mvt=5103.5600.2=148.75N=149N取=0.95。啟動：=1020N Ft=F/=1020/0.95

5、=1073.7N加速: =1020+149=1169N Ft=F/=1169/0.95=1230.5N快進: =510N Ft=F/工進: =24000+510=24510NFt=F/=24510/0.95=25800N快退: =510N Ft=F/=510/0.95=536.8N表1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力(液壓缸的機械效率取=0.95)工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載液壓缸推力(Ft)F/啟動10201073.7加速11691230.5快進510536.8工進2451025800快退510536.8注：不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。2.2負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按表1中所示數(shù)據(jù)繪制，如下圖1所

6、示。圖1 負(fù)載循環(huán)圖速度圖按如下已知數(shù)值繪制:快進速度與快退速度分別為：v1=v2=3.5/min快進行程：L1=200mm工進行程：L2=100mm快退行程：L3=L1+L2=300mm工進速度：v2=0.030.04m/min速度圖如下圖2所示圖2 速度循環(huán)圖三、設(shè)計方案擬定1：確定液壓泵類型及調(diào)速方式 參考同類組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運動部件前沖，在回路上加背壓閥，初定背壓值Pb=0.8Mpa.2選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)動作循環(huán)要求正向快進和工作，反向快退，且快進快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進

7、時差動連接，無桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的二倍。3：快速運動回路和速度換接回路 根據(jù)運動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油二種快速運動回路來實現(xiàn)快速運動。即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。 采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉(zhuǎn)為工進。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，且能實現(xiàn)自動化控制，由工作臺的行程開關(guān)控制，管路較簡單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液壓順序閥與單向閥來切斷差動油路。因此速度換接回路為行程閥與壓力聯(lián)合控制形式。4：換向回路的選擇本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換想閥的換向回路。為便于實現(xiàn)差動連接，所以選用三位五通電磁換向閥

8、。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵鐵和壓力繼電器的行程終點返程控制。5：組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 將上述選出的液壓基本回路組合在一起，并根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如圖4-1所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進口處，背壓閥和液壓缸無桿腔進口處設(shè)置測壓點，并設(shè)置多點壓力表開關(guān)。這樣只需一個壓力表即能觀測各點壓力。 圖2-1 組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表2-2所示1Y2Y3Y快進+-工進+-+快退-+-停止- 表2-2電磁鐵動作順序表四、參數(shù)計算（一） 液壓缸參數(shù)計算1：初選液壓缸的工作壓力，所設(shè)計的動力滑臺在工進時負(fù)載最大，在其他工況負(fù)載都不太高，

9、參考表2和表3初定液壓缸的工作壓力P1=40105Pa。表2 按負(fù)載選擇工作壓力、負(fù)載/KN50工作壓力p/MPa816MPa同上比中低壓系統(tǒng)高50%100%高壓系統(tǒng)1632MPa如鍛壓機械等初算時背壓可忽略不計由前面的表格知最大負(fù)載為工進階段的負(fù)載F=25800N，按此計算A1.則液壓缸直徑由A =2 A，可知活塞桿直徑D=，d=0.707D=0.70795.5mm=67.55mm按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D=100mm d=70mm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量q=

10、0.05/min，因工進速度V=0.03m/min為最小速度，則有A=78.54cm216.67cm2,滿足最低速度的要求。3：計算液壓缸各階段的工作壓力，流量和功率 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力，流量和功率，在計算工進時背壓按Pb=8105Pa代入，快退時背壓按Pb=5105Pa代人計算公式和計算結(jié)果于下表中表3-1：液壓缸所需的實際流量，壓力和功率工作循環(huán)負(fù)載F進油壓力Pj回油壓力Pb所需流量q 輸入功率PNPaPaL/minkw差動快進536.8Pj=Pj=6.65105 Pa = +P =11.65105 q=V(A1-A2)q=3

11、.5m/min(-)=13.475 L/minP= PjqP= 6.65105Pa13.475 L/min=0.149 kw工進25800Pj=Pj=36.9105 PaPb=8105Paq=VA1q=0.03m/min=0.314 L/minP=PjqP=36.9105pa 0.314 L/min=0.0193 kw快退536.8Pj=Pj=11.2105 PaPb=5105Paq=VA2q=3.5m/min=14.0 L/minP=PjqP=11.2105 Pa 14.0 L/min=0.2613 kw注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失P=5Pa,而 = +P。2：快

12、退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為,無桿腔回油，壓力為.退時回油腔中有背壓，這時也可按5Pa 估算.各階段壓力圖各階段流量圖液壓缸的工況圖（二） 液壓泵的參數(shù)計算由表3-1可知工進階段液壓缸工作壓力最大，若取進油路總壓力損失P=5Pa，壓力繼電器可靠動作需要壓力差為5105Pa，則液壓泵最高工作壓力可按式下式算出 = +P+5=(36.9+5+5)Pa=46.9Pa 因此泵的額定壓力可取Pr1.2546.9105Pa=58.625Pa由表3-1可知，工進時所需流量最小是0.314/min，設(shè)溢流閥最小溢流為2.5L/min。 取泄露系數(shù)K=1.1,則小流量泵的流量應(yīng)為(1.10.314+2.5)L

13、/min=2.8454L/min 快進快退時液壓缸所需的最大流量是14.0L/min，則泵的總流量為=1.114.0L/min=15.4L/min即大流量泵的流量=15.4-2.8454=12.5546L/min。根據(jù)上面計算的壓力和流量，并考慮液壓泵存在容積損失，查液壓元件及選用，選用YB1-10/2.5型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為6.3MPa.額定轉(zhuǎn)速為1450r/min.（三）電動機的選擇 系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量=0.060, 大泵流量=0.242 m/s。差動快進，快退時兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計算三個階段所需的電動機功率P。1：

14、差動連接 差動快進時，大泵2的出口壓力經(jīng)單向閥11與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位二通閥4進入液壓缸大腔，大腔的壓力,由樣本可知，小泵的出口壓力損失P=4.5105Pa，大泵出口到小泵的壓力損失。于是計算得小泵的出口壓力 (總效率=0.5)，大泵出口壓力 (總效率=0.5).電動機功率： 2:工進 考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動作需要壓力差因此工進時小泵的出口壓力.而大泵的卸載壓力取=2105Pa.（小泵的總效率=0.565，大泵總效率=0.3）。電動機功率： 3：快退 類似差動快進分析知：小泵的出口壓力Pp1=15.7105Pa(總效率=0.5)，大泵出口壓力P

15、p2=17.2105Pa(總效率=0.51).電動機功率： 綜合比較，快退時所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y90s-4異步電動機，電動機功率1.1KW。額定轉(zhuǎn)速1400r/min。五、元件選擇1：確定閥類元件及輔件 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔助規(guī)格如下表所示。其中溢流閥12按小流量泵的額定流量選取。過濾器按液壓泵額定流量的2倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號與系統(tǒng)原理圖的序號一致。表五：液壓元件明細(xì)表序號元件名稱最大通過流量/L.min-1型號備注價格 廠家1雙聯(lián)葉片泵19YB1-10/2.5查液壓元件及選用表2-58CLAIR昌林生產(chǎn)廠家

16、900元2單向閥19I-25B查液壓元件及選用表4-146CLAIR昌林生產(chǎn)廠家50元3三位五通電磁閥3835-63BY查液壓元件及選用表4-170CCLAIR昌林生產(chǎn)廠家630元4二位二通電磁閥3822-63BH查機械設(shè)計手冊單行本表20-7-1645調(diào)速閥3.82Q-10H8查機械設(shè)計手冊單行本表20-7-1246壓力繼電器DP1-63B查液壓元件及選用表4-967單向閥19I-25B查液壓元件及選用表4-1468液控順序閥0.16XY-25B查液壓元件及選用表4-819背壓閥0.16B-10B查機械設(shè)計手冊單行本表20-7-8410液控順序閥（卸載用）12XY-25B查液壓元件及選用表4

17、-8111單向閥12I-25B查液壓元件及選用表4-14612溢流閥4Y-10B查液壓元件及選用表4-14CLAIR昌林生產(chǎn)廠家110元13過濾器38XU-B32100查液壓元件及選用表5-1714壓力表開關(guān)K-6B2：油管的選擇 根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進快退時，油管內(nèi)通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)38L/min ，液壓缸進、出油管直徑由下表可知。為統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有油管均為內(nèi)徑15mm,外徑19mm的10號冷拔管。3：油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5

18、7倍，現(xiàn)取7倍，故油箱容積為 V=(719)L=133L六、液壓系統(tǒng)性能驗算（一） 壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整1：工進時的壓力損失驗算和小流量泵壓力的調(diào)整 工進時管路中的流量僅為0.314L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計。這時進油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進時的液壓缸的工作壓力加上進油路壓差，并考慮壓力繼電器動作需要，則=（36.9+5+5）10Pa=46.910Pa即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。2：快退時的壓力損失驗算和大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時，液壓缸無桿腔的回油量是進油量

19、的2倍，其壓力損失比快進時的要大，因此必須計算快退時的進油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。由于系統(tǒng)管路布局尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)?，F(xiàn)取進，回油路管道長為l=1.8m，油管直徑d=1510m，通過的流量為進油路q=19L/min=0.31710m/s，回油路q=38L/min=0.63310m/s，油的運動粘度取v=1.5cm/s，油的密度=900kg/m,液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。（1）確定油流的流動狀態(tài) 按式（2-19）經(jīng)單位換算為Re= 式中 v平均流速（m/s）； D油管內(nèi)徑（m）； 油的運動粘度（cm/s）

20、q 通過的流量（m/s） 則進油路中的液流雷諾數(shù)為 R=回油路中的液流雷諾數(shù)為 R=由上可知，進油路中的流動都是層流。（2）沿程壓力損失 由式（2-33）可算出進油路和回油路的壓力損失。在進油路上，流速則壓力損失為在回油路上，流速為進油路流速的2倍即V=3.58m/s則壓力損失為（3）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失，通過各閥的局部壓力損失按式（1-39）計算，結(jié)果于表五中。表六：閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量/L.min實際通過的流量q/L.min額定壓力損失實際壓力損失單向閥2251620.82三位五通電磁閥36316/3240.2

21、6/1.03單向閥11251241.03二位二通電磁閥4633241.03注：快退時經(jīng)過三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同若取集成塊進油路的壓力損失=0.310Pa,回油路壓力損失為=0.510Pa，則進油路和回油路總的壓力損失為=（0.62+0.82+0.26+0.46+0.3）10Pa=2.4610Pa=（1.24+1.03+1.03+0.5）10Pa =3.2610Pa前面已算出快退時液壓缸負(fù)載F=536.8N；則快退時液壓缸的工作壓力為 P=(536.8+)/ =(536.8+3.261078.54)/40.05Pa=7.733Pa可算出快退時泵的工作壓力為 = P+=(7.733+2.46) 10Pa =10.193105Pa因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于10.193105Pa。從以上驗算結(jié)果可以看出，各個工況下的實際壓力損失都小于初選的壓力損失值，說明液壓系