液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì).

1、目錄一）、課程設(shè)計(jì)要求（3）二）、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選擇及驗(yàn)算（3）1. 運(yùn)動(dòng)分析（4）2. 負(fù)載分析（4）3. 負(fù)載圖和速度圖的繪制（5）4. 液壓缸主要參數(shù)的確定（6）5. 液壓系統(tǒng)圖的擬定（8）6. 液壓元件的選擇（9）7. 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算（10）三）、液壓缸的裝配圖（11）四）、電氣原理圖（13）五）、各類閥零件圖（14）六）、集成塊及裝配圖（15）七）個(gè)人設(shè)計(jì)小結(jié)（21）八）個(gè)人設(shè)計(jì)說明（22）九）參考文獻(xiàn)（22）一、課程設(shè)計(jì)要求：1、以小組為單位（每小組3人）按進(jìn)度完成全部設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)思想，技術(shù)路線正確，計(jì)算，說明完整。2、設(shè)計(jì)步驟（1）明確設(shè)計(jì)要求（2）分析油缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中

2、負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度的變化，畫出系統(tǒng)工況圖（3）確定執(zhí)行元件的主要參數(shù)：根據(jù)最大負(fù)載確定系統(tǒng)的工作壓力，油缸的面積，活塞及活塞桿的直徑等，畫出執(zhí)行元件工況圖（4）確定液壓系統(tǒng)方案及擬訂液壓系統(tǒng)原理圖（5）選擇液壓元件：包括液壓泵、控制閥、油管（軟管、硬管）、油箱的容量等（6）驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能（7）液壓集成塊設(shè)計(jì)（8）繪制工作圖和編制技術(shù)文件3、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（技術(shù)文件）要求設(shè)計(jì)計(jì)算說明書采用A4紙，5號(hào)字體，單倍行距，不少于15頁。內(nèi)容包括：（1）設(shè)計(jì)要求（2）設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選擇、驗(yàn)算。（3）液壓系統(tǒng)原理圖一張。按機(jī)械制圖裝配圖要求繪制，標(biāo)出元件的序號(hào)，列出所有元件的明細(xì)表，畫出工作循環(huán)圖，電磁鐵動(dòng)

3、作順序表。（4）液壓缸的裝配圖。（5）非標(biāo)零件的零件圖。（6）液壓集成塊零件圖。（7）液壓集成塊裝配圖。（8）相關(guān)的電氣控制原理圖。（9）設(shè)計(jì)總結(jié)。（10）參考文獻(xiàn)。二設(shè)計(jì)計(jì)算，元件選擇及驗(yàn)算課題：一臺(tái)加工鑄鐵變速箱箱體的多軸鉆孔組合機(jī)床，動(dòng)力滑臺(tái)的動(dòng)作順序?yàn)榭焖仝呥M(jìn)工件、工進(jìn)、加工結(jié)束快退、原位停止?；_(tái)移動(dòng)部件的總重量為5000N,加減速時(shí)間為0.33s.采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2,動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1.快進(jìn)行程為300mm，快進(jìn)與快退速度相等均為3m/min.工進(jìn)行程為25mm，工進(jìn)速度為30-50mm/min,軸向工作負(fù)載為900N。工作性能要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，設(shè)計(jì)動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。1.

4、 運(yùn)動(dòng)分析：根據(jù)已知條件，運(yùn)動(dòng)部件的工作循環(huán)為快進(jìn)-工進(jìn)-快退-停止。工作循環(huán)圖如下所示：圖1工作循環(huán)圖完成一次工作循環(huán)的速度-位移曲線如下圖所示圖2速度位移圖2. 負(fù)載分析：(1)工作負(fù)載：工作負(fù)載即為工進(jìn)時(shí)的軸向工作負(fù)載，本題中為900N。即工進(jìn)時(shí),Fw=900N，而在其余的時(shí)間里，F(xiàn)w=O.(2)摩擦負(fù)載：靜摩擦負(fù)載：Ffs=0.2X5000N=1000N動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd=0.1X5000N=500N(3)慣性負(fù)載：起動(dòng)階段：F=Ffs=1000N加速階段(從起動(dòng)到達(dá)到快進(jìn)速度的過程)：Fal=mAv/=GAv/g即為Fa1=5000X3/(9.8X60X0.33)=77.3N快進(jìn)階段

5、：F=Ffd=500N減速階段(由快進(jìn)速度減到工進(jìn)速度的過程)：Fa2=mv/t=GAv/g即為Fa2=5000X(3/60-50/60/1000)/(9.8X0.33)=76N工進(jìn)階段：F=Fw+Ffd=900N+500N=1400N制動(dòng)階段(由工進(jìn)速度到速度為零的過程)：Fa3=Gv/g即為Fa3=5000X50/(9.8X60X1000X0.33)=1.29N反向起動(dòng)階段：F=Ffs=1000N反向加速階段（由停止到達(dá)到快退速度的過程）：Fa4=GAv/gAt即為Fa4=5000X3/（9.8X60X0.33）=77.3N反向制動(dòng)階段（由快退速度到原位停止的過程）：Fa5=Fa4=77.

6、3N由此可得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如下表所示：（查液壓元件手冊(cè)得，液壓缸的機(jī)械效率一般為0.9-0.95，此處選取0.9。）工況負(fù)載組成負(fù)載值F/N液壓缸推力F/N起動(dòng)F=Ffs10001111.1加速F=Ffd+Fal577.3641.4快進(jìn)F=Ffd500555.6減速F=Ffd-Fa2424471.1工進(jìn)F=Ffd+Fw14001555.6制動(dòng)F=Ffd-Fa3498.7554.1反向起動(dòng)F=Ffs10001111.1反向加速F=Ffd+Fa4577.3641.4快退F=Ffd500555.6反向制動(dòng)F=Ffd-Fa5422.7469.7表2.2.13. 負(fù)載圖和速度圖的繪制圖3負(fù)載

7、隨行程的變化圖圖4工作循環(huán)中各階段速度變化圖4. 液壓缸主要參數(shù)的確定：a. 選擇系統(tǒng)工作壓力根據(jù)計(jì)算，此液壓缸的負(fù)載值小于5KN,由液壓元件手冊(cè)第二章液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算（130頁）表2-3-2（即下表）可初選液壓缸的工作壓力為0.5Mpa.*2-3-2不同Aers壓紅常用的工作壓力ft«/kN<55-101020工作JE力/MPu<68-11-52樂53fi«/kN20303050>50工作壓力/MR3445>5-7b. 確定液壓缸的型式、規(guī)格及尺寸A=F/P=1555.6/（0.5X10飛）=3.1112X10'-3m2D=V（4A/n）=

8、0.0629m=62.9mm查液壓元件手冊(cè)表2-1-4缸筒內(nèi)徑尺寸系列（下表），取D=63mm.«2-1-4fil筒內(nèi)徑尺寸蔡列(mm)840125(280)1050(140)3201263160<360)16£0(180)40020(90)r2oo(450)25100(220)50032(110)250注，1-團(tuán)括號(hào)內(nèi)尺寸為非優(yōu)先遶用者.£內(nèi)g±»可擴(kuò))K.按RIO優(yōu)先戴兼列選用由于快進(jìn)快退速度相等，故可以得知D=V2d.所以可得d=44.5mm,按標(biāo)準(zhǔn)值取d=50mm.則液壓缸無桿腔面積：A1=nD2/4=3117.25mm2有桿腔面

9、積：A2=n(D2-d2)/4=1153.75mm2c. 檢驗(yàn)活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性查液壓元件手冊(cè)第140頁表2-3-12末端條件系數(shù)可得一端固定，一端鉸接時(shí)末端系數(shù)n取2,活塞桿材料選用中碳鋼，根據(jù)下表*2-3-13材料中碳銅/./MPa560250340490a1/16CO1/90001/75001/5000m801109085可查得材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值fc=490Mpa,柔性系數(shù)m=85,實(shí)驗(yàn)常數(shù)a=l/5000。計(jì)算求得對(duì)實(shí)心桿,活塞桿截面的回轉(zhuǎn)半徑K=d/4=12.5mm。選取活塞桿長(zhǎng)度為800mm。因?yàn)閘/k=800/12.5=64mVn=120,所以用戈登-蘭金公式計(jì)算：可求得Fk=34

10、4718N，安全系數(shù)nk一般取2-4,取n=4得Fk/nk=86179N1555.6N，所以活塞桿滿足強(qiáng)度穩(wěn)定性條件。d. 計(jì)算液壓缸的最大流量快進(jìn)時(shí)，ql=(Al-A2)Xv=1963.5mm50mm/s=5.8905L/min；工進(jìn)時(shí)，q2=AlXv=3117.25mm?X50mm/min=0.1559L/min；快退時(shí),q3=A2Xv=1153.75mm2X50mm/s=3.46125L/min。e. 工況分析6快進(jìn)時(shí)，進(jìn)油腔壓力p=F/(Al-A2)=0.2546Mpa,功率P=pq=24.995W；工進(jìn)時(shí)，進(jìn)油腔壓力p=F/Al=0.449Mpa,功率P=pq=1.167W；快退時(shí)，

11、進(jìn)油腔壓力p=F/A2=0.4334Mpa,功率P=pq=25W。表2.4.1液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率工況推力F/N進(jìn)油腔壓力pl/Mpa回油腔壓力p2/Mpa輸入流量q/L/min輸入功率P/W快進(jìn)555.60.25460.25465.890524.995工進(jìn)1555.60.44900.15591.167快退555.60.433403.46125255. 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定a. 從提高系統(tǒng)效率、節(jié)約能源角度考慮，采用雙聯(lián)葉片泵作為油源，流量突變時(shí)液壓沖擊時(shí)較小，工作平穩(wěn)性較好，且雙泵可同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，有利于降低能耗，節(jié)約成本。b. 由工況圖可知，該系統(tǒng)在慢速時(shí)

12、速度需要調(diào)節(jié)，而且系統(tǒng)功率較小，工作負(fù)載變化較大，所以采用換向調(diào)速回路。c. 由于快進(jìn)和工進(jìn)之間速度需要換接，但對(duì)換接的位置要求不高，所以采用由行程開關(guān)發(fā)訊控制。經(jīng)過以上的分析可得出液壓系統(tǒng)原理圖擬定如下：電磁鐵的工作順序表如下所示：工況1YA2YA3YA快進(jìn)+一+工進(jìn)+一一快退一+一原位停止一一一表2.5.1電磁鐵工作順序表6. 液壓元件的選擇a. 確定液壓泵型號(hào)液壓缸在工作循環(huán)過程中的最大工作壓力為0.449Mpa,考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，進(jìn)油管路中的壓力損失，簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.20.5MPa,復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5MPa,此處取0.5MPa。壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大

13、工作壓力之值，取0.5MPa。則高壓小流量的最大工作壓力Pp=0.449MPa+0.5MPa+0.5MPA=1.449MPa。上述所得的壓力Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(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貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn三（1.251.6）Pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。此處取Pn=1.5Pp。所以Pn=1.5X1.449MPa=2.1735MPa。兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量值為5.89L/min,回路中的泄露按輸入流量的10%計(jì)算，則兩個(gè)泵的總流量值為q=5.89L/minX1.1=6.479L/

14、min。由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為0.156L/min，由小流量液壓泵單獨(dú)供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少為3.156L/min。根據(jù)以上的功率和流量，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可選用YB1-3/6型雙聯(lián)葉片泵。其額定壓力為6.3MPa,轉(zhuǎn)速為960r/min，容積效率0.9，總效率0.85。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和輸出流量來決定。b. 液壓閥以及輔助元件的選擇根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如下液壓元件明細(xì)表所示。序號(hào)元件名稱通過最大流量q/min型號(hào)1過濾器7.782雙聯(lián)葉片泵7.7

15、8YB1-3/63二位二通電磁換向閥7WE6A50-50/AW220-50Z44三位四通電磁換向閥74WE6E50-50/BW110RN5單向閥7SV-106溢流閥7.78DBW-107節(jié)流閥0.16DRVP8S3-10表2.6.1液壓元件明細(xì)表1）.確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)其中q=5.9L/min,v=2m/s，由此求得內(nèi)徑d=7.9mm。由液壓元件手冊(cè)510頁表6-4-1可查得出油口采用通徑10mm,鋼管外徑14mm的紫銅管。(2) .油箱容積的確定液壓油箱有效容積按泵的流量的37倍來確定，故可選用容量為100L的油箱。7. 液

16、壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算(1).壓力損失a.工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路的壓力損失工進(jìn)時(shí)主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降，此時(shí)功率損失最大，而在快進(jìn)，快退時(shí)系統(tǒng)工作壓力很低，故可不驗(yàn)算。因而必須以工進(jìn)為依據(jù)來計(jì)算卸荷閥的調(diào)定壓力。運(yùn)動(dòng)部件工進(jìn)時(shí)的最大速度為50mm/min,最大流量為0.16L/min,則液壓油在進(jìn)油管內(nèi)流速為V1=q1/A=3.4cm/s管道內(nèi)液流的雷諾數(shù)為Re=vd/v，采用N32液壓油，室溫為20°C時(shí)，液體的運(yùn)動(dòng)粘度v=0.0001m2/s，由此可得Re=340X10/100=34已知光滑的金屬圓管的臨界雷諾數(shù)為2000-2300，很顯然，Re=34V2300，液壓油在管道中為層流。計(jì)算

17、層流中的沿程壓力損失公式為Pf二入+嚴(yán)d2其中，入稱為沿程阻力系數(shù)，液壓油在金屬圓管中作層流流動(dòng)時(shí)，常取A=75/Re=2.2。若取進(jìn)出口油管長(zhǎng)度約為2m,油液的密度p=890kg/m3由此可得液壓油在進(jìn)油路上的沿程壓力損失為Pf1=2.2X2X890X0.0342/(0.01X2)=0.0023MPa查得三位四通電磁換向閥4WE6E50-50/BW110RN的壓力損失P1=0.05MPa，忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失厲為P進(jìn)=4Pf+AP1=0.0523MPab.工進(jìn)時(shí)回油路的壓力損失由于選用單活塞桿液壓缸，則回油管道的流量為q2=0.06L/min，液壓

18、油在出油管內(nèi)流速為V2=q2/A=1.3cm/s同理，可得出油管道內(nèi)液流的雷諾數(shù)為Re=130X10/100=13,沿程阻力系數(shù)A=5.8，回油管道上的沿程壓力損失為Pf2=A+科2d2即Pf2=5.8X2X890X0.0132/(0.01X2)=0.0009MPa查閱資料可以得二位二通電磁換向閥WE6A50-50/AW220-50Z4的壓力損失為P2=0.025MPa,三位四通電磁換向閥4WE6E50-50/BW110RN的壓力損失由上可知為P1=0.05MPa,所以回油路總的壓力損失為P回=4Pf2+AP1+AP2代入即得Pf回=0.0009MPa+0.05MPa+0.025MPa=0.0

19、76MPac. 變量泵出口處的壓力PpPp=(F/n+A2XAP進(jìn))/A1+AP進(jìn)代入可得Pp=(1400/0.9+1153.75X0.0523)/3117.25+0.0523=0.57MPa(2).系統(tǒng)溫升驗(yàn)算因?yàn)樵谡麄€(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，近似為快進(jìn)、快退階段所占時(shí)間的5倍，所以計(jì)算時(shí)可以主要考慮工作階段時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差比較大，所以分別計(jì)算最大、最小的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進(jìn)行分析。工進(jìn)速度v=30mm/min時(shí)，q=A1Xv=3117.25X30/10"6=0.094L/min此時(shí)泵的

20、效率為0.06，泵的出口壓力為0.57MPa,則有P輸入=0.57X0.094/(60X0.06)=0.015KWP輸出=FXv=1400X30/60X10"-3=0.7W此時(shí)的功率損失 P=P輸入-P輸出=0.0143KW工進(jìn)速度v=50mm/min時(shí)，Q=AlXv=3n7.25X50/10'6=0.156L/min此時(shí)泵的效率為0.1,泵的出口壓力0.57MPa，則有P輸入=0.57X0.156/(60X0.1)=0.0148KWP輸出=FXv=1400X50/60X10"-3=0.0012KW此時(shí)的功率損失為 P=P輸入-P輸出=0.0136KW由此可見，工進(jìn)

21、速度低時(shí)，發(fā)熱量大。假定系統(tǒng)的散熱狀況一般取K=10X10-3kW/(m2.),只考慮油箱的散熱，其中油箱散熱面積A按式估算：A=0.065齊v2其中V是油箱有效容積，此處V=100L,所以油箱的散熱面積A=1.4m2。系統(tǒng)的溫升為t=P/(KXA)=1.02°C查閱資料得知，對(duì)于一般機(jī)械，允許溫升25-30C，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于25C，工程機(jī)械等允許的溫升為35-40C。驗(yàn)算結(jié)果表明，該系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻裝置。三、液壓缸的裝配圖圖6液壓缸裝配圖序號(hào)名稱數(shù)量材料備注25連接螺釘8中碳鋼24無桿端緩沖套1橡膠23O型封圈2硅膠22Yx密封圈1聚氨21活塞1

22、鋁合20Yx密封圈2聚氨19護(hù)環(huán)2HT25018缸頭1鑄鋼17Y型密封圈2橡膠16防塵圈2聚氨15斯特圈密封2酯14缸蓋1鑄鋼13O型封圈2硅膠12導(dǎo)向圈1Q34511緩沖節(jié)流閥1鋼10法蘭1304L9O型封圈2硅膠8活塞桿135號(hào)鋼7缸桶1鑄鋼6緩沖套1橡膠5導(dǎo)向環(huán)2聚四4格來圈密封1橡膠3法蘭1304L2單向閥1鋼1缸底1鑄鋼表3.1四、電器原理圖電氣控制原理圖動(dòng)作分析：(1) 夾緊打開總開關(guān)QS(QS起保護(hù)作用)，K1,電動(dòng)機(jī)工作，導(dǎo)致液壓泵運(yùn)動(dòng)，夾緊缸夾緊，當(dāng)夾緊后，油管壓力增大，壓力繼電器開啟。(2) 快進(jìn)當(dāng)壓力繼電器開關(guān)閉合，KM1,KM2,SQ1為常閉開關(guān)，所以電流通過KA1,KA3接觸器，導(dǎo)致KA1,KA3閉合，電流通過接觸器YA1,YA3.使換向閥4,5動(dòng)作，液壓缸快進(jìn)。(3) 快進(jìn)一一工進(jìn)。液壓桿運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過行程開關(guān)SQ3,由于SQ3所在電路為開路，所以沒反應(yīng)，當(dāng)液壓桿經(jīng)過SQ1時(shí)，SQ1斷開，電流只經(jīng)過接觸器KA1,所以，開關(guān)KA1閉合，接觸器YA1通電流，換向閥4動(dòng)作，液壓缸工進(jìn)。(4) 工進(jìn)一一快退。液壓桿繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)過行程開關(guān)SQ2,SQ2閉合，電流通過接觸器KM1,KM2,KA2.接觸器開關(guān)KM1,KM2斷開，使電流只經(jīng)過接觸器KA2,使開關(guān)KA2閉合，電流通過YA2使開關(guān)YA2閉合，換向閥4動(dòng)作，液壓缸