液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)-專用銑床液壓系統(tǒng)

新疆工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)題目：專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)系部:專業(yè):班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師:完成日期:新疆工程學(xué)院機(jī)械工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)年下學(xué)期年月日專業(yè)班級(jí)課程名稱液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)題目專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師起止時(shí)間周數(shù)1周設(shè)計(jì)地點(diǎn)新疆工程學(xué)院設(shè)計(jì)目的：液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，主要任務(wù)是綜合運(yùn)用前面各章的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、內(nèi)容和方法。通過(guò)學(xué)習(xí)，能根據(jù)工作要求確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)、系統(tǒng)原理圖，能進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算，合理的選擇和確定液壓元件，對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行校驗(yàn)算，為進(jìn)一步進(jìn)行液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。主要內(nèi)容：熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已學(xué)過(guò)的設(shè)計(jì)流程，擬定系統(tǒng)工作原理圖。計(jì)算各元件的參數(shù)并驗(yàn)算。液壓元件選型。編制文件，繪制速度，負(fù)載圖譜。設(shè)計(jì)進(jìn)度與要求：1、液壓系統(tǒng)圖一張。2、設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。主要參考書及參考資料：[1]液壓與氣壓傳動(dòng)楊慧敏西北工業(yè)大學(xué)出版社2009-8[2]液壓傳動(dòng)（第三版）丁樹模、丁問(wèn)司機(jī)械工業(yè)出版社2009-6[3]液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)指南張利平化學(xué)工業(yè)出版社2009-7[4]雷天覺(jué)主編.液壓工程手冊(cè)（M）[5]章宏甲.液壓與氣壓傳動(dòng)（M）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005教研室主任（簽名）系（部）主任（簽名）2013年7月新疆工程學(xué)院機(jī)械工程系課程設(shè)計(jì)成績(jī)表學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)題目專業(yè)銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師（簽名）指導(dǎo)教師單位機(jī)械系工程機(jī)械教研室說(shuō)明書評(píng)語(yǔ)評(píng)閱成績(jī)：評(píng)閱教師簽字：年

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日答辯記錄答辯成績(jī)：提問(wèn)教師簽字：年

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日設(shè)計(jì)鑒定及成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)成績(jī)：答辯小組組長(zhǎng)簽字：年

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日一、前言作為一種高效率的專用銑床，在日常生活中，廣泛在大批量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用。本次課程設(shè)計(jì)是以專用銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟，其中包括工作臺(tái)液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。?液壓傳動(dòng)?課程設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中最后一個(gè)綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以讓我們了解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和設(shè)計(jì)要求，提高我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決具體工程技術(shù)問(wèn)題的能力。能根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，按照正確的設(shè)計(jì)步驟，擬定出液壓系統(tǒng)。整個(gè)主要設(shè)計(jì)過(guò)程分成七個(gè)部分：（一）機(jī)床設(shè)計(jì)方案，機(jī)床液壓傳動(dòng)方案的分析與液壓原理的擬定；(二)主要液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算和選型；（三）液壓輔助裝置的計(jì)算、設(shè)計(jì)或選擇；（四）機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的驗(yàn)算和校核；（五）機(jī)床液壓系統(tǒng)圖的繪制；（六）機(jī)床液壓部件(液壓缸)裝配圖、零件工作圖的繪制一、設(shè)計(jì)流程圖液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整機(jī)設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，設(shè)計(jì)步驟的一般流程如圖明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求否否液壓CAD是否符合要求？繪制工作圖，編制技術(shù)文件是否通過(guò)？驗(yàn)標(biāo)液壓系統(tǒng)性能選擇液壓元件擬定液壓系統(tǒng)原理圖確定執(zhí)行元件主要參數(shù)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析否否液壓CAD是否符合要求？繪制工作圖，編制技術(shù)文件是否通過(guò)？驗(yàn)標(biāo)液壓系統(tǒng)性能選擇液壓元件擬定液壓系統(tǒng)原理圖確定執(zhí)行元件主要參數(shù)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析是是結(jié)束是結(jié)束是下面將按照這一流程圖來(lái)進(jìn)行本次液壓課程設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)依據(jù)：專用銑床工作臺(tái)重量G1=3200N，工件及夾具重量G2=1000N，切削力最大為8500N，工作臺(tái)的快進(jìn)速度為4.8m/min，工進(jìn)速度為80-900mm/min，行程為L(zhǎng)=330mm（工進(jìn)行程可調(diào)），工作臺(tái)往復(fù)加速、減速時(shí)間的時(shí)間t=0.05s，假定工作臺(tái)用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)f=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.1。設(shè)計(jì)此專用銑床液壓系統(tǒng)。三、工況分析液壓系統(tǒng)的工況分析是指對(duì)液壓執(zhí)行元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析，目的是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)程中的流量、壓力、功率的變化規(guī)律，作為擬定液壓系統(tǒng)方案，確定系統(tǒng)主要參數(shù)（壓力和流量）的依據(jù)。負(fù)載分析外負(fù)載=8500N其中表示最大切削力。對(duì)于專用銑床銑削時(shí)銑刀所承受的主切削力大小（單位N）為：式中p—單位切削力（）f—每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）—背吃刀量（mm）下面將進(jìn)行具體參數(shù)的計(jì)算：由公式可得（其中表示每分鐘進(jìn)給速度，n表示銑刀的轉(zhuǎn)速）由設(shè)計(jì)依據(jù)可知n=300r/min,工進(jìn)速度=60—1000mm/min，故我們?nèi)?300mm/min。對(duì)于單位切削力P，由以下的常用金屬材料的單位切削力表可得，我們選P=2000。類別材料牌號(hào)單位切削力P（）鋼易切鋼Y40Mn1700結(jié)構(gòu)鋼45200040Cr不銹鋼1Cr17Ni92500鑄鐵灰鑄鐵HT2001140鑄造合金鑄造錫青銅ZcuSn5Pb5Zn5700鑄造鋁合金ZALSn7Mg720對(duì)于銑削背吃刀量,我們選用硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計(jì)算手冊(cè)可得，取mm。根據(jù)以上的公式可得：因?yàn)?000<=3185N，所以選取的合適阻力負(fù)載靜摩擦力：F=（G1+G2）·f其中F—靜摩擦力NG、G—工作臺(tái)及工件的重量Nf—靜摩擦系數(shù)由設(shè)計(jì)依據(jù)可得：F=（G+G）·f=(3200+1000)X0.2=840N動(dòng)摩擦力F=（G+G）·f其中F—?jiǎng)幽Σ亮f—?jiǎng)幽Σ料禂?shù)同理可得：F=（G+G）·f=(3200+1000)X0.1=420N慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=（G+G）/g=(3200+1000)/9.81=428kg慣性力F=m·a=m=428×其中：a—執(zhí)行元件加速度m/s2u—執(zhí)行元件末速度m/s2u—執(zhí)行元件初速度m/s2t—執(zhí)行元件加速時(shí)間s因此，執(zhí)行元件在各動(dòng)作階段中負(fù)載計(jì)算如下表所示：工況油缸負(fù)載（N）負(fù)載值（N）啟動(dòng)F=Ffj840加速F=Ffd+Fm快進(jìn)F=Ffd420工進(jìn)F=Ffd+Fc3605快退F=Ffd420按上表的數(shù)值繪制負(fù)載如圖所示。圖1銑床液壓缸負(fù)載圖對(duì)于速度而言，設(shè)計(jì)依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說(shuō)明，所以按照設(shè)計(jì)依據(jù)繪制如下：圖1銑床液壓缸負(fù)載圖圖2銑床液壓缸速度圖圖2銑床液壓缸速度圖銑床機(jī)床液壓缸負(fù)載圖銑床機(jī)床液壓缸負(fù)載圖四、初步確定油缸參數(shù)，繪制工況圖1、初選油缸的工作壓力、由上可以知道，銑床的最大負(fù)載F=8500N，根據(jù)下表可得：表按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/（kN）<55—1010—2020—3030—50>50工作壓力（Mpa）<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7選系統(tǒng)的工作壓力P=2Mpa。由設(shè)計(jì)要求可知，導(dǎo)軌要求快進(jìn)、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，且液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D?？爝M(jìn)和工進(jìn)的速度換接用三位四通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流加背壓閥的調(diào)速回路，所以回油路上具有背壓P，取背壓Pa。2、計(jì)算油缸尺寸可根據(jù)油缸的結(jié)構(gòu)及連接方式計(jì)算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計(jì)算出后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，然后再計(jì)算油缸的面積：此時(shí)由工進(jìn)時(shí)的負(fù)載值按計(jì)算公式計(jì)算液壓缸面積： A===1073mA==2=2146mD=在將這些直徑按照國(guó)標(biāo)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得：由此就求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為，。3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計(jì)算（1）、工進(jìn)時(shí)油缸需要的流量QL/minQ=A·VA1:工進(jìn)時(shí)油壓作用的面積V—工進(jìn)時(shí)油缸的速度m/s(2)、快進(jìn)時(shí)油缸需要的流量QL/min差動(dòng)連接時(shí):Q=(A-A)·V=A、A—分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積m2V—油缸快進(jìn)時(shí)的速度m/s(3)、快退時(shí)油缸需要的流量Q,L/minQ=A·VV—油缸退回時(shí)的速度,m/s(4)、工進(jìn)時(shí)油缸的壓力P=P2—a。（5）、快進(jìn)時(shí)油缸壓力P=P=P=這里：F分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力，P—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。a。（6）、快退時(shí)油缸壓力P=P=P=F—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力，P—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。Pa油缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量、功率實(shí)際值如表2所示：表2液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況負(fù)載F/N回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量q/輸入功率P/kW快進(jìn)(差動(dòng))啟動(dòng)84000.7——加速——快進(jìn)4200.350254工進(jìn)36051.32快退啟動(dòng)84000.56——加速——快退420075由以上所計(jì)算的數(shù)據(jù)我們繪制出工況圖如下所示：圖3液壓缸工況圖五、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖(一)

確定油源及調(diào)速方式由以上的計(jì)算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負(fù)載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速方式，并選用開式循環(huán)。從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進(jìn)和快進(jìn)的過(guò)程中，所需流量差別較小。故我們選用定量單液壓泵供油。（二）選擇基本回路

1.

選擇換向回路及速度換接方式

min降到，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)和換向。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機(jī)能的三位四通閥，如下圖所示：

由于要求工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D。（三）選擇調(diào)壓回路設(shè)計(jì)過(guò)程中，在油源中采用溢流閥來(lái)調(diào)定系統(tǒng)的工作壓力，因此調(diào)壓?jiǎn)栴}基本上已經(jīng)在油源中解決，無(wú)須在另外設(shè)置調(diào)壓系統(tǒng)。這里的溢流閥同時(shí)還能起到安全閥的作用。組合成液壓系統(tǒng)圖將上面所選的液壓基本回路組合在一起，便可得到以下的液壓系統(tǒng)原理圖。同時(shí)電磁鐵的動(dòng)作順序表如下：表

3

液壓專用銑床電磁鐵動(dòng)作順序表

工序1Y2Y3Y4Y5YYJ工作缸快進(jìn)+

—+

—

—+工作缸工進(jìn)+

—

———+工作缸快退

—+——

—

+圖4專用銑床液壓系統(tǒng)原理1-油箱；2-過(guò)濾器；3-葉片泵；4-溢流閥；5-三位四通電磁換向閥

6單向調(diào)速閥；7-兩位三通電磁換向閥；8-工作缸；9-壓力繼電器;10-兩位兩通電磁換向閥六、選擇液壓元?dú)饧簤罕玫倪x擇由以上的設(shè)計(jì)可以得到，液壓缸在整個(gè)工作過(guò)程中的最大壓力是，如取進(jìn)油路上的壓力損失為，則此時(shí)液壓泵的最大工作壓力是+0.4=1.32Mpa。由以上的計(jì)算可得，液壓泵提供的最大流量是L/min,因?yàn)橄到y(tǒng)較為簡(jiǎn)單，取泄漏系數(shù)，則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為：=1.1×由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/minminL/min。ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，該液壓泵的理論流量為9.14L/min。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實(shí)際流量大小為：由于由以上的計(jì)算過(guò)程中，我們知道了液壓缸在快退時(shí)的輸入功率最大，此時(shí)液壓泵的工作壓力是+0.4（進(jìn)油路上的壓力損失）=1.01Mpamin，查表可得，取液壓泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為P=kw，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min。（二）閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇表4元?dú)饧男吞?hào)及規(guī)格根據(jù)閥類及輔助元?dú)饧谟吐返淖畲蠊ぷ鲏毫屯ㄟ^(guò)的最大實(shí)際流量，可選擇這些器件的型號(hào)和規(guī)格如下表:表4元?dú)饧男吞?hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱額定流量（L/min）額定壓力(Mpa)質(zhì)量(kg)型號(hào)1單葉片泵2三位四通電磁閥25—34D-25BOP3二位三通電磁閥25—23D-25B4單向調(diào)速閥0.05（最小）QI-10B5溢流閥20Y-10B6壓力繼電器—DP1-63B7濾油器16XU-B16X1008開關(guān)閥25—22D-25B（三）確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已與原來(lái)的數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，計(jì)算如下表5所示：表5液壓缸的進(jìn)出、流量表5液壓缸的進(jìn)出、流量快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量（L/min）輸出流量(L/min)運(yùn)動(dòng)速度(m/min)由上表中的數(shù)值，按照書中推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：兩根油管按YB231—64選用外徑為13mmmm的冷拔無(wú)縫鋼管。油箱的設(shè)計(jì)對(duì)油箱容積我們進(jìn)行估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故其容積為：取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值