液壓傳動課程設(shè)計-4

PAGEPAGE2起重運輸機械設(shè)計與制造專業(yè)《液壓傳動》課程設(shè)計說明書班級：起機102班學號：100125205姓名：郭旭目錄第一章組合機床的工況分析……2第二章液壓缸主要參數(shù)的確定………………5第三章擬定液壓系統(tǒng)圖………7第四章液壓元件的選擇………10第五章液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……12致謝……………19設(shè)計心得………20參考文獻………21附錄A…………液壓系統(tǒng)原理圖附錄B……………液壓缸裝配圖一、液壓傳動課程設(shè)計的目的1、鞏固和深化已學的理論知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟。2、鍛煉機械制圖，結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程運算能力。3、熟悉并會用有關(guān)國家標準、部頒標準、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。4、提高學生使用計算機繪圖軟件（如AUTOCAD、PRO/E等）進行實際工程設(shè)計的能力。二、液壓課程設(shè)計題目（選第三組數(shù)據(jù)）題目（一）設(shè)計一臺臥式單面多軸鉆鏜兩用組合機床液壓系統(tǒng)，要求完成如下的動作循環(huán)：夾緊——快進——工進——死擋鐵停留——快退——松開——原位停止；機床有16個主軸，鉆削加工￠13.9mm的孔14個，￠8.5mm的孔2個，工件材料為鑄鐵，硬度HB240。動力滑臺采用平導軌，工進速度要求無級調(diào)速，如用高速剛鉆頭進行加工，其他參數(shù)如下表所示。數(shù)參據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)IIIIII√IVV運動部件自重（N）9810100009990950011000快進快退速度（m/min）77.56.57.88快進行程（mm）10012011095120工進行程（mm）5060657060工進速度（mm/min）30~9030~9030~9030~9030~90靜摩擦系數(shù)fg0.20.150.20.180.15動摩擦系數(shù)fd0.10.080.090.120.14啟動制動時間t（s）0.20.250.210.230.3試完成以下工作：1、進行工況分析，繪制工況圖。2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A3）。3、計算液壓系統(tǒng)，選擇標準液壓元件。4、繪制液壓缸裝配圖（A2）。5、編寫液壓課程設(shè)計說明書。機床加工示意圖如下：圖1臥式動力滑臺加工示意圖《液壓傳動》課程設(shè)計說明書第一章組合機床工況分析1.1工作負載分析工作負載即為切削阻力。計算切削阻力鑄鐵鉆孔時，其軸向切削力可用以下公式計算式中，D—鉆頭直徑(mm)S—每轉(zhuǎn)進給量(mm/r)鉆￠13.9mm的孔時，主軸轉(zhuǎn)速，每轉(zhuǎn)進給量,鉆￠8.5mm孔時，主軸轉(zhuǎn)速，每轉(zhuǎn)進給量則1.2慣性負載分析1.3阻力負載分析摩擦負載即為導軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力動摩擦阻力1.4工進速度選擇工進速度取工進時的最大速度90mm/min1.5運動時間快進

工進

快退

1.6運動分析設(shè)液壓缸的機械效率ηcm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力，如表1所列。表1液壓缸各工作階段負載的計算工況計算公式液壓缸負載F/N液壓缸驅(qū)動力F/ηcm/N快進啟動19982220加速1482.91583恒速8991000工進3139934887.8快退啟動19982220加速1482.91583恒速8991000制動373.1414.61.7根據(jù)上述數(shù)據(jù)繪液壓缸V-t與F-t圖速度圖負載圖第二章液壓缸主要參數(shù)的確定2.1初定液壓缸工作壓力由工況分析中可知，工進階段的負載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負載力計算，根據(jù)課本表9-1，選,本機床為鉆鏜孔組合機床，為防止鉆通時發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應有背壓，根據(jù)參考資料液壓傳動與設(shè)計取背壓，為使快進快退速度相等，選用差動油缸，并減小液壓泵流量，假定快進、快退的回油壓力損失為。2.2液壓缸尺寸的計算由式得液壓缸直徑取標準直徑因為，所以則，液壓缸有效面積差動連接時，快進時必須大于2,取差值為0.5Mpa由前面設(shè)計知道，缸內(nèi)徑D=110mm,活塞桿直徑d=80mm，缸的行程為110+65=175mm，根據(jù)國標GB/T2349-1980取行程為200mm。缸筒厚度pyD/2[]，式中：無縫鋼管[]=110Mpa，py=1.5p；p為設(shè)計時工作壓力的大小則3mm，取為=5mm。所以缸筒外徑標D1=D+2=120mm。缸底厚度h=0.0433D則h=11.12mm2.3液壓缸的流量的計算液壓缸的快進流量液壓缸的工進流量液壓缸的快退流量2.4液壓缸工作腔壓力的計算液壓缸的快進壓力0.83液壓缸的工進壓力3.96液壓缸的快退壓力1.49液壓缸在工作循環(huán)中各階段壓力、流量和功率(見表2)工作階段負載工作腔壓力輸入流量q輸入功率快進10000.8332.50.45工進34887.83.960.8550.06快退10001.4929.250.73流量圖壓力圖功率圖第三章擬定液壓系統(tǒng)圖3.1選擇液壓回路(1)調(diào)速方式液壓系統(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，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進油路節(jié)流調(diào)速，為防止鉆通孔時負載突然消失引起運動部件的前沖現(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階段組成，且低壓大流量工況時間短，而高壓小流量時間持續(xù)長，最大流量與最小流量的時間之比。根據(jù)該情況，選雙聯(lián)葉片泵或者限壓式變量泵較適宜，在本方案中，決定采用大、小兩個液壓泵自動并聯(lián)供油的油源方案。(3)換向與速度換接方式系統(tǒng)選用差動回路，同時考慮到工進到快退時回油流量大，為保證平穩(wěn)性，選用三位五通換向閥，主換向閥實現(xiàn)差動連接，因鉆孔工序?qū)ξ恢镁葻o特殊要求且工作平穩(wěn)性要求不高。可選用行程開關(guān)，動作可靠。(4)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。即滑臺工進時，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。在滑臺慢速工進時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷。(5)輔助回路在液壓泵進口設(shè)置一過濾器以保證吸入的液壓泵的油液清潔。3.2組成系統(tǒng)將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如,3所示。在圖3中，為了解決滑臺工進時進、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥13?？紤]到這臺機床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，機床對位置定位精度有要求，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向（1）快進當換向閥1YA得電時，換向閥左位工作，泵1的輸入油經(jīng)過行程閥3下位進入右腔，因為此時空載，壓力不大，溢流閥和順序閥都處于關(guān)閉狀態(tài)，故液壓缸左腔排出的油液經(jīng)單向閥6也進入缸的右腔，這時實現(xiàn)差動連接，由此實現(xiàn)快進。進油路：雙聯(lián)泵1→換向閥2左位→行程閥3下位→液壓缸右腔；回油路：液壓缸左腔→換向閥2左位→單向閥6→行程閥3下位→液壓缸右腔.（2）工進當快進終了時，滑臺上的擋塊壓下行程閥3行程閥上位工作，閥口關(guān)閉，這時換向閥2仍處于左位，泵的輸出油只能通過調(diào)速閥4進入液壓缸的右腔，由于經(jīng)過調(diào)速閥使系統(tǒng)壓力升高，于是溢流閥8和外控順序閥7打開，并關(guān)閉單向閥6，差動連接被切斷。進油路：雙聯(lián)泵1→換向閥2左位→調(diào)速閥4→液壓缸右腔；回油路：液壓缸左腔→換向閥2左位→溢流閥8→順序閥7→油箱。（3）死擋鐵停留工進結(jié)束后時，動力滑臺與死擋鐵相碰撞，液壓缸停止運動。這時系統(tǒng)壓力進一步升高，達到壓力繼電器13的調(diào)定壓力后，壓力繼電器動作，發(fā)出信號給時間繼電器。時間繼電器延時結(jié)束之前，動力滑臺將停留在死擋鐵限定的位置上，且工作狀態(tài)不變。（4）快退動力滑臺停留時間結(jié)束后，時間繼電器發(fā)出信號，使先導型電磁換向使其右位工作。泵的輸出油經(jīng)換向閥2的右位進入液壓缸左腔，液壓缸右腔排出的油液經(jīng)單向閥5，換向閥2右位，單向閥12，最后流回油箱。這時，因為負載小，系統(tǒng)壓力低，雙聯(lián)泵輸出流量自動恢復，動力滑臺實現(xiàn)快退。進油路：雙聯(lián)泵1→換向閥2右位→液壓缸左腔；回油路：液壓缸右腔→單向閥5→換向閥2右位→單向閥13→油箱。（5）原位停止這時換向閥處于中位，泵通過溢流閥9卸荷，液壓缸兩腔室均與油箱相連。第四章液壓元件的選擇4.1液壓泵的確定(1)確定液壓泵的最大工作壓力對于執(zhí)行元件運動過程中需要最大壓力，液壓缸的工作壓力為P=P+式中——執(zhí)行元件在穩(wěn)定工況下的最高工作壓力；——進油路上的遠程和局部損失；前面已經(jīng)確定液壓缸的最大工作壓力為，選取進油管路壓力損失，所以泵的工作壓力。這是高壓小流量的工作壓力。由液壓系統(tǒng)圖知液壓缸快退時的工作壓力比快進時大，取其壓力損失為，則快退時泵的工作壓力為這是低壓大流量泵的工作壓力。(2)液壓泵的流量由液壓系統(tǒng)圖知，快進時流量最大，其值為35L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)K=1.2，則兩泵的總流量為最小流量在工進時，其值為0.855L/min，取K=1.2則為保證工進時系統(tǒng)壓力比較穩(wěn)定，應該考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為2L/min，所以高壓小流量液壓泵的流量規(guī)格最小應為3。03L/min。根據(jù)壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，本方案確定選用YB-D32/4型雙聯(lián)葉片泵。(3)選擇電動機系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在快退工況，其數(shù)值如下式計算式中——泵的總效率，取。根據(jù)以上計算結(jié)果，査電動機產(chǎn)品目錄，選Y112M-6型異步電動機，轉(zhuǎn)速為1000r/min，功率為2.2kw。4.2閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的流量，可選用這些元件的型號及規(guī)格（見下表）序號元件名稱通過最大流量/(L/min)規(guī)格型號公稱流量/(L/min)公稱壓力/Mpa1雙聯(lián)葉片泵-YB-D50/432/4102三位五通電液換向閥7635DY-100B1006.33行程閥7622C-100BH1006.34調(diào)速閥<1Q-D6B-30.05~3105單向閥76A-F20D100206單向閥32A-F10D40207液控順序閥32XY-63B636.38背壓閥<1P-D6B200.3~1.69溢流閥3.5Y-D6B201010單向閥32A-F10D402011濾油器50XU-50×100502.512壓力表開關(guān)-KF3-E3B-1013單向閥76A-F20D1002014壓力繼電器-DP-63B-104.3油管的選擇(1)油管類型的選擇系統(tǒng)的工作壓力在6.5Mpa以下，為了便于裝配，使用軟管油路。(2)油管尺寸的確定吸油管式中q為通過油管的最大流量V液體在管內(nèi)的最大允許速度，一般對吸油管取0.5-1.5m/s，回油管取1.5-2.5m/s，壓油管取2.5--5m/s。代入數(shù)據(jù)后，查手冊吸油管選用50×2.5（外徑50mm，內(nèi)徑2.5mm）的10號冷拔無縫鋼管。壓油管，回油管分別選用2.2×1.6，28×1.6的10號冷拔無縫鋼管。(3)油管壁厚4.4油箱容量的確定油箱容量可按經(jīng)驗公式估算，取根據(jù)液壓泵站的油箱公稱容量系列（JB/T7938-1995），取油箱容量為315L油箱公稱容量JB/T7938-1995（L）463.1025406310016025031540050063080010001250160020003150400050006300第五章液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓缸的結(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，以及排氣裝置五個部分。5.1基本機構(gòu)設(shè)計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?；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?；钊麠U導向部分的結(jié)構(gòu)活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導套的結(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，應根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運動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工作部件運動時，因運動件的質(zhì)量大，運動速度較高，則在達到行程終點時，會產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機械碰撞。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）液壓缸排氣裝置對于速度穩(wěn)定性要求的機床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。6）密封裝置的選擇選0形密封圈，因為其具有良好的密封性能，且結(jié)構(gòu)緊湊，運動件的摩擦阻力小，裝卸方便，容易制造，價格便宜等優(yōu)點。5.2液壓缸設(shè)計需要注意的事項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)下承受最大負載。2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動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)中需有相應措施。3）根據(jù)主機的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，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)計標準比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。5.3液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求1）缸體材料無縫鋼管；灰鑄鐵:HT200,HT350;鑄鋼：ZG25,ZG45本缸體選用無縫鋼管粗糙度液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為2）活塞材料灰鑄鐵：HT150,HT200，耐磨鑄鐵或球墨鑄鐵粗糙度活塞外圓柱粗糙度3）活塞桿材料實心：35鋼，45鋼；空心：35鋼，45鋼無縫鋼管粗糙度桿外圓柱粗糙度為4）缸蓋材料35鋼，45鋼；作導向時用（耐磨）鑄鐵粗糙度導向表面粗糙度為技術(shù)要求：同軸度不大于5.4液壓缸主要尺寸的計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的計算，根據(jù)最大負載和選取的工作壓力來確定內(nèi)徑D=110mm，2）活塞桿直徑d的計算在前面的計算中已經(jīng)確定d=80mm，3）液壓缸筒長度L的計算液壓缸筒長度L由活塞最大行程l，活塞寬度B，活塞桿導向長度H和有特殊要求的其他長度確定。查手冊選取活塞行程L=250mm，活塞寬度B=（0.6—1.0）d，選B=88mm，導向套長度H=（0.6—1.0）d，選H=0.8d=64mm，且液壓缸筒長度不超過內(nèi)徑110mm的20倍，綜上所述，得液壓缸筒長度L=450mm。6）液壓缸參數(shù)的計算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚，油口直徑，缸底厚度1）壁厚的計算查表取缸筒外徑為133mm，則壁厚=mm2）液壓缸油口直徑在計算設(shè)定液壓缸油口液流速度為1.0m/min則液壓缸油口直徑應根據(jù)活塞最高運動速度V和油口最高液流速度Vo=而定Do=0.13DDo————液壓缸油口直徑=0.13X0.11D————液壓缸內(nèi)徑=40mmV————液壓缸最高輸出速度Vo————油口液流速度7）缸頭厚度計算由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導向孔，因此其厚度的計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=90mm=100mm=110mm=130mmP=3.98Mpaq=0.5Mpa將數(shù)據(jù)代入式中，求得h=28mm（1）缸體與缸蓋的連接形式，主要有焊接、螺紋連接、法蘭連接、拉桿連接、半環(huán)連接等。焊接主要用于柱塞式液壓缸，螺紋連接缸體外部需要加工，裝卸不變，拉桿連接適用于雙作用缸，外形尺寸大，螺紋連接尺寸較大，重量較大。綜合考慮，選用半環(huán)連接，結(jié)構(gòu)緊湊，重量小。（2）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)有整體式、螺紋連接、半環(huán)式連接，且整體式用于工作壓力大而活塞直徑小的情況，半環(huán)連接用于工作壓力和振動大的情況，螺紋連接為常用連接。所以，選用螺紋連接。（3）液壓缸的緩沖裝置液壓缸帶動工作部件運動時，因運動件的質(zhì)量大，運動速度較高，則在達到行程終點時，會產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機械碰撞。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。本方案中選用恒節(jié)流面積型的固定式緩沖裝置。（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，應根據(jù)密封部位、溫度、運動速度的范圍，選擇O型的密封圈。（5）液壓缸排氣裝置對于有速度穩(wěn)定性要求的機床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。本機床在工進階段速度需要均勻穩(wěn)定，所以應該設(shè)有排氣閥。致謝本設(shè)計課題是由馬霄老師為我們精心挑選的，在我們課程設(shè)計進行過程中更是得到了馬霄老師的悉心指導。在設(shè)計過程中計算公式的選用、數(shù)據(jù)的處理以及課程設(shè)計說明書編寫的行文過程中，馬霄