液壓傳動課程設(shè)計(jì)液壓專用銑床設(shè)計(jì)

1、液 壓 傳 動 課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目 專用銑床設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 組 員 指導(dǎo)教師 目錄一、概述 1、課程設(shè)計(jì)目的 2、設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng) 3、課程設(shè)計(jì)題目二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、設(shè)計(jì)要求 2、液壓執(zhí)行元件的載荷、速度極其變化規(guī)律，繪制液壓系統(tǒng)工況圖 （1）載荷的組成和計(jì)算 1）工作載荷 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 3) 慣性載荷 4) 運(yùn)動時(shí)間 （2）繪制液壓系統(tǒng)工況圖 3、確定系統(tǒng)工作壓力 4、計(jì)算執(zhí)行元件主要參數(shù) （1）液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 （2）液壓缸所需的流量 5、制定基本方案 6、草擬液壓系統(tǒng)原理圖 7、液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì) （1）液壓泵的選擇 1） 計(jì)算液壓泵的

2、最大工作壓力 2）計(jì)算液壓泵的流量 3）確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率 （2）液壓閥的選擇 （3）管道尺寸的確定 （4）油箱容量的確定 8、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算3、 總結(jié)與體會 四、參考文獻(xiàn) 一、概述1、 課程設(shè)計(jì)目的液壓傳動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)完流體傳動與控制以及其他有關(guān)課程，并經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)習(xí)后進(jìn)行的課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步熟悉并掌握液壓傳動與控制的基本概念、熟悉液壓元件結(jié)構(gòu)原理、熟悉液壓基本回路、掌握液壓系統(tǒng)圖的閱讀方法與基本技能、能夠綜合運(yùn)用本課程及工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等有關(guān)課程的知識，設(shè)計(jì)一般工程設(shè)備液壓系統(tǒng)。同時(shí)，學(xué)生通過本課程設(shè)計(jì)

3、可在以下幾方面得到訓(xùn)練：正確進(jìn)行工程運(yùn)算和使用技術(shù)文件、技術(shù)資料的能力；掌握系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一般方法；正確表達(dá)設(shè)計(jì)思想的方法和能力；2、 設(shè)計(jì)要求和注意事項(xiàng) （1）認(rèn)真、仔細(xì)、整潔； （2）理論聯(lián)系實(shí)際，綜合考慮問題，力求設(shè)計(jì)合理、使用、經(jīng)濟(jì)、工藝性好； （3）正確處理繼承和創(chuàng)新的關(guān)系，正確使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范； （4）學(xué)會正確處理設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間的關(guān)系，要統(tǒng)籌兼顧； （5）所繪圖紙要求作圖準(zhǔn)確、表達(dá)清晰、圖面整潔，符合機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)；說明書要求計(jì)算準(zhǔn)確、書寫工整，并保證要求的書寫格式。3、課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一專用銑床，工作臺要求完成快進(jìn)工作進(jìn)給快退停止的自動工作循環(huán)。銑床工作臺總重量為4500n，工

4、件夾具重量為1500n，銑削阻力最大為10000n，工作臺快進(jìn)、快退速度為4.5m/min、工進(jìn)速度為0.051m/min，往復(fù)運(yùn)動加速、減速時(shí)間均為0.1s，工作臺采用平導(dǎo)軌，動、靜摩擦系數(shù)為fs=0.2，動摩擦系數(shù)為fd=0.1，工作臺快進(jìn)行程為0.3m，工進(jìn)行程為0.1m，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。2、 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)要求其動力滑臺實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。主要參數(shù)與性能要求如下：切削阻力fl=10000n；運(yùn)動部件所受重力g=6000n；快進(jìn)、快退速度1= 3 =0.075m/s，工進(jìn)速度2 =501000mm/min；快進(jìn)行程l1=0.3mm，工進(jìn)行程l2=0.1mm

5、；往復(fù)運(yùn)動的加速、減速時(shí)間t=0.1s；工作臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)s=0.2，動摩擦系數(shù)d=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2、 液壓執(zhí)行元件的載荷、速度極其變化規(guī)律，繪制液壓系統(tǒng)工況圖（1）載荷的組成和計(jì)算 1）工作載荷 工作負(fù)載即為切削阻力fl=10000n 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 摩擦載荷即為導(dǎo)軌的摩擦阻力： 靜摩擦阻力 動摩擦阻力 3) 慣性載荷 459.2nn1×60.08.96000i´=dd=tggfu4.5= 4) 運(yùn)動時(shí)間 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 取液壓缸的機(jī)械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載f/n液壓缸推

6、力f0=f/cm/n啟 動12001333加 速14421602快 進(jìn)600666.7工 進(jìn)1060011777.8反向啟動12001333加 速14421602快 退600666.7表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力 （2）繪制液壓系統(tǒng)工況圖 根據(jù)液壓缸各階段的載荷，對液壓系統(tǒng)作進(jìn)一步的工況分析，繪制液壓系統(tǒng)有關(guān)工況圖：載荷循環(huán)圖f-t 和速度循環(huán)圖-t，如下圖所示：液壓缸的載荷圖液壓缸的速度圖3、 確定系統(tǒng)工作壓力 所設(shè)計(jì)的動力滑臺在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，負(fù)載為11777.8n，參考表2和表3，當(dāng)負(fù)載推力為（10-20）kn時(shí)，工作壓力可選為（2.5-3）mp，根據(jù)表3應(yīng)選（3-5）mp。所以初選液壓

7、缸的工作壓力p1=3mp。 負(fù)載f/ kn<5510102020303050>50工作壓力p/mpa<0.811.522.5334455表2 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系機(jī)械類型磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床農(nóng)業(yè)機(jī)械 、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)液壓機(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/mpa0.82352881010182032表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力4、 計(jì)算執(zhí)行元件主要參數(shù)（1） 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 1)由負(fù)載循環(huán)圖可知，最大負(fù)載是在工進(jìn)階段，采用無桿腔進(jìn)油，取a1=2a2。以便采用差動連接時(shí)，快進(jìn)和快退的速度相等。工進(jìn)時(shí)為防止車銑時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前

8、沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=1mpa。系統(tǒng)類型背壓力pb/mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路帶背壓閥的系統(tǒng)0.51.5帶補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計(jì)表4 執(zhí)行元件背壓力估計(jì)值 2）計(jì)算活塞缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑： 由公式 得 232621cm1m105.03m10)20.83(9.011777.8)2(-´=´-´=-=ppfah 則活塞直徑 mm80m80.0m1054431=´´=-ppad 圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得

9、 d=80mm，則 d=0.7d=56mm 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為: a1=d2/4=5.03×10-3m2 a2=(d2-d2)/4=2.56×10-3m2 （2）液壓缸所需的流量 根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表5所示：工況推力f0/n回油腔壓力p2/mpa進(jìn)油腔壓力p1/mpa輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率p/kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動13331.06加速1602p1+p1.11恒速666.7p1+p（p=0.5）0.790.180.146工進(jìn)11777.80.82.850.004-0.080.

10、212快退啟動13330.52加速16020.51.6恒速6110.51.240.1920.238表5 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值注： p為液壓缸差動連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取p=0.5mpa。 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p；無桿腔回油，壓力為p2。 5、制定基本方案 （1） 選擇調(diào)速回路 由圖1可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑完工件時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動部件前沖，在回油路上加背壓閥，以提高運(yùn)動平穩(wěn)性。圖1 （2）選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快

11、進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.192/(0.4×10-2)=48；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3)/t2=(4+5.33)/120=0.00775。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。 （3） 選擇快速運(yùn)動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快

12、速運(yùn)動回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖2b所示。 （4） 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，系統(tǒng)的流量變化很大，速度變化大，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。 （5）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(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停止時(shí)雖未卸荷，但功率損

13、失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。 （a） （b） （c）圖2 選擇的基本回路 6、草擬液壓系統(tǒng)原理圖 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，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺工進(jìn)時(shí)進(jìn)、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(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥13。圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)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。圖3 液壓系統(tǒng)原理圖草圖 7、液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì) （1）液壓泵的選擇 1） 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力

14、 小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表6可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為p1=2.85mpa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.6mpa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差dpe=0.5mpa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 p1+p+=2.85+0.6+0.5=3.95 mpa 大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為p1=1.24mpa，比快進(jìn)時(shí)大。考慮到快退時(shí)進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失p=0.5mpa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 p1+p=1.24+0.5=

15、1.74mpa 2）計(jì)算液壓泵的流量 由表5可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.192×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)k=1.2，則兩個(gè)泵的總流量為 k=1.2×0.192×10-3 m3/s =0.23×10-3 m3/s =13.8l/min考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3l/min，工進(jìn)時(shí)的最大流量為0.08 m3/s =4.8l/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為7.8l/min。 3）確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率 根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取yb-d10/20型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵

16、的排量分別為10ml/r和20ml/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)，其理論流量分別為9.4l/min和23.5l/min，若取液壓泵容積效率v=0.84，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為 =28l/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.7，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)功率為 p1.08kw根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的y100l6型電動機(jī)，其額定功率為1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。（2） 液壓閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表6所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4

17、選用q-10b型，其最小穩(wěn)定流量為0.05l/min,小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.24l/min。序號元件名稱最大流量額定流量l/min額定壓力mpa型號規(guī)格額定壓降1雙聯(lián)葉片泵-10/20*10yb-d10/20-2三位五通電液閥56636.3e35zm-630.33行程閥56636.322c-63bh0.34調(diào)速閥<1106.3q-10b-5單向閥56636.3i-63b0.26單向閥28636.3i-63b0.27液控順序閥18.6636.3xy-63b0.38背壓閥<1106.3b-10b-9溢流閥5.1106.3y-10b-10單向閥18.6636.3i-63b0.211濾

18、油器33806.3xu-80×2000.0212壓力表開關(guān)-k-6b-13單向閥56636.3i-63b0.214壓力繼電器-14pf-b8l-表6 液壓元件規(guī)格與型號*此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940時(shí)的流量r/min以下為選擇液壓元件規(guī)格與型號時(shí)所截得表示標(biāo)準(zhǔn)件的圖 （3）管道尺寸的確定 在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動階段的運(yùn)動速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表7所列：快進(jìn)工進(jìn)快退q1=(a1qp)/(a1-a2)=57l/minq1=4.8l/minq1=qp1+qp2=28 l/minq2=(a2q1)/a1=29 l/mi

19、nq2=(a2q1)/a1=2.44 l/minq2=(a2q1)/a1=14.2l/minv1=qp/(a1-a2)=0.19m/sv2=q1/a1=0.0016m/sv3=q1/a2=0.18m/st1=0.3/0.075=4st2=6-120 st3=0.4/0.075=5.3s表7 各工況實(shí)際運(yùn)動速度、時(shí)間和流量管道推薦流速/(m/s)吸油管道051.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1.53表8 允許流速推薦值 由表7可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動速度符合設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)表7的數(shù)值，按表8推薦的管道內(nèi)允許速度取v=4m/s，由式d=計(jì)算得與液壓缸無

20、桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為 d=17.4mm d=12.2mm為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。（4）油箱容量的確定 對油箱容積我們進(jìn)行估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故其容積為： v=qp=7×28l=196 l 取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值v=200l8、 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 通過查表得，中低液壓閥在公稱流量下的壓力損失最大值：順序閥、換向閥和行程閥的壓力損失為0.3mp，單向閥的壓力損失為0.2mp。 （1）液壓系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算 壓力損失包括管路的沿程壓力損失p1,局部壓力損失p1,閥類元件的局部損失p3?？偟膲毫p失p為： p=p1+p2+p3

21、 1）p1和p2的計(jì)算 快進(jìn) 由前面的計(jì)算可知，d=20mm，=900kg/,查表得，=50cst取l=8m， 由 =76<2300 為層流 由，可計(jì)算0.84 由，可計(jì)算p15.5kpa 由，可計(jì)算p2=0.8pa（可忽略） 工進(jìn) 方法同上，經(jīng)計(jì)算得：re=64，=1，p1=57.6pa，p2=0.8pa（p2可忽略）。 快退 方法同上，經(jīng)計(jì)算得：re=72，=0.89，p1=6.48kpa，p2可忽略。 （2）p3計(jì)算 快進(jìn) 滑臺快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動連接，進(jìn)油路上通過單向閥10的流量是 18.6l/min，通過電液換向閥2的流量為28l/min，通過行程閥3的流量為56l/min.因此

22、總壓降為 pv1=0.2×(18.6/63)2+0.3×(28/63)2+0.2×(56/63)2=0.23mpa 壓力閥不會被打開，油泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。 回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是28l/min，因此總壓降為 pv2=0.2×(28/63)2+0.3×(28/63)2=0.1mpa 將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上，便得到了快進(jìn)時(shí)整個(gè)回油路中閥類元件所造成的壓力損失 p3=pv1+pv2a2/(a1-a2)=0.24+0.1×（2.56/2.47）=0.34mpa 此值小于原估計(jì)值0.

23、5mpa，所以是安全的。 工進(jìn) 進(jìn)油路：通過換向閥的流量是10l/min，因流量小，壓力損失不計(jì)；通過調(diào)速閥的壓力損失為p3=0.5mpa。 回油路：在背壓閥8處得壓力損失為p3=0.8mpa，通過順序閥7的流量為（18.6+2）=20.6l/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力p2為 p2=0.8+0.3×(20.6/63)2 =0.83mpa 重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力p1 p1=(f+p2a2)/a1 =(11777.8+0.83×106×2.56×10-3)/5.03×106×10-3 =2.8mpa此數(shù)值與2.85mpa接

24、近。 快退 快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過換向閥2的流量為28l/min，通過單向閥10流量為18.6 l/min；油液在回油路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是56l/min，因此進(jìn)油路上總壓降為p3=0.2×(18.6/63)2+0.3×(28/63)2 +0.7×(56/63)2×（5.03/2.56） =1.16 mpa （2）計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 公式為： 其中，是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，是輸出的有效功率。 =1.3kw =0.61kw 由此可得，液壓泵發(fā)熱量為： =1.3-0.61=0.69kw 由 =20.2 所以，油液溫升近似為:t=to+t=20+20.2=40.2