汽車液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、汽車液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)目錄一、二、明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求4負(fù)載分析-4三、負(fù)載圖和速度圖的繪制四、液壓缸主要參數(shù)的確定-6五、液壓系統(tǒng)圖的擬定8六、液壓元件的選擇-12七、液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算14小結(jié)“16參考書目16引言液壓傳動(dòng)是用液體作為介質(zhì)來傳遞能量的，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn):易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn) 較大圍的無級變速，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱，易 于防止過載事故，自動(dòng)潤滑、元件壽命較長，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。液壓傳動(dòng)的基本目的就是用液壓介質(zhì)來傳遞能量，而液壓介質(zhì)的 能量是由其所具有的壓力及力流量來表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就

2、 是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個(gè)方面： 控制壓力、控制流量的大小、控制流動(dòng)方向。所以基本回路可以按照這三 方面作用而分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)部門得到廣泛的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備， 其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部門就越多。、明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求單面多軸鉆孔組合機(jī)床，動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)是：快進(jìn)一一工進(jìn)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(tái)移動(dòng)部件總質(zhì)量為510kg;加、減速時(shí)間為0.2s ;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200mm工進(jìn)行程為100mm快進(jìn)與快退 速度

3、相等，均為3.5m/min，工進(jìn)速度為3040mm/min工作時(shí)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)， 且可隨時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。試設(shè)計(jì)動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)。二、負(fù)載分析(1) 工作負(fù)載F t=24000N(2) 慣性負(fù)載F (G/g) ( v/ t) =510X 3.5/60 >0.2 ) N=149N(3) 阻力負(fù)載靜摩擦阻力F fs=0.2 X5100N=1020N動(dòng)摩擦阻力F fd=0.1 X5100N=510N由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載，見表 1表1液壓缸在各工作階段的負(fù)載值工況負(fù)載組成負(fù)載值F/N推力（F/ n m） /N起動(dòng)F=Fs10201133加速F = Fd +F m659732快進(jìn)F=Fd51

4、0567工進(jìn)F=Fd +Ft2451027233快退F=Fd510567注：1.液壓缸的機(jī)械效率 0.9 ;三、負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上述值繪制，如下圖所示。27233F/N1133732900-11331/inm速度圖按已知數(shù)值vi=V3=3.5m/min,l i=200mm,b=100mm快退行程13=l i+l2=300mn和工進(jìn)速度 v等繪制，如下圖所示。1/mm四、液壓缸主要參數(shù)的確定由表2和表3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為 25kN時(shí)，宜取pi=3.5MPa表2各類設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型工作壓力/MPa壓力等級說明機(jī)床、壓鑄機(jī)、汽車<7低壓低噪聲、咼可靠性系

5、統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械、工礦車輛、注塑機(jī)、床用機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械721中壓一般系統(tǒng)油壓機(jī)、冶金機(jī)械、挖掘機(jī)、重型機(jī)械2131.5咼壓空間有限、響應(yīng) 速度咼、大功率 可以降低成本金剛石壓力機(jī)、耐壓試驗(yàn)機(jī)、飛機(jī)、液壓機(jī)具>31.5超咼壓追求大作用、減輕質(zhì)量表3按負(fù)載選取執(zhí)行元件工作壓力負(fù)載F/KN<5510102020303050>50工作壓力p/MPa<0.811.522.53344557由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等,從降低總流量需求來考慮，應(yīng)采用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無桿腔工作面積 Ai是有桿

6、腔工作面積A2兩倍的形式, 即活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d=0.707D的關(guān)系。工進(jìn)過程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定得被壓（通過設(shè)置背壓閥的方式）根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊選取此背壓值為為 p2=0.8MPa?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接，但連接管路中不可避免地存在著壓降p,且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算是可取 p=0.5MPa快退時(shí)回油腔中是 有背壓的，這時(shí)p2=亦可按0.5MPa估算。由工進(jìn)時(shí)的推力計(jì)算液壓缸面積，即 F/ n m=Aipi-A2p2= Aipi- (Ai/2 ) p2代入數(shù)值求得A i=87.85cm2D=10.5

7、8cm根據(jù)GB/T2348-1993對液壓缸缸筒徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī) 定，圓整后，取標(biāo)準(zhǔn)值得 D=iicm d=8cm由此求得液壓缸兩腔的有效面積為 Ai=95.03cm2, A=44.77cm2。經(jīng)檢驗(yàn)，活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。根據(jù)上述D與d的值，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量、和 功率，見表4。表4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p2/MPa進(jìn)油腔壓力 pi/MPa輸入流量q"(L/mi n)輸入功率 p/kW計(jì)算式快進(jìn)起動(dòng)ii33R=00.225-Pi=(F+A2 a p)/(A 1-A2) qv =(AiA)v 1

8、P=pqv加速732P2=pi+ A p(A p=0.5MPa)0.591-恒速5670.55817.590.164工進(jìn)272330.83.2430.330.018Pi=(F+pA)/A 1 qv =Av2 P=pqv快退起動(dòng)1133巨=00.253-Pi=(F+p2A0/A 2 qv =Av3 P=pqv加速7320.51.225-恒速5681.18815.670.31據(jù)此繪出工況圖，如下圖所示nu _u組合機(jī)床液壓缸工況圖五、液壓系統(tǒng)圖的擬定（1）液壓回路的選擇首先選擇調(diào)速回路。由工況圖中的一些曲線得知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)的功 率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，可采用進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式。

9、為 解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路在孔鉆通時(shí)的滑臺(tái)突然前沖現(xiàn)象，回油路上要設(shè)置背閥 由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流速度的方式，系統(tǒng)中油液的循環(huán)必然是開始的。從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)，液壓缸交替 地要求油源提供低壓、大流量和高壓、小流量的油液。最大流量與最小流量之 比約為53,而快進(jìn)快退所需的時(shí)間ti和工進(jìn)所需的時(shí)間t2分別為t 1=（ l i/v i） +（ 13/v 3） =8.57st 2 =1 2/v 2=171.5s亦即t2/t i=20。因此，從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度上來看，采用單個(gè)定量泵作為油油源顯然是不合適的，宜選用國比較成熟的產(chǎn)品一一雙聯(lián)式定量葉片泵作為油源，如下

10、圖所示。么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。在本 系統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動(dòng)連接，所以它的快進(jìn)快退換向回路應(yīng)采用下圖所 示形式。再次是選擇速度環(huán)換接回路。由工況圖得知，當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，輸 入液壓缸的流量由17.59L/min降到0.33L/min ,滑臺(tái)速度變化較大，宜選用二 位二通行程閥來控制速度換接，以減小液壓沖擊，如下圖所示。由于工作壓力低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。當(dāng)滑臺(tái)由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快 退時(shí)，回路過的流量很大。為了保證換向平穩(wěn)起見，可采用電液換向閥式 換接回路。由于這一回路要實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)連接，換向閥必須是五通的。最后再考慮壓力控制回路。系統(tǒng)的調(diào)

11、壓問題已在油源中解決。對于卸荷問 題，如采用中位機(jī)能為丫型的三位換向閥來實(shí)現(xiàn)，就不須再設(shè)置專業(yè)的元件或 回路。（2）液壓回路的綜合把上面選出來的各種回路組合畫在一起，就可以得到下圖所示的形狀。將 此圖仔細(xì)檢查一遍可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)圖形在工作中還存在問題，必須進(jìn)行如下修 改和整理：1）為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)圖中進(jìn)油路、回油路相互接通而無法建立壓力的問題，必須在液動(dòng)換向回路中串聯(lián)一個(gè)單向閥，將工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路、回油路隔斷2）為了解決滑臺(tái)快速前進(jìn)時(shí)回油路接通油箱而無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的 問題，必須在回油路上串聯(lián)一個(gè)液控順序閥，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油 箱。3）為了解決機(jī)床停止工作時(shí)系統(tǒng)中的油液流回油箱，導(dǎo)致

12、空氣進(jìn)入系統(tǒng)， 從而影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的出口處增設(shè)一個(gè)單向 閥。4）為了便于系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出快速退回信號起見，在調(diào)速閥輸出端須增設(shè)一個(gè) 壓力繼電器。5）如果將順序閥和背壓閥的位置對調(diào)一下，就可以將順序閥與油源處的卸 荷閥合并。經(jīng)過這樣一番修改、整理后的液壓系統(tǒng)在各方面都比較合理、完善 了。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，即要現(xiàn)的動(dòng)作順序?yàn)椋簡?dòng)一一加速一一，快進(jìn)一一減 速工進(jìn)快退停止。則可得住液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表 5所示。表中“ +”號表示電磁鐵通電或行程閥壓下；“-”號表示電磁鐵斷電或行程閥復(fù)位表5電磁動(dòng)作表動(dòng)作1YA2YA行程閥快進(jìn)+-工進(jìn)+-+快退-+停止-六、液壓元件

13、的選擇液壓泵液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.243MPQ如取進(jìn)油路上的總壓力損失為 0.8MPa,壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為 0.5MPa,則最小流量泵的最大工作壓力為P pi = (3.243+0.8+0.5) MPa = 4.543MPa大流量泵是在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液壓缸輸油的，由工況圖可知，快退時(shí)液壓 缸中的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，取進(jìn)油路上的總壓力損失為0.5MPa,貝氏流量泵的最高工作壓力為P p2 = (1.188+0.5 ) MPa = 1.688MPa兩個(gè)液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為17.59L/min ,若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%古計(jì)，則

14、兩個(gè)泵的總流量應(yīng)為q Vp =1.1 X17.59L/mi n=19.35L/mi n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0.33L/min，所以小流量泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為 3.33L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取PV2R12型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為 6mL/r，大泵的排量為17mL/min。若取液壓泵的容積效率為0.9，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速為940r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為q vp = (6+17)>940X).9/1000L/min =19.458L/min由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這相當(dāng)于液壓泵輸出壓力1.

15、688MPa流量20L/min時(shí)的情況。如取雙聯(lián)葉片泵的總效率為 0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)所需要的功率為P =p pqp/ n p= (1.688 >20/60 >0.75 ) kW =0.75kW根據(jù)此數(shù)據(jù)值查閱電機(jī)產(chǎn)品目錄，最后選定Y90L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kW,額定轉(zhuǎn)速為910r/min。(2)閥類元件及輔助元件根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，可 選出這些元件的型號及規(guī)格，如表 6所示。表6元件的型號及規(guī)格序號元件名稱估計(jì)通過的流量/(L/mi n)規(guī)格型號額定流量qn/(L/mi n)額定壓力R/MPa1過濾器20XU-25

16、>200256.182雙聯(lián)葉片泵PV2R1216.5+3.5143溢流閥3.5YF3-E10B63164單向閥16AF3-Ea10B63165壓力表開關(guān)KF3-E3B 3 測點(diǎn)166順序閥16XF3-E10B63167背壓閥<1YF3-E10B63168單向閥24AF3-Ea10B63169單向閥36AF3-Ea10B631610三位五通電液閥3635DYF3Y-E10B801611單向閥36AXQF-E10B631612調(diào)速閥<1AXQF-E10B61613行程閥44AXQF-E10B631614壓力繼電器PF-B8C14油管各元件間連接管路的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓

17、缸進(jìn)、出油管則 按輸入、排出的最大流量計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后，液壓缸在各個(gè)階段 的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，見表7.表7液壓缸進(jìn)、出流量快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/mi n)qv 1=(Aqp)/(A 1-A2)=(95X20)/(95-44.77)=37.83qv 1=0.33qv 1 =qvp=20排出流量/(L/mi n)qv =(A2qv1)/A 1=17.83qv=(A2qv1)/A 1=0.16qv=(Aq1)/A 2=42.44運(yùn)動(dòng)速度/(m/mi n)V1=qvp/(A 1-A2)=3.98V1=qv1/A 1=0.035V=qv1/A2=4.47根據(jù)這

18、些數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取 3m/min時(shí)，計(jì)算液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管徑為d =2 xV 37.83 X106) / 蟺 XBX103>60mm=16.4mmd' =2xV(20X06) / 蟺XBXO3X5Omm=11.9mm因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標(biāo)準(zhǔn)選用公稱通徑為18和12的無縫鋼管或高壓軟管。(4) 油箱油箱容積按式 V = E w進(jìn)行估算。E為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)取24;中壓系統(tǒng)取57;高壓系統(tǒng)取612。qvp為液壓泵的額定流量。經(jīng)計(jì)算后得油箱的容 積為140L,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值 V =120L。七、液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算(1)回路壓力損失驗(yàn)算由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個(gè)回路的壓力損失無法估算，截止 型閥類元件對壓力損失所造成的影響可以在有關(guān)設(shè)計(jì)手冊中查得，供調(diào)定系統(tǒng) 中某些壓力值時(shí)參考，這里估算從略。( 2)油液溫升驗(yàn)算工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例達(dá)95%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)時(shí)的情況來計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為3Po =p