雙頭專用車床液壓系統(tǒng)設計

1、目錄一、 設計任務 21、 課程設計題目22、課程設計任務 錯誤！未定義書簽。二、 液壓回路工況分析 41、導程摩擦阻力 42、慣性力43、工作負載54、液壓缸密封摩擦阻力 5三、 液壓系統(tǒng)主要參數計算 81、預選系統(tǒng)設計壓力 82、計算液壓缸主要結構尺寸 83、單個液壓缸需求的最大流量 104、其他工作階段的壓力、流量和功率 10四、 制定方案，擬定液壓系統(tǒng)圖 111、制定液壓回路方案 112、合成液壓系統(tǒng)圖123、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件 14(1) 液壓泵的選擇14(2) 控制元件的選擇 15五、液壓缸設計1、液壓缸結構的擬定 182、液壓缸主要幾何尺寸的計算 193、液壓缸的結構圖20

2、六、設計總結22七、參考文獻設計任務1、課程設計題目某廠欲自行設計制造一臺專用車床，用于壓縮機連桿兩端長軸頸的車削加工。根據加工工件尺寸較長的特點，擬采用的加工工藝方案為：工件固定，刀具旋轉并進給。車床主要由床身布有相互平行的 V形導軌和平導軌各一條（見圖1-1）和左右兩個車削動力頭組成，其 總體布局如圖2-2所示。工件裝夾于床身中部。兩個獨立的動力頭，通過機械傳動帶動主軸 及刀具旋轉實現車床的主運動；進給運動要求采用液壓缸實現，即在床身上安裝兩個液壓缸，使其活塞桿與各動力頭下部相連，通過液壓缸往復運動驅動動力頭實現車床的進給運動。車床加工工件時，車削動力頭的進給工作循環(huán)為：快進t工進t快退t

3、停止。已知：移動部件重約是G= 15kN ;各車削動力頭的最大切削進給抗力（軸向力）估值為Fe= 10kN;主切削力（切向力）Fz= 35kN。要求動力頭的快速進、退速度相等，V仁Vmax=3m/min ;錯誤！未找到引用源。工進速度無級調整范圍為 V2=錯誤！未找到引用源。.021 m/min.導軌的靜、動摩擦 因數分別為 錯誤！未找到引用源。s=0.2;錯誤！未找到引用源。d=0.1。（2）配置執(zhí)行元件根據車床的總體布局及技術要求，選擇缸筒固定的單桿活塞缸作為驅動車削動力頭實現進給 運動的液壓執(zhí)行元件。不必進行運動分析。故僅對液壓缸作 液壓缸的受力簡圖如圖 1-2所（3）工況分析由于動力頭

4、的快速進退及工作進給階段的速度已給定， 動力分析，即通過分析計算，確定液壓缸總的最大外負載。 示。1 2 3456 7 8圖1-1車床總體布局示意圖1, 8 一車削動力頭；2, 7 一主軸；3, 6 一連桿軸頸;4 一夾具；5 一工件（連桿）;9 一導軌；10 一床身圖1-2車床液壓缸受力分析計算參數類別參數值參數類別參數值取大仃程0.4m軸向載何Fe=10KN工進速度范圍0.021.0m/min軸向載何Fz=35KN快進，快退速度3m/min動摩擦系數fd=0.1移動部件重G=15KN靜摩擦系數fs=0.2題目要求：1驅動裝置：雙作用單出桿活塞缸，頭部用間隙式緩沖，尾部用可調緩沖。2安裝方式

5、：缸前，后蓋采用法蘭連接，用切向支座與機架固定，活塞桿移動。3控制方式：用行程閥快進與工進速度的換接。設計要求：1進行工況分析與計算，繪制工況圖（包括速度圖與負載圖）。2. 擬定液壓系統(tǒng)原理圖，選擇標準液壓元件，繪制電磁鐵動作循環(huán)表3. 進行液壓缸設計計算，圖紙繪制。上交材料：1. 設計說明書一份。2. 液壓系統(tǒng)原理圖一張3. 液壓缸裝配圖及部分零件圖一套液壓回路工況分析1、導程摩擦阻力車床工進階段的導軌受力見圖2-2,取摩擦因數fd=1，可算得動摩擦阻力Ffd1為=G Fzf G Fzd 2'sin23(15+3加“ 01106036JFfd1 ：23(15+3加 10仙.90sin

6、 -車床空載快速進退階段啟動時，導軌受靜摩擦阻力3=15 10CLsin22 sin45 =3621NFfs作用，區(qū)靜摩擦因數 f s=0.2，算得加速階段和恒速階段的動摩擦阻力為Ffd2 號1 G 2 sin 2315 1030.1o.1廿1811N2、慣性力取速度變化量". =1.2m/min =0.02m/s，啟動時間 t = 0.2s。算得故慣性力3G "15 漢 100.02, “10153NF i g t 9.810.23、工作負載液壓缸拖動車削動力頭進給時的工作負載為切削抗力Fe，已知 F e =1°kN。4、液壓缸密封摩擦阻力作用于液壓缸活塞上密封

7、阻力，用下式估算F mF =(1 n ) fF m 7cm，F e式中-液壓缸機械效率，0.90 0.95。cmcm取0.90，算得啟動時得靜密封摩擦阻力cm3Fm(1 - cm)Fe(1 -0.90) 10 10 -1000N恒速時的動密封摩擦阻力估取為靜密封摩擦阻力的30%，即 F 30% F ，即mdms ?Fmd=30%Fms=300N。2-1和2-2，液壓缸的將上述計算過程綜合后得到的各工作階段的液壓缸外負載結果列于表 負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖見圖2。表2-1車削動力頭液壓缸外負載計算結果工況夕卜負載F/N計算公式結果快進啟動F F fs + F ms4621加速G AvF =Ffd

8、x A+ +Fmd11g At12264恒速F _ F fd 2 + F md2111工進F = F e + F fd1 + F md16336表2-2車削動力頭液壓缸外負載計算結果工況外負載F/N計算公式結果快退啟動F F fs * F ms4621加速G Av匚=匚+ X+匚FF fd2F md11g At 12264恒速F F fd2 * F md2111圖2液壓缸的負載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖由表2-1和表2-2可以看出，最大負載出現在工進階段，其最大值為F max二16336N .液壓系統(tǒng)主要參數計算1、預選系統(tǒng)設計壓力本車床屬于半精加工機床，負載最大時為慢速工進階段，其他工況時載荷都不大

9、，參考表3表3- 1按主機類型選擇設計壓力主機類型設計壓力/MPa說明機床精加工機床0.8 2當壓力超過32MPa時，稱為超高壓壓力半精加工機床35龍門刨床28拉床810農業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機 構10 16液壓機、大中型挖掘機、重型機械、起重運輸機械20 22地址機械、冶金機械、鐵道車輛維護機械、 各類液壓機具等25 100預選液壓缸的設計壓力 Pi=3MPa °2、計算液壓缸主要結構尺寸為了滿足動力頭快速進退速度相等的要求并減小液壓泵的流量，將缸的無桿腔作為主公作腔，并在快進時 差動連接,則液壓缸無 桿腔與有桿 腔的有效面 積a與A應滿足A=2A2,即活塞桿直徑d和

10、液壓缸內徑 D間應滿足d=0.71D ° 為了提高動力頭的工作平穩(wěn)性，給液壓缸設置一定回油背壓。表3-2液壓執(zhí)行元件的背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調速系統(tǒng)0.2 0.5回油帶背壓閥調整壓力一般為0.51.5回油路設流量調節(jié)閥的進給 系統(tǒng)滿載工作時0.5設補油泵的閉式系統(tǒng)0.8 1.5高壓系統(tǒng)初算時忽略不計參考表表3 2，暫取背壓0.3MPa,上已取液壓缸機械效率 H屮=0 9，則可算得液壓缸無桿腔的有效面積n（Pj衛(wèi)2）cm 12163360.360.9 （3） 1062= 63.69 10一務2從而得液壓缸內徑D = 100mm = 10cm。學=J

11、4 63.攀10 = 0.091m=91mm按GB/T 2348-1993，將液壓缸內徑圓整為因 氏二2A2，故活塞桿直徑為d =0.71D =0.71 100 =71mm按GB/T 2348-1993，將活塞桿直徑圓整為 J二70mm二7cm .則液壓缸有效實際面積為2兀 2兀乂4n2A 盲 D= 78.5cm兀22 兀222A?蔦（D d）蔦（10 7 "40.04cm2A =A<A 38.46cm由于動力頭的最低工進速度很低，故需按A-d （式 3-1）V min對缸的結構尺寸進行檢驗：將調速閥的最小穩(wěn)定流量qmin =50mL/min和活塞最小代入式3- 1，算得進給速

12、度 min = 0.02m/min = 2cm/minqmin 5022 二 25cmmin結果表明活塞面積可滿足最低穩(wěn)定速度的要求。差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無桿腔壓力P1，其差值估取.: p = p - p =0.5MPa，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時.: p = 0 ;另外,取快退時的回油壓力損失為0.6MPa。從而算得液壓缸在工進階段的實際工作壓力- p a216336642 A20.340.046二 2.47 10 Pa 二 2.47MPacm 0.90IU 4 IUPl _A 78.5 10它正是系統(tǒng)工作循環(huán)中的最高壓力。3、單個液壓缸需求的最大流量液壓缸

13、最大流量發(fā)生在快退階段，算得單個液壓缸的最大流量qi為23q1max = A?' max =4°.°4 3 10 "201%口/口" =12.012L/min4、其他工作階段的壓力、流量和功率其他由下表可見，快退階段工作時，輸入功率最大，其值為P1max = 594W.工作 階段計算公式負載F/N回油腔 壓力p/MPa工作腔 壓力p/MPa單缸輸入流量q/（L/mir）輸入 功率R/W啟 動LA2p46211.32快 進加速cm廿A22641.671.17恒速q 二 As21111.631.1311.53217P產 Piq工進n +P2A2P =

14、nAiq = An 2P產 Piq163360.32.470.1577.856.35318快 退啟動加速恒速n +P2Ap _ cm46211.28Pi Aq = A2jP產 Piq22640.61.8021110.61.7612.01352四、制定方案，擬定液壓系統(tǒng)圖1、制定液壓回路方案a. 調速方式與油源方案?？紤]到切削進給傳動功率不是很大，低速時穩(wěn)定性要求較高；加 工期間負載變化較大，故采用限壓式變量閥供油和調速閥聯(lián)合的容積節(jié)流調速方案，且 快進時液壓缸差動鏈接，以滿足系統(tǒng)高壓小流量和低壓大流量的工況特點，從而提高系 統(tǒng)效率，實現節(jié)能，調速閥設置在進油路上，通過調節(jié)通流面積實現液壓缸及其

15、拖動的車削動力頭的車削進給調速度大??；通過分別調整兩個調速閥可使兩個車削動力頭獲得較高同步精度。b. 方向控制方案。由于系統(tǒng)流量不是太大，故選用三位五通“0”形中位機能的電磁換向 閥作主換向閥；本機床加工的軸頸長度尺寸無特殊精度要求，故采用行程控制即活動擋 塊壓下電器行程開關，控制換向閥電磁鐵的通斷電來實現自動換向和速度換接。通過兩 個電磁鐵換向閥的通斷組合，可實現兩個車削動力頭的獨立調節(jié)。在調整一個時，另一個應停止。c. 速度換接方案。快進和和工進的速度換接由二位二通行程閥和遠控順序閥實現，以簡化 油路，提高換接精度。工進時進右路和回油路的隔離采用單向閥實現。d. 背壓與安全保護。為了提高液

16、壓缸及其驅動的車削動力頭的運動平穩(wěn)性，在液壓缸工進 時的回油路上設置一溢流閥，以使液壓缸在一定的背壓下運行。為了保證整個系統(tǒng)的安 全，在泵出口并聯(lián)一溢流閥，用于防止過載。e. 輔助回路方案。在液壓泵入口設置吸油過濾器，以保證油液的清潔度；在液壓泵出口設 置壓力表及多點壓力表開關以便于個壓力閥調壓時的壓力觀測。2、合成液壓系統(tǒng)圖將上述各液壓回路方案進行綜合即可組成專用車床的液壓系統(tǒng)原理圖， 圖中附表是電磁鐵及 行程閥的狀態(tài)表。以左側動力頭及液壓缸 21 為例說明其工作原理。a 快進 按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電使換向閥 13 切換至左位。由于快進時負荷較小， 系統(tǒng)壓力不高，故順序閥 9 關

17、閉，變量泵 2 輸出最大流量。此時，液壓缸 21 為差動連 接，動力頭快進。西戎的油液流動路線如下。進油路：變量泵 2宀換向閥13 （左位行程閥 19 （下位液壓缸 21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?21有桿腔t換向閥13 （左位單向閥11行程閥19 （下位液壓缸21 無桿腔。b 工進 當動力頭快速前進到預定位置時，動力頭側面的活動擋塊壓下行程閥19，動力頭開始車削工件。此時系統(tǒng)壓力升高，在順序閥 9 打開的同時，限壓式變量泵 2 自動減小 其輸出流量，以便與調速閥 17 的開口相適應。系統(tǒng)中油液流動路線如下。進油路：變量泵換向閥13 （左位調速閥 17t液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?21有桿腔

18、t換向閥13 （右位順序閥 9t溢流閥（背壓閥油箱。c 快退 在動力頭工作進給到預定位置觸動行程開關 SQ1 時，給出動力頭快退信號，電磁 鐵 1YA 斷電， 2YA 通電，換向閥 1 3切換至右位，此時系統(tǒng)壓力下降；變量泵2的流量又自動增大，動力頭實現快退。系統(tǒng)中油液的流動路線如下。進油路：變量泵 2t換向閥13 （右位）t液壓缸 21有桿腔?；赜吐罚鹤兞扛?1無桿腔t單向閥15t換向閥13 （右位）t油箱。d.動力頭原位停止 當動力頭快退回到原位時，活動擋塊壓下終點行程開關SQ3,是電磁鐵1YA和2YA均斷電，此時換向閥 13操至中位，液壓缸 21兩腔封閉，動力頭停止運 動，變量泵 2 實

19、現高壓小流量卸荷。待卸下加工好的工件，裝好待加工工件后，系統(tǒng)開始下一工作循環(huán)。圖4- 1專用車床液壓系統(tǒng)原理圖I. 過濾器.2.液壓泵 3.電動機 4、7、8.溢流閥5.壓力表開關 6. 壓力表 9、10順序閥II、12、15、16.單向閥17、18.調速閥 19、20行程閥 21. 液壓缸 22. 油箱表4 1專用車床液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥狀態(tài)表工件電磁鐵和行程閥狀態(tài)1YA2YA3YA4YA行程閥19行程閥20快進+一一+下位下位工進+一一+上位上位快退一+一上位上位等待一一一一下位下位3選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件(1)液壓泵的選擇由表可以查得液壓缸的最高工作壓力出現在工進階段，即p1=：2.

20、47MPa，此時的輸入流量較小，泵至缸間的進油路壓力損失估取為.-： p =0.6MPa。則泵的最高工作壓力卩戸為p =2.47 0.6 =3.07MPa在兩車削頭同時快退時，需要的總流量為q =2 q=2 12.01L / min = 24.02L / min2 max1max取漏液系數k = 1.1，則液壓泵的流量為= kq =1.1 24.02= 26.42L / min根據系統(tǒng)所需流量，擬初選限壓式變量液壓泵的轉速為n=1450r/min，泵的容積效率= 0.88 ,可算得泵的排量參考值為v1000qv 100076.42 “ c g- =20.70mL / rVg n V 1450

21、0.88根據以上計算結果查手冊，選用規(guī)格相近的YBX-B30M 型限壓式變量葉片泵，其額定壓力為6.3MPa，排量為V=30mL/r,泵的額定轉速為 n= 1500r/min，容積效率取=0.88，倒推V算得泵的額定流量為qP=Vn V=30 疋 1500漢 0.88= 39.6L / min與系統(tǒng)所需流量基本符合。該系統(tǒng)選用變量泵，故應分別計算快速空載與工進速度最大時所需的功率, 值選取電機功率。最大工進速度所需流量為按兩者中的較大兀 2n2q=一n 、/=X/l H 江 1 = 7.85L /minmax 4 D Vmax 410選取泵的總效率為0.8，則工進所需最大功率為6-32.477

22、.8521010 = 808W 二 0.808kW6098_° Ppq maxPw=2 V由表可知，快速空載時，液壓缸的總負載F=2264N，此時，液壓泵的工作壓力為Pp%二4 22粵 0.5=1.1MPa二 70空載快速時，液壓泵所需的驅動功率為6_3Pwi = 907W =0.907kWPpQp 1.1 10 39.6 10n6028v因為pw : pw1，故應按空載快退速度時所需功率選取電機。查設計手冊，選用 Y系列(IP44)中規(guī)格相近的 Y90L-4-B5型立式三相異步電動機，其額 定功率1.5kW，轉速為1400r/min。用此轉速驅動液壓泵時，變量泵的實際輸出流量分別為

23、q =Vn v = 30 1400 0.88=36.96L/min 26.24L/min = qp，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。(2 )控制元件的選擇查產品樣本所選擇的元根據系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量, 件型號規(guī)格如表所列。表5-1專用車床液壓系統(tǒng)主要元件的型號規(guī)格序號名稱通過流量/ (L/min )額定流量/ (L/min )額定壓力/MPa工作 壓力 /MPa型號1過濾器36.963原始壓力 損失<0.02一XU-63 X80J2限壓式變量葉片泵36.949.36.33.07YBX-40B4先導式溢流閥36.9636.33.9YF3-10B5六點壓力表

24、開關一一6.33.9K-6B6壓力表一一測量范圍0403.9Y-407、8直動式溢流閥4.8102.50.3P-B10B9、10遠控順序閥4.86.33.6XY-10B11、12單向閥16.22256.33.071-25B13、14三位五通電磁換向閥26256.33.0735D-25B15、16單向閥26636.31-63B17、18調速閥<10106.32.47Q-10B19、20行程閥19.461006.32.4722C-25BHf 液壓輔件的計算與選擇本系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，故取經驗系數5，得油箱容量為V ' qp = 5 49.3 二 246.5L管件尺寸由選定的標準元件油口

25、尺寸確定。所選擇的過濾器、壓力表及壓力表開關的型號規(guī)格見表5 1五液壓缸設計5.1液壓缸結構的擬定采用雙作用單出活塞缸作為執(zhí)行元件。選擇碳鋼作為缸筒材料缸前端與機架，底座與缸體，缸體與缸套，缸體與后蓋均采用法蘭連接。采 用后端可調緩沖，前端間隙式緩沖。后端由一個單向閥與一個節(jié)流閥構成，端蓋 底座和法蘭間采用螺栓連接，共采用 8個螺栓。根據活塞中間支撐環(huán)大約10mm兩邊各向外擴展12mm安放一對丫型密封環(huán), 丫型密封環(huán)寬度12mm再兩邊各向外取5mm活塞軸向長度為以上長度之和?；?塞與缸筒間采用丫型密封圈密封，端蓋與活塞間采用 丫型密封圈密封。5.2液壓缸主要幾何尺寸的計算1. 活塞內徑D的計算。根據上面的計算，取 D=100mm d=0.7D=70mm。2. 缸筒材料的選擇要求與端蓋成法蘭焊接的缸筒，所以選擇35鋼3. 壁厚的選擇選材料為碳鋼；=150D=100Py =1.25P =1.25 2.47100二 7.65mm(150I 150 -1.73 1.25 2.47?。?8mm D仁D 2