液壓及氣壓課程設(shè)計(jì)--專用銑床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、 合肥工業(yè)大學(xué)液壓與氣動(dòng)課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2 0 1 3年 7月 2 0日 合肥工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè) 計(jì)題 目專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成績(jī)主要內(nèi)容某臺(tái)專用銑床，驅(qū)動(dòng)銑頭的電動(dòng)機(jī)功率為7.5kw，銑刀（盤形）直徑為120mm，轉(zhuǎn)速為350r/min。假定工作平臺(tái)重量為4×103N，工件和夾具的最大重量為1.5×103N，工作臺(tái)行程為400mm，其中快進(jìn)行程300mm，工進(jìn)行程100mm；快進(jìn)速度為4.5m/min，工進(jìn)速度為0.061m/min，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速（減速）時(shí)間為0.05s，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌，其

2、靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fu=0.1，試設(shè)計(jì)銑床的液壓系統(tǒng)。指導(dǎo)教師意見簽名： 200 年 月 日目錄摘 要2一設(shè)計(jì)目的、要求及題目3設(shè)計(jì)的目的3設(shè)計(jì)的要求3（3）設(shè)計(jì)題目3二負(fù)載工況分析41. 工作負(fù)載42. 摩擦阻力43. 慣性負(fù)荷4三繪制負(fù)載圖和速度圖5四初步確定液壓缸的參數(shù)61 初選液壓缸的工作壓力。62計(jì)算液壓缸尺寸。63液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值如下表7五制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)圖91選擇液壓基本回路92組成系統(tǒng)圖10六選擇液壓元件111確定液壓泵的容量及電動(dòng)機(jī)功率11控制閥的選擇113確定油管直徑124確定油箱容積12七 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算

3、12 液壓系統(tǒng)的效率12 液壓系統(tǒng)的溫升13八、液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)1. 液壓集成回路設(shè)計(jì) 2. 液壓集成塊及其設(shè)計(jì)3. 集成塊基塊的設(shè)計(jì)致謝14參考文獻(xiàn)14摘 要 液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng)液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作。完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。所以像我們這樣的大學(xué)生學(xué)習(xí)和親手設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)是非常有意義的。一設(shè)計(jì)目的、要求及題目設(shè)計(jì)的目的 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是本課程的一個(gè)綜合實(shí)踐

4、性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1.鞏固和深化已學(xué)知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題能力； 2.正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3.熟悉并會(huì)運(yùn)用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對(duì)學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。設(shè)計(jì)的要求1.設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維修方便。如果可以用簡(jiǎn)單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)

5、性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；2.獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可以收集、參考同類機(jī)械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡(jiǎn)單地抄襲；3.在課程設(shè)計(jì)的過程中，要隨時(shí)復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。4.液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；5.液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份； 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖一張（3號(hào)圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表）。（3）設(shè)計(jì)題目 一臺(tái)

6、專用銑床的銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率N= 7.5KW ，銑刀直徑D=120mm，轉(zhuǎn)速n=350rpm，工作臺(tái)重量G1=4000N，工件及夾具重量G2=1500N，工作臺(tái)行程L=400mm，（快進(jìn)300mm，工進(jìn)100mm）快進(jìn)速度為4.5m/min，工金速度為601000mm/min，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加速（減速）時(shí)間t=0.05s，工作臺(tái)用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1。設(shè)計(jì)其液壓控制系統(tǒng)。二負(fù)載工況分析1. 工作負(fù)載2. 摩擦阻力3. 慣性負(fù)荷查液壓缸的機(jī)械效率，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表表1所示：表1 液壓缸各階段的負(fù)載情況工況負(fù)載計(jì)算公式液壓缸負(fù)載液壓缸推力

7、/N啟動(dòng)11001222.22加速1390.981545.53快進(jìn)550611.11工進(jìn)3960.464400.51快退550611.11三繪制負(fù)載圖和速度圖根據(jù)工況負(fù)載和以知速度和及行程S，可繪制負(fù)載圖和速度圖，如下圖（圖1、圖2）所示：圖1(負(fù)載圖)圖2（速度圖）四初步確定液壓缸的參數(shù)1 初選液壓缸的工作壓力。查各類液壓設(shè)備常用工作壓力初選，2計(jì)算液壓缸尺寸。選用差動(dòng)液壓缸，無桿腔與有桿腔的有效面積為；回油路上有背壓閥或調(diào)壓閥，取背壓;回油管路壓力損失。按JB218377取標(biāo)準(zhǔn)值 D=50mm活塞桿的直徑為：由此求得液壓缸的實(shí)際有效工作面積3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計(jì)算值

8、如下表2所示：表2 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工況負(fù)載回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)1222.2212.7加速1545.5321.27恒速611.1111.564.330.08工進(jìn)4400.51826.51.960.120.086快退啟動(dòng)1222.2212.2加速1545.5325.24恒速611.1115.914.50.119五、制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖1. 制訂液壓回路方案油源型式及壓力控制 工況圖表明，系統(tǒng)的壓力和流量均較小，故可采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單定量泵供油油源和溢油閥調(diào)壓方案，如圖3-10所示。調(diào)速回路 銑床加工零件時(shí)，有順銑和逆銑兩種工作狀態(tài)

9、，故選用單向調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路（見圖3-11）。由于已選用節(jié)流調(diào)速回路，故系統(tǒng)必然為開式循環(huán)。換向回路與快速運(yùn)動(dòng)回路及換接方式 換向回路選用三位四通“O”型中位機(jī)能的電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)退和停止（見圖3-12）。采用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)連接（見圖3-13）。由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度無特殊要求，故采用行程控制方式即活動(dòng)擋塊壓下電氣行程開關(guān)，控制換向閥電磁鐵的通斷電以及死擋鐵即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向和速度換接。輔助回路 在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔；出口設(shè)一單向閥以保護(hù)液壓泵，在該單向閥與液壓泵之間設(shè)一壓力表及其開關(guān)，以便液壓閥調(diào)壓和觀測(cè)（見圖3

10、-14）。在制定各液壓回路方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所組成的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-15所示。由電磁鐵動(dòng)作順序表（圖中附表）容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動(dòng)路線。圖4為所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖。工況電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA快進(jìn)+_工進(jìn)+_+快退_+ +工作臺(tái)停止_六選擇液壓元件1確定液壓泵的容量及電動(dòng)機(jī)功率液壓泵的工作壓力和流量計(jì)算。進(jìn)油路的壓力損失取，回路泄露系數(shù)取，則液壓泵的最高工作壓力和流量為：根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)查泵的產(chǎn)品目錄，選用型定量葉片泵。（）確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率。由工況圖表明，最大功率出現(xiàn)在快退階段，液壓泵總效率0.75,則電動(dòng)機(jī)功率為：控制閥的選擇根據(jù)泵的工作壓力和通過各閥的實(shí)際流

11、量，選取各元件規(guī)格，如表所示。格表3 各元件的規(guī)格序號(hào)元件名稱最大通流量/（L/min）型號(hào)規(guī)格1 定量葉片泵2溢流閥Y10B 3三位四通電磁閥34D10B4單向調(diào)速閥QI10B5二位三通電磁閥23D10B6過濾器XUB3確定油管直徑進(jìn)出液壓缸無桿腔的流量，在快退和差動(dòng)工況時(shí)為，所以管道流量按計(jì)算。取壓油管流速，取內(nèi)徑為的管道。吸油管的流速，通過流量為，則，取內(nèi)徑為管道。確定管道尺寸應(yīng)與選定的液壓元件接口處的尺寸一致。4確定油箱容積七 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)的效率 （經(jīng)計(jì)算，）取泵的效率，液壓缸的機(jī)械效率，回路效率為： 當(dāng)工進(jìn)速度為時(shí)， 當(dāng)工進(jìn)速度為時(shí)， 液壓系統(tǒng)的溫升（只驗(yàn)算系統(tǒng)在工進(jìn)

12、時(shí)的發(fā)熱和溫升）定量泵的輸入功率為： 工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)發(fā)熱量為： 取散熱系數(shù)，油箱散熱面積時(shí)， 計(jì)算出油液溫升的近似值： ，固合理。八、液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 1. 液壓集成回路設(shè)計(jì) 1）把液壓回路劃分為若干個(gè)單元回路，每個(gè)單元回路一般由三個(gè)液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回路T，這樣的的單元回路稱為液壓?jiǎn)卧苫芈?。設(shè)計(jì)液壓?jiǎn)卧苫芈窌r(shí)。優(yōu)化選用通用液壓集成回路，以減少集成塊設(shè)計(jì)工作量，提高通用性。 2）把各液壓元件回路連接起來，組成液壓集成回路。一個(gè)完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向控制回路、調(diào)速回路、頂蓋、及測(cè)壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設(shè)計(jì)完

13、成后，要和液壓回路進(jìn)行比較和分析工作原理是否相同；否則說明液壓集成回路出了差錯(cuò)。 2.液壓集成塊及其設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)圖確定各液壓元件集成安裝位置，劃分為底板、方向調(diào)速塊、壓力塊、和頂蓋四部分。由四個(gè)緊固螺栓連接起來，再由四個(gè)螺釘緊固在液壓油箱上，液壓泵通過油管與底板連接，組成液壓站，液壓元件分別固定在集成塊上，組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)。 （1）底板及供油塊設(shè)計(jì) 其作用是連接集成塊組，液壓泵供應(yīng)的壓力油由底板引入各集成塊，液壓系統(tǒng)回路油及泄露經(jīng)底板引入液壓油箱冷卻沉淀。 （2）頂蓋及測(cè)壓塊設(shè)計(jì) 是封閉主油路，安裝壓力表來觀察液壓泵及系統(tǒng)各部分工作壓力。設(shè)計(jì)頂蓋時(shí)要充分利用頂蓋的有效空間，也可把測(cè)壓回

14、路、卸荷回路以及定位夾緊回路等布置在頂蓋上。 （3）集成塊設(shè)計(jì) 若液壓?jiǎn)卧蓧K回路中液壓元件較多或者不好安排時(shí)，可以采用過渡板把閥與集成塊連接起來。 集成塊設(shè)計(jì)步驟： 1）制作液壓元件樣板。方法與油路板相同。 2）決定通道孔徑。由液壓泵流量決定，直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定?？着c孔之間的連接孔（即工藝孔）用螺塞在集成塊表面堵死。與液壓油管連接的液壓油孔可采用米制細(xì)牙螺紋或英制管螺紋。 3）集成塊上液壓元件的布置。把制作好的液壓元件樣板放在集成塊各視圖上進(jìn)行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應(yīng)以連接板為準(zhǔn)。 電磁閥應(yīng)布置在集成塊的前后面上，要避免電磁換向閥兩端的電磁鐵

15、與其他部分相碰。液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為好。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d范圍，否則要鉆中間孔道。集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)互相垂直，不然也要鉆中間孔道。 設(shè)計(jì)專用集成塊時(shí)，要注意其高度應(yīng)比裝在其上的液壓元件的最大橫向尺寸大2mm，以避免上下集成塊的液壓元件相碰，影響集成塊緊固。 4）集成塊上液壓元件布置程序。電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄漏孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道孔分三層進(jìn)行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液

16、壓元件可有上下左右移動(dòng)一段距離。 5）集成塊零件圖的繪制 集成塊的六個(gè)面都是加工面，其中三個(gè)側(cè)面要裝液壓元件，一個(gè)側(cè)面引出管道。塊內(nèi)孔道縱橫交錯(cuò)、層次多，需要多個(gè)視圖和兩三個(gè)剖視圖才能表達(dá)清楚?？紫档奈恢镁纫筝^高，因此尺寸、公差及表面粗糙度應(yīng)標(biāo)注清楚，技術(shù)要求也應(yīng)說明。集成塊的視圖比較復(fù)雜，視圖應(yīng)盡可能少用虛線表達(dá)。 為了便于檢查和裝配集成塊，應(yīng)把單向集成回路圖和集成塊上液壓元件布置簡(jiǎn)圖繪制在旁邊。而且應(yīng)將各孔道編號(hào)，列表說明各個(gè)孔的尺寸、深度以及與哪些孔徑相交等情況。 3.集成塊基塊的設(shè)計(jì)其作用是連接集成塊組，液壓泵供應(yīng)的壓力油由底板引入各集成塊，液壓系統(tǒng)回路油及泄露經(jīng)底板引入液壓油箱冷卻沉淀。集成塊基塊結(jié)構(gòu)見零件圖系統(tǒng)圖基塊局部 基塊三維圖致謝 一個(gè)星期的時(shí)間，課程設(shè)計(jì)終于完成了。在這個(gè)過程中我對(duì)書本有了更深的了解，學(xué)到了很多有價(jià)值東西，能達(dá)到這樣的效果是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！ 感謝我的室友及班級(jí)好友，因?yàn)橛心銈兊膸椭业恼n