液壓與氣壓傳動課程設(shè)計范例

1、液壓與氣壓傳動課程設(shè)計說明書院 系:專 業(yè):班 級:姓 名:學(xué) 號:指導(dǎo)老師:目錄一、設(shè)計題目3二、負載分析42.1 負載與運動分析42.2 負載圖和速度圖的繪制4三、設(shè)計方案擬定 63.1 選擇液壓基本回路 73.2 組成液壓系統(tǒng)原理圖73.3 系統(tǒng)圖的原理8四、參數(shù)計算84.1 液壓缸參數(shù)計算84.2 液壓泵的參數(shù)計算 124.3 電動機的選擇 12五、元件選擇145.1 確定閥類元件及輔件 145.2 油管的選擇145.3 油箱容積的確定15六、液壓系統(tǒng)性能驗算 156.1 驗算系統(tǒng)壓力損失156.2 驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 17七、小結(jié)18八、參考文獻18液壓與氣壓課程設(shè)計任務(wù)書題目：臥式

2、單面多軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計姓名 黃一鳴 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化班級 0985 學(xué)號 200913090504指導(dǎo)老師胡竟湘 鐘定清一、基本任務(wù)及要求：一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床，動力滑臺的工作循環(huán)是：快進一工進一快退-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;滑臺移動部彳總質(zhì)量為510kg;加、減速時間為 0.2s ;采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2 ,動摩擦系數(shù)為0.1 ,;快進行程為 200mm 工進彳T程為 100mm 快進與快退速度相等，均為 3.5m/min, 工進速度為 3040mm/min。工作時要求運動平穩(wěn)，且可隨時停止運動。試設(shè)計動力

3、滑臺的液壓系統(tǒng)。課程設(shè)計時間為一周，其具體要求為：1）液壓系統(tǒng)原理圖（圖中應(yīng)附有液壓元件明細表，各執(zhí)行元件的動作順序工作循環(huán)圖和電器元件動作順序表）；2）液壓缸裝配圖一張（A1）;3）液壓缸活塞零件圖一張（A3）; 4）設(shè)計計算說明書一份。二、進度安排及完成時間：1 .宣布設(shè)計任務(wù)，明確課題任務(wù)及要求，收集閱讀有關(guān)設(shè)計資料0.5天2 .液壓與氣壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算：1天1）液壓與氣壓系統(tǒng)工況分析和負載計算；2）執(zhí)行元件主要參數(shù)的計算與確定;3 ）液壓系統(tǒng)方案的確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂;4）液壓元件的計算和選擇、液壓系統(tǒng)性能的驗算；3.詳細設(shè)計：2.5天12）液壓缸裝配圖設(shè)計及零件圖設(shè)計4 .撰

4、寫設(shè)計、計算說明書0.5天5 .設(shè)計總結(jié)和答辯0.5天、負載分析2.1 負載與運動分析1 .工作負載：工作負載即為軸向切削力Ff=240002 .摩擦負載：摩擦負載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力 Ffs=0.2 >5100=1020.動摩擦阻力 Ffd=01 X 5100=5103.慣性負載:取重力加速度g 則有移動部件質(zhì)量為m=510kg,Fm=MC ' + 會=510 X3.5 -600.2=148.75N=149N取刀=0.95 。啟動：-=1020NFt=F/r =1020/0.95=1073.7N力口速： ' =1次 +需=1020+149=1169NFt=F/

5、 r =1169/0.95=1230.5N快進：一 l'，：=510NFt=F/工進：:二：=1020+25800=245100N快退：及：、'；=510NFt=F/r =510/0.95536.8NFt=F/ r =245100/0.95=25800Nr =510/0.95=536.8N表1液壓缸各階段的負載和推力（液壓缸的機械效率取刀=0.95 ）工況負載組成液壓缸負載F/N液壓缸推力(Ft)F/ ri啟動10201073.7加速11691230.5快進510536.8工進F = F fd + 年24510025800快退510536.8注：不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用2

6、.2負載圖和速度圖的繪制負載圖按表1中所示數(shù)據(jù)繪制，如下圖1所示圖1負載循環(huán)圖速度圖按如下已知數(shù)值繪制快進速度"1與快退速度”3分別為：v1=v2=3.5/min快進行程：L1=200mm工進行程：L2=100mm快退行程：L3=L1+L2=300mm工進速度：v2=0.030.04m/min速度圖如下圖2所示圖2速度循環(huán)圖三、設(shè)計方案擬定1:確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在 回路上加背壓閥，初定背壓值 R=0.8Mpa.2選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)動作循環(huán)要求正向

7、快進和工作，反向快退，且快進快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接，無桿腔面積 A等于有桿腔面積A的 二倍。3:快速運動回路和速度換接回路根據(jù)運動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油二種快速運動回路來實現(xiàn)快速運動。即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉(zhuǎn)為工進。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，且能實現(xiàn)自動化控制，由工作臺的行程開 關(guān)控制，管路較簡單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液壓順序閥與單向閥來切 斷差動油路。因此速度換接回路為行程閥與壓力聯(lián)合控制形式。4:換向回路的選擇本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴格的要求，所以選

8、用電磁換想閥的換向回路。為便于實現(xiàn)差動連接，所以選用三位五通電磁換向閥。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵鐵和壓力繼電器的行程終點返程控制。5:組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述選出的液壓基本回路組合在一起，并根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如圖4-1所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進口處，背 壓閥和液壓缸無桿腔進口處設(shè)置測壓點，并設(shè)置多點壓力表開關(guān)。這樣只需一個 壓力表即能觀測各點壓力圖2-1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表2-2所示1Y2Y3Y快進+-工進+-+快退-+-停止-表2-2電磁鐵動作順序表四、參數(shù)計算（一）液壓缸參數(shù)計算1:初選液壓缸的工作壓

9、力,所設(shè)計的動力滑臺在工進時負載最大，在其他工況負載都不太高，參考表2和表3初定液壓缸的工作壓力 P=40M05Pa。表2按負載選擇工作壓力、負裁/KN<551010 2020 3030 50>50工作壓力p/MPa<0.8 11.5 22.5 33445>5表3液壓常用設(shè)備的工作壓力設(shè)備類型機床農(nóng)業(yè)機械或 中型工程機 械液壓機、重型 機械、起重運 輸機械磨床組合機 床龍門 刨床拉床工作壓力p/MPa0.8 2352881010 1820 322:確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸要求動力滑臺的快進，快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M時采用差動連接，并取無桿腔有效

10、面積 Ai等于有桿腔有效面積A 2的二倍即Ai =2 A 20為了防止在鉆孔鉆通時滑臺突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，按表8-2,初選背壓閥Pb =8 M05Pa?？爝M時液壓缸雖然作差動連接，但是由于油管中有壓降A(chǔ)P存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取AP =5Mi05Pa?？焱藭r回油腔中有背壓，這時 Pb也可按5M105Pa估算。表4執(zhí)行元件背壓的估計值系統(tǒng)類型背壓力P/MPa中、低壓系統(tǒng)08MPa簡單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5 0.8回油路帶背壓閥0.5 1.5采用帶補液壓泵的閉式回路0.8 1.5中高壓系統(tǒng)816MPa同上比中低壓系統(tǒng)

11、局50%-100%高壓系統(tǒng)1632MPa如鍛壓機械等初算時背壓可忽略不計由前面的表格知最大負載為工進階段的負載F=25800N按此計算Ai.則A =25800= 71% io、？液壓缸直徑1 515RPb40 108 102 24 A 4 71.7D = .= . cm = 95.5mmV JI V H由 A1 =2 A 2 ,可知活塞桿直徑 Dr5d , d=0.707D=0.707 >95.5mm=67.55mm按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封裝置。圓整后得D=100mm d=70mm按標準直徑算出A =D2 = 102cm2

12、 = 78.54cm244222222A2 = (D2 -d2) = (102 - 702)cm2 = 40.05cm2 44按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qm in =0.05 l /min ,因工進速度 V=0.03m/min為最小速度,則有3Aqmin0.05 1022A =2 cm = 16.67cmVmin0.03 10A=78.54cm2> 16.67cm2,滿足最低速度的要求。3:計算液壓缸各階段的工作壓力，流量和功率根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力，流量和功率，在計算工進時背壓按Pb=8X05

13、Pa代入，快退時-5背壓按R=5M0 Pa代人計算公式和計算結(jié)果于下表中表3-1 :液壓缸所需的實際流量，壓力和功率工作循環(huán)F進油壓力P回油壓力Pb所福"itM q輸入功率PNPaPaL/minkw差F +APA2P =A1 -A2P=536.8N -+0.5Mpa x 40.05 cm278 .54 cm 2i 口0.05 cm2Pb = Pj + P5=11.65X0q=V(A1-A2)q=3.5m/min xP= PjqP= 6.65 M05Pa>13.475 L/min動快進536.8=6.65 X05 Pa(78.54cm2 - 40.05cm2)=13.475 L/

14、min=0.149 kw工進25800P=F +PbA2 Ai2P = 25800+0.8Mpa x40.05cm2 7854cm2=36.9 M05 Pa5Fb=8 >10 Paq=VAq=0.03m/min x78.54cm2=0.314 L/minP=PqP=36.9M05pa >0.314 L/min=0.0193 kw快退536.8f F 十 PbAP =A2 2 P = 536.8N +0OMpa x78.54cm 240.05cm=11.2 M05 Pa5Pb=5 >10 Paq=VAq=3.5m/min x 240.05cm=14.0 L/minP=PqP=1

15、1.2M05 Pa >14.0 L/min=0.2613 kw注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失P=5xio5Pa,而Pb=Pj + AP02:快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為 Pj,無桿腔回油，壓力為Pb.退時回油腔中有背壓，這時Pb也可按5M105Pa估算.0.6653.69100 go 血 L/mm1.12各階段壓力圖13,4750.314100200300 L/mm14.0各階段流量圖P/KWt0.1490,0193100 woo mg L/mm0.2613液壓缸的工況圖(二)液壓泵的參數(shù)計算由表3-1可知工進階段液壓缸工作壓力最大，若取進油路總壓力損失EA

16、P=5M05 Pa,壓力繼電器可靠動作需要壓力差為 5X05Pa,則液壓泵最高工作壓力 可按式下式算出Pp = P1 + EAP+5X105 =(36.9+5+5) X105 Pa=46.9X105 Pa因此泵的額定壓力可取 Pr >1.25 >46.9 M05Pa=58.625M05Pa由表3-1可知，工進時所需流量最小是0.314/min ,設(shè)溢流閥最小溢流為2.5L/min。取泄露系數(shù)K=1.1，則小流量泵的流量應(yīng)為qp1 >(1.1 >0.314+2.5)L/min=2.8454L/min快進快退時液壓缸所需的最大流量是14.0L/min ,則泵的總流量為qp

17、=1.1 X4.0L/min=15.4L/min即大流量泵的流量 qp2 之qp -qp1=15.4-2.8454=12.5546L/min 。根據(jù)上面計算的壓力和流量，并考慮液壓泵存在容積損失，查液壓元件及選用，選用YB1-10/2.5型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為 6.3MPa.額定轉(zhuǎn)速為 1450r/min.（三）電動機的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量q p1 =（3.625 x10 & /60）m3 / s=0.060 黑 10 m3 / s, 大泵流量qp2 =（14.5Ml0，/60）m3/s=0.242父10,m3/s。差動快進，快退時兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進

18、時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計算三個階段所需的電動機功率P。1:差動連接差動快進時，大泵2的出口壓力經(jīng)單向閥11與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2,三位五通閥3,二位二通閥4進入液壓缸大腔，大腔的壓力p, =Pj =6.65>d05Pa,由樣本可知，小泵的出口壓力損失4 P1 =4.5M05Pa,大泵出口到小泵的壓力損失AP2 =1.5M105Pa。于是計算得小泵的出口壓力5Pp1 = 11.15 父 10 Pa （總效率。1 =0.5）,大泵出 口壓力 Pp2 =12.65M105Pa（總效率刀2=0.5）.p _ Pp1q1.PP2q21 ii12電動機功率：= 746.1w1.

19、115 106 0.060 104 1.265 106 0.242 10”0.50.52:工進考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差P1=5M105Pa。壓力繼電器可靠動作需要壓力差 肛 =5M105Pa因此工進時小泵的出口壓力P pi = PlPlP 2546 .910 Pa.而大泵的卸載壓力取Pp2 =2M05Pa. pt-（小泵的總效率2=0.565,大泵總效率 L=0.3）電動機功率:,Pp1q1 . PP2q2P1 一1X125346.5 100.06 100.565532 100.242 10 的二八/=655.3W0.33:快退類似差動快進分析知：小泵的出口壓力Ppi =Ri=15.7M05

20、Pa（總效率，=0.5）,大泵出 口壓力 R2=i7.2M05Pa（總效率 L=0.51）.電動機功率:_ _53c Pp1q1PP2q215 .7 100.06010Pi = -=1120.517 .2 1050.24210- = 1004 .5W0 .51綜合比較，快退時所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y90S-4異步電動機，電動機功率1.1KWZ額定轉(zhuǎn)速1400r/min 。五、元件選擇1：確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件的實際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔助規(guī)格如下表所示。其中溢流閥12按小流量泵的額定流量選取。 過濾器按液壓泵額定流量的2倍選取吸油用線隙式

21、過濾器。表中序號與系統(tǒng)原理 圖的序號一致。表五：液壓元件明細表序元件名稱最大通型號備注價格廠家號過流星/L.min -11雙聯(lián)葉片泵19YB1-10/2.5查液壓元件及選用表 2-58CLAIR昌林生產(chǎn) 廠家900元2單向閥19I-25B查液壓元件及選用表 4-146CLAIR昌林生產(chǎn)廠家50元3三位五通電磁閥3835D63BY查液壓元件及選用表 4-170CCLAIR昌林生產(chǎn)廠家630元4二位二通電磁閥3822D1-63BH查機械設(shè)計手冊單行本表20-7-1645調(diào)速閥3.82Q-10H8查機械設(shè)計手冊單行本表20-7-1246壓力繼電器DP1-63B查液壓元件及選用表 4-967單向閥19

22、I-25B查液壓元件及選用表 4-1468液控順序閥0.16XY-25B查液壓元件及選用表 4-819背壓閥0.16B-10B查機械設(shè)計手冊單行本表20-7-8410液控順序閥（卸載用）12XY-25B查液壓元件及選用表 4-8111單向閥12I-25B查液壓元件及選用表 4-14612溢流閥4Y-10B查液壓元件及選用表 4-14CLAIR昌林生產(chǎn) 廠家110元13過濾器38XU-B32>100查液壓元件及選用表 5-1714壓力表開關(guān)K-6B2:油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進快退時，油

23、管內(nèi)通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍達 38L/min ,液壓缸進、出油管 直徑由下表可知。為統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有油管均為內(nèi)徑15mm外徑19mm勺10號冷拔管。3:油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的57倍，現(xiàn)取7倍，故油箱容積為V=(7 M9)L=133L六、液壓系統(tǒng)性能驗算(一)壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整1:工進時的壓力損失驗算和小流量泵壓力的調(diào)整工進時管路中的流量僅為0.314L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計。這時進油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，Pi =5 Ml05Pa回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流

24、量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工 進時的液壓缸的工作壓力Pi加上進油路壓差A(yù)Pi,并考慮壓力繼電器動作需要， 則Pp = P +5x105Pa= （36.9+5+5） X105Pa=46.9M05Pa即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。2:快退時的壓力損失驗算和大流量泵卸載壓力的調(diào)整因快退時，液壓缸無桿腔的回油量是進油量的2倍，其壓力損失比快進時的要大，因此必須計算快退時的進油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。由于系統(tǒng)管路布局尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)。現(xiàn)取進，回油路管道長為l=1.8m,油管直徑d=15X10，m 通過的流量為進油路 qi

25、=19L/min=0.317 M0 m3/s ,回油路q2 =38L/min=0.633 M0&m3/s ,油的運動粘度取 v=1.5cm2/s ,油的密度p =900kg/m3,液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。（1）確定油流的流動狀態(tài)按式（2-19）經(jīng)單位換算為c vd “41.2732q .4Re= 10 = 10dv式中v平均流速（m/s）;D 油管內(nèi)徑（m） ；v油的運動粘度（cm3/s）q通過的流量（m3 /s ）則進油路中的液流雷諾數(shù)為1.2732 0.317 10 - ,c4R e1 =3 10179 ：- 230015 10- 1.5回油路中的液流雷諾數(shù)為e21.2

26、732 0.633 10315 101.53104 ： 358 :二 2300由上可知，進油路中的流動都是層流。（2）沿程壓力損失匯&P 由式（2-33）可算出進油路和回油路的壓力損失。34q14 0.317 10在進油路上，流速 v =2 =2t = 1.79m/s二 d3.14 1510則壓力損失為22丁 .64 l v64 1.8 900 1.795)12 Pl =3 =0.62 10 Pa月 R1d 2179M15父10 父2在回油路上，流速為進油路流速的 2倍即V=3.58m/s則壓力損失為£ P .264 l :v264 1.8 900 3.582Re2 d 2.

27、 _3_358 15 1021.24 1 05 Pa（3）局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失，通過各閥的局部壓力損失按式（1-39）計算，結(jié)果于 表五中。表六：閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量qn/L.min 1實際通過的流量q/L.min 1額定壓力損失pn0105Pa）實際壓力損失即/（父105 Pa）單向閥2251620.82三位五通電磁6316/3240.26/1.03閥3單向閥11251241.03二位二通電磁閥4633241.03注：快退時經(jīng)過三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同若取集成塊進油路的壓力損失 APji=0.3

28、M05Pa,回油路壓力損失為 如上2 =0.5 X105Pa,則進油路和回油路總的壓力損失為 5£ 8 =£ 町1 +£二 +由1= (0.62+0.82+0.26+0.46+0.3 ) xi05Pa=2.46X105Pap P2=£ Ap#+£ Ap.： + Ap2= (1.24+1.03+1.03+0.5 ) xi05Pa =3.26 >105Pa前面已算出快退時液壓缸負載 F=536.8N;則快退時液壓缸的工作壓力為P 1=(536.8+E AP2A1)/ A2 =(536.8+3.26 M05 >78.54 X10")/40.05 乂104Pa=7.733 X105 Pa可算出快退時泵的工作壓力為Pp = P 1+E Ap1 =(7.733+2.46)M05Pa =10.193 M05