仿形銑床液壓夾具液壓系統(tǒng)設計

西安航空職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 PAGE38仿形銑床液壓夾具液壓系統(tǒng)設計摘要本論文是MCP-1000數(shù)控仿行銑床液壓夾具液壓系統(tǒng)的設計。在現(xiàn)代化的生產中，減少停工檢修期是提高生產力、使生產能力利用系數(shù)最大化的一項重要因素，然而零件加工過程中的精確定位和裝夾的重復精度也是改進效率和質量的關鍵。使用液壓夾具的主要優(yōu)勢是能節(jié)省夾緊和松卸工件時所花的大量的時間，只需要通過控制油路的通斷就可實現(xiàn)夾具的完整的順序動作控制。本論文第一章介紹了機床夾具和液壓技術的相關知識；第二章到第五章是液壓系統(tǒng)的具體設計計算；第六章是對液壓系統(tǒng)主要性能的估算。關鍵詞：數(shù)控仿形銑床、液壓夾具、液壓系統(tǒng)AbstractThisthesisisMCP-1000thenumberscontroltoimitatetogoamillerliquidtopressatongsliquidtopresssystemofdesign.Inthemodernizationoftheproduction,reduceceaseworkcheck'sfixingtoexpectisanimportantfactorwhichraisesproductivityandmakestheproductionabilitymakeuseofcoefficienttomaximize,howeverthesparepartsprocesstheaccuratefixedpositionintheprocessandpacktoclipofrepeatedtheaccuracyisalsothekeywhichimprovesefficiencyandquality.Themainadvantagewhichusesaliquidtopresstongsiscansavetocliptightlywithlooseunloadaworkpiecespendofagreatdealoftime,whichneedstopasscontroloilroadbreakandthencancarryouttongsofintegrityofinproperorderctioncontrol.Thisthesischapter1introducedtoolmachinetongsandliquidtopresstechnicalrelatedknowledge;Chapter2'sarrivingchapter5istheconcretedesigncalculationthattheliquidpressessystem;Chapter6pressesthesystemmainfunctiontoestimatetotheliquid.Keywords:ThenumbercontrolstoimitateformmillerTheliquidpressestongsTheliquidpressessystem前言液壓傳動是以流體作為工作介質對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。液壓技術滲透到很多領域，不斷在民用工業(yè)、在機床、工程機械、冶金機械、塑料機械、農林機械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應用和發(fā)展，而且發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內的一門完整的自動化技術?，F(xiàn)今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。如發(fā)達國家生產的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術。近年來，我國液壓氣動密封行業(yè)堅持技術進步，加快新產品開發(fā)，取得良好成效，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術產品。北京機床所的直動式電液伺服閥、杭州精工液壓機電公司的低噪聲比例溢流閥（擁有專利）、寧波華液公司的電液比例壓力流量閥（已申請專利），均為機電一體化的高新技術產品，并已投入批量生產，取得了較好的經濟效益。北京華德液壓集團公司的恒功率變量柱塞泵，填補了國內大排量柱塞泵的空白，適用于冶金、鍛壓、礦山等大型成套設備的配套。天津特精液壓股份有限公司的三種齒輪泵，具有結構新穎、體積小、耐高壓、噪聲低、性能指標先進等特點。榆次液壓件有限公司的高性能組合齒輪泵，可廣泛用于工程、冶金、礦山機械等領域。另外，還有廣東廣液公司的高壓高性能葉片泵、寧波永華公司的超高壓軟管總成、無錫氣動技術研究所有限公司為各種自控設備配套的WPI新型氣缸系列都是很有特色的新產品。通過對液壓系統(tǒng)的設計，使我們對液壓缸的結構，液壓元件的選擇，液壓回路有了更深刻的理解，同時也使我們對液壓系統(tǒng)甚至一般機械系統(tǒng)的設計有了初步的了解。由于編者的知識水平有限，加上時間短促，有不足的地方，請給于批評指正。目錄1緒論 51.1文獻綜述 51.1.1機床夾具 51.1.2液壓夾具 61.1.3機床夾具的發(fā)展方向 71.2液壓技術簡介 81.2.1液壓技術的優(yōu)點 91.2.2液壓技術的缺點 101.2.3液壓技術的發(fā)展 102液壓缸各部分尺寸計算和結構設計 122.1液壓系統(tǒng)已知條件 122.1.1對液壓系統(tǒng)的要求 122.1.2液壓系統(tǒng)設計參數(shù) 122.2計算液壓缸的主要結構尺寸 122.2.1壓桿穩(wěn)定性校核 142.3液壓缸結構設計 142.3.1缸體缸的連接形式 142.3.2活塞桿與活塞的連接結構 152.3.3活塞與活塞桿處密封選用 152.3.4液壓缸的緩沖裝置 162.3.5液壓缸的排氣裝置 163液壓系統(tǒng)主要參數(shù)分析計算 173.1工況分析 173.1.1液壓缸載荷的組成與計算 173.2初選系統(tǒng)工作壓力 184液壓元件的選擇 194.1液壓泵工作壓力的確定 194.1.1確定液壓泵的流量qp 194.2計算液壓缸所需流量 204.2.1液壓缸工作時所需流量 204.2.2選擇液壓泵規(guī)格 204.2.3電動機的選擇 214.2.4液壓閥的選擇 214.2.5確定油管尺寸 224.2.6確定油箱容積 235擬定液壓系統(tǒng)回路 235.1調速方案擬定 235.1.1進油節(jié)流調速回路 245.1.2回油節(jié)流調速回路 245.1.3旁路節(jié)流調速 255.2方向控制回路擬定 265.3液壓動力源選擇 275.4液壓系統(tǒng)的組合 276液壓系統(tǒng)主要性能估算 276.1液壓系統(tǒng)壓力損失 286.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 31結束語 34謝辭 35參考文獻 361緒論液壓傳動是利用密封系統(tǒng)中的受壓液體來傳遞運動和動力的一種傳動方式。液壓傳動與機械傳動相比，具有許多優(yōu)點，所以在機械設備中，液壓傳動是廣泛采用的傳動方式之一。1.1文獻綜述在機床行業(yè)中，液壓傳動應用較為普遍，如磨床、車床、拉床、銑床、刨床、沖床、組合機床、數(shù)控機床、仿形機床和自動線等。具體在機床的進給系統(tǒng)、夾具中最為廣泛。其他如龍門刨床的滑枕等都有應用。1.1.1機床夾具機床夾具：在機床上用來固定加工對象，使之占有正確加工位置的工藝裝備，稱機床夾具，以后簡稱夾具。機床夾具有保證加工精度；提高勞動生產率、降低成本；降低工人勞動強度；擴大機床的使用范圍等特點。機床夾具按特點和夾緊動力源等的不同可以分為通用夾具、專用夾具、手動夾具、液壓夾具等。具體夾具的分類見圖1-1。圖1-1機床夾具的分類1.1.2液壓夾具傳統(tǒng)的機械夾具在松開和夾緊工件時都要費力的用扳手旋擰螺母和移動壓板。然而液壓夾具只需要通過控制油路的通斷就可實現(xiàn)夾具的完整的順序動作控制。有關統(tǒng)計資料表明液壓夾緊相比機械夾緊節(jié)省90%~95%的時間，縮小了生產循環(huán)周期，從而增加了產量也就意味著降低了成本。見表1-1例子的成本比較，采用液壓夾具不僅單件成本降低19.26元，而且完成時間由兩年縮短至18個月。表1-1液壓夾具與機械夾具的比較參數(shù)液壓夾具機械夾具產品數(shù)量60000件60000件原材料成本/單價250.00元250.00元設備成本/小時1500.00元1500.00元夾具體成本3000.00元50000.00元零件數(shù)量/單個夾具體4件4件裝卸時間20秒240秒加工時間720秒720秒勞動力成本/小時30.00元30.00元單件成本統(tǒng)計原材料250.00元250.00元設備77.00元100.00元夾具5.00元0.80元勞動力（8小時1班）單件總成本333.54元352.80元液壓夾具系統(tǒng)的第二項重要特點是可實現(xiàn)非常高的定位精度。關鍵在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變。從而確保了同一道工序下的加工質量一致性，即提高重復精度，故此由于變形造成的廢品率將會微乎其微。成批零部件的互換性也會達到理想的指標。然而這一點幾乎是機械夾具無法做到的。在針對無法設定剛性支撐或加工薄壁零件時，液壓輔助支撐是最佳的選擇。它可以在任意的位置對工件產生支撐力，起到輔助定位的作用，尤其對于非加工表面的支撐定位更是非它莫屬，有力的解決了困擾我們的過定位問題。液壓夾具的第三個優(yōu)勢就是最適合加工零件擺放緊湊和采用手動夾緊時空間受限制的場合，這是流體控制得天獨厚的優(yōu)勢。這就可以實現(xiàn)多個零件在一個夾具體上同時裝夾和加工。圖1-2鋼球增力液壓夾具液壓夾具的工作原理與液壓系統(tǒng)的工作原理相似，以鋼球增力液壓夾具（圖1-2）為例。圖1-2所示為雙鋼球增力機構與無桿液壓缸組成的液壓夾具，其工作原理是：當換向閥在圖示位置，壓力油通往液壓缸左腔，活塞向右運動，置于活塞中部孔中的鋼球推動在其右上方的鋼球向上運動；其右上方的鋼球以輸出力F推動夾具上的夾緊元件來對工件進行夾緊。當換向閥切換至右位工作時，活塞向左運動，使工件松動。由此可見，液壓夾具有許多地方都優(yōu)越與機械夾具，因此廣泛應用于機床中及大批量的現(xiàn)代化的生產中。1.1.3機床夾具的發(fā)展方向夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。一、高精隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler（戴美樂）公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2～5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。二、高效為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1～2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。三、模塊、組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。四、通用、經濟夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經濟性好。德國demmeler（戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經濟實用才有推廣應用的價值。1.2液壓技術簡介液壓傳動是以液體為工作介質，利用壓力能來驅動執(zhí)行機構的傳動。以機床工作臺為例說明液壓傳動系統(tǒng)的原理（圖1-3）。 圖1-3機床工作臺液壓系統(tǒng)原理圖電動機驅動液壓泵從油箱中吸油，將油液加壓后輸入管路。油液經開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞而使工作臺向右移動。這時液壓缸右腔的油液經換向閥和回油管流回油箱。1.2.1液壓技術的優(yōu)點液壓技術與機械傳動、電氣傳動等具有以下優(yōu)點：（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊；（2）能在給定范圍內平穩(wěn)的自動調節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調速；

（3）換向容易，在不改變電機旋轉方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉和直線往復運動的轉換；

（4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制；

（5）由于采用油液為工作介質，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；

（6）操縱控制簡便，自動化程度高；

（7）容易實現(xiàn)過載保護。液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置等等；船舶用的甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。1.2.2液壓技術的缺點由于液壓傳動存在過程中的能量損失等因素，因此液壓傳動也具有其不足的地方：（1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔；

（2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高；

（3）液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術水平；

（4）用油做工作介質，在工作面存在火災隱患；

（5）傳動效率低。總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。1.2.3液壓技術的發(fā)展從前面介紹液壓技術的特點可以看出，液壓技術的發(fā)展前景十分廣大。液壓技術是實現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制的關鍵技術之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。世界液壓元件的總銷售額為350億美元。據統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機械工業(yè)產值的2%~3.5%，而我國只占1%左右，這充分說明我國液壓技術使用率較低，努力擴大其應用領域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動技術具有獨特的優(yōu)點，如:液壓技術具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現(xiàn)直線運動等優(yōu)點；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結構簡單等優(yōu)點，并易與微電子、電氣技術相結合，形成自動控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動技術廣泛用于國民經濟各部門。但是近年來，液壓氣動技術面臨與機械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機床、中小型塑機已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。其主要原因是液壓技術存在滲漏、維護性差等缺點。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術的優(yōu)點，克服缺點，注意和電子技術相結合，不斷擴大應用領域，同時降低能耗，提高效率，適應環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術繼續(xù)努力的永恒目標，也是液壓氣動產品參與市場競爭是否取勝的關鍵。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面。

（1）減少損耗，充分利用能量

液壓技術在將機械能轉換成壓力能及反轉換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：減少元件和系統(tǒng)的內部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負荷傳感系統(tǒng)、二次調節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。

（2）泄漏控制

泄漏控制包括：防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染和外部環(huán)境對系統(tǒng)的侵害兩個方面。今后，將發(fā)展無泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復合化的元件和系統(tǒng)，實現(xiàn)無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭，電機油泵組合裝置等。無泄漏將是世界液壓界今后努力的重要方向之一。

（3）污染控制

過去，液壓界主要致力于控制固體顆粒的污染，而對水、空氣等的污染控制往往不夠重視。今后應重視解決：嚴格控制產品生產過程中的污染，發(fā)展封閉式系統(tǒng)，防止外部污染物侵入系統(tǒng)；應改進元件和系統(tǒng)設計，使之具有更大的耐污染能力。同時開發(fā)耐污染能力強的高效濾材和過濾器。研究對污染的在線測量；開發(fā)油水分離凈化裝置和排濕元件，以及開發(fā)能清除油中的氣體、水分、化學物質和微生物的過濾元江及檢測裝置。

（4）主動維護

開展液壓系統(tǒng)的故障預測，實現(xiàn)主動維護技術。必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強專家系統(tǒng)的開發(fā)研究，建立完整的、具有學習功能的專家知識庫，并利用計算機和知識庫中的知識，推算出引起故障的原因，提出維修方案和預防措施。要進一步開發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，開發(fā)液壓系統(tǒng)自補償系統(tǒng)，包括自調整、自校正，在故障發(fā)生之前進行補償，這是液壓行業(yè)努力的方向。

（5）新材料、新工藝的應用

新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液壓的發(fā)展引起新的飛躍。為了保護環(huán)境，研究采用生物降解迅速的壓力流體，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介質替代礦物液壓油。鑄造工藝的發(fā)展，將促進液壓元件性能的提高，如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內部流動，減少壓力損失和降低噪聲，實現(xiàn)元件小型化。2液壓缸各部分尺寸計算和結構設計MCP-1000數(shù)控仿行銑床主要用于加工直線成形面（如盤形凸輪、曲線樣板）和立體成形面（如鍛模、壓模、葉片及螺旋槳的曲面）。仿形精度可達0.01~0.02mm,靈敏性好，靠模接觸力小，壽命長。2.1液壓系統(tǒng)已知條件2.1.1對液壓系統(tǒng)的要求根據仿行銑床設備液壓夾具工作要求，設計一液壓系統(tǒng)。要求該液壓系統(tǒng)具有節(jié)能及保壓功能，同時具有安全保護功能，即在液壓系統(tǒng)壓力在17Kg/cm2時，該設備電氣控制系統(tǒng)鎖死，設備不能工作。2.1.2液壓系統(tǒng)設計參數(shù)活塞直徑80mm,液壓缸輸出最大力3080N,工作壓力3MPa。2.2計算液壓缸的主要結構尺寸液壓缸主要設計參數(shù)如圖（2—1）圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b為活塞桿工作在受拉狀態(tài)。A1A2V1dDFWP2圖（a）P1A1A2V1dDFWP2P1圖（b）圖2—1液壓缸主要設計參數(shù)活塞桿受壓時F==P1A1－P2A2活塞桿受拉時F==P1A2－P2A1式中A1=—無桿腔活塞有效作用面積（m2）A2=—有桿腔活塞有效作用面積(m2)P1—液壓缸工作腔壓力（Pa）P2—液壓缸回油腔壓力（Pa）即背壓力，其值根據回路具體情況而定初算時可參考表2—1取值，差動連接時另行考慮。D—活塞直徑（m）d—活塞桿直徑（m）表2—1執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調速系統(tǒng)0.2～0.5回油路帶調速閥的系統(tǒng)0.4～0.6回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)0.5～1.5用補油泵的閉式回路0.8～1.5回油路較復雜的工程機械1.2～3回油路較短，且直接回油箱不忽略不計本設計方案取背壓力為0.5MPa。一般液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為A1=試用上式須事先確定A1和A2的關系或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關系，令桿徑比φ=d/D可按表2—2、2—3選取表2—2按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa≤5.05.0～7.0≥7.0d/D0.55～0.550.62～0.700.7表2—3按速比要求確定d/DV1/V31.461.612d/D0.550.620.7本設計方案取φ=d/D=0.7因為D=80mm,所以d=56mm。當工作速度很低時，還必須按最低速度要求驗算液壓缸尺寸A≥式中A—液壓缸有效工作面積(m2)qmin—系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量（m2/S）在節(jié)流調速中取決于回路中所設調速閥的最小穩(wěn)定流量，容積調速中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量Vmin—運動機構要求的最小工作速度（m/s）從液壓元件手冊中查qmin=0.05L/minVmin為0.3mA==16.7cm2而有桿腔有效作用面積為25.62cm2無桿腔有效作用面積為50.24cm2故A＜A1＜A2滿足穩(wěn)定性要求2.2.1壓桿穩(wěn)定性校核因為行程與活塞桿直徑比L/d＞10時需要做壓桿穩(wěn)定性驗算，已知活塞在液壓缸里的移動不超過10kg，所以取L=180mm，==3.21<10故不需要做壓桿穩(wěn)定性校核，活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。2.3液壓缸結構設計2.3.1缸體缸的連接形式由于要求設計的結構較為簡單故采用對焊方式，如圖2-4圖2-42.3.2活塞桿與活塞的連接結構活塞桿與活塞的連接有幾種常見的連接方式，分整體式結構和組合式結構，組合式結構又分為螺紋連接，半環(huán)連接和錐銷連接。本設計方案采用螺紋式連接：該連接方式加工容易應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸如圖2—5圖2-52.3.3活塞與活塞桿處密封選用活塞桿處密封圓形有O型、Y型、V型和YX型密封圓等。為了清除活塞桿處外露部分沾附的飛塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側增加防塵圈，常用的有無骨架防塵圈和j型橡膠防塵圈，也可用毛氈圈防塵，活塞及活塞桿處的密封圈選用、應根據密封部位使用壓力，溫度，運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。如圖2-6，2-7圖2-6圖2-72.3.4液壓缸的緩沖裝置液壓缸帶動工作部件運動時，固運動的質量較大，速度高，則在到在行程終點時會產生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產生機械碰撞，為防止此現(xiàn)象發(fā)生，在行程末端，設置緩沖裝置。由于本設計方案的液壓回路中使用回油調速，故在時油時，回油路上有背壓，所以不會產生沖動現(xiàn)象，進油穩(wěn)定，既在設計液壓缸是緩沖裝置可以省略。2.3.5液壓缸的排氣裝置對于運動速度穩(wěn)定性要求較高的機床液壓缸和大型液壓缸，則需要設置排氣裝置，如排氣閥等。排氣閥一般安裝在液壓缸兩端的最高處，雙作用液壓缸需設兩個排氣閥，當液壓缸需要排氣時，打開相應的排氣閥，空氣連同油液過錐部縫隙和小孔排出缸外，直至連續(xù)排油時（不易氣）就將排氣閥關閉。如圖2-8圖2-83液壓系統(tǒng)主要參數(shù)分析計算3.1工況分析通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)各執(zhí)行的參數(shù)提供依據。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。3.1.1液壓缸載荷的組成與計算液壓缸的載荷包括三種類型（1）工作載荷Fg常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞運動方向相同為負，相反為正。本設計中Fg=3080N。（2）導軌摩擦載荷Ff由于本設計中的液壓系統(tǒng)中無需導軌，故在此不做考慮（3）慣性載荷FaFa=ma=式中g—重力加速度(g=9.8m/s2)△V—速度變化量（m/s）△t—起動或制動時間（s）一般機械△t=0.1–0.5s，對載低速運動部件取小值，對重載高速部件取大值，行走機械一般取△V/△t=0.5—1.5m/s2以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷Fw起動加速時Fw=Fg+Ff+Fa穩(wěn)態(tài)運行時Fw=Fg+Ff減速制動時Fw=Fg+Ff-Fa工作載荷Fa并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則Fg=0除外載荷外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力Fm。由于各種缸口密封材質和密封形成不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為：Fm=(1-ηm)F式中ηm—液壓缸的機械效率，一般取0.90—0.95F=由于機床本身的質量就很大，而液壓缸所占部分質量對整體的影響不大，故在本設計中慣性載荷部分可以忽略不計。由于無加、減速運行，本設計中Fw=Fg=3080N，故F==因為液壓夾具對液壓缸的密封性能要求較高，相對而言密封阻力應取大值，本設計取ηm=0.95所以F===3242N故作用于活塞桿的載荷為3242N。3.2初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據載荷的大小和設備的類型而定，還要考慮到執(zhí)行元件的裝配空間，經濟條件及元件供應情況的限制，在載荷一定的情況下，工作壓力低，要加大執(zhí)行元件的結構尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經濟，反之，壓力選得太高，對泵缸，閥等元件的材質，密封制造精度也要求很高，必然要提高設備成本，一般來說對于固定的尺寸不太受限制的設備，壓力可以選低一些，行走機械重載設備要選得高一些，具體可以參考表(3—1)和(3—2)。表3—1按載荷選擇工作壓力載荷/KN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作壓力＜0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5表3—2各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機床農業(yè)機械小型機械建筑機械液壓機液壓機大中型挖掘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/MPa0.8～23～52～88～1010～1820～30本設計是液壓夾具，根據經驗數(shù)據，本設計方案取工作壓力為：Pa=3MPa。4液壓元件的選擇4.1液壓泵工作壓力的確定PP≥P1+∑△P式中P1—液壓缸或液壓馬達的最大工作壓力∑△P—從液泵出口到液壓馬達入口之間總的管路損失，∑△P的準確計算要待執(zhí)行元件選定并給出管路圖時才能進行，初算時可按經驗數(shù)據選取。簡單管路，流速不大的取∑△P=(0.2—0.5)MPa復雜管路，進口有調速閥的取∑△P=（0.5—1.5）MPa本設計方案取∑△P=0.5MPaPP≥3+0.5=3.5MPa4.1.1確定液壓泵的流量qpqp≥K∑qmax式中K—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1—1.3∑qmax—同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量，對于在工作過程中用節(jié)流調速的系統(tǒng)，還必須加上溢流閥的最小溢流量一般取0.5×10－4m4.2計算液壓缸所需流量4.2.1液壓缸工作時所需流量q=AV式中A—液壓缸有效作用面積（m2）V—活塞與缸體相對速度（m/s）(1)、計算無桿腔排量A=50.24cm2當V=0.5m/min即(0.00833m/s)時q=AV=0.005024m2×=0.00004184992=4L(2)、計算有桿腔排量A=25.62當V=0.5m/min即（0.00833m/s）時q=VA=0.00833×0.002562=0.00002134146m=2L當V=0.3m/min即(0.005m/s)時q=VA=0.005×0.002562=0.00001281m=1L故qmax=4L/minqp≥K（∑qmax）計算（K取1.2）qp≥1.2(4+0.05)≥4.86L/min4.2.2選擇液壓泵規(guī)格根據上述計算得Pa=3.5Mpa,qp=4.86L/min按系統(tǒng)中擬定的液壓泵形式，從產品樣本中選擇相應的液壓泵，為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作大25%—60%查機械設計手冊選定YB1-4雙作用葉片泵排量為6L額定壓力6.3MPa額定轉速1450r/min驅動功率0.9kW容積效率＞80%最高壓力8MPa4.2.3電動機的選擇P=式中PP—液壓泵最大工作壓力Paqp—液壓泵流量m3/sηP—液壓泵總效率（見表5—1）表4—1液壓泵總效率液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率0.60—0.700.65—0.800.60—0．750.80—0．85本設計方案采用的是葉片泵故ηP在0.60-0.75中取選。本方案采用ηP=0.60P==1.33Kw考慮到25%的過載能力P=1.25×1.33=1.66Kw查機械設計手冊選擇電機：Y90L-2型封閉繞組型三相異步電動機額定功率2.2Kw轉速2840r/min效率82%功率因數(shù)COSφ=0.86最大轉矩/額定轉矩=2.2該型電動機由于結構型式為封閉式，因此鐵屑、冷卻液等不易進入機體內部，適用于機加車間。4.2.4液壓閥的選擇閥的規(guī)格根據系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量選擇有定型產品的閥件，溢流閥按液壓泵最大流量選取，選擇節(jié)流閥和調速閥時要考慮最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行機構最低速度要求控制閥的流量一般要選的比實際通過的流量大一些，必要時，也允許有20%以內的短時間過流量。選擇閥的型號見表4—2表4—2液壓閥型號規(guī)格元件名稱型號工作壓力（MPa）通過流量（L/min）數(shù)量液控單向閥2AY—F10D—AB31.540I三位四通閥34SM—L10H—T2120I單向節(jié)流閥LA—F10D—AB31.540I溢流閥Y2—Ha103240I濾油器3XU—B48×10048I壓力計開關KF—L8/EI壓力計Y—100TI4.2.5確定油管尺寸管道內徑計算d=2式中q—通過管道的流量(m3/s)V—管道內允許的流速（m/s）見表4—3表4—3管道液壓泵吸油管道m(xù)/s液壓系統(tǒng)壓力管道m(xù)/s液壓系統(tǒng)回油管道m(xù)/s推薦流速0.5—2.0一般取以下2.5-5.0壓力高，管道短，粘度大1.5—2．5在本設計方案中取油泵吸油管道流速為1m/s，壓油管道流速為3m/s，回油管道流速為2m/s，則進油管道直徑d=2=2=11.3mm查液壓傳動設計手冊取d=12mm無縫鋼管，鋼管外徑為18mm油泵回油管徑d=2=2=7.9mm查液壓傳動設計手冊d=8mm無縫鋼管外徑為14mm油泵壓油管徑d=2=2=6.5mm查液壓傳動設計手冊取d=8mm無縫鋼管，外徑為14mm。4.2.6確定油箱容積初始計算設計，先按下式確定油箱容量，待系統(tǒng)確定后，再按散墊要求進行校核，油箱容積的經驗公式為V=aqv式中qv為液壓泵每分鐘排出動壓力油的容積為m3a經驗系數(shù)表4-4系統(tǒng)類型行走機械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機械冶金機械a1—22—45—76—1210本設計方案a取4V=aqv=4×6×10－3=24在確定油箱尺寸時，一方面滿足系統(tǒng)供油需求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不可能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不能低于最低限度。5擬定液壓系統(tǒng)回路5.1調速方案擬定液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題，速度控制是指通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)的控制方法，相應的調速方式有節(jié)流調速，容積調速以及二者結合——容積節(jié)流調速節(jié)流調速是指靠改變定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調節(jié)速度，此種調速方式結構簡單。而容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的，其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率高，但為了散熱和補充泄露，需要有輔助泵，此種調速方案適用于功率大運動速度高的液壓系統(tǒng)。本設計本著滿足控制要求，經濟，結構簡單可行的原則，綜合考點選擇節(jié)流調速而節(jié)流調速又分別有進油節(jié)流調速，回油節(jié)流調速和旁路節(jié)流調速三種形式。5.1.1進油節(jié)流調速回路節(jié)流閥串接在進油路上，改變其通流面積，可以調節(jié)液壓缸運動速度，如圖（5—1）這種調速方式起動沖擊小，平穩(wěn)。圖5-15.1.2回油節(jié)流調速回路節(jié)流閥串接在回油路上，改變節(jié)流口通流面積調節(jié)液壓缸的運動速度，常用于有負載的場合，如圖（5—2）所示圖5-25.1.3旁路節(jié)流調速節(jié)流閥與液壓缸并聯(lián)調節(jié)節(jié)流閥的通流面積可以控制液壓缸的運動速度，這種回路結構簡單，價格低廉，效率高，但調速范圍小，承載能力受速度變化影響，多用于高速，不能承受負載，如圖（5-3）。圖5-3故綜合上述三種節(jié)流調速方式，本設計采用回油節(jié)流調速如圖（5—4）圖5-45.2方向控制回路擬定本設計液壓夾具隨著工件的大小，需不斷調整夾具的開合大小，在調整時能停止在一定的位置，液壓缸的夾緊、松開，需改變液壓油的方向。采用三位四通閥，利用其中間機能，當某個工作狀態(tài)執(zhí)行元件需停止，以保證夾具的安裝工作完成。本設計方案擬采用M型三位四通閥，因為處于中間位置時它能使液壓缸能夠鎖緊，且液壓泵此時處于卸荷狀態(tài)，從節(jié)約能源角度和滿足控制要求，經濟實用幾個方面綜合考慮，M型三位四通閥均能滿足要求。M型如圖（5—5）、（5—6）圖5-5圖5-65.3液壓動力源選擇液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵，節(jié)流調速系統(tǒng)一般采用定量泵供油，在無其它輔助油的情況下，液壓泵供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用，容積調速度系統(tǒng)多數(shù)是采用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配，對工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況一般采用多泵供油或變量泵供油，對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。液壓泵分定量泵與變量泵兩類，在這基礎上又分齒輪泵，葉片泵，柱塞泵三種：1、齒輪泵：它的主要優(yōu)點是：結構簡單，工作可靠，自吸能力強，對油液的污染不敏感；其缺點是：流量和壓力的脈動大，噪聲大和排量不可變，存在泄漏，困油現(xiàn)象和徑向力不平衡等問題。2、柱塞泵：加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓下工作仍有較高的容積效率；易于實現(xiàn)變量，結構緊湊，效率高，流量調節(jié)方便，故在需要高壓，大流量，大功率的系統(tǒng)中和流量需要調節(jié)的場合，3、葉片泵：流量比較均勻，壓力脈動相對較小；噪聲低，結構緊湊，輪廓尺寸小，排量大；和柱塞泵相比，有較好的自吸能力；受力均勻，軸承受力很小，泵的壽命很長，所以被廣泛應用于機械制造中的專用機床，自動線等中低壓系統(tǒng)中。本設計方案綜合上述因素考慮選項取葉片泵。5.4液壓系統(tǒng)的組合因為液壓夾具本身工作過程中需要速度穩(wěn)定（即流量、壓力穩(wěn)定）盡量避免沖擊，在定量泵節(jié)流調速回路中，要保證進口壓力比較恒定系統(tǒng)壓力不再升高，故要采用溢流閥將系統(tǒng)中多余的油液送回油箱并保持壓力穩(wěn)定。此外由于機加車間鐵屑較多，當這些雜質進入液壓系統(tǒng)后，會導致泵，閥液壓缸等元件早期磨損，不但增加了維修，管理工作，同時也縮短了液壓元件的壽命，因此還需增加濾油器。6液壓系統(tǒng)主要性能估算液壓系統(tǒng)初步設計是在某些估計參數(shù)情況下進行的，當各回路形式，液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設計的系統(tǒng)時行各項性能分析，對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失，容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等，根據分析計算，發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設計重新進行調整，或采取其他必要的措施。6.1液壓系統(tǒng)壓力損失壓力損失包括管路的沿程損失△P1管路的局部壓力損失△P2和閥類元件的局部壓力損失△P3總的壓力損失為△P1=△P1+△P2+△P3△P1=λP△P2=ξP式中L—管道長度一般?。?—5m）本設計取3md—管道內徑（m）V—液壓油平均速度（m/s）P—液壓油密度（kg/m3）λ—冶積阻力系數(shù)ξ—局部阻力系數(shù)V===0.53m/sRe=υ—為液壓油的運動度m2、/s本設計采用L-HM型抗磨液壓油υ=46×10－6m2、/s故液壓油在管路中為層流狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為λ只是λ選取的數(shù)值不同，對于圓管層流冶程阻力損失，理論值λ=64/Re考慮到實際圓管截面可能有變形，以及靠近管壁處的液層可能冷卻阻力略有加大實際計算時金屬管取λ=75/Re橡膠管取λ=80/Reλ===0.331、進油路壓力損失P1===6492Pa=0.0069MPaP2=ξ本設計ξ取7.2故△P2=7.2=0.001MPa△P3=△Pn式中△Pn—液壓閥在額定流量時最大壓力損失q—通過液壓閥的額定流量q—通過液壓閥的實際流量查產品樣本換向閥34SM—L10H—T壓力損失為0.15—0.3MPa本設計取0.2MPaP3A=0.2()2=0.05MPa查產品樣本手冊溢流閥Y2—Ha10壓力損失為0.3—0.5MPa本方案取0.4MPaP3B=0.4()2=0.025MPa查產品樣本手冊單向閥2AY—F100—AB壓力損失為0.3MPaP3C=0.3()2=0.019MPa有四個數(shù)故△P3C×4=0.019×4=0.076查產品樣本手冊節(jié)流閥LA—F10D—AB壓力損失為0.3MPaP3D=0.3()2=0.019MPa有兩個數(shù)△P3D=0.019×2=0.038故ξ△P3=△P3A+△P3B+△P3C+△P3D=0.05+0.038+0.076+0.025=0.189MPa故進油路壓力損失為P=△P1+△P2+ξ△P3=0.0069+0.001+0.189=0.197MPa2、退油時壓力損失計算退油時最大速度為0.5m/minQ退max=5L/minV===0.5m/sRe==163<2300故油液在回油管路中仍為層液λ===0.46∴△P1=λ=0.46=0.01MPa△P2=ξ=7.2=810MPa=0.00081MPa查產品樣本手冊換向閥34SM—L10H—T壓力損失為0.15—0.3MPa本設計取0.2MPa△P3A=0.2=0.0125MPa查產品樣本手冊單向閥2AY—F10D—AB壓力損失為0.3MPa△P3B=0.3=0.0047MPa有四個故△P3B×4=0.019MPa查產品樣本手冊溢流閥Y2-Ha10最在壓力損失為0.4MPa△P3C=0.4=0.0063MPa查產品樣本手冊節(jié)流閥LA-F10D-AB的最大壓力損失為0.3MPa△P3D=0.3=0.0047MPa有兩個故△P3D=0.0047×2=0.0094MPa∑△P3=△P3A+△P3B+△P3C+△P=0.0125+0.019+0.0063+0.0094=0.0472MPa由上述計算可表明系統(tǒng)工作壓力損失總和不超過0.5MPa，故以上設計方案可行，無需進行調整。6.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅動外載荷輸出有效功率外，