專用銑床液壓系統(tǒng)

...wd......wd......wd...學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：乾久久學(xué)號(hào)：XXXX指導(dǎo)教師：顏如玉所在學(xué)院：工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中國(guó)·大慶2013年6月摘要液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力根基，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)的局部就愈多。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。關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)、穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)AbstractHydraulicsystemispoweredmotorbasis,theuseofhydraulicpumpwilltranslateintopressureonthemechanicalenergy,promotethehydraulicoil.Throughvariouscontrolvalvestochangetheflowofhydraulicoil,thuspromotingthehydrauliccylindersmadeofdifferentitinerary,themovementsindifferentdirections.Allkindsofdifferentequipmenttocompletetheactionsrequired.Hydraulicsystemhasbeeninvariousindustrialsectorsandagriculture,forestry,animalhusbandryandfisheries,andmanyotherdepartmentsaremorewidelyused,andmoreadvancedequipment,itsapplicationonthepartofthehydraulicsystemmore.Sostudentslikeustostudyandpersonallydesignedasimplehydraulicsystemisverymeaningful.Keywords:hydraulictransmission,controlsystem,hydraulicsystem目錄摘要IAbstractII1前言-1-1.1課題背景和科學(xué)意義-1-1.2國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)的開展現(xiàn)狀-2-1.2.1國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)的開展現(xiàn)狀-2-1.2.2國(guó)外液壓技術(shù)的開展現(xiàn)狀-2-2液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介-4-2.1液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介-4-2.2液壓執(zhí)行元件-4-2.2.1液壓馬達(dá)的特點(diǎn)及分類-4-2.2.2液壓馬達(dá)的性能參數(shù)-5-2.3液壓缸-7-2.3.1液壓缸的類型和特點(diǎn)-7-2.4液壓缸的典型構(gòu)造和組成-8-2.5液壓控制閥-10-3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算-11-3.1銑床切削計(jì)算-11-3.2慣性負(fù)載-12-3.2.1初選油缸的工作壓力-13-3.2.2計(jì)算油缸尺寸-14-3.2.3油缸各工況的壓力、流量、功率的計(jì)算-14-3.3確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖-16-3.4選擇液壓元?dú)饧?18-3.5閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇-19-3.6驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能-20-參考文獻(xiàn)-22-致謝-23-1前言1.1課題背景和科學(xué)意義液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而開展起來的一門新興技術(shù)，1795年英國(guó)JosephBraman(1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918〕后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用。液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間，才開場(chǎng)進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年F.Vikers創(chuàng)造了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建設(shè)奠定了根基。20世紀(jì)初Go.Constantimsco對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)展的理論及實(shí)際研究；1910年對(duì)液力傳動(dòng)〔液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等〕方面的奉獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了開展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945〕期間,在美國(guó)機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出，日本液壓傳動(dòng)的開展較歐美等國(guó)家晚了近20多年。在1955年前后，日本迅速開展液壓傳動(dòng)，1956年成立了“液壓工業(yè)會(huì)〞。近20~30年間，日本液壓傳動(dòng)開展之快，居世界領(lǐng)先地位。液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置等；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(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械〔絞車〕、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)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(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。隨著原子能、空間技術(shù)、電子技術(shù)等方面的開展，液壓技術(shù)向更廣闊的領(lǐng)域滲透，開展成為包括傳動(dòng)、控制和檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)今，液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國(guó)對(duì)液壓工業(yè)的開展都很重視，所以采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。1.2國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)的開展現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)的開展現(xiàn)狀我國(guó)的液壓工業(yè)開場(chǎng)于20世紀(jì)50年代，目前正處于迅速開展，提高的階段。其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自從1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)進(jìn)展自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來，我國(guó)的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。90年代起更加速了對(duì)國(guó)外先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有方案引進(jìn)，消化，吸收和國(guó)產(chǎn)化工作，以確保我國(guó)的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益，研究開發(fā)等各個(gè)方面全方位地趕上世界水平。隨著工業(yè)迅猛開展逐日開展壯大，相繼建設(shè)了科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)生產(chǎn)廠家，從事液壓技術(shù)研究和液壓產(chǎn)品生產(chǎn)。到目前為止，液壓元件的生產(chǎn)，已成為了我國(guó)液壓元件產(chǎn)品的生產(chǎn)系列。液壓技術(shù)的開展正向著高效率，高精度，高性能方向邁進(jìn)。液壓元件向著體積小，重量輕，微型化和集成化方向開展，液壓技術(shù)，交流液壓等新興的液壓技術(shù)正在開拓。又由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，更大大地推進(jìn)了液壓技術(shù)的開展，像液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化，微機(jī)控制等工作，也都取得了顯著成果。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓，高速，大功率，高效率，低噪音，經(jīng)久耐用，高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制，司服控制，數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性工作方面，日益顯示出顯著的成績(jī)。我國(guó)液壓行業(yè)已形成了門類齊全、有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平、初具規(guī)模的生產(chǎn)科研體系。通過科技攻關(guān)和技術(shù)引進(jìn),產(chǎn)品水平有一定提高，生產(chǎn)出一些具有世界水平的產(chǎn)品,另外,在CAD和CAT技術(shù)、污染控制、故障診斷、機(jī)電一體化、海水及高水基溶液的應(yīng)用、現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用等方面也取得可喜成果,不少已應(yīng)用于生產(chǎn)。我國(guó)液壓工業(yè)重視同國(guó)外企業(yè)進(jìn)展有效的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)合作,近年來先后從國(guó)外引進(jìn)了很多液壓元件和液壓系統(tǒng)等制造技術(shù),為提高產(chǎn)品水平和生產(chǎn)能力起到了重要作用。1.2.2國(guó)外液壓技術(shù)的開展現(xiàn)狀在國(guó)外,液壓工業(yè)的開展速度高于機(jī)械工業(yè)。全世界液壓產(chǎn)品產(chǎn)值約200億美元。在美、日、德等主要國(guó)家的比擬中以日本人均產(chǎn)值為最高,其主要原因是日本工廠設(shè)備自動(dòng)化程度高和生產(chǎn)管理完善,此外,日本各企業(yè)外協(xié)量大,將一些零件擴(kuò)散給協(xié)作廠加工,實(shí)現(xiàn)零件專業(yè)化。據(jù)統(tǒng)計(jì),各國(guó)液壓工業(yè)產(chǎn)值約占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的2～3%,而我國(guó)僅占018%左右,充分說明我國(guó)液壓技術(shù)使用率低,需努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,據(jù)分析,建筑工程機(jī)械、農(nóng)機(jī)等行走機(jī)械是液壓工業(yè)的主要用戶;在產(chǎn)業(yè)機(jī)械中,機(jī)床、冶金、塑機(jī)是主要用戶。由于機(jī)床、塑機(jī)、機(jī)器人等行業(yè)局部傳動(dòng)已被電氣傳動(dòng)所取代,其需求量減少,建筑、工程、冶金等需要量的比重顯著增加。據(jù)國(guó)外資料介紹,建筑機(jī)械和工業(yè)車輛液壓使用率有增長(zhǎng)趨勢(shì),機(jī)床等產(chǎn)業(yè)機(jī)械的液壓使用率有下降趨勢(shì),其主要原因是由于主機(jī)電一體化水平不斷提高,其電氣系統(tǒng)價(jià)格大幅度提高等造成的。為了滿足用戶的需要,主機(jī)品種日益增多,產(chǎn)品更新速度加快,相應(yīng)要求液壓元件增加品種,實(shí)現(xiàn)多樣化,因而液壓件屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品相對(duì)減少,大局部屬于成批或小批生產(chǎn)。各國(guó)液壓件十分重視清洗和去刺工藝,鑄件進(jìn)廠后都采用電化學(xué)清理、噴丸和防銹處理,工序間和組裝前都進(jìn)展認(rèn)真清洗,主要方法有氣泡高壓噴射(壓力5～10MPa)、超聲涉及氣浴(三氯乙烷)等清洗方法。國(guó)外對(duì)成批和大量生產(chǎn)的零件采用多種多樣的去刺工藝,如熱能、擠壓、振動(dòng)光飾、高壓噴射、電解、液體噴砂、尼龍刷、切削等去刺工藝。2液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介液壓就是通過液壓油〔具體根據(jù)實(shí)際情況定〕來傳遞壓力的裝置。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)局部組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。液壓由于其傳動(dòng)力量大，易于傳遞及配置，在工業(yè)、民用行業(yè)應(yīng)用廣泛。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸和液壓馬達(dá)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而獲得需要的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.2液壓執(zhí)行元件2.2.1液壓馬達(dá)的特點(diǎn)及分類液壓馬達(dá)是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，從原理上講，液壓泵可以作液壓馬達(dá)用，液壓馬達(dá)也可作液壓泵用。但事實(shí)上同類型的液壓泵和液壓馬達(dá)雖然在構(gòu)造上相似，但由于兩者的工作情況不同，使得兩者在構(gòu)造上也有某些差異。例如：

1.液壓馬達(dá)一般需要正反轉(zhuǎn)，所以在內(nèi)部構(gòu)造上應(yīng)具有對(duì)稱性，而液壓泵一般是單方向旋轉(zhuǎn)的，沒有這一要求。

2.為了減小吸油阻力，減小徑向力，一般液壓泵的吸油口比出油口的尺寸大。而液壓馬達(dá)低壓腔的壓力稍高于大氣壓力，所以沒有上述要求。

3.液壓馬達(dá)要求能在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常工作，因此，應(yīng)采用液動(dòng)軸承或靜壓軸承。因?yàn)楫?dāng)馬達(dá)速度很低時(shí)，假設(shè)采用動(dòng)壓軸承，就不易形成潤(rùn)滑滑膜。

4.葉片泵依靠葉片跟轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力使葉片始終貼緊定子的內(nèi)外表，起封油作用，形成工作容積。假設(shè)將其當(dāng)馬達(dá)用，必須在液壓馬達(dá)的葉片根部裝上彈簧，以保證葉片始終貼緊定子內(nèi)外表，以便馬達(dá)能正常起動(dòng)。

5.液壓泵在構(gòu)造上需保證具有自吸能力，而液壓馬達(dá)就沒有這一要求。

6.液壓馬達(dá)必須具有較大的起動(dòng)扭矩。所謂起動(dòng)扭矩，就是馬達(dá)由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，馬達(dá)軸上所能輸出的扭矩，該扭矩通常大于在同一工作壓差時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)下的扭矩，所以，為了使起動(dòng)扭矩盡可能接近工作狀態(tài)下的扭矩，要求馬達(dá)扭矩的脈動(dòng)小，內(nèi)部摩擦小。液壓馬達(dá)按其額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。高速液壓馬達(dá)的根本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于啟動(dòng)和制動(dòng)，調(diào)速和換向的靈敏度高。通常高速液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩不大(僅幾十牛·米到幾百?！っ?，所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。

高速液壓馬達(dá)的根本型式是徑向柱塞式，例如單作用曲軸連桿式、液壓平衡式和多作用內(nèi)曲線式等。此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的構(gòu)造型式。低速液壓馬達(dá)的主要特點(diǎn)是排量大、體積大、轉(zhuǎn)速低(有時(shí)可達(dá)每分種幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn))，因此可直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，通常低速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩較大(可達(dá)幾千牛頓·米到幾萬牛頓·米)，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。

液壓馬達(dá)也可按其構(gòu)造類型來分，可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他型式。2.2.2液壓馬達(dá)的性能參數(shù)液壓馬達(dá)的性能參數(shù)很多，下面是液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)：1.排量、流量和容積效率習(xí)慣上將馬達(dá)的軸每轉(zhuǎn)一周，按幾何尺寸計(jì)算所進(jìn)入的液體容積，稱為馬達(dá)的排量V，有時(shí)稱之為幾何排量、理論排量，即不考慮泄漏損失時(shí)的排量。

液壓馬達(dá)的排量表示出其工作容腔的大小，它是一個(gè)重要的參數(shù)。因?yàn)橐簤厚R達(dá)在工作中輸出的轉(zhuǎn)矩大小是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定的。但是，推動(dòng)同樣大小的負(fù)載，工作容腔大的馬達(dá)的壓力要低于工作容腔小的馬達(dá)的壓力，所以說工作容腔的大小是液壓馬達(dá)工作能力的主要標(biāo)志，也就是說，排量的大小是液壓馬達(dá)工作能力的重要標(biāo)志。2.液壓馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩根據(jù)排量的大小，可以計(jì)算在給定壓力下液壓馬達(dá)所能輸出的轉(zhuǎn)矩的大小，也可以計(jì)算在給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下馬達(dá)的工作壓力的大小。當(dāng)液壓馬達(dá)進(jìn)、出油口之間的壓力差為ΔP，輸入液壓馬達(dá)的流量為q，液壓馬達(dá)輸出的理論轉(zhuǎn)矩為Tt，角速度為ω，如果不計(jì)損失，液壓馬達(dá)輸入的液壓功率應(yīng)當(dāng)全部轉(zhuǎn)化為液壓馬達(dá)輸出的機(jī)械功率，3.液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率ηm液壓馬達(dá)的啟動(dòng)機(jī)械效率是指液壓馬達(dá)由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，馬達(dá)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩T0與它在同一工作壓差時(shí)的理論轉(zhuǎn)矩Tt之比。即：ηm0=T/Tt4.液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速取決于供液的流量和液壓馬達(dá)本身的排量V，可用下式計(jì)算：nt=qi/V式中：nt為理論轉(zhuǎn)速(r/min)。

由于液壓馬達(dá)內(nèi)部有泄漏，并不是所有進(jìn)入馬達(dá)的液體都推動(dòng)液壓馬達(dá)做功，一小局部因泄漏損失掉了。所以液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要比理論轉(zhuǎn)速低一些。

n=nt·ηv式中：n為液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min)；ηv為液壓馬達(dá)的容積效率(%)。5.最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是指液壓馬達(dá)在額定負(fù)載下，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的最低轉(zhuǎn)速。所謂爬行現(xiàn)象，就是當(dāng)液壓馬達(dá)工作轉(zhuǎn)速過低時(shí)，往往保持不了均勻的速度，進(jìn)入時(shí)動(dòng)時(shí)停的不穩(wěn)定狀態(tài)。液壓馬達(dá)在低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因是：(1)摩擦力的大小不穩(wěn)定。通常的摩擦力是隨速度增大而增加的，而對(duì)靜止和低速區(qū)域工作的馬達(dá)內(nèi)部的摩擦阻力，當(dāng)工作速度增大時(shí)非但不增加，反而減少，形成了所謂“負(fù)特性〞的阻力。另一方面，液壓馬達(dá)和負(fù)載是由液壓油被壓縮后壓力升高而被推動(dòng)的。只有等到彈簧壓縮到其推力大于靜摩擦力時(shí)才開場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。一旦物體開場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，阻力突然減小，物體突然加速躍動(dòng)，其結(jié)果又使彈簧的壓縮量減少，推力減小，物體依靠慣性前移一段路程后停頓下來，直到彈簧的移動(dòng)又使彈簧壓縮，推力增加，物體就再一次躍動(dòng)為止，對(duì)液壓馬達(dá)來說，這就是爬行現(xiàn)象。

(2)泄漏量大小不穩(wěn)定。

液壓馬達(dá)的泄漏量不是每個(gè)瞬間都一樣，它也隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的相位角度變化作周期性波動(dòng)。由于低速時(shí)進(jìn)入馬達(dá)的流量小，泄漏所占的比重就增大，泄漏量的不穩(wěn)定就會(huì)明顯地影響到參與馬達(dá)工作的流量數(shù)值，從而造成轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。當(dāng)馬達(dá)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)局部及所帶的負(fù)載表現(xiàn)出的慣性較小，上述影響比擬明顯，因而出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。實(shí)際工作中，一般都期望最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越小越好。6.最高使用轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)的最高使用轉(zhuǎn)速主要受使用壽命和機(jī)械效率的限制，轉(zhuǎn)速提高后，各運(yùn)動(dòng)副的磨損加劇，使用壽命降低，轉(zhuǎn)速高則液壓馬達(dá)需要輸入的流量就大，因此各過流局部的流速相應(yīng)增大，壓力損失也隨之增加，從而使機(jī)械效率降低。

對(duì)某些液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速的提高還受到背壓的限制。例如曲軸連桿式液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速提高時(shí)，回油背壓必須顯著增大才能保證連桿不會(huì)撞擊曲軸外表，從而防止了撞擊現(xiàn)象。隨著轉(zhuǎn)速的提高，回油腔所需的背壓值也應(yīng)隨之提高。但過分的提高背壓，會(huì)使液壓馬達(dá)的效率明顯下降。為了使馬達(dá)的效率不致過低，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速不應(yīng)太高。7.調(diào)速范圍液壓馬達(dá)的調(diào)速范圍用最高使用轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之比表示，即：i=nmax/nmin2.3液壓缸液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。2.3.1液壓缸的類型和特點(diǎn)下面分別介紹幾種常用的液壓缸。

1.活塞式液壓缸活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求不同可分為雙桿式和單桿式兩種。(1)雙桿式活塞缸?；钊麅啥硕加幸桓睆较嗟鹊幕钊麠U伸出的液壓缸稱為雙桿式活塞缸，它一般由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿和密封件等零件構(gòu)成。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。

雙桿活塞缸在工作時(shí)，設(shè)計(jì)成一個(gè)活塞桿是受拉的，而另一個(gè)活塞桿不受力，因此這種液壓缸的活塞桿可以做得細(xì)些。

(2)單桿式活塞缸?；钊挥幸欢藥Щ钊麠U，單桿液壓缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺(tái)移動(dòng)范圍都是活塞有效行程的兩倍。

(3)差動(dòng)油缸。單桿活塞缸在其左右兩腔都接通高壓油時(shí)稱為“差動(dòng)連接〞。2.柱塞缸

3.其他液壓缸

(1)增壓液壓缸。增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種型式，顯然增壓能力是在降低有效能量的根基上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。單作用增壓缸在柱塞運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，不能再輸出高壓液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時(shí)才又輸出高壓液體，為了抑制這一缺點(diǎn)，可采用雙作用增壓缸，由兩個(gè)高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。(2)伸縮缸。(3)齒輪缸。它由兩個(gè)柱塞缸和一套齒條傳動(dòng)裝置組成，2.4液壓缸的典型構(gòu)造和組成液壓缸的組成從上面所述的液壓缸典型構(gòu)造中可以看到，液壓缸的構(gòu)造根本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)局部，分述如下。(1)缸筒和缸蓋。一般來說，缸筒和缸蓋的構(gòu)造形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時(shí)，使用鑄鐵；p＜20MPa時(shí)，使用無縫鋼管；p＞20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。(2)活塞與活塞桿?？梢园讯绦谐痰囊簤焊椎幕钊麠U與活塞做成一體，這是最簡(jiǎn)單的形式。但當(dāng)行程較長(zhǎng)時(shí)，這種整體式活塞組件的加工較費(fèi)事，所以常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。(3)密封裝置。液壓缸中常見的密封裝置如下列圖。所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的外表上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的構(gòu)造簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖1所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖1-2，圖1-10所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。對(duì)于活塞桿外伸局部來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。圖1液壓缸的根本構(gòu)造(4)緩沖裝置。液壓缸一般都設(shè)置緩沖裝置，特別是對(duì)大型、高速或要求高的液壓缸，為了防止活塞在行程終點(diǎn)時(shí)和缸蓋相互撞擊，引起噪聲、沖擊，則必須設(shè)置緩沖裝置。

緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的局部油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，到達(dá)防止活塞和缸蓋相互撞擊的目的。2.5液壓控制閥液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個(gè)形狀一樣的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動(dòng)方向。這就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還是保持著一些根本共同之點(diǎn)的。例如：〔1〕在構(gòu)造上，所有的閥都有閥體、閥芯〔轉(zhuǎn)閥或滑閥〕和驅(qū)使閥芯動(dòng)作的元、部件〔如彈簧、電磁鐵〕組成。

〔2〕在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進(jìn)、出口間壓差以及流過閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不一樣而已。3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1銑床切削計(jì)算由公式可得〔其中表示每分鐘進(jìn)給速度，n表示銑刀的轉(zhuǎn)速〕由設(shè)計(jì)依據(jù)可知n=300r/min工進(jìn)速度=60—1000mm/min，故我們?nèi)?300mm/min。對(duì)于單位切削力P，由以下的常用金屬材料的單位切削力表1可得，我們選P=2000。表1常用金屬材料的單位切削力表類別材料牌號(hào)單位切削力P〔〕鋼易切鋼Y40Mn1700構(gòu)造鋼45200040Cr不銹鋼1Cr17Ni92500鑄鐵灰鑄鐵HT2001140鑄造合金鑄造錫青銅ZcuSn5Pb5Zn5700鑄造鋁合金ZALSn7Mg720對(duì)于銑削背吃刀量,我們選用硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計(jì)算手冊(cè)可得，取=1.5mm。根據(jù)以上的公式可得：因?yàn)?000<=3185N，所以選取的適宜阻力負(fù)載靜摩擦力：Ffj=〔G1+G2〕·fj其中Ffj—靜摩擦力NG1、G2—工作臺(tái)及工件的重量Nfj—靜摩擦系數(shù)由設(shè)計(jì)依據(jù)可得：Ffj=〔G1+G2〕·fj=(4000+1800)X0.2=1160N動(dòng)摩擦力Ffd=〔G1+G2〕·fd其中Ffd—?jiǎng)幽Σ亮d—?jiǎng)幽Σ料禂?shù)同理可得：Ffd=〔G1+G2〕·fd=(4000+1800)X0.1=580N3.2慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=〔G1+G2〕/g=5800/9.81=592kg慣性力Fm=m·a=N其中：a—執(zhí)行元件加速度m/s2ut—執(zhí)行元件末速度m/s2u0—執(zhí)行元件初速度m/s2t—執(zhí)行元件加速時(shí)間s因此，執(zhí)行元件在各動(dòng)作階段中負(fù)載計(jì)算如下表2所示：表2執(zhí)行元件在各動(dòng)作階段中負(fù)載工況油缸負(fù)載〔N〕負(fù)載值〔N〕啟動(dòng)F=Ffj1160加速F=Ffd+Fm1073快進(jìn)F=Ffd580工進(jìn)F=Ffd+Fc3580快退F=Ffd580對(duì)于速度而言，設(shè)計(jì)依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說明，所以按照設(shè)計(jì)依據(jù)繪制如以下列圖2：銑床機(jī)床液壓缸負(fù)載圖銑床機(jī)床液壓缸負(fù)載圖圖2銑床液壓缸速度圖3.2.1初選油缸的工作壓力由上可以知道，銑床的最大負(fù)載F=3580N，根據(jù)下表3可得：表3按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/〔kN〕<55—1010—2020—3030—50>50工作壓力〔Mpa〕<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7由表3可選系統(tǒng)的工作壓力P1=2Mpa。由設(shè)計(jì)要求可知，導(dǎo)軌要求快進(jìn)、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，且液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D?？爝M(jìn)和工進(jìn)的速度換接用三位四通電磁閥來實(shí)現(xiàn)。銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流加背壓閥的調(diào)速回路，所以回油路上具有背壓P2，取背壓P2=0.5Mpa。3.2.2計(jì)算油缸尺寸可根據(jù)油缸的構(gòu)造及連接方式計(jì)算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計(jì)算出后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，然后再計(jì)算油缸的面積：此時(shí)由工進(jìn)時(shí)的負(fù)載值按計(jì)算公式計(jì)算液壓缸面積：在將這些直徑按照國(guó)標(biāo)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得：D=0.06m由此就求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為3.2.3油缸各工況的壓力、流量、功率的計(jì)算〔1〕工進(jìn)時(shí)油缸需要的流量Q工進(jìn)Q工進(jìn)=A1·U工進(jìn)=A1—工進(jìn)時(shí)油壓作用的面積U工進(jìn)—工進(jìn)時(shí)油缸的速度mm/min〔2〕快進(jìn)時(shí)油缸需要的流量Q快進(jìn)差動(dòng)連接時(shí):Q快進(jìn)=(A1-A2)·U快進(jìn)=A1、A2—分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積m2U快進(jìn)—油缸快進(jìn)時(shí)的速度mm/min〔3〕快退時(shí)油缸需要的流量Q快退,Q快退=A2·U快退=U快退—油缸退回時(shí)的速度,mm/min〔4〕工進(jìn)時(shí)油缸的壓力P2—為工進(jìn)時(shí)回油腔的背壓,上面已經(jīng)選取為0.5Mpa?！?〕快進(jìn)時(shí)油缸壓力這里：F分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力，P—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。表示管路中壓力損失大小，這里我們?nèi)≈禐?.3Mpa?！?〕快退時(shí)油缸壓力F—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力，P—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。P2的值為0.5MPa油缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量、功率實(shí)際值如表4所示：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回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量q/輸入功率P/kW快進(jìn)(差動(dòng))啟動(dòng)116000.96——加速10731.26——快進(jìn)5800.860.00630.09工進(jìn)85800.51.600.00080.021快退啟動(dòng)116000.77——加速10730.51.61——快退5801.280.00780.166由以上所計(jì)算的數(shù)據(jù)我們繪制出工況圖如下所示：圖3液壓缸工況圖3.3確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖(一)

確定油源及調(diào)速方式由以上的計(jì)算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負(fù)載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速方式，并選用開式循環(huán)。從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進(jìn)和快進(jìn)的過程中，所需流量差異較小。故我們選用定量單液壓泵供油?！捕尺x擇根本回路

1.

選擇換向回路及速度換接方式由設(shè)計(jì)依據(jù)可以知道，設(shè)計(jì)過程中不考慮工件夾緊這一工序，并且從快進(jìn)到工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸的流量從6.3L/min降到0.8L/min，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)和換向。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)能在任意位置停頓，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機(jī)能的三位四通閥，如以下列圖所示：圖4O型三位四通閥由于要求工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D。〔三〕選擇調(diào)壓回路設(shè)計(jì)過程中，在油源中采用溢流閥來調(diào)定系統(tǒng)的工作壓力，因此調(diào)壓?jiǎn)栴}根本上已經(jīng)在油源中解決，無須在另外設(shè)置調(diào)壓系統(tǒng)。這里的溢流閥同時(shí)還能起到安全閥的作用。組合成液壓系統(tǒng)圖如下：圖5液壓系統(tǒng)圖將上面所選的液壓根本回路組合在一起，便可得到以下的液壓系統(tǒng)原理圖。同時(shí)電磁鐵的動(dòng)作順序表如下：表

5

液壓專用銑床電磁鐵動(dòng)作順序表工序1Y2Y3Y4Y5YYJ工作缸快進(jìn)+-+--+工作缸工進(jìn)++工作缸快退-++3.4選擇液壓元?dú)饧簤罕玫倪x擇由以上的設(shè)計(jì)可以得到，液壓缸在整個(gè)工作過程中的最大壓力是1.61Mpa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.4Mpa，則此時(shí)液壓泵的最大工作壓力是=1.61+0.4=2.01Mpa。由以上的計(jì)算可得，液壓泵提供的最大流量是7.8L/min,因?yàn)橄到y(tǒng)較為簡(jiǎn)單，取泄漏系數(shù)，則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為：由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入到液壓缸的流量是3.8L/min，由流量液壓泵單獨(dú)供油，所以液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為6.8L/min根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，最后選用YB1-6.3型單葉片液壓泵，其排量大小為6.3ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，該液壓泵的理論流量為9.14L/min。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實(shí)際流量大小為：由于由以上的計(jì)算過程中，我們知道了液壓缸在快退時(shí)的輸入功率最大，此時(shí)液壓泵的工作壓力是1.28+0.4〔進(jìn)油路上的壓力損失〕=1.68Mpa，流量為6.8L/min，查表可得，取液壓泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用Y801型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.55kW，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min。3.5閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇根據(jù)閥類及輔助元?dú)饧谟吐返淖畲蠊ぷ鲏毫屯ㄟ^的最大實(shí)際流量，可選擇這些器件的型號(hào)和規(guī)格如下表：表6元?dú)饧男吞?hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱額定流量〔L/min〕額定壓力(Mpa)質(zhì)量(kg)型號(hào)1單葉片泵YB1-6.32三位四通電磁閥256.3—34D-25BOP3二位三通電磁閥256.3—23D-25B4單向調(diào)速閥0.05〔最小〕0.5-6.33.2QI-10B5溢流閥200.4-6.31.7Y-10B6壓力繼電器—1.0-6.30.7DP1-63B7濾油器162.50.18XU-B16X1008開關(guān)閥256.3—22D-25B確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已與原來的數(shù)值不同，