液壓課程設(shè)計(jì)---組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　液壓與氣動(dòng)設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　起止日期： 2010 年 1 月 11 日 至 2010 年 1 月 16 日</p><p><b>　　機(jī)械工程學(xué)院（部）</b></p><p>　　2010 年 1 月 14 日</p><p>　　機(jī)械工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)計(jì)劃安排表</

2、p><p>　　200 9 —2010學(xué)年第 1 學(xué)期</p><p>　　機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 機(jī)械設(shè)計(jì) 專業(yè) 073、074 班級(jí)</p><p>　　課程名稱： 液壓與氣動(dòng) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目：機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><

3、p>　　設(shè)計(jì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。</p><p>　　機(jī)床要求的工作循環(huán)是：要求實(shí)現(xiàn)工件快進(jìn)、工進(jìn)、快退等過程，最后自動(dòng)停止。</p><p>　　具體參數(shù)及其他詳細(xì)要求分組擬訂。</p><p>　　完成期限：自 2008 年 01 月 14 日至 2008年01月18日共 1 周</p><p>　　指導(dǎo)教師

4、（簽字）： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)工況分析 ………………………………………………………………（4）</p><p>　　液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ………………………………………………………………（6）<

5、;/p><p>　　確定液壓缸主要參數(shù)……………………………………………………………（8）</p><p>　?。ㄒ唬┮簤焊讌?shù)設(shè)計(jì)………………………………………………………………（8）</p><p>　?。ǘ┮簤罕玫膮?shù)計(jì)算……………………………………………………………（10）</p><p>　　（三）電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………

6、…………………………………（11）</p><p>　　液壓元件的選擇………………………………………………………………… （13）</p><p>　　驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能………………………………………………………………（14）</p><p>　　（一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整…………………………………………（14）</p><p>　?。?/p>

7、二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算………………………………………………（17）</p><p>　　心得體會(huì) …………………………………………………………………………（18）</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………（18）</p><p>　　根據(jù)題目工況要求和動(dòng)力滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)安排，應(yīng)采用液壓缸為執(zhí)行元件，由液壓缸筒與滑臺(tái)固結(jié)

8、完成工作循，活塞桿固定在床身上。由于要求快進(jìn)與快退的速度相等地，為減速少液壓泵的供油量，決定采用差動(dòng)型液壓缸，取液壓缸前、后腔的有效工作面積為2：1，活塞桿較粗，結(jié)構(gòu)上可允許油管通過，進(jìn)、出油管穿過活塞桿，直接使用硬管與液壓裝置或液壓泵連接。這就避免了由于較長(zhǎng)軟管的彈性變形引起動(dòng)力滑臺(tái)在轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生“前沖”、“后沖”現(xiàn)象。使液壓缸無桿腔為高壓工作腔，這樣能得到較大的輸出動(dòng)力，并可得到較低的穩(wěn)定工作速度，以便滿足加工要求。下面按設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行

9、計(jì)算</p><p>　　液壓系統(tǒng)主要參數(shù)與性能要求如下：</p><p>　　一、液壓系統(tǒng)工況分析</p><p><b>　　1．運(yùn)動(dòng)分析 </b></p><p>　　動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1動(dòng)力滑臺(tái)的工作循環(huán)圖</p><p&

10、gt;<b>　　2．負(fù)載分析</b></p><p><b>　?。?）阻力計(jì)算</b></p><p><b>　　1）切削阻力</b></p><p>　　切削阻力為已知 </p><p>　　2）摩擦阻力 靜摩擦系數(shù) ，動(dòng)摩擦系數(shù)，則：</p&

11、gt;<p>　　靜摩擦阻力 </p><p>　　動(dòng)摩擦阻力 </p><p>　　3）慣性阻力 動(dòng)力滑臺(tái)起動(dòng)加速、減速時(shí)間 ，故慣性阻力為：</p><p>　　4）由于動(dòng)力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。</p><p>　　5）關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中設(shè)液壓缸

12、飛機(jī)械效率為0.9。</p><p>　　6）背壓力 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力。</p><p>　?。?）則液壓缸在各工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出，見表1-1：</p><p>　　表1-1 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表</p><p>　?。?）根據(jù)上述負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知各階段的速度，可繪制動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載圖（F—l）和速度圖（v—

13、l），見圖1-2a、b。橫坐標(biāo)以上為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓缸活塞退回時(shí)的曲線。 </p><p>　　a）負(fù)載圖 b）速度圖</p><p>　　圖1-2 負(fù)載速度圖</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　1．確定液壓泵類型及調(diào)速方式</p>&l

14、t;p>　　參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值。</p><p><b>　　2．選用執(zhí)行元件</b></p><p>　　因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工進(jìn)，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無桿腔面

15、積等于有桿腔面積的兩倍。</p><p>　　3．快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路</p><p>　　根據(jù)題目的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。</p><p>　　采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制油快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可以直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的行程開關(guān)

16、控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。</p><p><b>　　4．換向回路的選擇</b></p><p>　　本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為了便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用三位五通換向閥。為了提高換向的位置精度，采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返還控

17、制。</p><p>　　5．組成液壓系統(tǒng)繪原理圖</p><p>　　將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求做必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖1-3所示的液壓系統(tǒng)圖。為了便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處、背壓閥和液壓缸無桿腔的進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)，這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。</p><p>　　液壓系統(tǒng)中各電磁閥的動(dòng)作順序如表1-2所示

18、。 </p><p>　　表1-2 電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p>　　圖1-3 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　三、確定液壓缸主要參數(shù)</p><p>　?。ㄒ唬┮簤焊讌?shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　參考同類型組合機(jī)床，初定

19、液壓缸的工作壓力為。</p><p>　　2.確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　本例要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路裝有背壓閥,初選背壓。</p><p>　　由表1-1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載，按此計(jì)算 &l

20、t;/p><p><b>　　液壓缸直徑 </b></p><p><b>　　由,可知活塞桿直徑</b></p><p>　　按GB/T2348—1993，將所計(jì)算的D與d值分別圓整到近似的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得</p><p><b>　　，</b><

21、/p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出</b></p><p><b>　　無桿腔面積 </b></p><p><b>　　有桿腔面積 </b></p><p><b>　　活塞桿面積 </b></p><p>　

22、　按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，單向行程調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為，因工進(jìn)速度為最小速度，則</p><p>　　因，滿足最低速度的要求。</p><p>　　3.計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率</p><p>　　根據(jù)液壓缸的負(fù)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，計(jì)算公式和結(jié)果列于表1-3中。

23、</p><p>　　表1-3 液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算</p><p>　?。ǘ┮簤罕玫膮?shù)計(jì)算</p><p>　　由表1-3可知，工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器靠動(dòng)作需要壓力差為5×10Pa，則液壓泵最高工作壓力</p><p>　　因此泵的額定壓力可取。</p><p&

24、gt;　　由表1-3可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.16L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L/min，取泄露系數(shù)，則小流量泵的流量應(yīng)為</p><p>　　快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量24L/min，則泵的總流量為</p><p><b>　　即大流量泵的流量</b></p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，根據(jù)文獻(xiàn)【3】表3-16，

25、查產(chǎn)品樣本，選用YB-4/25型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速960r/min。</p><p><b>　?。ㄈ╇妱?dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量</p><p><b>　　大泵流量</b></p><p>　　差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵

26、同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。</p><p><b>　　1．差動(dòng)快進(jìn)</b></p><p>　　差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥11后與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位三通閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力，查樣本可知，小泵的出口壓力損失，大泵出口到小泵出口的壓力損失。于是計(jì)算可得小泵

27、的出口壓力（總效率），大泵出口壓力（總效率）。電動(dòng)機(jī)功率</p><p><b>　　2．工進(jìn)</b></p><p>　　考慮到調(diào)整閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差。因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力。而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率，大泵總效率）。 電動(dòng)機(jī)功率</p><p><b>　　3．快退</b><

28、/p><p>　　類似差動(dòng)快進(jìn)分析知：小泵的出口壓力（總效率=0.5）；大泵出口壓力（總效率=0.51）。電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查文獻(xiàn)【3】表9-24 Y系列電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，選用Y132S-6異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率3kW。額定轉(zhuǎn)速960r/min。</p><p><b>　　四、液壓元件的選擇</b>

29、;</p><p>　　1．液壓閥及過濾器的選擇</p><p>　　根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本例中所有閥的額定壓力都為6.3MPa，額定流量根據(jù)各閥通過的流量確定為10L/min,25L/min,63L/min,100 L/min四種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表1-4中。過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號(hào)

30、與圖1-3中的序號(hào)一致。</p><p>　　表1-4 液壓元件明細(xì)表</p><p><b>　　2．油管的選擇</b></p><p>　　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(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)，取允許流速。則液壓缸

31、進(jìn)、出油管直徑</p><p>　　按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為20mm，外徑為24mm的10號(hào)冷拔鋼管。</p><p><b>　　3．油箱容積的確定</b></p><p>　　中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5~7倍，此處取7倍，故油箱容積為</p><p>　　五、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p>&l

32、t;p>　?。ㄒ唬毫p失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整</p><p>　　1．工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整</p><p>　　工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.16~0.94L/min，因此流速較小，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(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考

33、慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則</p><p>　　即小流量泵的溢流閥12應(yīng)該按此壓力調(diào)整。</p><p>　　2．快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整</p><p>　　因快退時(shí)，液壓缸無桿腔的回油量是進(jìn)油的兩倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。</p><p>　　已

34、知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為，</p><p><b>　　油管直徑，</b></p><p>　　通過的流量為進(jìn)油路，</p><p><b>　　回油路。</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式

35、的配置形式。</p><p>　　(1) 確定油流的流動(dòng)狀態(tài) </p><p><b>　　按式經(jīng)單位換算為</b></p><p>　　式中 ——平均流速（m/s）</p><p><b>　　——油管內(nèi)徑（m）</b></p><p><b>　　——油

36、的運(yùn)動(dòng)粘度</b></p><p><b>　　——通過的流量（）</b></p><p>　　則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為</p><p>　　回油路中液流的雷諾數(shù)為</p><p>　　由上可知，進(jìn)回油路上的流動(dòng)都是層流。</p><p>　?。?）沿程壓力損失 </p>

37、<p>　　由式可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。</p><p>　　在進(jìn)油路上，流速，則壓力損失為</p><p>　　在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即，則壓力損失為</p><p>　?。?）局部壓力損失 </p><p>　　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

38、式計(jì)算，結(jié)果列于下表1-5中。</p><p>　　表1-5 閥類元件局部壓力損失</p><p>　　注：快退時(shí)經(jīng)過三位五通閥的兩油道流量不通，壓力損失也不通</p><p>　　若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失為，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為</p><p>　　查表1-1知快退時(shí)液壓缸負(fù)載；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為<

39、;/p><p>　　按式可算出快退時(shí)泵的工作壓力為</p><p>　　因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于。</p><p>　　從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。</p><p>　　（二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算</p>

40、<p>　　在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占用的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。</p><p>　　工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算</p><p>　　工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率</p><p><b>　　系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為</b></p><p>　　已知油箱容積，

41、則按式油箱近似散熱面積A為</p><p>　　假定通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù)，則利用公式可得油液溫升為</p><p>　　設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為</p><p>　　式中 ——最高允許油溫，對(duì)于一般機(jī)床，；對(duì)于粗加工機(jī)械、工程機(jī)械，。</p><p>　　所以油箱散熱基本可以達(dá)到要求。</p><p>&l

42、t;b>　　六、心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過一周的努力，我終于完成了此次液壓課程設(shè)計(jì)。從中得到了以前許多注意的問題。</p><p>　　通過這次實(shí)踐設(shè)計(jì)，我們?cè)谑斋@知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟。在此過程中，我們通過查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)

43、的方法，而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。</p><p>　　真誠(chéng)的感謝輔導(dǎo)老師對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助。由于我們對(duì)所學(xué)知識(shí)不夠徹底，而且時(shí)間較短，又缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)書中難免會(huì)存在疏漏和欠缺之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正，以便在以后的工作和學(xué)習(xí)中不犯類似的錯(cuò)誤。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p&

44、gt;<p>　　文獻(xiàn)【1】 液壓與氣壓傳動(dòng) 劉忠偉 主編 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 2007.7</p><p>　　文獻(xiàn)【2】 液壓與氣壓傳動(dòng) 許福玲 陳堯明 主編 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2007.5</p><p>　　文獻(xiàn)【3】 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 液壓傳動(dòng)與控制/《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2007.2</p><p>