液壓與氣動技術(shù)課程設(shè)計(臥式單面多軸鉆鏜兩用組合機床液壓系統(tǒng))

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　組合機床工況分析…………………………………… 3</p><p>　　第2章 液壓缸的主要參數(shù)的確定…………………………… 4</p><p>　　第3章 擬定液壓系統(tǒng)圖…………………………………………… 6</p><p>　　第4章 液壓缸的機

2、構(gòu)設(shè)計……………………………………… 8</p><p>　　設(shè)計總結(jié)………………………………………………………………… 12</p><p>　　參考資料………………………………………………………… …… 13 </p><p>　　附錄A………………………………………………液壓系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　附

3、錄B…………………………………………………… 液壓缸結(jié)</p><p>　　第1章 組合機床工況分析</p><p><b>　　負載分析</b></p><p>　　工作負載：高速鉆頭鉆鑄鐵空時的軸向切削力Ft與鉆頭直徑D，每轉(zhuǎn)進給量s（以mm/r計）和鑄件硬度HB之間的經(jīng)驗算式為</p><p>　　根據(jù)組合機床

4、加工特點，鉆孔時的主轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進給量s可選下列數(shù)值：</p><p>　　對直徑13.9的孔來說 ＝360r/min，=0.147mm/r</p><p>　　對直徑8.5的孔來說 =550r/min，=0.096mm/r</p><p><b>　　帶入公式得：</b></p><p>　?。剑?4x25.5x13

5、.9xx+2x25.5x8.5x）N</p><p><b>　　=30468N</b></p><p>　　2）慣性負載 =(G/g)(△V/△t)=(9500/9.81)(7.8/(60/0.236))=533.4N</p><p>　　3) 阻力分析 靜摩擦分析 =0.18X9500N=1710N</p><

6、p>　　動摩擦分析 =0.12X9500N=1140N</p><p>　　液壓缸的機械效率取∮＝0.9，由此得出液壓缸在各工作的負載如下表</p><p><b>　　：</b></p><p>　　負載圖和速度圖的繪制</p><p>　　負載圖上按上面數(shù)值繪制，如下圖A所示。速度圖按已知數(shù)值 V1=V3=7

7、.8m/min、L1=95mm、L2=70 mm、快退行程L3=L2+L2=165mm和工進速度V2等繪制。如圖B所示。其中V2有主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進給量求出，即 V2=＝=＝53mm/min</p><p>　　v/m/min7.8</p><p><b>　　F/N</b></p><p><b>　　35120</b>

8、;</p><p><b>　　0.053</b></p><p>　　50100150</p><p>　　19002492L/mm</p><p><b>　　1266.7</b></p><p>　　050100150</p><p

9、>　　-1266.7L/mm-7.8</p><p><b>　　圖A圖</b></p><p>　　第2章 液壓缸的主要參數(shù)的確定</p><p>　　由表 1.0可知，組合機床液壓系統(tǒng)在最大負載35000N時宜取P1＝4Mpa。</p><p><b>　　表1.0</b></

10、p><p>　　鑒于動力滑臺要求快進快退速度相等，這里的液壓缸可選用單桿式的，并在快進時做差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔面積為A1取為有桿腔工作面積的兩倍，即活塞桿直徑d 與缸筒D成d＝0.707D的關(guān)系。</p><p>　　在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓p2，取p2＝0.8Mpa，以防空杯鉆通時滑臺突然前沖?？爝M時液壓缸雖然差動連接，單由于油管中有壓降△p存在，有桿腔的壓力必須

11、大于無桿腔，估算時△p約等于0.5Mpa。快退時會有腔中有背壓的，這時p2亦可按0.5Mpa估算。</p><p>　　由工進時的推力計算液壓缸面積：</p><p>　　F/=A1P1 – A2P2=A1P1-(A1/2)P2</p><p>　　故有 A1=（F/）/(P1-P2/2)=(35120)/(4 – 0.8/2)㎡=0.0098㎡=98</p

12、><p>　　D= =11.12㎝ d=0.707D=7.86㎝</p><p>　　當按GB 2348---80 將這些直徑圓整成就將近標準值時得：D=11㎝ ,d＝8㎝。由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：A1=3.14/4=95.03,A2=3.14(- )/4＝44.77。經(jīng)檢驗，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。</p><p>　　根據(jù)上述D與d的值，可估算

13、液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表 2.0所示，并據(jù)此繪出工況圖C所示：</p><p>　　表2.0 液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值</p><p>　　第3章 擬定液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　3.1 選擇液壓回路</p><p>　　(1)調(diào)速方式的選擇</p><p>　　液壓系統(tǒng)的

14、調(diào)速方式可分為節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)速回路三種形式。由工況得知，該液壓系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進油路節(jié)流調(diào)速回路，為防止鉆通孔時負載突然消失引起運動部件的前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥。</p><p>　　(2)液壓泵形式的選擇 </p><p>　　系統(tǒng)工作循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成，最大流量與最小流量的時間

15、之比。根據(jù)該情況，本方案決定采用大、小兩個液壓泵自動并聯(lián)供油的油源方案。</p><p>　　(3)速度換接方式的選擇</p><p>　　因鉆孔工序?qū)ξ恢镁燃肮ぷ髌椒€(wěn)性要求不高，可選用行程調(diào)速閥和電磁換向閥。動作可靠，轉(zhuǎn)換精度較高。</p><p>　　(4)快速回路與工進轉(zhuǎn)快退控制方式的選擇 </p><p>　　為使快進快退速度相等，

16、選用差動回路作快速回路。</p><p>　　(5)調(diào)壓和卸荷回路的選擇 </p><p>　　在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。</p><p>

17、;　　(6)夾緊油路的選擇</p><p>　　夾緊油路中串接減壓閥，可根據(jù)工件夾緊力的需要調(diào)節(jié)并穩(wěn)定其壓力，即使主油路壓力低于減壓閥所調(diào)壓力，因為有單向閥的存在，夾緊系統(tǒng)也能維持其壓力(保壓)。二位四通電磁換向閥的常態(tài)位置是夾緊工件，保證了操作安全可靠。</p><p><b>　　3.2組成系統(tǒng)</b></p><p><b>　

18、　系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　3.3 液壓系統(tǒng)工作分析</p><p><b>　　工件夾緊：</b></p><p>　　電液換向閥處于中位狀態(tài)，液壓泵輸出的壓力油進入夾緊缸的左腔，右腔回油，活塞桿向右移動，將工件夾緊。夾緊后，液壓缸左腔的壓力升高，當油壓超過壓力繼電器的調(diào)定值時，壓力繼電器發(fā)出信號指令使電磁鐵1YA

19、通電，液壓缸8動作。</p><p><b>　　快速前進：</b></p><p>　　電磁鐵1YA通電，電液換向閥左位接入系統(tǒng)，溢流閥17因系統(tǒng)壓力不高仍處于關(guān)閉狀態(tài)，這時液壓缸8作差動連接，液壓泵18輸出最大量。系統(tǒng)中油液流動的情況為：</p><p>　　進油路：液壓泵18→單向閥16→換向閥10（左位）→行程閥7（左位）→液壓缸8左腔

20、 </p><p>　　回油路：液壓缸8右腔→換向閥10（左位）→單向閥3→行程閥7（左位）→液壓缸8左腔</p><p><b>　　工進階段：</b></p><p>　　工進在滑臺前進到預定位置，擋塊壓下行程閥7時開始，這時系統(tǒng)壓力升高，溢流閥17打開，液壓泵單泵供油，系統(tǒng)中油液流動情況為：</p><p>　　進

21、油路：液壓泵18→單向閥16→換向閥10（左位）→調(diào)速閥4→液壓缸8左腔</p><p>　　回油路：液壓缸8右腔→換向閥10（左位）→溢流閥2→順序閥1→油箱</p><p><b>　　停留階段：</b></p><p>　　停留在工進行進到碰上死擋塊不再前進時開始，并在系統(tǒng)壓力進一步升高，壓力繼電器9發(fā)出信號后終止。</p>

22、<p><b>　　快退階段：</b></p><p>　　快退在壓力繼電器9發(fā)出信號后，電磁鐵1YA斷電、2YA通電時開始，這時系統(tǒng)壓力下降，液壓泵供油量增加，系統(tǒng)中油液的流動情況為：</p><p>　　進油路：液壓泵18→單向閥16→換向閥10（右位）→液壓缸8右腔</p><p>　　回油路：液壓缸8→左腔單向閥6→換向閥1

23、2（右位）→油箱</p><p><b>　　松開 ：</b></p><p>　　松開在擋塊壓下終點開關(guān)時3YA通電，夾緊缸松開。其油液流動情況為：</p><p>　　進油路：液壓泵18→單向閥16→減壓閥15→單向閥14→換向閥13（右位）→夾緊缸右腔</p><p>　　回油路：夾緊缸左腔→換向閥13（右位）→油

24、箱</p><p><b>　　停止</b></p><p>　　停止在滑臺快速退回到原位，擋塊壓下終點開關(guān)，電磁鐵2YA斷電、換向閥10處于中位，液壓泵卸荷，滑臺停止運動。</p><p>　　油路：液壓泵18→單向閥16→換向閥10（中位）→油箱</p><p>　　第四章 液壓缸的機構(gòu)設(shè)計</p>&

25、lt;p>　　4.1 為滿足本題目中液壓系統(tǒng) 快進—工進—快退的使用要求，選用雙作用單桿活塞缸。</p><p><b>　　1）液壓缸的組成：</b></p><p>　　液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置五個部分。</p><p>　　2）液壓缸組件的連接方式：</p>

26、<p>　　缸筒與缸蓋的連接形式，因法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也易拆卸，故采用法蘭連接，</p><p>　　缸筒與缸底的連接形式也用法蘭連接。</p><p>　　活塞桿與活塞的連接方式選用螺紋連接，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便可靠。</p><p>　　活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵、鎖緊裝置等。

27、</p><p>　　3）活塞及活塞桿處密封圈的選用 </p><p>　　活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇O型的密封 圈。</p><p>　　4）液壓缸的緩沖裝置 </p><p>　　液壓缸帶動工作部件運動時，因運動件的質(zhì)量大，運動速度較高，則在達到行程終點時，會產(chǎn)生液

28、壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。常見的緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調(diào)緩沖裝置。</p><p>　　5）液壓缸排氣裝置 </p><p>　　對于速度穩(wěn)定性要求的機床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。</p><p><b>　　6）密封裝置的選擇</b></p

29、><p>　　選0形密封圈，因為其具有良好的密封性能，且結(jié)構(gòu)緊湊，運動件的摩擦阻力小，裝卸方便，容易制造，價格便宜等優(yōu)點。</p><p>　　4.2 液壓缸設(shè)計需要注意的事項</p><p>　　1）盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負載。</p><p>　　2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動問題和液壓缸的排

30、氣問題，缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)措施。</p><p>　　3）根據(jù)主機的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。</p><p>　　4）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標準比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。</p><p>　　4.3 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求</p&

31、gt;<p><b>　　1）缸體 </b></p><p>　　材料---灰鑄鐵: HT200,HT350。</p><p>　　粗糙度---液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra＝0.2～ 0.4um</p><p>　　技術(shù)要求：a內(nèi)徑用H8-H9的配合</p><p>　　b缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H

32、精度</p><p><b>　　2）缸蓋</b></p><p><b>　　材料---35鋼</b></p><p>　　粗糙度---導向表面粗糙度為Ra＝0.8～ 1.6um</p><p>　　技術(shù)要求：同軸度不大于</p><p>　　分析： 缸體組件有與活塞組件

33、構(gòu)成密封的空腔，承受油壓，因此缸體組件要有足夠的強度，較高的表面精度，以承受活塞頻繁的往復摩擦，保證活塞密封件的可靠密封，缸體組件指的是缸筒與缸蓋，其使用材料與工作壓力有關(guān)，當工作壓力p＜10Mpa時使用鑄鐵，當工作壓力10Mpa＞p＜20Mpa時使用鑄剛或鍛剛，本題目中工作壓力的最大值為3.98 Mpa，故選用鑄鐵缸筒。缸蓋的材料常用35號，40鋼號鍛件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT250. HT 300等灰鑄鐵

34、。</p><p><b>　　3）活塞</b></p><p>　　材料---灰鑄鐵：HT300</p><p>　　粗糙度---活塞外圓柱粗糙度Ra＝0.8～ 1.6um</p><p>　　技術(shù)要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7~f9的配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H8。</p><p>&l

35、t;b>　　4）活塞桿</b></p><p>　　材料---實心：45鋼，調(diào)質(zhì)處理，</p><p>　　粗糙度---桿外圓柱粗糙度為Ra＝0.4～0.8um</p><p>　　技術(shù)要求：a調(diào)質(zhì)20~25HRC</p><p>　　b活塞與導向套用 的配合，與活塞的連接可用 </p><p>　　

36、分析：活塞組件主要包括活塞，活塞桿，連接件等 。活塞桿是液壓傳力的主要零件，由于液壓缸被用于不同的條件，因此要求活塞桿能經(jīng)受壓縮，拉伸，彎曲，</p><p>　　振動，沖擊等載荷作用，還必須具有耐磨，耐腐蝕性能，故活塞桿材料可用35號鋼，45號鋼或無縫鋼管做成實心桿或空心桿 ，為提高耐磨和防銹能力，可在活塞桿表面鍍鉻并拋光，活塞材料通常采用鋼. 耐磨鑄鐵，有時也用黃銅或鋁合金。</p><p

37、><b>　　5）導向套</b></p><p>　　材料---青銅，球墨鑄鐵</p><p>　　粗糙度---導向表面粗糙度為 </p><p>　　技術(shù)要求：a導向套的長度一般取活塞桿直徑的60%~80%</p><p>　　b外徑D內(nèi)孔的同軸度不大于內(nèi)孔公差之半</p><p>　　分

38、析：導向套按材料分為金屬型和非金屬型兩種，金屬型一般選用摩擦系數(shù)小耐磨好的青銅材料制造，非金屬型導向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。</p><p>　　4.4 液壓缸主要尺寸的計算</p><p>　　液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D，活塞桿直徑d，液壓缸筒的長度L，</p><p>　　1）液壓缸內(nèi)徑D的計算，</p><p

39、>　　根據(jù)最大負載和選取的工作壓力來確定內(nèi)徑D=110mm，</p><p>　　2）活塞桿直徑d的計算</p><p>　　在前面的計算中已經(jīng)確定d=80 mm，</p><p>　　3）液壓缸筒長度L的計算</p><p>　　液壓缸筒長度L由活塞最大行程l，活塞寬度B，活塞桿導向長度H和有特殊要求的其他長度確定。</p>

40、;<p>　　查手冊選取活塞行程L=250 mm，活塞寬度 B=（0.6—1.0）d，選B=88 mm，導向套長度H=（0.6—1.0）d，選H=0.8 d=64 mm，且液壓缸筒長度不超過內(nèi)徑110 mm的20倍，綜上所述，得液壓缸筒長度L=450 mm。</p><p>　　6）液壓缸參數(shù)的計算</p><p>　　液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚，油口直徑，缸底厚度&

41、lt;/p><p><b>　　1）壁厚的計算</b></p><p>　　查表取缸筒外徑為133 mm，則壁厚=（133－110）/2=11.5 mm</p><p>　　2）液壓缸油口直徑在計算</p><p>　　設(shè)定液壓缸油口液流速度為1.0m/min</p><p>　　則液壓缸油口直徑應(yīng)根

42、據(jù)活塞最高運動速度V 和油口最高液流速度Vo=而定</p><p>　　Do=0.13D Do————液壓缸油口直徑</p><p>　　=0.13X0.11 D————液壓缸內(nèi)徑</p><p>　　=40mm V————液壓缸最高

43、輸出速度</p><p>　　Vo————油口液流速度</p><p><b>　　7）缸底厚度計算</b></p><p>　　D————液壓缸內(nèi)徑（mm）</p><p>　　【】——缸底材料的許用應(yīng)力（Mpa）</p><p>　　Py———— 試驗壓力（Mpa）</p>&l

44、t;p><b>　　8）缸頭厚度計算</b></p><p>　　由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導向孔，因此其厚度的計算方法與缸底有所不同，這里選用螺釘聯(lián)結(jié)法蘭式缸頭。</p><p>　　H= F= +（d-）q</p><p>　　F————法蘭受力總和（N） q————附加密封

45、壓力（pa）</p><p>　　————螺釘孔分布圓直徑（m） ————密封環(huán)平均直徑（m） 【】————法蘭材料許用應(yīng)力（pa） d————密封環(huán)內(nèi)徑（m）</p><p>　　————密封環(huán)外徑（m） P————系統(tǒng)工作壓力（pa）</p><p>　　選取d=90 mm =10

46、0 mm =110 mm =130 mm P=3.98 Mpa q=0.5 Mpa</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式中，求得h=28 mm</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，我基本學會了液壓系統(tǒng)的設(shè)計和計算，強化了對液壓元件性能的掌握，理解不同回路在系統(tǒng)中的各自作用，進一步鞏固、加

47、深和拓寬了所學的知識。在設(shè)計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用液壓傳動課程及其他課程的理論知識在實際生產(chǎn)中應(yīng)用所學知識解決工程實際問題的能力，在設(shè)計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，大家共同解決了許多個人無法解決的問題，在這些過程中我們深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足，在今后的學習過程中我們會更加努力和團結(jié)。</p><p><b>　　參考資料</b></p>&l

48、t;p>　　1、趙波，王宏元﹒液壓與氣動技術(shù)【M】﹒北京：機械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　2、左鍵民﹒液壓與氣動技術(shù)【M】﹒北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　3、路甬祥﹒液壓氣動技術(shù)手冊【M】﹒北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　4、張利平﹒液壓與氣動設(shè)計手冊【M】﹒北京：機械工業(yè)出版社，1997</p&g