機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目 機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 任 務(wù) 書(shū)</b></p><p><b>　　1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p>

2、<p><b>　　1.2實(shí)驗(yàn)任務(wù)</b></p><p><b>　　2 課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.1.1 液壓缸主要零件的材料</p><p>　　2.1 .2液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算</p>

3、<p>　　2.1.3 液壓缸壁厚的計(jì)算</p><p>　　2.1.4 液壓缸工作行程的確定</p><p>　　2.1.5 缸蓋厚度的確定</p><p>　　2.1.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 </p><p><b>　　2.1.7校核d</b></p><p>

4、;　　2.1.8 缸體與缸蓋采用螺紋連接時(shí)的計(jì)算</p><p>　　2.1.9活塞與活塞桿采用螺紋連接時(shí)的計(jì)算</p><p><b>　　3 綜合實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　3.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選型</p><p>　　3.1.1 液壓回路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.

5、1.2 電器回路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2 實(shí)驗(yàn)安裝及調(diào)試</p><p>　　3.2.1液壓回路連接</p><p>　　3.2.2 電氣回路連接</p><p>　　3.2.3 基本工作過(guò)程</p><p><b>　　5 心得體會(huì)</b></p><p>

6、;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　1 任 務(wù) 書(shū)</p><p><b>　　1．1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?lt;/b></p><p>　　熟悉、了解本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成</p><p

7、>　　掌握常見(jiàn)典型液壓回路的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試</p><p>　　掌握繼電器控制電路的設(shè)計(jì)；PLC控制程序的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械、液壓、電氣等知識(shí)及設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等綜合技能</p><p><b>　　1．2實(shí)驗(yàn)任務(wù)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬C(jī)械動(dòng)作

8、要求</b></p><p><b>　　┏━━━━→┓</b></p><p>　　┃ ┃工 進(jìn)50</p><p>　　┃快 退 ━━━━━━━━━━━→┓</p><p>　　┗━━━━━━━←━━━━━━━ ━━┛</p><p><b&g

9、t;　?。ǘ┰O(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　工作是最大負(fù)載F=8000N;液壓缸工作壓力為;快進(jìn)、快退速度V快=5m/min;Ⅰ缸工進(jìn)速度;Ⅱ缸工進(jìn)速度;油缸內(nèi)徑與活塞桿直徑比d/D=0.75;回油腔背壓;油路壓力損失∑ΔP=0.3Mpa;Qmin=0.2L/min;夾緊油缸工作壓力;夾緊時(shí)間;夾緊行程。</p><p><b>　　（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容</b

10、></p><p>　?。?）繪制液壓缸總圖和繪制端蓋零件圖</p><p>　　（2）液壓泵及匹配的電動(dòng)機(jī)選擇</p><p>　?。?）液壓元件的選擇</p><p>　?。?）按規(guī)定機(jī)械動(dòng)作要求，設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖，設(shè)計(jì)電器控制系統(tǒng)</p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的連接<

11、;/p><p><b>　?。?）調(diào)試</b></p><p>　　2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 選用液壓元件如下表2-1： </p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　根據(jù)動(dòng)作要求和提供的元件，設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)

12、系統(tǒng)，其工作情況由表2-2所示</p><p>　　油路中用到的上述提供的元器件有：二位二通電磁換向閥、調(diào)速閥、先導(dǎo)式溢流閥、三位四通電磁換向閥。</p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　2.2計(jì)算和選擇液壓元件</p><p>　　（1）確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p>&l

13、t;p>　　(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.3Mpa，則小流量泵的最高工作壓力估算為:</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　(2) 計(jì)算液壓泵的流量</p>&l

14、t;p>　　油源向液壓缸輸入的最大流量為：</p><p><b>　　所以泵的流量 ：</b></p><p><b>　　qv≥q</b></p><p><b>　　共進(jìn)時(shí)的流量為:</b></p><p><b>　　qg </b>

15、</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取CB-C外齒合單級(jí)齒輪泵。泵的排量為32mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)，其理論流量分別為31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為:</p><p>　　q=30L/m

16、in0.9=27L/min</p><p>　　由于液壓缸在快進(jìn)時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。</p>

17、<p>　　(4) 確定其它元件及輔件</p><p>　?。?）確定閥類元件及輔件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表2-3所列。</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　(2) 確定油管內(nèi)徑</

18、p><p>　　表2-4允許流速推薦值</p><p><b>　　表2-4</b></p><p><b>　　有管內(nèi)徑為：</b></p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　根據(jù)內(nèi)徑尺寸系列，選取內(nèi)徑為20mm的軟管</p

19、><p>　　3 缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 液壓缸主要零件的材料</p><p>　　缸體 無(wú)縫鋼管 45鋼</p><p>　　液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。因20號(hào)鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或者耳軸等件需焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的3

20、5鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45鋼，并調(diào)質(zhì)到241～285HB。</p><p>　　缸體毛坯也可用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200～HT350間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。</p><p>　　這里選用無(wú)縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適于大批量生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸大部分都采用無(wú)縫鋼管，一般常用調(diào)質(zhì)的45號(hào)鋼。</p>

21、;<p><b>　?、?、缸筒的要求</b></p><p>　　有足夠強(qiáng)度，能夠承受動(dòng)態(tài)工作壓力，長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)變形；</p><p>　　有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時(shí)不會(huì)彎曲；</p><p>　　內(nèi)表面和導(dǎo)向件與密封件之間摩擦少，可以保證長(zhǎng)期使用；</p><p>　　缸筒和法蘭要良好焊

22、接，不產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　無(wú)縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適于大批量生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸大部分都采用無(wú)縫鋼管，一般常用調(diào)質(zhì)的45號(hào)鋼。</p><p>　　(2)活塞 鑄鐵HT200</p><p>　　活塞常用材料灰鑄鐵，耐磨鑄鐵、35及40鋼和鋁合金等。缸徑較小的整體式活塞用35、45鋼，其他多用灰鑄鐵。</p>

23、<p>　　(3)活塞桿 45鋼</p><p>　　活塞桿常使用35、45鋼等材料。對(duì)于沖擊震動(dòng)很大的活塞桿，也可以使用55鋼。一般實(shí)心的活塞桿用35、45鋼。</p><p>　　(4)前缸蓋 45鋼</p><p>　　缸蓋常用35、45鋼的鍛件或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料。</p><p>　　(5)后缸蓋 45鋼

24、</p><p>　　缸蓋常用35、45鋼的鍛件或鑄造毛坯，也可以使用灰鑄鐵材料。起導(dǎo)向作用時(shí)則用鑄鐵</p><p>　　3.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中：------液壓缸工作壓力（Mpa）</p><p>　

25、　---------回油腔背壓(Mpa)</p><p>　　--------無(wú)桿腔面積(mm^2)</p><p>　　--------有桿腔面積(mm^2)</p><p>　　F----------最大負(fù)載（N）</p><p><b>　　（3.2）</b></p><p><b&g

26、t;　?。?.3）</b></p><p>　　式中：D----------液壓缸的內(nèi)徑</p><p>　　d-----------活塞桿的直徑</p><p>　　所給的設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大負(fù)載F=8000N;工作壓力為; d/D=0.75;回油腔背壓 。依據(jù)式(3.1) 、（3.2）、（3.3）可計(jì)算出</p><p>　　內(nèi)徑

27、D和活塞桿直徑d.</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果為：</b></p><p>　　D=76.8mm </p><p><b>　　d=57.75mm</b></p><p>　　根據(jù)GB/T2348-1993,液壓缸內(nèi)徑尺寸系列和液壓缸活塞桿外徑尺寸對(duì)D和d進(jìn)行圓整，取D=80mm,

28、d=63mm.</p><p>　　3.3 液壓缸壁厚的計(jì)算</p><p>　　當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑D比值小于0.1時(shí)，稱為薄壁缸筒，壁厚按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　式中：----------液壓缸缸筒厚度（mm）</p><p>

29、;　　------------實(shí)驗(yàn)壓力（Mpa）,工作壓力P≤16Mpa時(shí)，=1.5P；工作壓力P≥16Mpa時(shí)，=1.25P</p><p>　　--------缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa）</p><p>　　--------缸體材料的抗拉強(qiáng)度極限（Mpa）</p><p>　　n--------安全系數(shù)，n=3.5～5，一般n取5</p><

30、;p>　　當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑D比值大于0.1時(shí)，稱為厚壁缸筒，壁厚按材料力學(xué)第二強(qiáng)度理論計(jì)算：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　缸筒壁厚確定之后，即可求出液壓缸的外徑：</p><p>　　選用無(wú)縫鋼管材料，其抗拉強(qiáng)度為100～110Mpa，根據(jù)式3.4求得：</p><p>　　

31、根據(jù)鋼管外徑尺寸系列，選取其外徑為95mm，其厚度也就為7.5mm>0.708mm,滿足要求。</p><p>　　3.4液壓缸工作行程的確定</p><p>　　查選用工作行程為250mm。</p><p>　　3.5 缸蓋厚度的確定</p><p>　　3.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定</p><p>　　當(dāng)活塞桿

32、全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H（如圖1）。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定是最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。</p><p>　　對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求</p><p>　　式中 L---液壓缸的最大行程；</p><p>　　D------缸筒內(nèi)徑

33、。</p><p><b>　　圖1 導(dǎo)向長(zhǎng)度</b></p><p>　　活塞的寬度，一般取B=（0.6～1.0）D；導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在D<80mm時(shí)取A=（0.6～1.0）D,在D>80mm時(shí)取A=（0.6～1.0）d。為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，過(guò)分增大A和B都是不適宜的，必要時(shí)可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套（圖中K），隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H

34、決定，即：</p><p><b>　　計(jì)算過(guò)程：有定義</b></p><p><b>　　而</b></p><p>　　因此這里就不需要加隔套</p><p><b>　　3.4 校核d</b></p><p><b>　　(3.5)&l

35、t;/b></p><p>　　[σ]= σ/1.4=357Mpa</p><p>　　式中：F-------- 最大負(fù)載（N） </p><p>　　據(jù)式3.5計(jì)算得d≥3.2mm</p><p>　　上述計(jì)算得d=45mm>3.2mm,所以滿足要求。</p><p>　　3.6 缸體與缸蓋采用螺

36、紋連接的計(jì)算</p><p>　　缸體螺紋處的拉應(yīng)力：</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p><b>　　螺紋處的切應(yīng)力為:</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　合成應(yīng)力

37、為：</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　式中：σ-------螺紋處的拉應(yīng)力（pa）</p><p>　　K-------螺紋擰緊系數(shù)，靜載荷時(shí)，取K=1.25~1.5；動(dòng)載荷時(shí)，取K=2.5～4,(取K=3)</p><p>　　K1-------螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，（

38、取K1=0.12）</p><p>　　d0-------螺紋外徑m （d0=100mm）</p><p>　　d1-------螺紋內(nèi)徑m (d1=88.058mm)</p><p>　　D-------液壓缸內(nèi)徑m (D=80mm)</p><p>　　τ -------螺紋外的切應(yīng)力pa</p><p>　　

39、[σ]----螺紋材料的許用應(yīng)力pa</p><p><b>　　[σ]=σs/n</b></p><p>　　σs-------螺紋材料的屈服點(diǎn)pa （σs=355Mpa）</p><p>　　n-------安全系數(shù) （n=2）</p><p>　　σn-----合成應(yīng)力（pa）</p><p&g

40、t;　　F-------缸體螺紋處所受到的拉力（N）</p><p>　　將各參數(shù)帶入式3.7、3.8、3.9得：</p><p>　　σ =20Mpa τ =0.06Mpa σn =20Mpa [σ]=175Mpa</p><p>　　所以σn =20Mpa< [σ]=175Mpa,其螺紋聯(lián)接符合要求。 </p><p>　

41、　3.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時(shí)的計(jì)算</p><p>　　螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)的工作條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸。</p><p>　　活塞桿危險(xiǎn)截面處的拉應(yīng)力：</p><p><b>　　（3.10）</b></p><p><b>　　切應(yīng)力為：&

42、lt;/b></p><p>　　（3.11） </p><p><b>　　合應(yīng)力為：</b></p><p>　　≤ [σ] （3.12）</p><p>　　式中：F1-------液壓缸輸出壓力</p><p><b>　　3818N&l

43、t;/b></p><p>　　式中：d-------活塞桿直徑；[σ]----活塞桿材料的許用應(yīng)力 Mpa </p><p>　　將各參數(shù)帶入式3.10、3.11、3.12得：</p><p>　　σ=9.07Mpa τ=4.3Mpa σn=11.6Mpa</

44、p><p>　　所以σn=11.6Mpa≤[σ]=175Mpa,其螺紋聯(lián)接滿足要求。</p><p>　　4 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 </p><p>　　電氣控制油路圖如圖4-1所示</p><p>　　4.1 電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)圖1-1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及表2-2所示工作情

45、況，設(shè)計(jì)電器控制系統(tǒng)如圖1-2所示</p><p>　　4.2 基本工作過(guò)程：</p><p>　　快進(jìn) ：按下SB2,啟動(dòng)液壓泵，按下SB3使2DT和1DT得電，執(zhí)行快進(jìn)。</p><p>　　工進(jìn)：碰到行程開(kāi)關(guān)YA3，使1DT失電，2DT仍得電，執(zhí)行工進(jìn)。</p><p>　　快退：碰到行程開(kāi)關(guān)YA5，使3DT和1DT得電，2DT失電，執(zhí)

46、行快退。</p><p>　　強(qiáng)退：按下SB4，使3DT和1DT得電，2DT失電，執(zhí)行強(qiáng)退。</p><p>　　按圖4-1連接系統(tǒng)油路，連接時(shí)需注意調(diào)速閥的P1口和P 2口的鏈接。按圖4-2連接電氣控制線路，連接時(shí)注意控制電路接的是220V,從火線引出一根線，最后回到的是零線。接信號(hào)指示燈時(shí)，是并聯(lián)到，每個(gè)電磁上不是串聯(lián)，否則電路將出現(xiàn)問(wèn)題。</p><p>&l

47、t;b>　　（五）心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這為期三周的課程設(shè)計(jì)，對(duì)之前的液壓知識(shí)加深了了解?；菊莆樟艘粋€(gè)液壓回路的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　通過(guò)對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì)，了解了液壓缸的設(shè)計(jì)過(guò)程和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中有些細(xì)節(jié)問(wèn)題需要特別注意，比如像缸蓋與缸體采用的聯(lián)接方式是否滿足要求；設(shè)計(jì)的缸體本身雖滿足參數(shù)上的要求，但還得考慮加工是否簡(jiǎn)單；繪制液壓缸的裝配圖

48、時(shí)，要注意哪些是標(biāo)準(zhǔn)件，不能隨便想當(dāng)然地畫(huà)上去；總體結(jié)構(gòu)要合理，一般繪制裝配圖時(shí)，畫(huà)其終止位或開(kāi)始位，以表示其總的行程有多少。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)控制電路時(shí)，要注意的很多。比如：機(jī)械設(shè)計(jì)的首要理念是以最少的元器件來(lái)達(dá)到要滿足的動(dòng)作要求，盡量簡(jiǎn)單易懂，不要太繁瑣?？紤]一定要周全，假如液壓缸在運(yùn)動(dòng)中途停了怎么辦，此時(shí)就需要設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)退開(kāi)關(guān)，細(xì)節(jié)問(wèn)題要注意，一定要把可能出現(xiàn)的情況都考慮在內(nèi)。在調(diào)試過(guò)程中，接線要特別細(xì)心，一條支路一條支路的接，不要看到

49、哪個(gè)就接哪個(gè)，容易亂。接好后要特別注意先檢查一遍，接了幾個(gè)常開(kāi)開(kāi)關(guān)或常閉開(kāi)關(guān)，基本線路接的是否正常，檢查下來(lái)沒(méi)問(wèn)題才能通電調(diào)試。油路連接中最重要的細(xì)節(jié)是分清哪個(gè)是進(jìn)油口哪個(gè)是出油口，特別是接調(diào)速閥的時(shí)候。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程下來(lái)，學(xué)到了很多東西。主要是鍛煉自己處理復(fù)雜問(wèn)題的思路，考慮細(xì)節(jié)問(wèn)題的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，提高了查閱資料的能力，機(jī)械設(shè)計(jì)需要在前人的基礎(chǔ)</p><p>　　作為機(jī)械工程學(xué)院的學(xué)生，過(guò)硬的專業(yè)知識(shí)與相

50、關(guān)技能是必不可缺少的。技能的熟練來(lái)自平時(shí)的培養(yǎng)與鍛煉。長(zhǎng)時(shí)間的不去訓(xùn)練，在好的技能也會(huì)荒廢掉。所謂勤能補(bǔ)拙，知識(shí)的匱乏是可以通過(guò)后天的努力來(lái)培養(yǎng)的，來(lái)積累的。但是，缺少了勤奮與專研的精神，那么，在以后的學(xué)習(xí)，工作，生活中，都將會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。面臨挫折，我們需要的是面對(duì)他的勇氣，而不是畏縮的后退。沒(méi)有挫折的經(jīng)歷的人生本身算是個(gè)是失敗的人生。</p><p>　　最后，我要說(shuō)的是，感謝我的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師，有了他們的

51、親切關(guān)懷</p><p>　　和悉心指導(dǎo)，我才能順利完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。才能順利從理論過(guò)渡到實(shí)踐。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李笑 吳冉泉主編，《液壓與氣壓傳動(dòng)》，國(guó)防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2]楊培元 朱福元主編，《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社，