液壓課程設(shè)計--- 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　液壓課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　所在院(系)： 機械工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p

2、>　　班 級： 機自0801 </p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　本書是一臺臥式單面多軸鉆孔機床的液壓系統(tǒng)設(shè)計說明，除了供學(xué)生參考資料外，也可供生產(chǎn)鉆床的廠家使用。</p><p>　　液壓技術(shù)被引入工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)

3、展，液壓技術(shù)更日新月異。液壓傳動應(yīng)用非常廣泛，特別是金屬加工鉆床中得到充分的體現(xiàn)。本書共分為五章，主要內(nèi)容包括：負載分析，執(zhí)行原件主要參數(shù)，液壓系統(tǒng)原理圖和電磁鐵動作循環(huán)表，液壓元件及各類輔助件的選擇，液壓系統(tǒng)的驗算，液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。</p><p>　　由于水平有限，且編寫時間有限，書中難免存在缺點和錯誤，敬請批評指正。</p><p>　　負載分析，繪制速度循環(huán)圖、工作循環(huán)圖、負載

4、圖</p><p>　　1、啟動階段：F啟=F靜+F慣=2.45kN</p><p>　　2、快進階段：F快進=F動=0.95kN</p><p>　　3、工進階段：F進=F切+F動=32+0.95=32.95kN</p><p>　　4、快退階段：F退= F動=0.95kN</p><p>　　加減速時間Δt=0.1

5、4s 快進、快退速度3m/min</p><p>　　快進、快退加速度a===0.357m/s2</p><p>　　位移S=at2=0.5×0.357×（0.14）2=3.49×10-3m=3.5mm，遠遠小于快進與快退行程。</p><p>　　根據(jù)上述計算結(jié)果和已知條件，列出圖表如下：</p><p>　

6、　確定執(zhí)行原件（液壓缸）主要參數(shù)</p><p>　　初步確定液壓缸的主要尺寸</p><p>　　1.工作壓力P的確定</p><p>　　根據(jù)機床的類型（組合機床），由表2-1取液壓缸工作壓力4MP ，=0.5MP ηm=0.94，考慮快進、快退速度相等，則A1=A2 =0.7</p><p>　　根據(jù)液壓缸的最大負荷=32.95

7、5;103 ，則液壓缸內(nèi)徑D為</p><p><b>　　D===109</b></p><p>　　d=0.7D=77mm</p><p>　　根據(jù)手冊，圓整D，d到標(biāo)準值，D=110mm，d=80mm</p><p>　　2.液壓缸長度L的確定</p><p>　　為了穩(wěn)定性的滿足L取15d

8、 ，即 L=15d=1200mm</p><p>　　按液壓缸行程尺寸系列，L=1250mm</p><p><b>　　3.缸蓋壁厚δ</b></p><p>　　一般工程機械液壓缸采用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，壁厚的計算公式：</p><p><b>　　δ≥</b></p>

9、;<p><b>　　p1=1.5p</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　δ—液壓缸壁厚</b></p><p><b>　　D—液壓缸內(nèi)徑</b></p><p>　　py—試驗壓力，一般取最大工

10、作壓力的1.25—1.5倍MPa</p><p>　　[σ]—筒材料許用應(yīng)力。當(dāng)p<10MPa時，可用鑄鐵，[σ]=60MPa</p><p>　　當(dāng)p<20MPa時，可用鋼材，[σ]=100～116MPa</p><p>　　δ≥==7.15mm，取δ=10mm</p><p><b>　　4.缸蓋厚度確定</b

11、></p><p>　　無孔時 t1≥0.433D2 =0.433×0.11=17.2mm</p><p>　　有孔時 t2≥0.433D2 =0.433×0.11=32.9mm</p><p>　　故取t1=18mm，t2=33mm</p><p>　　5.最小導(dǎo)向長度的確定</p><p>

12、;　　對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足：</p><p>　　H≥+==117.5mm，取H=120mm</p><p>　　B=（0.6～1.0）D=66～110mm，取B=90mm</p><p>　　L1=（0.6～1.0）d=48～80mm，取L1=70mm</p><p>　　隔套長度C=H-(L1+B)=120-（70+90）

13、=40mm</p><p>　　計算各階段液壓缸所需的壓力、流量和功率</p><p>　　通過估計，取差動快進、快退時壓力損失Δp=0.5MPa</p><p>　　工進時，P背=0.8×105 MPa</p><p>　　快退時，Δp=0.5MPa</p><p>　　無桿腔有效工作面積A1=D2=

14、15;（0.11）2=94.99×10-4m2</p><p>　　有桿腔有效工作面積A2=（D2-d2）=[（0.11）2-（0.08）2]=44.75×10-4m2</p><p>　　活塞桿面積A3=A1-A2=d2=×（0.8）2=50.24×10-4m2</p><p>　　各階段所需壓力、流量和功率，列表如下：&l

15、t;/p><p><b>　　確定夾緊的主要參數(shù)</b></p><p>　?。?）考慮夾緊缸的穩(wěn)定，夾緊缸的壓力低于進給缸的工作壓力。取夾緊缸的工作壓力3.5MP ， =0.94，回油背壓力為0。</p><p>　　D===51.8mm </p><p>　　按標(biāo)準系列取值 D=63mm</p><

16、;p><b>　　d=45mm</b></p><p>　　按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度：</p><p><b>　　A>==6.25</b></p><p>　　由于調(diào)速閥是安裝在進油路上的，故液壓缸有效工作面積應(yīng)選取無桿腔的實際面積，即A1=94.99cm2</p><p&g

17、t;　　可見上述不等式能滿足，液壓缸能達到所需低速度</p><p>　?。?）計算夾緊缸的壓力和流量</p><p><b>　　進油腔壓力p1=</b></p><p>　　輸入流量Q=V夾×A= （取加緊時間為1S）</p><p>　　四、確定定位缸的主要參數(shù)</p><p>　

18、　由于定位缸負載小，行程短，原始數(shù)據(jù)中未給出具體定位力，所以定位缸和油塞桿直徑均取夾緊缸的0.8倍即可</p><p>　　擬定液壓系統(tǒng)原理圖和電磁鐵動作循環(huán)表</p><p>　　選擇液壓系統(tǒng)基本回路</p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計選擇緩沖回路</p><p>　　根據(jù)前面計算的功率可知，此系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)（N<1.5kW），設(shè)計要求

19、平穩(wěn)，不受外載干擾，孔鉆透時不前沖，則應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置，使液壓缸活塞在行程中以及兩端能平滑移動與停止，可用順序閥做背壓閥來實現(xiàn)，如下圖：</p><p>　?。ǘ┰O(shè)計調(diào)速回路（換接）</p><p>　　根據(jù)要求，進給速度均勻換接要求平穩(wěn)可靠，實現(xiàn)快進與工進、快退的換接，可選用調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速，行程閥控制快進換接為工進的迅速換接裝置。</p><p>　　

20、（三）設(shè)計選擇快速回路和換向回路</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求V快進=V快退=5m/min，采用較小規(guī)格的液壓泵，可選擇差動連接快速回路。運動部件在換向方面無特殊要求，可選擇電磁換向閥控制回路。為方便差動連接，選擇三位五通電磁換向閥。設(shè)計如下：</p><p>　?。ㄋ模┰O(shè)計選擇泵源和壓力控制回路</p><p>　　考慮到該機床在工作進給時負載較大、速度較低，

21、在快進、快退時負載較小、速度較高。從節(jié)約能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。</p><p>　　（五）選擇定位、夾緊回路</p><p>　　按位后夾緊的要求，可選擇用單項順序動作回路。夾緊缸的工作壓力低于進給缸的工作壓力，并由同一液壓泵供油，所以在夾緊回路中應(yīng)設(shè)減壓閥。同時滿足加緊時間可調(diào)，在進給供油瞬時下降能保持夾緊力；要接入節(jié)

22、流調(diào)速閥和單向閥保壓。</p><p>　　（六）選擇動作轉(zhuǎn)換的控制方式</p><p>　　為保證工件夾緊與進給的順序動作，應(yīng)采用壓力繼電器控制。當(dāng)工作進給結(jié)束轉(zhuǎn)換為快退時，由于加工零件是鉆通孔，位置精度不高，轉(zhuǎn)換控制方式可采用行程開關(guān)控制。</p><p><b>　　液壓基本回路的組合</b></p><p>　　

23、（一）繪制液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　?。ǘ┕ぷ鞣治?lt;/b></p><p><b>　　1、定位夾緊</b></p><p>　　油液經(jīng)減壓閥20、單向閥21和二位四通換向閥22右位后，油液分兩路，一路直接進入定位缸下腔實現(xiàn)定位；另一路待油壓升高，打開單向順序閥23，經(jīng)節(jié)流閥24后進入夾緊缸，完成夾緊。當(dāng)

24、壓力超過25調(diào)定壓力時，壓力繼電器25發(fā)出電信號使夾緊力不再升高</p><p><b>　　2、快進</b></p><p>　　電磁鐵1Y得電，4左位工作，由于液壓力低于液控順序閥18的調(diào)整壓力，閥18不打開，此時油路為：</p><p>　　進油路：過濾器1→變量泵2→換向閥4左位→油路7→行程閥11→油路10→液壓缸9左腔</p&

25、gt;<p>　　回油路：液壓缸9右腔→油路8→換向閥4左位→油路6→單向閥17→閥11→油路10→液壓缸9左腔</p><p><b>　　3、工進</b></p><p>　　在快進結(jié)束時，擋塊壓下行程閥11，使油路10與7斷開，于是進油路須經(jīng)調(diào)速閥14，系統(tǒng)壓力升高，控制油路將順序閥18打開，此時油路為：</p><p>　

26、　進油路：過濾器1→變量泵2→油路3→換向閥4左位→油路7→調(diào)速閥14→液壓缸9左腔</p><p>　　回油路：液壓缸9右腔→油路8→換向閥4左位→順序閥18→背壓閥19→油箱</p><p><b>　　4、死擋鐵停留</b></p><p>　　當(dāng)工進結(jié)束后，碰到死擋鐵，液壓系統(tǒng)壓力進一步升高，使壓力繼電器13發(fā)出信號給1Y及時間繼電器，

27、在未達到預(yù)定時間前，滑臺因1Y斷電，換向閥4中位連接而停留。</p><p><b>　　5、快退</b></p><p>　　在達到預(yù)定時間后，時間繼電器使2Y通電，換向閥4右位工作，此時油路為：</p><p>　　進油路：過濾器1→變量泵2→油路3→換向閥4右位→油路8→液壓缸9右腔</p><p>　　回油路：液

28、壓缸9左腔→油路10→單向閥12→換向閥4右位→油箱5</p><p>　　此時，系統(tǒng)壓力較低，泵輸出流量大，滑臺快速返回</p><p><b>　　6、原位停止</b></p><p>　　當(dāng)滑臺退回到原始位置時，擋塊壓下行程開關(guān)，此時1Y、2Y斷電，換向閥4處于中位，停止運動，油液壓力升高，泵的流量自動減到很小。</p>&

29、lt;p><b>　　7、松開、拔銷</b></p><p>　　電磁鐵3Y得電，換向閥22左位工作，此時油路為：</p><p>　　進油路：過濾器1→變量泵2→減壓閥20→單向閥21→換向閥22左位→油路26→ </p><p><b>　　回油路：</b></p><p>　?。ㄈ╇姶?/p>

30、鐵、行程閥動作表</p><p>　　（“+”表示電磁鐵得電，行程閥壓下；“-”表示電磁鐵斷電，行程閥未壓下）</p><p>　　系統(tǒng)組合后，合理安排幾個測壓點，這些測壓點通過壓力表開關(guān)與壓力表相接，可分別觀察個點的壓力，安排見系統(tǒng)圖</p><p>　　液壓元件及各類輔助件的選擇</p><p><b>　　液壓泵的計算與選擇&

31、lt;/b></p><p>　　計算液壓泵的工作壓力</p><p>　　液壓泵的工作壓力應(yīng)考慮液壓缸最高有效工作壓力和系統(tǒng)的壓力損失。本系統(tǒng)是調(diào)速進口節(jié)流，出口加背壓的調(diào)速方式，這類系統(tǒng)的壓力損失=（5～15）×10MPa，取=10×105Pa=1MPa，則液壓泵的工作壓力：</p><p>　　=+=4+1=5MPa</p>

32、;<p>　　上述是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此，選泵的額定壓力≥ (1.25~1.6) ，中低壓系統(tǒng)取小值，=1.25=1.25×5=6.25Mpa</p><p>　　（二）泵的流量確定。</p><p>　　液壓泵流量應(yīng)考慮液壓缸最大工作流量和回路的泄漏，常取泄漏系

33、數(shù)K=1.1～1.3，如K=1.2，則Q泵=1.2Qmax=1.2×15.1=18.12L/min，為限壓式變量泵流量調(diào)整值。</p><p>　?。ㄈ┻x擇液壓泵的規(guī)格</p><p>　　根據(jù)以上算得和，查閱手冊，現(xiàn)選用YBX-16限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：</p><p>　　每轉(zhuǎn)排量=16ml/r</p><p>

34、　　額定壓力pn=6.3MPa</p><p>　　電動機轉(zhuǎn)速nH=1450r/min</p><p>　　容積效率ηv=0.85</p><p><b>　　總效率η=0.7</b></p><p>　?。ㄋ模┡c液壓泵匹配的電動機的選定</p><p>　　首先計算快進時的功率，快進時的外負載為

35、0.95kN，進油路的壓力損失為0.5MPa</p><p>　　由前面計算可得=0.69MPa</p><p>　　快進時所需電動機功率P== =0.25kW</p><p>　　工進時所需電動機功率P= =0.07kW</p><p>　　查閱電動機樣本，選用Y90S-4型電動機，額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min.&l

36、t;/p><p>　　根據(jù)樣本可查得YBX-16流量壓力特性曲線</p><p>　　根據(jù)后面求的泵在工進時的出口壓力為4.67MPa，流量為0.76L/min，可做出實際工作時的特性曲線。</p><p>　　由圖可知，拐點處的壓力為1.2MPa，該工作點功率為</p><p><b>　　<2.2KW</b><

37、;/p><p>　　為使所選在經(jīng)過泵的流量特性曲線時不致停轉(zhuǎn)，需滿足</p><p><b>　　≤</b></p><p>　　—所選電動機的額定功率</p><p>　　—限壓式變量泵的限定壓力</p><p>　　—壓力為時，泵的輸出流量</p><p><b>

38、;　　二、液壓閥的選擇</b></p><p>　　根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，計算分析通過各元件的最大流量和最高工作壓力來選擇液壓元件的規(guī)格，如下表：</p><p>　　規(guī)格標(biāo)注按《新編液壓工程手冊》參考標(biāo)注</p><p>　　三、油管的計算和選擇</p><p>　　1、油管內(nèi)徑一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接

39、管路中允許流速進行計算。</p><p>　　由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接時，油管內(nèi)徑油量較大，其實際流量Q=36.24L/min=0.6×10-3m3/s，允許流速按壓油管路取u=4m/s，則主壓力油管d用下式計算：</p><p>　　d1= =1.13 =1.13 =13.8mm</p><p>　　若系統(tǒng)主油路按快退時取，d1=1.13 =9.8mm&

40、lt;/p><p>　　綜上所述，去油管內(nèi)徑d1為12mm</p><p>　　2、吸油管按Q=0.30×10-3m3/s v=1.5m/s</p><p>　　d2= =1.13 =1.13 =15.96mm</p><p><b>　　取d2=16mm</b></p><p><

41、b>　　四、油箱容積的確定</b></p><p>　　中壓系統(tǒng)油箱的容量，一般去液壓泵公稱流量Q泵的5～7倍</p><p>　　V=（5～7）Q泵=（5～7）×18.12=（90.6～126.84）L/min</p><p>　　取容量為110L的油箱</p><p><b>　　五、工作介質(zhì)的選用&

42、lt;/b></p><p>　　液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)起傳遞能量、潤滑相對運動作用，零件工作溫度在（30～55）℃，屬于低壓、低溫、高速的工作環(huán)境，由葉片泵供壓力油。</p><p>　　2.5<p<8MPa</p><p>　　V50=20-40cst</p><p>　　查手冊可知，選用L-HL-32機械用普通液壓油能滿

43、足要求，此油具有良好的耐磨性、潤滑性、防銹抗氧性。</p><p>　　第五章 液壓系統(tǒng)的驗算</p><p>　　一、驗算進給油路在各階段的壓力損失</p><p>　　管路長度：進出油管均為2m，泵至閥17、閥17至缸左右均為1m</p><p><b>　　管內(nèi)徑：12mm</b></p><p

44、>　　油液最低粘度：3.2×10-4m/s，考慮到油的最低溫度為15℃，查得15℃時液壓油運動粘度v=150cst=1.5×10-4m2/s，油密度ρ=920kg/m3</p><p><b>　　快進</b></p><p><b>　　進油路沿程損失</b></p><p>　　流量：進油路上

45、有較長一段為0.60×10-3</p><p>　　流態(tài)：可用雷諾數(shù)判斷</p><p><b>　　流態(tài)為層流</b></p><p>　　1、沿程壓力損失ΔP沿</p><p>　　——差動匯合點至無桿腔的壓力損失</p><p>　　令——液壓缸有桿腔至匯合點壓降</p>

46、;<p>　　——泵到匯合點的壓降</p><p><b>　　∵L均取1m</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　∴油路壓力損失ΔP沿=[]+2=0.48MPa (沿程損失)</p><p>　　2、閥件局部壓力損失計算</p><

47、p>　　ΔP閥=ΔP額（）2</p><p>　　ΔP閥4=1×105（）2+1×105（）2×</p><p><b>　　=0.096MPa</b></p><p>　　ΔP閥11=1.5×105（）2+1.5×105（）2×</p><p><

48、b>　　=0.58MPa</b></p><p>　　ΔP閥17=1×105（）2×</p><p><b>　　=0.045MPa</b></p><p><b>　　快進時總壓力損失</b></p><p>　　=ΔP沿+ΔP閥=0.048+0.096+0.

49、58+0.045=1.2MPa</p><p>　　3、泵出口的壓力確定</p><p><b>　?。ǘ┕みM</b></p><p><b>　　1、沿程壓力損失</b></p><p>　　管道流動雷諾數(shù)Re2</p><p>　　2、回油路沿程壓力損失</p&g

50、t;<p>　　= =0.04MPa</p><p><b>　　總ΔP沿=</b></p><p>　　取調(diào)速閥ΔP調(diào)=0.5MPa</p><p>　　ΔP背=0.8MPa</p><p>　　ΔP閥=0.5+0.8=0.5+0.8×=0.88MPa</p><p>　

51、　=ΔP沿+ΔP閥=0.1+0.88=0.98MPa</p><p>　　3、變量泵出口的壓力</p><p>　　上述驗算表明，無需修改原設(shè)計</p><p><b>　　二、系統(tǒng)溫升的驗算</b></p><p>　　整個工作循環(huán)中，工進階段所占時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進時發(fā)熱量。一般情況下，工進速度大，發(fā)

52、熱量大。</p><p>　　工進速度v=0.08m/s，q=×0.112×0.08m3/min=0.76L/min</p><p>　　假定系統(tǒng)散熱狀況一般，取</p><p><b>　　油箱散熱面積</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的溫升</b></p>

53、<p>　　驗算表明，系統(tǒng)溫升在許可范圍內(nèi)</p><p><b>　　液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　缸體與缸蓋的連接形成</p><p>　　因法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，成本低，加工容易，便于裝拆等優(yōu)點，所以設(shè)計時選擇泛濫端蓋。</p><p>　　活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p>&

54、lt;p>　　在裝配圖中以物理固定方式固定。兩邊都裝有緩沖套，既有緩沖作用，有能把活塞桿與活塞連接在一塊。其中緩沖套與活塞桿螺紋連接。</p><p>　　活塞及活塞桿處密封圈的選用。</p><p>　　活塞及活塞桿密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位，使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。</p><p>　　此設(shè)計中選用摩擦環(huán)密封。<

55、;/p><p><b>　　液壓缸緩沖裝置</b></p><p>　　為避免液壓沖擊，設(shè)置緩沖裝置，見本頁二的敘述。</p><p><b>　　液壓缸的排氣裝置</b></p><p>　　對于運動速度穩(wěn)定性要求較高的機床液壓缸，需設(shè)置排氣裝置，本設(shè)計中在無桿腔裝有帶放氣孔的單向閥，有桿腔從節(jié)流閥放

56、氣。</p><p><b>　　液壓缸裝配組成</b></p><p>　　各組成部分詳見裝配圖。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　通過一周的液壓課程實訓(xùn)，我深感基礎(chǔ)知識的重要性。這次液壓的課程設(shè)計，是我們第一次較全面的運用液壓綜合知識。通過這次設(shè)計，使得我們對液

57、壓基礎(chǔ)知識有了一個較為系統(tǒng)全面的認識，加深了對所學(xué)知識的理解和運用，將原來比較抽象的內(nèi)容實體化，初步培養(yǎng)了我們理論結(jié)合實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練了綜合運用相關(guān)課程的理論。結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程問題的能力，鞏固、加深和擴展了有關(guān)液壓系統(tǒng)設(shè)計方面的知識。課程設(shè)計是累的但也是令人高興的，這次課程設(shè)計使我和同學(xué)間的友情更進，更加體會到了團結(jié)的重要性。</p><p>　　收獲的喜悅是我們大家都能夠領(lǐng)略的，播種的心情則是我們

58、大家所共享的。人生的路途荊棘叢生，逃，懦弱：避，消極：退，無能！我們只有播下堅定的信念，播下堅忍的品質(zhì)，播下不滅的希望，才能在收獲成功的鮮花大道上，昂首前行！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.明仁雄，萬會雄.液壓與氣壓傳動，國防工業(yè)出版社，2003</p><p>　　2.液壓氣壓技術(shù)速查手冊.張利平.化學(xué)

59、工業(yè)出版社，2007</p><p>　　3.雷天覺.液壓工程手冊.北京 機械工業(yè)出版社， 1990</p><p>　　4.李登萬.液壓與氣壓傳動.江蘇 東南大學(xué)出版社，2004</p><p>　　5.張利平.液壓站設(shè)計與使用.北京 海洋出版社，2004</p><p>　　6.李勝海.液壓機構(gòu)及其組合.北京 清華大學(xué)出版社， 1