課程設(shè)計(jì)論文單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名 院（系） 機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 目 錄單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書3課程設(shè)計(jì)題目3一、行工況分析，確定液壓缸推力71、工況分析及液壓缸的推力：7二、確定液壓缸工作壓力、結(jié)構(gòu)尺寸、初定液壓缸流量92、選取工作壓力及背壓力93、確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸94、認(rèn)證液壓缸筒壁厚95、定液壓缸筒的長(zhǎng)度106、求最少活塞桿直徑107、校核活塞桿的穩(wěn)定性108、液壓缸各截面積119、液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表12三、確定定位夾緊液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸及流量121、定位夾緊力設(shè)計(jì)計(jì)算12四、設(shè)計(jì)臥式鉆鏜組合機(jī)床的

2、液壓動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)圖13五、液壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇141、液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算142、確定液壓缸的輸入輸出流量和移動(dòng)速度173、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件184、油管尺寸185、油箱容積19六、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證191、液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核192、液壓泵工作壓力的估算203、估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升21七、參考文獻(xiàn)22單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)題目 單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（指導(dǎo)老師：張日紅） 某自動(dòng)線上的一臺(tái)單面多軸鉆孔組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)為臥式布置（導(dǎo)軌為水平導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦系數(shù)j=0.2; d=0.1）擬采用桿固定的單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)滑

3、臺(tái)，完成工件鉆削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件的定位、夾緊均采用液壓控制方式，以保證自動(dòng)化要求。由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：定位夾緊快進(jìn)工進(jìn)快退原位停止夾具松開(kāi)拔定位銷，動(dòng)力滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)見(jiàn)表1所示。 表1 動(dòng)力滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)工況行程/mm速度/（m/s）時(shí)間/s運(yùn)動(dòng)部件重力 g/n鉆削負(fù)載fe/n啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間快進(jìn)1500.19800_0.21.5工進(jìn)10040000113.2快退2502.5_2.51、大泵，2、小泵，3、濾油器，4、外控順序閥，5、15、單向閥， 6、溢流閥，7、電液換向閥，8、單向行程調(diào)速閥，9、壓力繼電器，10、主液壓缸，11、二位三通電磁換向閥，

4、12、背大壓閥，13、二位二通換向閥，14、減壓閥，16、帶定位裝置的二位四通電磁換向閥，17、單向順序閥，18、定位液壓缸，19、夾緊液壓缸a、工件夾緊：5ya通電（1）、先定位：壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥定位缸19無(wú)桿腔定位缸19有桿腔電磁閥油箱（2）、再夾緊工件定位后，壓力油升高到單向順序閥開(kāi)啟的壓力，單向順序閥開(kāi)啟，壓力油單向順序閥夾緊缸18無(wú)桿腔夾緊缸18有桿腔電磁閥油箱 工件夾緊到位，壓力油壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，繼電器發(fā)信，1ya通電，主系統(tǒng)快進(jìn)。b、快進(jìn)：1ya通電，電液換向閥左位工作， 大泵單向閥5電液換向閥7行程閥8主液壓缸無(wú)桿腔小泵2 液壓缸有桿腔電磁閥11電

5、液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主缸（差動(dòng)換接）c：工進(jìn)：3ya通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進(jìn)油路，3ya通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥5調(diào)定壓力，進(jìn)油路高壓油切斷單閥5供油路,打開(kāi)外控順序閥4，大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12通油箱油路。大泵外控順序閥5（卸荷閥）油箱（大泵卸荷）小泵2電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主液壓缸無(wú)桿腔主液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7背壓閥12油箱d、快退：1ya斷電，2ya、3ya、4ya通電工進(jìn)結(jié)束，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，1ya斷電，2ya、3ya、4ya通電大泵單向

6、閥5電液換向閥7電磁閥11主液壓缸有桿腔小泵2 主液壓缸無(wú)桿腔單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱小泵2 主液壓缸無(wú)桿腔快退到位碰行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)發(fā)信，6ya通電，下步工件松夾。e、工件松夾：6ya通電壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥定位缸19和定位缸18的有桿腔定位缸19無(wú)桿腔電磁閥油箱夾緊缸18無(wú)桿腔單向順序閥的單向閥電磁閥油箱工件松夾后發(fā)出信息，操作人員取出工件。一、行工況分析，確定液壓缸推力1、工況分析及液壓缸的推力：（1）、工況分析鉆削推力： f切=40000n靜摩擦力： fj= j g=0.2*9800=1960n動(dòng)摩擦力： fd= d g=0.1*9800=980n啟動(dòng)慣

7、性力： fg=1000*0.5=500n (其中 m=g/g=9800/9.8=1000kg，a=v/t=0.5m/s2)（2）、液壓缸的推力（液壓缸效率）啟動(dòng)推力： f啟= fj/=1960/0.9=2177.8n 加速推力： f加=（fd+fg）/=(980+500)/0.9=1644.4n快進(jìn)推力： f快= fd/=980/0.9=1088.9n工進(jìn)推力： f工=（f切+ fd）/=（40000+980）/0.9=45533.3n反向啟動(dòng)過(guò)程作用力與f啟、f加、f快大小相同，方向相反。 表1 動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果工況外負(fù)載 f/n快進(jìn)啟動(dòng)2178加速1644恒速1089工進(jìn)455

8、33快退啟動(dòng)2178加速1644恒速1089工況運(yùn)行圖如下： 圖4-18：?jiǎn)蚊娑噍S鉆孔組合機(jī)床液壓缸工況圖二、確定液壓缸工作壓力、結(jié)構(gòu)尺寸、初定液壓缸流量2、選取工作壓力及背壓力f工=45533n 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表（注1）,機(jī)床為低壓設(shè)備類型，p1<7mpa，取p1=5 mpa，為防止加工結(jié)束動(dòng)力頭突然前沖, 設(shè)回油路有背壓閥或調(diào)速閥，取背壓p2=0.8 mpa。3、確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸取液壓缸無(wú)桿腔作工作腔列液壓缸力的平衡方程：圖2 單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓缸力的平衡圖f=p1a1- p2a2= a1（p1- p2 a2/ a1） 快進(jìn)速度v快=0.1m/s，工進(jìn)速度v工進(jìn)=

9、,相差很大,應(yīng)進(jìn)行差動(dòng)換接,取k= a2/ a1=0.5,則： =115.3mm 取液壓缸筒標(biāo)準(zhǔn)值：d= 125mm d=0.707d=88.4mm 取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)值： d=90mm 4、認(rèn)證液壓缸筒壁厚中低壓液壓系統(tǒng),由其鉆削加工性能確定液壓缸筒壁厚，按薄壁圓筒計(jì)算壁厚： 額定工作壓力： pn=6.3 mpa<16mpa 試驗(yàn)壓力為： py=1.5pn=1.5×6.3 =9.45mpa許用應(yīng)力?。?（ 取安全系數(shù)n=5） 0.0485、定液壓缸筒的長(zhǎng)度活塞桿工作行程：0-250mm活塞桿伸出長(zhǎng)度不少于 250mm查活塞行程第一系列（gb/t 2349-1993）,取活塞桿長(zhǎng) l

10、= 320mm 取液壓缸筒長(zhǎng)：l=320mm 6、求最少活塞桿直徑取 24mm比d=70mm少2.92倍,穩(wěn)定性足夠安全可靠。7、校核活塞桿的穩(wěn)定性（1）、求活塞桿的臨界半徑 22.5mm其中活塞桿橫截面慣性矩：=活塞桿的橫截面積：a=（2）、求活塞桿的臨界負(fù)載 250/22.5=11.1選用45#鋼，取其柔性系數(shù)液壓缸的安裝方式采用一端固定,一端自由,其末端系數(shù)活塞桿細(xì)長(zhǎng)比： 42.5 ?。?45#鋼的彈性模量：?。ㄆ渲衋為材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a1/12，b為活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取b1/13）活塞桿伸出長(zhǎng)度:l=250mm求得,所以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作壓力30000n，細(xì)長(zhǎng)比11.1遠(yuǎn)

11、遠(yuǎn)小于=42.5該液壓缸活塞桿的穩(wěn)定性能好,可靠性高。（3）、求活塞桿臨界負(fù)載的安全系數(shù)其安全系數(shù)：nk=58、液壓缸各截面積 9、液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表工況負(fù) 載f（n）液壓缸計(jì)算公式油壓力p1（mpa）回油壓力p2（mpa）輸入流量入功率p(w) 快速啟動(dòng)21780.806p1=(fi+pa2)/ ap2= p1+pq= a×v快；p=p1q加速16440.7221.222恒速10890.6351.1350.637404.5工進(jìn)455334.100.80.01145. 1 p1=(fi+p2a2)/a1q=v工a1p=p1q工快退啟動(dòng)加速恒速21780.369p1

12、=(fi+p2a1)/a2q= a×v快p= p1q16441.7310.710891.637 0.70.591967.5其中，差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力必須大于無(wú)桿腔壓力，其中差值估取，并注意到啟動(dòng)瞬間油缸尚未移動(dòng)，此時(shí)=0；另外，取快退的回油壓力損失為0.7mpa。三、確定定位夾緊液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸及流量1、定位夾緊力設(shè)計(jì)計(jì)算k1安全系數(shù)k2加工系數(shù)k3刀具鈍化系數(shù)k4斷位切削系數(shù)根據(jù)實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，夾緊支撐系數(shù)f1=0.2，f2=0.7121421.3n根據(jù)實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，推薦夾緊工作壓力p夾20×105pa 0.2780m=278.0mm查（gb/t 2348-1993）得，

13、取兩個(gè)液壓缸筒直徑標(biāo)準(zhǔn)值：d=280mm設(shè)定活塞桿承受拉力，取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)直徑： d=0.707d=200mmq夾=四、設(shè)計(jì)臥式鉆鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)圖電磁鐵動(dòng)作表動(dòng)作1ya2ya3ya4ya5ya6yadp1dp2工件夾緊 快進(jìn) 工進(jìn)快退 工件松夾 五、液壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇1、液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算（1）、高壓小流量泵工作壓力計(jì)算高壓小流量泵工作循環(huán)過(guò)程中，由工況表得，最大工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，大小為4.10mpa，而壓力繼電器的調(diào)整壓力應(yīng)比液壓缸最高工作壓力大0.5mpa。此時(shí)剛的輸入流量較少，且采用調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，故設(shè)定工進(jìn)最大壓力損失為0.8mpa，則4

14、.10+0.5+0.8=5.4mpa（2）、低壓大流量泵工作壓力計(jì)算低壓大流量泵的快速進(jìn)退工作表得知快退工作壓力為1.731mpa，高于快進(jìn)工作壓力0.722mpa，取1.75mpa為快速進(jìn)給工作壓力, 設(shè)定快進(jìn)最大壓力損失為0.5mpa，則：1.75+0.5=2.25mpa（3）、液壓泵的流量計(jì)算由工況表得知，最大輸入流量出現(xiàn)在快退階段，取漏油系數(shù)k=1.2，雙泵的最小供油流量應(yīng)為查工況表，工進(jìn)最大流量，溢流閥最少穩(wěn)定流量為，則小流量泵所需的最小流量為 大流量泵最小流量為（4）、確定液壓泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬選初選雙聯(lián)液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1000r/min，泵的容積效率，算得小流量泵的排

15、量參考值為大流量泵的排量參考值為根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用規(guī)格相近的型雙聯(lián)葉片泵，泵的額定壓力為，小泵排量為；大泵排量為；泵的額定轉(zhuǎn)速為,容積效率，倒退算得到小泵和大泵的額定流量分別為雙泵的流量為與系統(tǒng)所需流量相符。（5）、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算從液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表得知，液壓缸最大輸出功率出現(xiàn)在快退階段。 快速進(jìn)退最大工作壓力：，雙泵的流量=已知電機(jī)效率：，則電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為（6）、電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選用查y系列三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)表，選用規(guī)格相近的型三相異步電機(jī)，其額定功率3kw，轉(zhuǎn)速960r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓泵時(shí)，小泵和大泵的實(shí)際輸出流量分別為雙泵總流量為工

16、進(jìn)時(shí)的溢流量為5.44-0.5=4.94l/min，仍能滿足系統(tǒng)各工況對(duì)流量的要求。2、確定液壓缸的輸入輸出流量和移動(dòng)速度工況流量移動(dòng)速度 m/s時(shí)間/s輸入流量l/min輸出流量l/min快進(jìn)工進(jìn)0.637快退3、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件序號(hào)名稱通過(guò)流量（l/min）額定流量（l/min）額定壓力（mpa）額定壓降（mpa）型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵 50/6.36.3yb1-50/6.32三位五通電液換向閥93.691006.30.335dy-100by3行程閥93.691006.30.322c-100bh4調(diào)速閥166.3q-6b5單向閥100.981256.30.2i-125b6單向閥4

17、5.12636.30.2i-63b7順序閥43.20636.3xy-63b8背壓閥1106.3b-10b9溢流閥4.94106.3y-10b10單向閥43.20636.30.2i-63b11過(guò)濾閥48.64636.312壓力表開(kāi)關(guān)k-6b13單向閥100.981256.30.2i-125b14壓力繼電器6.315減壓閥43.20636.3j-63b16單向閥43.20636.30.2i-63b17二位四通電磁換向閥43.20636.30.324d-63b18單向順序閥43.20636.30.2i-63b19壓力繼電器6.320壓力繼電器6.34、油管尺寸按標(biāo)準(zhǔn)化元件計(jì)算液壓油管內(nèi)徑尺寸如下：=

18、 18mm 5、油箱容積本系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，但考慮到要將泵組的閥組安裝在油箱頂蓋上，故取系數(shù)，得油箱容量為六、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證1、液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核（1）、系統(tǒng)快進(jìn)液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核a、進(jìn)油路壓力損失經(jīng)計(jì)算油管內(nèi)徑d=18mm，液壓裝置未安裝前，設(shè)置進(jìn)、回油管長(zhǎng)度l=2m, 因?yàn)楣ぷ餮h(huán)中進(jìn)回油管道中通過(guò)的最大流量q=101.23l/min,由此算得雷諾數(shù)得小于臨界雷諾數(shù)2300，所以各工況下的進(jìn)油路中的液流均為層流。1）進(jìn)回油路沿程阻力損失2）、進(jìn)回油路局部阻力損失3）、進(jìn)回油路液壓閥阻力損失4）、進(jìn)回油路總阻力損失5）、系統(tǒng)快進(jìn)總壓力損失6）、系統(tǒng)快進(jìn)液壓泵工作壓力系統(tǒng)快進(jìn)工作性能穩(wěn)定可靠。管道壓力損失/pa工況計(jì)算公式快進(jìn)工進(jìn)快退進(jìn)油管道1.30.00891.41=0.130.000890.1412.5135.6240.9864.2515.6402.112=+回油管道0.630.0040.677=0.0630.00040.06771.2456.3525.1162.2966.3617.021=+2、液壓泵工作壓力的估算 小流量泵在工進(jìn)時(shí)的壓力：其中為液壓缸的工作夜里，為進(jìn)油路上的壓力損失，壓力繼電器比缸工作腔最高壓力所大的值。此值為調(diào)整溢流閥9的主要參考依據(jù)。大流量泵在快退