組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)適用：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)2009年前言液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會(huì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要的。液壓傳動(dòng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)都得到了廣泛的應(yīng)用，但是各部門(mén)采用液壓傳動(dòng)的處發(fā)點(diǎn)不盡相同：例如，工程機(jī)械、壓力機(jī)械采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力大；航空工業(yè)采

2、用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其重量輕、體積小；機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)的主要原因則是取其在工作過(guò)程中能無(wú)級(jí)變速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能實(shí)現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。為此，液壓傳動(dòng)常在機(jī)床的如下一些裝置中使用：1 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置這項(xiàng)應(yīng)用在機(jī)床上最為廣泛，磨床的砂輪架，車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架，磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺(tái)或主軸箱，組合機(jī)床的動(dòng)力頭或滑臺(tái)等，都可采用液壓傳動(dòng)。2 往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置龍門(mén)刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床或插床的滑枕，都可以采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其所需的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，前者的速度可達(dá)6090m/min，后者的速度可達(dá)3050m/min。這些情況下采用液壓傳動(dòng)，在減少換向沖擊、降低能量消耗

3、，縮短換向時(shí)間等方面都很有利。3 回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置車(chē)床主軸可以采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)，但是這一應(yīng)用目前還不普遍。4 仿形裝置車(chē)床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其精度最高可達(dá)0.010.02mm。此外，磨床上的成型砂輪修正裝置和標(biāo)準(zhǔn)四缸校正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。5.輔助裝置機(jī)床上的夾緊裝置，變速裝置、絲杠螺母間隙消除裝置，垂直移動(dòng)部件的平衡裝置，分度裝置，工件和刀具的裝卸、輸送、儲(chǔ)存裝置等，都可以采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣做有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)化的程度。液壓動(dòng)力滑臺(tái)是利用液壓缸將泵站提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)榛_(tái)運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)械能，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并完成

4、一定得動(dòng)作循環(huán)，是一種以速度變換為主的中、低壓液壓系統(tǒng)，在高效、專(zhuān)用、自動(dòng)化程度較高的機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。因此，在液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中具有綜合性和代表性，通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)可以全面的應(yīng)用和鞏固所學(xué)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)能力和繪圖能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)、獲取信息和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，特別是使學(xué)生在液壓傳動(dòng)與控制的基本理論和應(yīng)用方面得到進(jìn)一步的提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，每人要完成臥式單面多軸鉆鏜組合機(jī)床液壓設(shè)計(jì)與說(shuō)明書(shū)一份，設(shè)計(jì)圖紙六張。在撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，要嚴(yán)格遵守以下要求：一、 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明書(shū)要求：1 計(jì)算過(guò)程、步驟。清晰，層次分明，根據(jù)充分，數(shù)據(jù)和結(jié)果準(zhǔn)確。2

5、 分析說(shuō)明要重點(diǎn)突出，觀點(diǎn)明確，論理正確，邏輯性強(qiáng)，有說(shuō)服力。3 提倡合理運(yùn)用必要的附圖、表格、曲線等分析說(shuō)明問(wèn)題。4 文理通順，語(yǔ)言確切，論述清晰，文字簡(jiǎn)練。5 序碼編號(hào)要層次清楚、合理。6 內(nèi)容要在個(gè)人獨(dú)立思考、分析理解的基礎(chǔ)上，自行計(jì)算說(shuō)明和加工整理。不得盲目抄錄參考資料，嚴(yán)禁抄襲他人的設(shè)計(jì)內(nèi)容。二、 設(shè)計(jì)圖紙要求1 繪制零件圖、裝配圖時(shí)，必須先搞清零件的作用功能、結(jié)構(gòu)、相關(guān)件的裝配連接關(guān)系等，明確圖紙需要表達(dá)的部分和內(nèi)容。2 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按規(guī)定確定圖幅、比例，合理選擇和布置基本視圖和剖視、剖面圖等。3 繪制每一條圖線，標(biāo)注每一個(gè)符號(hào)都有弄懂道理，獨(dú)立繪制圖樣，不得拷貝他人圖紙。4

6、 圖紙內(nèi)容要完整，應(yīng)包括：視圖、尺寸、加工裝配符號(hào)、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和零件表等。5 圖紙要嚴(yán)格按照機(jī)械制圖等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范繪制，圖樣表達(dá)、尺寸標(biāo)注、公差配合、表面粗糙度和材質(zhì)等，一律采用新標(biāo)準(zhǔn)。第一部分 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟一般如下：一、明確設(shè)計(jì)要求在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。具體內(nèi)容包括：1 主機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、總體布局；2 主機(jī)要求液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的

7、動(dòng)作順序或互鎖要求；3 主機(jī)采用液壓系統(tǒng)的各執(zhí)行元件在力和運(yùn)動(dòng)方面的要求；4 對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求；5 液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件等；6 液壓裝置的重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。二、系統(tǒng)工況分析1運(yùn)動(dòng)分析按設(shè)備的工藝要求，把所研究的執(zhí)行元件在完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用圖表示出來(lái)，一般用速度時(shí)間（vt）或速度位移（vs）曲線表示，稱(chēng)執(zhí)行元件的速度循環(huán)圖（速度圖）。2負(fù)載分析按設(shè)備的工藝要求，把執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線表示出來(lái)，稱(chēng)執(zhí)行元件的負(fù)載位移（時(shí)間）曲線圖（負(fù)載圖）。由此圖可直接的看出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程充何時(shí)受力最大，何時(shí)受力最小等各種情況，以此作為

8、以后的設(shè)計(jì)依據(jù)。F液壓缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的負(fù)載為F=Ft+Ff+Fa （1-1）（1） 工作負(fù)載Ft工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同，對(duì)于機(jī)床，切削力是工作負(fù)載。工作負(fù)載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值，也可能是負(fù)值，負(fù)載的方向與液壓缸（或活塞）的運(yùn)動(dòng)方向相反者為正，相同者為負(fù)。由切削原理可知：高速鋼鉆頭鉆鑄鐵時(shí)的軸向切削力Ft與鉆頭直徑D、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s和鑄鐵硬度HB之間的經(jīng)驗(yàn)算式為：Ft =25.5Ds0.8（HB）0.6 （1-2）根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n和進(jìn)給量s可選用下列數(shù)值：對(duì)=1

9、3.9mm的孔來(lái)說(shuō) n1=360r/min s1=0.147mm/r對(duì)=8.5mm的孔來(lái)說(shuō) n2=550r/min s1=0.096mm/r（2） 摩擦阻力負(fù)載摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力，其值恒為正值。Ff=fFN （1-3）式中：FN運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支撐面的正壓力；f摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（fs0.20.3）和動(dòng)摩擦系數(shù)（fd0.050.1）。（3）慣性負(fù)載Fm慣性負(fù)載是指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中，因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可由牛頓第二定律計(jì)算。Fs=ma=G/g×v/t （1-4）式中：m運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，Kg； a運(yùn)動(dòng)部件的加速度，m/s

10、2；G運(yùn)動(dòng)部件的重力Ng重力加速度，m/s2；v速度的變化量，m/s；t速度變化所需要的時(shí)間，s。除此之外，液壓缸的受力還有活塞和活塞桿處的密封裝置的摩擦阻力，其計(jì)算方法和密封裝置的類(lèi)型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，由于詳細(xì)計(jì)算比較麻煩，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般將其考慮在液壓缸的機(jī)械效率中，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取m=0.850.97，另外，還有背壓力，可在最后計(jì)算時(shí)確定。三、 液壓缸主要參數(shù)的確定1確定工作壓力液壓缸工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器設(shè)備的類(lèi)型來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，工作壓力選大些，可以減少液壓缸內(nèi)徑及液壓系統(tǒng)其它元件的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)緊湊，重量輕，但是要用價(jià)格較貴的高壓泵，并使密封復(fù)雜化，而且會(huì)導(dǎo)

11、致?lián)Q向沖擊大等缺點(diǎn)；若工作壓力選的過(guò)小，就會(huì)增大液壓缸的內(nèi)徑和其它液壓元件的尺寸，但密封簡(jiǎn)單。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?，設(shè)計(jì)時(shí)可用類(lèi)比法來(lái)確定，參考下表。表一 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力負(fù)載/KN551010202030305050系統(tǒng)壓力/MPa0811.622.53344557 表二 按主機(jī)類(lèi)型選擇系統(tǒng)工作壓力設(shè)備類(lèi)型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)工業(yè)、小型工程機(jī)械及輔助機(jī)械工程機(jī)械重型機(jī)械鍛壓機(jī)械液壓支架船用機(jī)械磨床組合機(jī)床牛頭刨床插床齒輪加工機(jī)床車(chē)床銑床鏜床機(jī)床拉床龍門(mén)刨床壓力/MPa2.56.32.56.3101016163214252確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)

12、作循環(huán)是快進(jìn)工進(jìn)快退，且要求快進(jìn)和快退的速度相等，這里的液壓缸需選用單杠式的，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。這種情況下的液壓缸無(wú)桿腔工作面積A1取為有桿腔工作面積A2的兩倍，即活塞桿直徑d與液壓缸缸筒直徑D的關(guān)系是d=0.707D。在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須有背壓p2，取p2=0.8Mpa，以防止被鉆孔時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)突然前沖。由工進(jìn)時(shí)的推力，列出活塞的力平衡方程式，計(jì)算液壓缸面積：F/m=A1p1-A2p2=A1p1-（A1/2）p2 （1-6）D= （1-7）式中 p1液壓缸的工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力； p2液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可先根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行估計(jì)；（本設(shè)計(jì)可參

13、考以下選擇：在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須有背壓p2，取p2=0.8Mpa，以防止被鉆孔時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)突然前沖?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，油管中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無(wú)桿腔，但其差值較小，可先按0.5MPa考慮?？焱藭r(shí)回油腔中是有背壓的，這是也可按p2=0.5MPa考慮。） F工作循環(huán)中的最大外負(fù)載； Fc液壓缸密封處的摩擦力，它的精確值不易求出，常用液壓缸的機(jī)械效率m進(jìn)行估算，F(xiàn)+Fc=F/m； m液壓缸的機(jī)械效率，一般m=0.850.97；由計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d值應(yīng)按GB23481993圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件。表3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB234

14、8-1993）810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表4 活塞桿直徑系列（GB2348-1993）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400液壓缸最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算：對(duì)選定后的液壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算，要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即AAmin。Amin=qmin/vmin （1-8）式中 qmin流量閥的

15、最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得； vmin液壓缸的最低速度，由設(shè)計(jì)要求給定。3確定液壓缸所需的最大流量液壓缸所需的最大流量qmax等于液壓缸有效面積A和液壓缸最大移動(dòng)速度vmax的乘積，即qmax=Avmax （1-9）如果液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A不大于計(jì)算所得的最小有效面積Amin，則說(shuō)明液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度，此時(shí)必須增大液壓缸內(nèi)徑，以滿足速度穩(wěn)定的要求。4繪制液壓執(zhí)行元件的工況圖液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖，流量圖和功率圖。（1）工況圖的繪制按照上面所確定的液壓執(zhí)行元件的工作面積和工作循環(huán)中各階段的負(fù)載，即可繪制出壓力圖；根據(jù)執(zhí)行元件的工作面積以及工作循環(huán)中各

16、階段所要求的運(yùn)動(dòng)速度，即可繪制流量圖；根據(jù)所繪制的壓力圖和流量圖，即可計(jì)算出各階段所需的功率，繪制功率圖。（2）工況圖的作用從工況圖上可以直觀的、方便的找出最大工作壓力、最大流量和最大功率，根據(jù)這些參數(shù)即可選擇液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)是系統(tǒng)中所有液壓元件的選擇的依據(jù)，對(duì)擬定液壓基本回路也具有指導(dǎo)意義。四、 擬定液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)，它的好壞從根本上影響整個(gè)液壓系統(tǒng)。擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1） 采用何種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件；（2） 確定供油方式；（3） 調(diào)速方式的選擇；（4） 快速回路和速度換接方式的選擇；（5） 如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循

17、環(huán)和順序動(dòng)作；（6） 系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求；（7） 壓力測(cè)量點(diǎn)的合理選擇。根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路歸并、整理，在增加一些必要的元件或輔助油路，使之成為完整的液壓系統(tǒng)，進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)還必須注意一下幾點(diǎn)：（1） 盡可能省去不必要的元件，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；（2） 最終綜合出來(lái)的液壓系統(tǒng)應(yīng)保證其工作循環(huán)中的每個(gè)動(dòng)作都安全可靠，互相無(wú)干擾；（3） 盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件，減少自行設(shè)計(jì)的專(zhuān)用件；（4） 盡可能使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修檢測(cè)。初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后，應(yīng)檢查其動(dòng)作循環(huán)，并制定系統(tǒng)工作循環(huán)表（電磁鐵動(dòng)作順序表）。五、 液壓元件的計(jì)算和選擇所謂液壓元件的計(jì)算，

18、是要計(jì)算該元件在工作中承受的壓力和通過(guò)的流量，以便來(lái)選擇液壓泵的規(guī)格。1 確定液壓泵的型號(hào)和電機(jī)功率先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵類(lèi)型，然后根據(jù)液壓泵的最高供油量來(lái)選擇液壓泵的規(guī)格。（1） 確定液壓泵的最高工作壓力pp液壓泵的最高工作壓力就是在系統(tǒng)正常工作時(shí)所能提供的最高壓力，對(duì)于定量泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)壓力是由溢流閥調(diào)定的；對(duì)于變量泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)工作壓力是與泵的特性曲線上的流量相對(duì)應(yīng)的，液壓泵的最高工作壓力是選擇液壓泵型號(hào)的重要依據(jù)?？紤]到正常工作時(shí)，進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為：ppp1+p1 （1-10）式中： pp液壓泵最大工作壓力p1執(zhí)行元件最大工作壓力p1進(jìn)油管路

19、中的壓力損失，初算時(shí)一般有節(jié)流調(diào)速和管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng)取=0.20.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取=0.51.5 MPa。（2） 確定液壓泵的最大流量液壓泵的最大流量qp按執(zhí)行元件工況圖上的最大工作流量及系統(tǒng)中的泄漏量來(lái)確定。即qpKLqmax （1-11）式中 qp液壓泵的最大流量，L/min；qmax同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這是溢流閥正在進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量23L/min。KL系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.11.3。（3） 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上計(jì)算的值，即可從產(chǎn)品樣本中選擇合適的液壓泵的型號(hào)和規(guī)格。為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲(chǔ)備，通

20、常泵的額定壓力應(yīng)滿足： pn（1.251.60）pp （1-12）泵的額定流量則宜與qp相當(dāng)，不要超過(guò)太多，以免造成過(guò)大的功率損失。（4） 確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率當(dāng)系統(tǒng)中使用定量泵時(shí)，其驅(qū)動(dòng)功率可按下式計(jì)算： P= pnqn /p （1-13） 式中 P電機(jī)功率，W； pn泵的額定壓力，Mpa；qn泵的額定流量，L/min；2 閥類(lèi)元件的選擇閥類(lèi)元件的選擇是根據(jù)閥的最大工作壓力和流經(jīng)閥的最大流量來(lái)選擇閥的規(guī)格。即所選用的閥類(lèi)元件的額定壓力和額定流量要大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實(shí)際通過(guò)閥的最大流量。在條件不允許時(shí)，可適當(dāng)增大通過(guò)閥的流量，但不得超過(guò)閥的額定流量的20%，否則會(huì)引起壓力損失過(guò)大。具體地

21、講選擇壓力閥時(shí)應(yīng)考慮調(diào)壓范圍，選擇流量閥時(shí)應(yīng)注意其最小穩(wěn)定流量，選擇換向閥時(shí)除應(yīng)考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能及操作方式。液壓閥的型號(hào)規(guī)格見(jiàn)液壓手冊(cè)。3 確定管路尺寸液壓缸進(jìn)、出油管的管徑應(yīng)按輸入、輸出的最大流量計(jì)算，由于液壓泵具體選定之后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量以與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算。管路內(nèi)徑的選擇是以降低流動(dòng)造成的壓力損失為前提的，液壓管路中流體的流動(dòng)多為層流，壓力損失正比于油液在管路中的平均流速，因此根據(jù)流速確定管徑是常用的簡(jiǎn)便方法。管路內(nèi)徑d按下式計(jì)算：d= （mm） （1-14）式中：q通過(guò)油管的流速； v油管中允許的流速，一般對(duì)吸油管取0.51.5m/s，壓油

22、管取2.55m/s，（壓力高時(shí)取大值，壓力低時(shí)取小值），回油管取1.52m/s。由上式計(jì)算出的管徑應(yīng)按JB827-66，將其圓整到標(biāo)準(zhǔn)管徑，參見(jiàn)液壓手冊(cè)。油管管壁一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動(dòng)手冊(cè)確定。各元件間連接管路的規(guī)格按元件接口尺寸確定。4 液壓油箱容積的確定油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的80%的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、散熱平衡的原則來(lái)計(jì)算，但這只是在系統(tǒng)負(fù)載較大、長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)采用必要進(jìn)行，一般只需按液壓泵的額定流量qn估算即可。低壓系統(tǒng)中（p2.5MPa）：V=（24）qn中壓系統(tǒng)中（p6.3MPa）：V=（57）qn （1-15）高壓系統(tǒng)中（p6.3MPa）

23、：V=（612）qn液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長(zhǎng)、寬、高）為1：1：11：2：3。為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將油箱的容量予以增大。六、 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算必要時(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算，如果有經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類(lèi)設(shè)備可供類(lèi)比參考，或有可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么液壓可以不再進(jìn)行驗(yàn)算。1. 壓力損失的驗(yàn)算在前面確定液壓泵的最高工作壓力時(shí)，關(guān)于壓力損失是進(jìn)行估算的?，F(xiàn)在系統(tǒng)的元件、管道直徑、管接頭等都確定下來(lái)了，所以需要驗(yàn)算一下管路系統(tǒng)的壓力損失，看其是否在假設(shè)范圍內(nèi)，借此可以較準(zhǔn)確地確定液壓泵的工作壓力，并可確定各種壓力閥的調(diào)定壓力

24、值，保證系統(tǒng)的工作性能。液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲(chǔ)備量，如果計(jì)算出的系統(tǒng)調(diào)整壓力大于液壓泵的額定壓力的75%，則應(yīng)該重新選擇元件規(guī)格和管道尺寸，以減小壓力損失，或者另選額定壓力較高的液壓泵。液壓系統(tǒng)的的壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類(lèi)元件的局部損失三項(xiàng)。計(jì)算系統(tǒng)壓力損失時(shí)，不同的工作階段要分開(kāi)來(lái)計(jì)算?；赜吐飞系膲毫p失要折算到進(jìn)油路上。因此，某一工作階段液壓系統(tǒng)的總的壓力損失為 （1-16）式中 系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失； （1-17）進(jìn)油路總的沿程壓力損失進(jìn)油路總的局部損失進(jìn)油路上閥的總損失 （1-18） 閥的額定壓力損失，由產(chǎn)品樣本中查到； 閥的額定流量； 通過(guò)閥的實(shí)際流量；系統(tǒng)回

25、油路的總壓力損失； （1-19） 回油路總的沿程損失；回油路總的局部損傷；回油路上閥的總損失，計(jì)算方法同進(jìn)油路；液壓缸進(jìn)油腔的面積；液壓缸回油腔的面積。 （1-20）式中 液壓缸工作腔的壓力。2.系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算液流經(jīng)液壓泵、執(zhí)行元件、溢流閥或其它閥及管道的功率損失都將轉(zhuǎn)化為熱能，使系統(tǒng)發(fā)熱，油溫升高。油溫升高過(guò)多，會(huì)造成系統(tǒng)的泄漏增加，運(yùn)動(dòng)件動(dòng)作失靈，油液變質(zhì)，縮短橡膠圈的壽命等不良后果，所以，為了使液壓缸保持正常工作，應(yīng)使油溫保持在許可的范圍之內(nèi)。（1）系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（即損失功率）可由下式計(jì)算。=Pp-Pe （1-21） 式中 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（W）；Pp液壓泵的

26、輸入功率（W），Pp =pq/；Pe執(zhí)行元件的有效功率（W），P=Fv。（2）散熱面積計(jì)算當(dāng)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)之比為1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油位是油箱高度的0.8時(shí)，其散熱面積可用下式計(jì)算。A= (m2) （1-22）（3）系統(tǒng)的溫升 (1-23)系統(tǒng)的散熱功率，KW；油液的溫升，；油箱散熱系數(shù)，見(jiàn)表油箱散熱面積，m2。 表5 油箱散熱系數(shù)散熱條件散熱系統(tǒng)散熱條件散熱系數(shù)通風(fēng)很差89風(fēng)扇冷卻23通風(fēng)良好1517.5循環(huán)水冷卻110175 在液壓系統(tǒng)中，工作介質(zhì)溫度一般不應(yīng)超過(guò)70，因此在進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算時(shí)，工作介質(zhì)溫度不應(yīng)超過(guò)65，如果計(jì)算溫度過(guò)高，就必須采取增大油箱散熱面積或增加冷卻器等措施

27、。 第二部分 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)主要分為缸筒組件、活塞組件、密封組件、緩沖組件、排氣裝置及安裝方式。在設(shè)計(jì)液壓缸結(jié)構(gòu)時(shí)，主要涉及各部分結(jié)構(gòu)的選擇、強(qiáng)度計(jì)算和主要零件的材料及工藝要求。一、 液壓缸主要尺寸的確定1. 液壓缸內(nèi)徑DD=2. 活塞桿的直徑dd=0.707D（差動(dòng)連接）3. 缸筒壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。其值由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)確定。（1）對(duì)于薄壁缸筒（D/10）： （2-1）式中：D液壓缸直徑（mm）； py缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)液壓缸額定工作壓力p16MPa時(shí)。取py =1.5p，當(dāng)p16MPa時(shí)，取py =1.25p；缸筒材料的許用應(yīng)力。

28、其值為：鍛鋼：=110120Mpa；鑄鐵：=100110Mpa；無(wú)縫鋼管：=110120Mpa，高強(qiáng)度鑄鐵：=60Mpa；灰鑄鐵：=25Mpa。在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算出的液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過(guò)程的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行驗(yàn)算。（2）對(duì)于厚壁缸筒（D/10），應(yīng)按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。對(duì)于脆性及塑性材料： （2-2）式中符號(hào)意義同前。液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1為D1D+2 （2-3）式中D1應(yīng)按無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。4缸蓋厚度的確定一般

29、液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。無(wú)孔時(shí)： （2-4）有孔時(shí)： （2-5）式中：t缸蓋有效厚度（m） D2缸蓋止口內(nèi)徑（m） d2缸蓋孔的直徑（m）5 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)軸承支承面中點(diǎn)的距離H稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。見(jiàn)圖。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)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。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： （2-6）式中： L液壓缸的最大行程；D液壓缸的內(nèi)徑；活塞的寬度B：一般取B=（0.61.0）D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l，根據(jù)液壓缸內(nèi)

30、徑D而定；當(dāng)D80mm時(shí)，取l1=（0.61.0）D；當(dāng)D80mm時(shí)，取l1=（0.61.0）d；為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，若過(guò)分增大l1和B都是不適宜的，必要是可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H覺(jué)得，即 （2-7） 6.缸筒長(zhǎng)度的確定缸筒的長(zhǎng)度L0由最大工作行程及結(jié)構(gòu)上的需要決定,一般不大于缸筒內(nèi)徑的2030倍?？砂聪率竭M(jìn)行計(jì)算。 L0=L+B+H+S (mm) （2-8）式中 L活塞最大行程；B活塞寬度；H活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度；S其他長(zhǎng)度，指一些特殊裝置所需的長(zhǎng)度。7.密封件的溝槽尺寸確定二、強(qiáng)調(diào)計(jì)算1.缸筒端部連接強(qiáng)度計(jì)算因采用的鏈接方式不同，故連接強(qiáng)度

31、的計(jì)算內(nèi)容與公式不同，具體見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表19-6-12。給出液壓缸缸體與端蓋連接形式圖見(jiàn)表2-7。2.缸筒壁厚驗(yàn)算計(jì)算求得缸筒壁厚的值后，應(yīng)作強(qiáng)度驗(yàn)算，即液壓缸額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全。 （MPa）式中 s=缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MPa）3.活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算液壓缸的支承長(zhǎng)度LB是指活塞桿全部外伸時(shí)，液壓缸支承點(diǎn)與活塞桿前端連接之間的距離。當(dāng)LB10d時(shí)，液壓缸為短行程型，主要須驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度，即 （m）式中 F液壓缸的最大推力（N）；s材料的屈服強(qiáng)度（）；ns安全系數(shù)，一般ns=24；d活塞桿直徑（m）。當(dāng)液壓缸支承長(zhǎng)度LB（1015）d時(shí)，需要考慮活塞桿的穩(wěn)定性并進(jìn)行驗(yàn)算?；钊麠U彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷FK，可按下式計(jì)算，即 (N) 在彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷FK時(shí)，活塞桿將縱向彎曲。因此，活塞桿最大工作負(fù)荷F應(yīng)按下式驗(yàn)算，即 (N)式中 E活塞桿材料的彈性模數(shù)（MPa），對(duì)于鋼材，=210×103（MPa）J活塞桿橫截慣性矩（m4）K安裝及導(dǎo)向系數(shù)nk安全系數(shù)，一般取nk =3.5；LB安裝距，（m）。三、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸主要尺寸確定以后，就要進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。