組合機床液壓系統(tǒng)設計機械類畢業(yè)設計課件

1、 工 學 院 畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ）題 目： 組合機床液壓系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 車輛工程 班 級： 08級3班 姓 名： * 學 號： 1608080329 指導教師： 王娟 日 期： 2011年9月13日 目 錄引言31液壓傳動的發(fā)展狀況和應用31.1液壓傳動的發(fā)展狀況 31.2液壓傳動的應用41.3 液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況52液壓傳動的工作原理、組成和優(yōu)缺點82.1 工作原理82.2 液壓系統(tǒng)的基本組成 82.3液壓傳動的優(yōu)缺點 93液壓工況分析103.1運動分析103.2負載分析104擬定液壓系統(tǒng)圖124.1液壓泵型式的選擇124.2擬定液壓回路134.3組成液壓回路和電磁鐵順序135

2、液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件選擇145.1液壓缸主要尺寸和相關設計145.2 選擇液壓泵和電機 195.3輔件元件的選擇225.4確定管道尺寸225.5確定油箱容量236液壓系統(tǒng)的性能驗算236.1壓力損失的驗算236.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與升溫驗算267注意事項28組合機床液壓系統(tǒng)設計摘 要：面對我國經(jīng)濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟中占重要地位的制造業(yè)領域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為制造工業(yè)重要設備的各類機加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工，其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。本液壓系統(tǒng)的設計，除了滿足主機在動作和性能方面規(guī)定的要求外，還必須符合體積小、重

3、量輕、成本低、效率高、結構簡單、工作可靠、使用和維修方便等一些公認的普遍設計原則。液壓系統(tǒng)的設計主要是根據(jù)已知的條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和液壓泵及其它元件的設計。關鍵詞：組合機床 液壓系統(tǒng) 液壓缸引言面對我國經(jīng)濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟中占重要地位的制造業(yè)領域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為制造工業(yè)重要設備的各類機加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工，其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。液壓控制系統(tǒng)在組合機床中有著重要作用，對液壓控制系統(tǒng)的設計也是進行組合機床設計的重要組成部分。做好對液壓控制系統(tǒng)的設計，有利于提升組合機床的總體性能，并

4、使液壓動力元件有效可靠的運行。液壓系統(tǒng)設計是整個機械設計的一部分，它的任務是根據(jù)機器的用途、特點和要求、利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，在經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結構設計。本文以組合機床液壓控制系統(tǒng)為研究對象，對組合機床驅動動力滑臺液壓控制系統(tǒng)的體系結構進行了研究，并以組合鉆床驅動動力滑臺的液壓控制為切入點，對如何使組合鉆床驅動動力滑臺實現(xiàn)液壓控制進行了深入研究。1液壓傳動的發(fā)展概況和應用1.1液壓傳動的發(fā)展概況液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農(nóng)

5、業(yè)生產(chǎn)中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。 第一個使用液壓原理的是1795年英國約瑟夫·布拉曼，在倫敦用水作為工作介質,以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機。1905年他又將工作介質水改為油,進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間,才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。20 世紀初康斯坦丁·尼斯克對

6、能量波動傳遞所進行的理論及實際究和1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。 我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機械、冶金、農(nóng)業(yè)機械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應用。當前液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應用、系統(tǒng)計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也取得了顯著成果。目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥

7、、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機械工業(yè)在認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強產(chǎn)品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準，合理調(diào)整產(chǎn)品結構，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅速發(fā)展，液壓技術將獲得進一步發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛。1.2液壓傳動的應用1.2.1液壓傳動在機械行業(yè)中液壓傳動驅動機械運動的機構以及各種傳動和操縱裝置有多種形式。根據(jù)所用的部件和零件，可分為機械的、電氣的、氣動的、液壓的傳動裝置。經(jīng)常還將不同的形式組合起來運用四位一體。由于液壓傳動具有很多優(yōu)點，使

8、這種新技術發(fā)展得很快。液壓傳動應用于金屬切削機床也不過四五十年的歷史。航空工業(yè)在1930年以后才開始采用。特別是最近二三十年以來液壓技術在各種工業(yè)中的應用越來越廣泛。在機床上，液壓傳動常應用在以下的一些裝置中：1.進給運動傳動裝置磨床砂輪架和工作臺的進給運動大部分采用液壓傳動；車床、六角車床、自動車床的刀架或轉塔刀架；銑床、刨床、組合機床的工作臺等的進給運動也都采用液壓傳動。這些部件有的要求快速移動，有的要求慢速移動。有的則既要求快速移動，也要求慢速移動。這些運動多半要求有較大的調(diào)速范圍，要求在工作中無級調(diào)速；有的要求持續(xù)進給，有的要求間歇進給；有的要求在負載變化下速度恒定，有的要求有良好的換

9、向性能等等。所有這些要求都是可以用液壓傳動來實現(xiàn)的。2.往復主體運動傳動裝置龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往復直線運動，并且要求換向沖擊小、換向時間短、能耗低，因此都可以采用液壓傳動。3.仿形裝置車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來完成。其精度可達0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂輪修正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。4.輔助裝置機床上的夾緊裝置、齒輪箱變速操縱裝置、絲桿螺母間隙消除裝置、垂直移動部件平衡裝置、分度裝置、工件和刀具裝卸裝置、工件輸送裝置等，采用液壓傳動后，有利于簡化機床結構，提高機床自動化程度。1.2.3 靜液壓傳動裝置的應用靜液壓傳動由于具

10、有無級變速，調(diào)速范圍寬，可以實現(xiàn)恒扭或恒功率調(diào)速，容易實現(xiàn)電控等優(yōu)點，在工程機械中具有良好的應用前景。但是在鏟土運輸機械和起重機械中作為主要傳動就用卻很少，其主要問題是在于國內(nèi)液壓元件質量差，而國外的液壓元件價格又太高，會造成主同成本過高。90年代以來，國內(nèi)已引進了德國林德公司靜液壓叉車，以及利勃海爾公司靜液壓推土機的裝載機，但在國內(nèi)市場所占份額很小。從國內(nèi)工程機械市場的實際出發(fā)，本文對靜液壓傳動在國內(nèi)的推廣應用提出探討性的意見如下： （1）靜液壓傳動叉車在發(fā)達國家已經(jīng)被廣泛采用，由于國內(nèi)部分倉庫、碼頭和工廠等使用部門對叉車的機動性能（尤其是低速性能）、噪聲已經(jīng)有較高的要求，因此這些部門正在成

11、為國內(nèi)靜液壓叉車用戶。國內(nèi)叉車和液壓元件生產(chǎn)企業(yè)應該看到靜液壓叉車的良好前景，聯(lián)合研究開發(fā)適合我國國情的叉車靜液壓系統(tǒng)，提供能先進，工作可靠，價格適中的產(chǎn)品。也可以采用與國際靜液壓元件制造公司聯(lián)合開發(fā)的方式，加快開發(fā)的速度。 （2）中小型多功能工程機械由于具有挖掘，裝載，叉車和起重等多功能，在發(fā)達國家已經(jīng)得到了廣泛的應用。隨著我國經(jīng)濟建設尤其是城市建設的發(fā)展，中小型多功能工程機械也將在我國推廣應用，而它們無疑將首先采用靜液壓傳動作為其主要傳動裝置。國內(nèi)工程機械企業(yè)應該看到中小型多功能工程機械的發(fā)前景，聯(lián)合國內(nèi)外靜液壓元件生產(chǎn)企業(yè)共同開展對它們的研究開發(fā)，以促進中小型多功能工程機械在我國的發(fā)展。

12、 （3）在國內(nèi)大型鏟土運輸和起重機械中，由于配套的靜液壓與電子控制元件的技術難度大，價格太高，在國內(nèi)用戶中難以接受。因此，在我國暫時不宜將靜液壓傳動研究開發(fā)的重點放在與大型鏟土運輸和起重機械配套上，而應將重點放在上述兩類工程機械上。1.3 液壓系統(tǒng)最新發(fā)展狀況1.3.1 國外液壓系統(tǒng)的發(fā)展工程機械主要配套件有動力元件、傳動元件、液壓元件及電氣元件等。目前工程機械動力元件基本上都用內(nèi)燃式柴油發(fā)動機(簡稱柴油機)；傳動分機械傳動、液力機械傳動、靜液壓傳動、電傳動等。但目前工程機械用得最多、最普遍的為液力機械傳動及靜液壓傳動。整個傳動系統(tǒng)還包括傳動軸、驅動橋等。靜液壓傳動有多種結構形式，有的有傳動軸

13、、驅動橋，有的沒有，視情況而定；液壓元件主要有缸、泵、閥、密封件及液壓附件等。靜液壓元件的泵(主要是變量泵)、馬達(變量與定量)，以及相應的減速機等；電氣元件以前對工程機械的影響還并不大，最早的工程機械電氣系統(tǒng)，主要是起動電路及照明電路，系統(tǒng)及元件都非常簡單，起動可以用拖起動，白天干活不用照明，因此，這兩個電路系統(tǒng)出了故障也能勉強維持工作。但工程機械發(fā)展到今天，電氣系統(tǒng)及電氣元件已經(jīng)成了工程機械一個非常關鍵的部分，可以說今天的絕大多數(shù)工程機械，電氣系統(tǒng)出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步難行，等于一堆廢鋼鐵。因此電氣系統(tǒng)、電器元件目前也是工程機械最關鍵最主要的配套件之一。主要電器元件除傳統(tǒng)的元

14、件外，還有各種傳感器，各種控制元件及微處理機等等。下面就國際上這些工程機械主要配套件的基本情況及發(fā)展趨勢談談看法。目前國外工程機械主要配套件大多數(shù)都生產(chǎn)歷史悠久，技術成熟、供應充足，生產(chǎn)集中度高，品牌效應突出。配套件的發(fā)展隨主機的發(fā)展而發(fā)展，同時配套件自身的發(fā)展反過來又促進主機的發(fā)展。目前國外工程機械配套件的發(fā)展形勢好過主機的發(fā)展形勢。目前國外工程機械配套件的發(fā)展形勢比較好。近些年來國外工程機械有一種發(fā)展趨勢，主機制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方向發(fā)展，配套件逐步由供應商來提供。比如世界上實力最強的主機制造企業(yè)美國的卡特彼勒(Caterpillar)、凱斯(Case)、日本的小松(Komatsu)、瑞

15、典的沃爾沃(Volvo)等世界上這些大型的工程機械主機制造企業(yè)，其配套件的配套能力也是非常強的，它們的配套件外配的數(shù)量也是在逐年大幅度地增長，一些中小工程機械企業(yè)就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造企業(yè)來提供。這樣做有幾大好處，主機企業(yè)可集中精力把自己的主機產(chǎn)品作好，減少配套件完全由主機企業(yè)自己來承擔的風險，而配套件企業(yè)作得更強更大，有能力迅速提高配套件的質量、技術水平，同時能為主機企業(yè)提供更多的新產(chǎn)品，這樣更容易促進主機產(chǎn)品的發(fā)展。國外工程機械主機企業(yè)從1988年達850億美元的銷售額以來，基本上沒有多大變化，而相反這些年來配套件從150億美元，增長到1000億美元，增幅是相當大的。因此，

16、國外工程機械配套件這些年來得到了快速發(fā)展。國外工程機械配套件生產(chǎn)歷史悠久、技術成熟、品種齊全，完全能滿足各種工程機械的配套需求國外許多工程機械主要配套件企業(yè)都有50年，甚至100年以上的發(fā)展歷史，企業(yè)的規(guī)模都相對較大，技術十分成熟，品種也非常齊全，幾乎應有盡有。比如目前世界上生產(chǎn)密封件及減振器最大的企業(yè)，德國的弗羅伊登貝克(Freudenberg)公司，成立于1849年，生產(chǎn)密封件及減振器已有100多年歷史，其品種應有盡有，從技術上、品種上完全能滿足液壓行業(yè)對密封件及密封技術的要求。同時還不斷推出新的密封材料及新的密封結構，推動液壓密封技術不斷向更高技術水平發(fā)展。目前世界上最大的中大型發(fā)動機制

17、造企業(yè)，美國的康明斯(Cummins)發(fā)動機制造公司，成立于1919年，也幾乎有近100年的歷史。37.3kW(50馬力)以上的柴油機可以全方位為各種工程機械，甚至所有需要柴油機動力的各種機械配套，在技術上可以完全滿足最苛刻的歐II、歐III排放標準，甚至可以達到歐IV、歐V排放標準。在流體產(chǎn)品領域內(nèi)，目前世界上最大的流體產(chǎn)品(主要是液壓件、密封件及液壓附件等)制造企業(yè)，美國的派克(Parket)公司，成立于1918年，也有近100年歷史，可以提供品種齊全的、高技術水平的液壓件、密封件及所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企業(yè)，德國的博士力士樂公司，已有200多年的

18、歷史，從1953年開始全面制造液壓元件，也有50年以上歷史。其最具特色的產(chǎn)品是用于靜液壓傳動的變量系統(tǒng)液壓元件，無論是斜盤式或斜軸式，閉式(泵控)或開式(閥控)系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機械整個系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的ZF公司，成立于1915年，也有近100年歷史，能為各種工程機械提供品種齊全的傳動部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國的博士(Bose)公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久歷史，能滿足工程機械各種高技術水平的電氣系統(tǒng)和電氣元件的要求。1.3.2 遠程液壓傳

19、動系統(tǒng)的發(fā)展在科學技術迅猛發(fā)展的今天，計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術等現(xiàn)代化信息技術正對人類 的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術的進步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設計方法與制造技術模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設計資源與制造資源的遠程共享，進一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎。這一點已經(jīng)引起了學術界的廣泛關注，并且有很多科研學者已經(jīng)投入到了這方面的研究。目前在液壓領域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠程設計服務可以解決這些問題。為減輕液壓設計人員的工作負擔，實現(xiàn)現(xiàn)代化設計模式的轉變以及設計資源、技術資源和產(chǎn)品信息的共

20、享，本文提出了建立基于Web的遠程液壓傳動系統(tǒng)設計的新模式。基于Web的遠程液壓傳動設計系統(tǒng)采用BS(瀏覽器服務器)模式的體系結構，服務器端上存放了所有與設計計算相關的應用程序，以及用戶信息數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫與專家知識數(shù)據(jù)庫等。用戶在使用該設計系統(tǒng)時，只要客戶端具備上網(wǎng)功能(即安裝了IE瀏覽器并接通網(wǎng)絡)即可訪問使用。這樣的體系結構具有它獨特的優(yōu)勢：克服了傳統(tǒng)單機版應用程序只能單機操作的局限性，實現(xiàn)了設計與技術資源的跨區(qū)域、跨平臺共享，使設計人員的工作變得簡單方便，提高了工作效率。客戶端啟動IE瀏覽器進入系統(tǒng)初始界面，這里提供了關于遠程液壓傳動設計系統(tǒng)的介紹。如果用戶想提交設計任務，則可以

21、注冊并填入相關信息，然后登錄進入操作頁面。首先，用戶要選擇一種工作模式：過程全自動化智能處理模式或人機交互模式。這兩種模式的主要區(qū)別在于：用戶選擇前者時，只要在一開始提交設計的任務要求、基本參數(shù)以及設計計算過程中需要用到的一些參數(shù)即可，其余的工作都由系統(tǒng)自動完成，直到最后生成設計方案供用戶審核；而后者，就是指系統(tǒng)在分析、計算過程中每次需要選擇參數(shù)或方案的時候，都要詢問用戶的意見，由用戶來做出選擇。如果提供的眾多參數(shù)或方案中沒有用戶滿意的，或用戶自己有特殊要求，可以自行指定。因此，該工作模式適合于高級用戶或有特殊要求的用戶使用。用戶便可按照所選工作模式的流程來完成設計工作。 液壓傳動在其他機械工

22、業(yè)部門的應用情況如下： （1）工程機械：挖掘機、裝載機、推土機、壓路機、鏟運機等 （2）起重運輸機械：汽車吊、港口龍門吊、叉車、裝卸機械、皮帶運輸機等 （3）礦山機械：鑿巖機、開掘機、開采機、破碎機、提升機、液壓支架等 （4）建筑機械：打樁機、液壓千斤頂、平地機等 （5）農(nóng)業(yè)機械：聯(lián)合收割機、拖拉機、農(nóng)具懸掛系統(tǒng)等 （6）冶金機械：電爐爐頂及電極升降機、軋鋼機、壓力機等 （7）輕工機械：打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等 （8）汽車工業(yè)：自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車、汽車中的轉向器、減振器等2液壓傳動的工作原理、組成和優(yōu)缺點液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式

23、。液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達)把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現(xiàn)直線往復運動和回轉運動。 驅動機床工作臺的液壓系統(tǒng)是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。2.1工作原理（1)電動機驅動液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后,從泵的輸出口輸入管路。油液經(jīng)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸，推動活塞而使工作臺左右移動。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。（2)工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當節(jié)流閥開

24、大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關小時，進入液壓缸的油量減少，工作臺的移動速度減少。由此可見，速度是由油量決定的。2.2液壓系統(tǒng)的基本組成（1）能源裝置液壓泵。它將動力部分（電動機或其它遠動機）所輸出的機械能轉換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。（2）執(zhí)行裝置液壓機（液壓缸、液壓馬達）。通過它將液壓能轉換成機械能，推動負載做功。（3）控制裝置液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電

25、器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。（4）輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關等.通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實現(xiàn)各種工作循環(huán)。（5）工作介質液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。2.3液壓傳動的優(yōu)缺點2.3.1液壓傳動的優(yōu)點（1）在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結構緊湊。液壓馬達的體積重量只有同等功率電動機的12%左右。（2）液壓執(zhí)行裝置的工作比

26、較平穩(wěn)。由于液壓執(zhí)行裝置重量輕、慣性小、反應快，所以易于實現(xiàn)快速起動、制動和頻繁地換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉運動時可達到每分鐘500次，實現(xiàn)往復直線運動時可達每分鐘1000次。 （3）液壓傳動可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速比可達1：2000），并可在液壓裝置運行的過程中進行調(diào)速。（4）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化，因為它是對液體的壓力、流量和流動方向進行控制或調(diào)節(jié)，操縱很方便。當液壓控制和電氣控制或氣動控制結合使用時，能實現(xiàn)較復雜的順序動作和遠程控制。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護且液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。（6）由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設計、

27、制造和使用都比較方便。2.3.2液壓傳動的缺點（1）液壓傳動是以液體為工作介質，在相對運動表面間不可避免地要有泄漏，同時，液體又不是絕對不可壓縮的，因此不宜在傳動比要求嚴格的場合采用，例如螺紋和齒輪加工機床的內(nèi)傳動鏈系統(tǒng)。（2）液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠距離傳動。（3）液壓傳動對油溫的變化比較敏感，油溫變化會影響運動的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難。（4）為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高，而且對油液的污染比較敏感。（5）液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對維修人員提出了更高的要求，既要系統(tǒng)

28、地掌握液壓傳動的理論知識，又要有一定的實踐經(jīng)驗。（6）隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是要解決的問題?？偠灾?，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，隨著科學技術的進步，液壓傳動的缺點將得到克服，液壓傳動將日益完善，液壓技術與電子技術及其它傳動方式的結合更是前途無量。3液壓工況分析3.1運動分析 系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是：工件夾緊工作臺快進工作臺工進工作臺快退工作臺松開。根據(jù)分析完成速度循環(huán)圖31，然后計算各階段的外負載并繪制負載圖32。3.2負載分析液壓缸所受外負載F包括三種類型，即 （31）式中 為工作負載； 為摩擦阻力負載； 慣性負載。3.2.1負載計算（1） 工作負載

29、 工作負載為已知 FL=18000N（2）摩擦阻力負載 已知采用平導軌，且靜摩擦因數(shù)uj=0.2,動摩擦因數(shù)ud=0.1,則： 靜摩擦阻力 Fuj=0.2×25000N=5000N 動摩擦阻力 Fud=0.1×25000N=2500N (32)（3）慣性負載 Fa=G/g × u/t=25000/9.8×5/0.05×60=4230N （33） 式中 g重力加速度； t 加速或減速時間，一般取0.010.5s； ut時間內(nèi)的速度變化量。3.2.2工作各循環(huán)的外負載工作循環(huán)外負載F（N）工作循環(huán)外負載F（N）啟動、加速Fuj+Fa9230工進FL

30、Fud20500快進Fud2500快退Fud25003.2.3繪制動力滑臺負載循環(huán)圖，速度循環(huán)圖 圖31速度循環(huán)圖 圖32各階段的外負載圖4擬定液壓系統(tǒng)圖 4.1液壓泵型式的選擇 由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成，而且是順序進行的。從提高系統(tǒng)效率考慮，選用限壓式變量葉片或雙聯(lián)葉片泵教適宜。將兩者進行比較（見表41）故采用雙聯(lián)葉片泵較好。表41雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時，定子反應滯后，液壓沖擊大2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動及噪聲較大，工作平衡

31、性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復雜3系統(tǒng)較簡單4有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低4.2 擬定液壓回路（1）選擇油源形式 考慮到該機床在工作進給式負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量、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。（2） 調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點

32、，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。（3）選擇速度換接回路 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結構簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差，若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。（4）夾緊回路的選擇 用二位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然斷電而松開，應采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。4.3組成液壓系統(tǒng)和電磁鐵動作順序將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改

33、和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖41所示。考慮到這臺機床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設了一個壓力繼電器11。當滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。 圖41液壓系統(tǒng)回路圖1濾油器；2液壓泵；3壓力開關表；4三位四通換向閥；5二位三通換向閥；6單向調(diào)速閥；7減壓閥；8壓力表開關；9單向閥；10二位四通換向閥；11壓力繼電器；12單向節(jié)流閥;13夾緊缸；14溢流閥表42電磁鐵動作順序表1YA2YA3YA4YA夾緊-+快進+-工進+-快退-+-原位停止-5液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件選擇5.1液壓缸主要尺寸和相關設計5.1.1確

34、定液壓缸的工作壓力 參考資料【1】,初選液壓缸工作壓力p1=3MPa 【1】楊培元、朱福元 液壓系統(tǒng)設計簡明手冊. 北京. 機械工業(yè)出版社.19945.1.2計算液壓缸內(nèi)徑D，活塞桿直徑d 由負載圖可以知道最大負載為20500N，根據(jù)資料【1】可以取P2為0.5MPa，為0.95，考慮到快進和快退速度相等，取d/D為0.7。 D=m=9.9×10-2m （51） 根據(jù)資料【1】，將液壓缸的內(nèi)徑選取為標準系列直徑D=100mm；活塞桿直徑系列取d=70mm。按工作要求夾緊力由兩個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應低于進給液壓缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為2.5MP

35、a，回油背壓力為0，為0.95，則可得到 （52） 根據(jù)計算結果，查液壓系統(tǒng)設計簡明手冊液壓缸和活塞桿尺系列，取夾緊缸的D和d分別為100mm和70mm。5.1.3液壓缸實際有效面積計算 無桿腔面積 A1=×D2/4=3.14×1002/4 mm2=7850mm2 有桿腔面積 A2=（D2d2）/4=3.14×（1002702）/4 mm2=4004 mm2 活塞桿面積 A3=×D2/4=3.14×702/4 mm2=3846 mm25.1.4最低穩(wěn)定速度驗算 最低穩(wěn)定速度為工進時u=100mm/min，工進采用無桿腔進油，單向行程調(diào)速閥調(diào)速，

36、查得最小穩(wěn)定流量qmin=0.05L/min A1qmin/umin=0.05/100m2=500mm2 可見上述不等式能滿足，液壓缸能達到多需低速。5.1.5計算在各工作階段液壓缸所需的流量 （53）5.1.6緩沖機構的選用一般承壓在10MP以上應當選用緩沖機構，本次設計中，工作壓力為3MP，因此緩沖機構從略。5.1.7密封裝置選用選用O型密封圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料聯(lián)合使用，達到良好的密封效果。5.1.8工作介質的選用因為工作在常溫下，所以選用普通的是油型液壓油即可。5.1.9缸筒材料的選取及強度給定部分材料的機械性能如下（表51）：表51缸筒常用無縫鋼管材料機械性能

37、材料/MPa/MPa%204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012本次設計選取45號鋼。從表中可以得到：缸筒材料的屈服強度s=360MP；缸筒材料的抗拉強度b =610MP;現(xiàn)在利用屈服強度來引申出：缸筒材料的許用應力=s/n=360/5=72MP。其中n=5是選取的安全系數(shù)。5.1.10缸筒壁厚的計算和加工要求由于本系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)，故無需校核。缸筒內(nèi)徑D采用H7級配合，表面粗糙度 為0.16，需要進行研磨；熱處理：調(diào)制，HB 240；缸筒內(nèi)

38、徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；剛通直線度不大于0.03mm；油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。缸筒壁厚可以使用下式進行計算：當時， （54）式中，最高允許壓力（MPa）; 缸筒材料的許用應力（MPa）根據(jù)缸徑查手冊預取=3,此時/D=3/100=0.030.08,滿足使用薄壁缸筒計算式的要求，下面利用上式來計算：最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)P=3MP，所以：Pmax =4.5MP，許用應力在選取材料的時候給出：=s /n=360/5=72MP，則可以得到壁厚：=3.13mm，為保證安全，取壁厚為5mm。5.1.

39、12活塞設計1、活塞結構的設計活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復雜，所以在此選用整體式活塞。此整體式活塞中，密封環(huán)和導向套是分槽安裝的。其圖形如下：圖51活塞示意圖2、活塞的密封選用O型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：（1）、降低摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象；（2）、具有良好的動態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長；（3）、安裝溝槽簡單，拆裝簡便。這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因為組合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求。3、活塞的材料選用高強度球墨鑄鐵QT600-34、活塞的尺寸及加工公差選擇活塞厚度為活塞桿直徑

40、的1倍，因為活塞桿直徑是70mm（這個在后面的活塞桿設計中會給出解釋），所以活塞的厚度為70mm?；钊呐浜弦驗槭褂昧私M合形式的密封器件，所以要求不高。活塞外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差之半。5.1.13活塞桿的設計1、活塞桿桿體的選擇此次設計選用的是實心桿件，形式如下圖： 圖52活塞桿示意圖2、活塞桿與活塞的連接形式此次設計采用的是鎖緊螺母型連接。3、活塞桿材料和技術要求（1）、因為沒有特殊要求，所以選用45號鋼作為活塞桿的材料，本次設計中活塞桿只承受壓應力，所以不用調(diào)制處理，但進行淬火處理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。（2）、安裝活

41、塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導向的卡滯現(xiàn)象。保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。（3）、因為是運行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。4、活塞桿強度的計算由于本系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，故不需要強度校核?；钊麠U端部的負載連接點與與液壓缸支撐之間的距離為LB ，如果：LB 10d（顯然這個是成立的），就用下式計算活塞桿強度： （55）式中 F因為液壓缸的最大推力； 材料的屈服強度;安全系數(shù)，一般取=24 d活塞桿直徑（m）實際上式中的/n 就是材料的許用應力，之前已經(jīng)給出了45號鋼的許用應力為：=/n=360/5=72MP，最大推力F=205

42、00N，于是根據(jù)式23.328得到活塞桿的直徑：d19mm，可知強度符合要求。5.1.14液壓缸其他部位尺寸的確定導向長度HL/2+D/2（L為液壓缸最大行程），則H的長度為H（400/2+100/2）mm=300mm;活塞寬度B=（0.61.0）D,取B=D，則B=100mm；導向套滑動面長度A=(0.61.0)D，取A=D=100mm。 圖53單活塞桿液壓缸1缸底；2彈簧擋圈；3套環(huán)；4卡環(huán)；5活塞；6O型密封圈；7支撐環(huán)；8擋圈；9Y型密封圈；10缸筒；11管接頭；12導向管；13缸蓋；14密封圈；15防塵圈；16活塞桿；17定位螺釘；18耳環(huán)5.2 選擇液壓泵和電機5.2.1 確定液壓

43、泵的工作壓力 考慮到正常工作中，進油管路中有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： Pp=P1+P （56）式中 Pp液壓泵最大工作壓力； P1執(zhí)行元件最大工作壓力； P進油管路中的壓力損失，初算時系統(tǒng)可以取0.20.5MPa，復雜系統(tǒng)取0.51.5MPa，本次設計取0.5MPa。 Pp=P1+P=（3+0.5）MPa=3.5MPa上述計算的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種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貯備量，并確保泵的壽命，因此選擇泵的額定壓力Pr，應滿足Pp（1.251.6）Pp。低壓系統(tǒng)取最小值，高壓系統(tǒng)取最大值。本設計中，Pr=1.25Pp=4.

44、4MPa。5.2.2 液壓泵的流量由前面的流量計算可知，在快進時，最大流量值為19.2Lmin, 液壓泵的最大流量應為qpKL（q）max （57） 式中 qp液壓泵的最大流量； （q）max同時動作的各元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正在進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量23L/min； KL系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取KL=1.11.3,現(xiàn)在取KL=1.2 qpKL（q）max =1.2×20L/min=24L/min在工進時，最小流量值為9.42 Lmin.為保證工進時系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為1 Lmin（約0.017×10-3m

45、3s）故小流量泵應取10.42Lmin。5.2.3選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上計算數(shù)值再查閱相關手冊，現(xiàn)選用YBX16限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉排量qv=16mL/r，泵的額定壓力為Po=6.3MPa，電動機轉速n=1450r/min，容積效率r=0.85，總效率=0.7。5.2.4選擇電機 首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值者作為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般 流量在 0.21L/min范圍內(nèi)時，可取=0.030.14.同時還應注意到，為了使所選的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉，需進行驗算，即 P

46、r×qp/2Po （58） 式中 Po所選電動機的額定功率； Pr限壓式變量泵的限定壓力； qp壓力為Pr時，泵的輸出流量。 首先計算快進時的功率，快進時的外負載為2500N，進油路的壓力損失定為0.3MPa。由式（53）可以得到 快進時所需電動機功率為 工進時所需的電動機功率為 查閱電動機產(chǎn)品樣本，選用Y90S4型電動機，其額定功率為1.1kW，額定轉速為1400r/min。 根據(jù)產(chǎn)品樣本可以查的YBX16的流量壓力曲線。再由已知的快進流量為24L/min，工進時的流量為11L/min，壓力為3.5MPa，作出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線如圖54所示，查的該曲線拐點處得流量為2

47、4L/min，壓力為2.8MPa，該工作點對應的功率為 所選電動機滿足要求，拐點處 可以正常工作。圖54 YBX16 液壓泵特性曲線1額定流量、壓力下的特性曲線；2實際工作時的特性曲線5.3輔件元件的選擇 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量，選擇各種液壓元件和輔助元件的規(guī)格。 表5-2液壓元件明細表序號元件名稱通過流量（L/min)型號1濾油器24XUB32×1002液壓泵24YBX163壓力表開關KH64三位四通換向閥204WE8E50/OAG245二位三通換向閥203WE6A50/OAG246單向調(diào)速閥202FRM520/67減壓閥9.43FC10DP18壓力表開關4KF10

48、D19單向閥9.4AF10DD10二位四通換向閥9.424DEF3BE10BB11壓力繼電器9.4DP163B12單向節(jié)流閥9.4LAF10DB15.4 確定管道尺寸 由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接時，油管內(nèi)通油量較大，差動時流量q=40L/min，油壓管的允許流速取v=4m/s，則內(nèi)徑d為 若系統(tǒng)主油路流量按快退時取q=20L/min,則可以算的油管內(nèi)徑d=10.3mm。 綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。吸油管可按上式計算（q=24L/min，v=1.5m/s)，現(xiàn)參照YBX16變量油泵口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。油管壁厚一般不需計算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動手冊的有關表

49、格得管的壁厚。選用14mm×12mm冷拔無縫鋼管。其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸，測壓管選用4mm×3mm紫銅管或鋁管。管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。5.5確定油箱容量本設計為中壓系統(tǒng)，則油箱的容量一般取液壓泵公稱流量的57倍，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。 6液壓系統(tǒng)的性能驗算6.1壓力損失的驗算 已知：進油管、回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長度分別為AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m?？紤]最低溫度為15，油管內(nèi)徑d=1.2×10-3m，查得該溫度時油的運動粘度為v=1.52s，油的密度=920kg/m36.1.1

50、工作進給時進油路壓力損失 運動部件工作進給時的最大速度為1.2m/min，進給時的最大流量為9.42L/min，則液壓在管內(nèi)流速 管道流動雷諾數(shù)為 Re1<2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù) 進油管道BC的沿程壓力損失P1-1為 查得換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失 忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失P1為 6.1.2工作進給時回油路的壓力損失 由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸的有桿腔的工作面積為無桿腔面積的二分之一，則回油管道的流量為進油管道的二分之一，則 回油管道的沿程壓力損失為： 查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/AG24的壓力損失，換向閥4WE6E60/AG24的壓力損失，調(diào)速閥2FRM5-20/6的壓力損失。 回油路總的壓力損失為： 變泵出口處的壓力為6.1.3快進時的