臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床

1、液壓傳動課程設(shè)計 題目名稱臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床專業(yè)班級機(jī)械設(shè)計制造及其制動化學(xué)生姓名劉備學(xué) 號5150指導(dǎo)教師機(jī)械與電子工程系二一四年 六 月 八日目 錄一、任務(wù)書4二、設(shè)計內(nèi)容5 1、工況分析及液壓系統(tǒng)圖的擬定61.1工況分析71.1.1 工作負(fù)載的計算71.1.2 運動分析81.2液壓系統(tǒng)圖91.3液壓系統(tǒng)工作原理分析10 2、液壓缸的分析計算 10 2.1液壓缸工作壓力的選定11 2.1.1液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的計算11 2.1.2液壓缸工作缸內(nèi)徑的計算11 2.1.3確定活塞桿直徑11 2.1.4活塞桿穩(wěn)定性校核11 2.2計算液壓缸工作階段的最大流量12 2.2.1各階段功率計

2、算12 2.2.2各階段壓力計算12 2.3液壓缸主要尺寸的設(shè)計計算12 2.3.1液壓缸主要尺寸的確定12 2.3.2液壓缸壁厚和外徑的計算13 2.4液壓缸工作行程的確定13 2.4.1缸蓋厚度的確定14 2.4.2最小導(dǎo)向長度的確定14 2.4.3缸體長度的確定15 2.4.4液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計15 2.5缸筒與缸蓋的連接形式152.5.1活塞152.5.2缸筒162.5.3排氣裝置162.5.4緩沖裝置172.6定位缸的計算172.7夾緊缸的計算183、確定液壓泵規(guī)格和電動機(jī)功率及型號183.1確定液壓泵的規(guī)格183.2確定液壓泵及電動機(jī)型號193.2.1確定液壓泵型號193.2.2選用

3、電動機(jī)型號193.3選用閥類元件及輔助元件204、液壓系統(tǒng)的性能計算204.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定214.2系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升214.3系統(tǒng)的效率22三、總 結(jié)23四、參考資料24五、指導(dǎo)教師評閱表25蚌埠學(xué)院機(jī)械與電子工程系液壓傳動課程設(shè)計任務(wù)書班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 1.1設(shè)計題目: 某臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床，采用液壓傳動完成的半自動工作循環(huán)為：加緊工作作、右動力部件快進(jìn)左、右動力部件工進(jìn)左動力部件快退、右動力部件繼續(xù)工進(jìn)左動力部件停止、右動力部件快退左、右動力部件均停止、松開工進(jìn)。已知參數(shù)如下表所示，試設(shè)計此組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。臥式雙面多軸鉆孔組合機(jī)床的已知參數(shù)動力部件名稱移動部

4、件總重/N作用力行程/mm速度/(mm/min)往復(fù)運動的加速、減速時間/s導(dǎo)軌及摩擦因數(shù)夾緊力鉆削力快進(jìn)工進(jìn)快退快進(jìn)、快退工進(jìn)左動力部件92000400013000190251903500600.12平導(dǎo)軌、靜動摩擦因數(shù)0.2和0.1有動力部件920004000130001903019035001.2設(shè)計要求： 液壓系統(tǒng)圖擬定時需要提供2種以上的設(shè)計方案的選擇比較。從中選擇你認(rèn)為更好的一種進(jìn)行系統(tǒng)元件選擇計算。1.3工作量要求1液壓系統(tǒng)圖1張（A1）2液壓缸裝配圖1張(A1)3設(shè)計計算說明書1份1.4設(shè)計時間：2014年6月6日-2014年6月12日 一 工況分析及液壓原理圖的擬定1.1 工

5、況分析1.1.1工作負(fù)載的計算液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即：根據(jù)以上計算結(jié)果列出各工作階段所受的外負(fù)載見表1.1工況計算公式外負(fù)載F/N缸推力F/N啟動1840020445加速1193813264快進(jìn)920010222工進(jìn)2220024666反向啟動1840020445加速+ 1193813264快退9200102221.1.2運動分析按設(shè)備要求，把執(zhí)行原件在完成一個循環(huán)時的運動規(guī)律用圖表示出來，即速度圖 （a）速度圖 (b)負(fù)載圖1.2液壓系統(tǒng)原理圖1.3液壓系統(tǒng)工作原理分析（1）定位、夾緊按下啟動按鈕，壓力油經(jīng)過濾器和雙聯(lián)葉片泵流出，此時只有電磁換向閥6 1YA得電，當(dāng)換向閥左位接入

6、回路而且順序閥7的調(diào)定壓力大于液壓缸10的最大前進(jìn)壓力時，壓力油先進(jìn)入液壓缸10的左腔，實現(xiàn)動作；當(dāng)液壓缸行駛至終點后，壓力上升，壓力油打開順序閥7，實現(xiàn)動作。（2）左右動力部件快進(jìn)當(dāng)工件被定位、夾緊后，定位、夾緊回路中液壓油達(dá)到某一固定壓力值，壓力繼電器8發(fā)出信號，使電磁換向閥3YA、5YA得電，由于液壓缸差動連接，實現(xiàn)快進(jìn)。（3）左右動力部件工進(jìn)當(dāng)左右動力滑臺快進(jìn)至工件時，壓下行程開關(guān)SQ1，促使電磁換向閥13得電，差動連接消除，實現(xiàn)同時工進(jìn)。（4）左動力部件快退，右動力部件繼續(xù)工進(jìn)由于左動力部件工進(jìn)50mm先壓下行程開關(guān)SQ2，促使電磁換向閥4YA得電，實現(xiàn)快退，而右動力部件工進(jìn)行程為8

7、0mm，所以繼續(xù)工進(jìn)。（5）左動力部件停止，右動力部件快退當(dāng)右動力部件繼續(xù)工進(jìn)，壓下行程開關(guān)SQ3促使電磁換向閥4YA失電，6YA得電，實現(xiàn)左動力部件停止，右動力部件快退。（6）右動力部件停止 當(dāng)右動力部件快退壓下行程開關(guān)SQ4促使電磁換向閥11的6YA失電回到中位，同時電磁換向閥6的2YA得電，右動力部件停止運動。（7）工件松開，拔銷，停機(jī)卸載 由于電磁換向閥6的2YA得電，換向閥右位接入回路且左順序閥的調(diào)定壓力大于液壓缸9的最大返回壓力，兩液壓缸則按和的順序返回，實現(xiàn)松開，拔銷。當(dāng)回路中液壓油達(dá)到某一固定壓力值，壓力繼電器17發(fā)出信號，使電磁換向閥2YA失電，實現(xiàn)停機(jī)卸載。第二章 液壓缸的

8、分析計算2.1 液壓缸工作壓力的選定按工作負(fù)載選定工作壓力見表2.1液壓缸工作負(fù)載（N）50000液壓缸工作壓力（MPa）0.811.522.53344557表2.2 按設(shè)備類型確定工作壓力設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)用機(jī)械或中型工程機(jī)械液壓機(jī)，重型機(jī)械，起重運輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨創(chuàng)拉床系統(tǒng)壓力（MPa）0.8224351010152032由以上兩個表格可選擇液壓缸的工作壓力為4MPa2.1.1液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的計算2.1.2液壓缸工作缸內(nèi)徑的計算由負(fù)載圖知，最大負(fù)載力F為27800N，液壓缸的工作壓力為4MPa則2.1.3 確定活塞桿直徑活塞桿材料選擇45鋼取活塞桿直徑d=0.5D=50mm,取

9、標(biāo)準(zhǔn)值d=50mm則液壓缸的有效作用面積為：有無活塞桿計算公式有活塞桿58.88無活塞桿78.52.1.4 活塞桿穩(wěn)定性校核因為右活塞桿總行程為220mm，而活塞桿直徑為50mm, L/D=220/40=5.510由上式計算的結(jié)果可知，mm，滿住穩(wěn)定性條件。2.2計算液壓缸工作階段的最大流量q快進(jìn)=A1V快進(jìn)=10-43.3=27.48L/minq工進(jìn)=A1V快進(jìn)=78.510-40.06=0.471L/minq快退=A2V快退=58.8810-43.5=20.61L/min2.2.1 各階段功率計算2.2.2 各階段的壓力計算2.3液壓缸的主要尺寸的設(shè)計計算2.3.1液壓缸主要尺寸的確定由之

10、前元件參數(shù)計算與設(shè)計中工作液壓缸的內(nèi)徑D=100mm，活塞桿直徑d=50mm已確定。2.3.2液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸體結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑之比小于0.1時，稱為薄壁缸體，薄壁缸體的壁厚按材料力學(xué)中計算公式：(m)式中：缸體壁厚（m）P液壓缸的最大工作壓力（）D缸體內(nèi)徑（m）缸體材料的許用應(yīng)力（）查參考文獻(xiàn)得常見缸體材料的許用應(yīng)力：鑄鋼：=（1000-1100） 無縫鋼管：=（1000-1100) 鍛鋼：=（1000-1200) 鑄鐵

11、：=（600-700) 選用鑄鋼作為缸體材料：在中低壓機(jī)床液壓系統(tǒng)中，缸體壁厚的強(qiáng)度是次要的，缸體壁厚一般由結(jié)構(gòu)，工藝上的需要而定，只有在壓力較高和直徑較大時，才由必要校核缸體最薄處的壁厚強(qiáng)度。當(dāng)缸體壁厚與內(nèi)徑D之比值大于0.1時，稱為厚壁缸體，通常按參考文獻(xiàn)7中第二強(qiáng)度理論計算厚壁缸體的壁厚：因此缸體壁厚應(yīng)不小于1.3mm，又因為該系統(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)，所以不必對缸體最薄處壁厚強(qiáng)度進(jìn)行校核。缸體的外徑為：2.4液壓缸工作行程的確定液壓缸的工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程來確定。由查參考文獻(xiàn)表液壓缸活塞行程參數(shù)（GB2349-80） 單位/(mm)2550801001251602

12、00250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800根據(jù)左缸快進(jìn)和工進(jìn)行程（25+190）mm，選擇左邊液壓缸工作行程為220mm。根據(jù)右缸快進(jìn)和工進(jìn)行程（30+190）mm，選擇右邊液壓缸工作行程為220mm。2.4.1缸蓋厚度的確定缸筒底部（即缸蓋）有平面和拱形兩種

13、形式，由于該系統(tǒng)中液壓缸工作場合的特點，缸蓋宜選用平底形式，查參考文獻(xiàn)可得其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計算：缸蓋有孔時：缸蓋無孔時：式中：t缸蓋有效厚度（m） P液壓缸的最大工作壓力（） 缸體材料的許用壓力（） 缸底內(nèi)徑（m） 缸底孔的直徑（m）查參考文獻(xiàn)5缸蓋的材料選用鑄鐵，所以：缸蓋有孔時：缸蓋無孔時：2.4.2最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支撐面中點的距離H稱為最小導(dǎo)向長度(圖3.1)，如果最小導(dǎo)向長度過小將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求：式中：

14、L-液壓缸的最大行程D-液壓缸的內(nèi)徑 2.4.3缸體長度的確定液壓缸的缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體長度不大于內(nèi)徑的23倍,即在本系統(tǒng)中缸體長度不大于20003000mm,現(xiàn)取左缸體長度為250mm，右缸體長度為300mm。2.4.4液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括：缸筒與缸蓋的連接結(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。2.5缸筒與缸蓋的連接形式缸筒與缸蓋的連接形式有多種，如法蘭連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接、外螺紋連接、

15、拉桿連接、焊接、鋼絲連接等。該系統(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)，缸體材料為鑄鋼，液壓缸與缸蓋可采用外半環(huán)連接，該連接方式具有結(jié)構(gòu)簡單加工裝配方便等特點。2.5.1活塞活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此它于缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，即不能過緊，也不能間隙過大。設(shè)計活塞時，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式，其次還有活塞與活塞桿的連接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。(1)活塞的結(jié)構(gòu)形式活塞的結(jié)構(gòu)形式分為整體活塞和組合活塞，根據(jù)密封裝置形式來選用活塞結(jié)構(gòu)形式，查參考文獻(xiàn)活塞及活塞桿的密封圈使用參數(shù)，該系統(tǒng)液壓缸中可采用O形圈密封。所以，活塞的結(jié)構(gòu)形式可選用整體活塞，整體活塞在活塞四周上開溝槽，結(jié)構(gòu)簡單(2)活塞與

16、活塞桿的連接查參考文獻(xiàn)活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)，組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。該系統(tǒng)中采用螺紋連接，該連接方式結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置，多在組合機(jī)床上與工程機(jī)械的液壓缸上使用。（3活塞的密封查參考文獻(xiàn)活塞與活塞桿的密封采用O形圈密封，因該系統(tǒng)為中低壓液壓系統(tǒng)(P),所以活塞桿上的密封溝槽不設(shè)擋圈,其溝槽尺寸與公差由GB/T3452.3-98確定, O形圈代號為： G GB/T3452.1-92，具體說明從略。（4活塞材料因為該系統(tǒng)中活塞采用整體活塞，無導(dǎo)向環(huán)結(jié)構(gòu)，參考文獻(xiàn)所以活塞材料可選用HT200HT300或球墨鑄鐵，結(jié)合實際

17、情況及毛坯材料的來源，活塞材料選用HT200。（5活塞尺寸及加工公差查參考文獻(xiàn)5活塞的寬度一般取B=(0.61.0)D,缸筒內(nèi)徑為100mm,現(xiàn)取B=0.6100=60mm,活塞的外徑采用f9,外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm,活塞的內(nèi)孔直徑D1設(shè)計為40mm，精度為H8，查參考文獻(xiàn)4可知端面T對內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值按7級精度選取，活塞外徑的圓柱度公差值按9級、10級或11級精度選取。外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)形式不同而各異。2.5.2缸筒缸筒材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對焊接的缸體還要求有良好的焊接性能，結(jié)合該系統(tǒng)中液壓缸的參數(shù)、用途和

18、毛坯的來源等，缸筒的材料可選用鑄鋼。在液壓缸主要尺寸設(shè)計與計算中已設(shè)計出液壓缸體壁厚最小厚度應(yīng)不小于1.79mm，缸體的材料選用鑄鋼，查參考文獻(xiàn)，缸體內(nèi)徑可選用H8、H9或H10配合，現(xiàn)選用H9配合，內(nèi)徑的表面粗糙度因為活塞選用O形圈密封取為0.3，且需珩磨，缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度可選取8級或9級精度，缸筒端面的垂直度可選取7級精度。缸筒與缸蓋之間的密封采用O形圈密封，O形圈的代號為1153.55 G GB/T3452.1-1992。2.5.3排氣裝置排氣裝置用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定，一般把排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高位置與壓力腔相通，以便安裝后、調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)的空氣，對于運動

19、速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。排氣閥的結(jié)構(gòu)有多種形式。該排氣閥為整體型排氣閥，其閥體與閥芯合為一體，材料為不銹鋼3cr13，錐面熱處理硬度HRC3844。2.5.4緩沖裝置液壓缸的行程終端緩沖裝置可使帶著負(fù)載的活塞，在到達(dá)行程終端減速到零，目的是消除因活塞的慣性力和液壓力所造成的活塞與端蓋的機(jī)械撞擊，同時也為了降低活塞在改變運動方向時液體發(fā)出的噪聲。因為該液壓系統(tǒng)速度換接平穩(wěn)，運動速度為5.5m/min37.68L/minDBD-1314,19背壓閥14.4EJX63-10116三位四通電磁換向閥0.4825E34DH-10117單向順序閥19.2AF3

20、-Ea10B18,17壓力繼電器EYX63-6111,23三位四通電磁換向閥18.84E34DH-25212,22調(diào)速閥114.4DBD-61（1） 油管 油管內(nèi)徑一般參照所接元件接口尺寸確定，也可按管路中允許流速計算，在本例中，出油口采用內(nèi)徑為18mm，外徑為20mm的紫銅管。（2） 油箱 油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計算，取其體積V=(57)qp 即V=280L.第四章 液壓系統(tǒng)的性能驗算4.1壓力損失及調(diào)定壓力的確定根據(jù)計算工進(jìn)時的管道內(nèi)的油液流動速度約為0.2m/s，通過的流量為1.002L/min。數(shù)值較小，主要壓力損失為調(diào)速閥兩端的壓降，此時功率損失最大。此時油液在進(jìn)油管中的速度為(1

21、) 沿程壓力損失 首先要判斷管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)采用N32液壓油。室溫為時，所以有：，管中為層流，則阻力損失系數(shù)，若取進(jìn)、回油管長度均為2m ，油液的密度為，則其進(jìn)油路上的沿程壓力損失為（2）局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%，而后者則與通過的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力損失為,則當(dāng)通過的額定流量為q時的閥壓力損失為因為GE系列10mm通經(jīng)的閥的額定流量為63L/min,疊加閥10mm通經(jīng)系列的額定流量為40L/min，而在本例中通過整個閥的壓力損失很小，且可忽略不計，快進(jìn)時回油路上

22、的流量為快進(jìn)時回油路油管中的流速為由此可計算(2) 總的壓力損失(3) 壓力閥的調(diào)定值雙聯(lián)泵系統(tǒng)中卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足工進(jìn)的要求，保證雙聯(lián)泵同時向系統(tǒng)供油，因而卸荷閥的調(diào)定值應(yīng)略大于快進(jìn)時泵的供油壓力卸荷閥的調(diào)定壓力應(yīng)取3.7Mpa為宜，溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)大于卸荷閥調(diào)定壓力為0.30.5Mpa取溢流閥的調(diào)定壓力為5Mpa,背壓閥的調(diào)定壓力以夾緊缸的夾緊力為根據(jù)，即取背壓閥的調(diào)定壓力以定位缸的負(fù)載為根據(jù)即4.2系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升（1）根據(jù)以上的計算可知，在工進(jìn)時電動機(jī)的輸入功率為快退時電動機(jī)的輸入功率為快進(jìn)時電動機(jī)輸入功率為夾緊時電動機(jī)輸入功率為（2）計算各階段有效功率：快進(jìn)： 工進(jìn)： 快退：

23、夾緊： （3）校核熱平衡，確定溫升現(xiàn)以較大的值來校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升，設(shè)油箱的三個邊長在1:1:11:2:3范圍內(nèi)，則散熱面積為： 假設(shè)通風(fēng)良好，取，油液的溫升為在單位時間內(nèi)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量,p為液壓系統(tǒng)輸入功率（kw）,為液壓系統(tǒng)總效率。液壓的溫升為：室溫為20，熱平衡溫度為30.97，沒有超出允許范圍。4.3系統(tǒng)的效率 （1）工進(jìn)階段的回路效率為小流量泵在工進(jìn)時的工作壓力等于液壓缸工作腔壓力加上進(jìn)油路上的壓力損失及壓力繼電器比缸工作腔最高壓力所答的壓力值大流量泵的工作壓力就是此泵通過溫流閥所產(chǎn)生的損失（取溢流閥型號為Y-10B,額定壓力6.3MPa,額定壓降0.3MPa）（2）行元件的效率（本例中液壓缸的效率）機(jī)械效率為，取0.95額定效率，活塞密封為彈性體材質(zhì)。 壓缸總效率可計算出該液壓系統(tǒng)的效率：可見工進(jìn)時液壓系統(tǒng)效率極低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的?？?結(jié) 通過