河南機(jī)電高等?？埔簤簜鲃?dòng)課程設(shè)計(jì)

1、一、液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的目的1、鞏固和深化已學(xué)的理論知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟。2、鍛煉機(jī)械制圖，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程運(yùn)算能力。3、熟悉并會(huì)用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。4、提高學(xué)生使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件（如AUTOCAD、PRO/E等）進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)的能力。二、液壓課程設(shè)計(jì)題目題目（一）設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成如下的動(dòng)作循環(huán)：夾緊快進(jìn)工進(jìn)死擋鐵停留快退松開原位停止；機(jī)床有16個(gè)主軸，鉆削加工13.9mm的孔14個(gè)，8.5mm的孔2個(gè)，工件材料為鑄鐵，硬度HB240。動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，工進(jìn)速度要求無級(jí)調(diào)速，如用高速剛鉆頭進(jìn)行加工，

2、其他參數(shù)如下表所示。數(shù) 參 據(jù)數(shù)數(shù) 據(jù)IIIIIIIVV運(yùn)動(dòng)部件自重（N）9810100009990950011000快進(jìn)快退速度（m/min）77.56.57.88快進(jìn)行程（mm）10012011095120工進(jìn)行程（mm）5060657060工進(jìn)速度（mm/min）30903090309030903090靜摩擦系數(shù)fg0.20.150.20.180.15動(dòng)摩擦系數(shù)fd0.10.080.090.120.14啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間t（s）0.20.250.210.230.3試完成以下工作：1、進(jìn)行工況分析，繪制工況圖。2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖（A3）。3、計(jì)算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件。4、繪制液壓缸裝配

3、圖（A1）。5、編寫液壓課程設(shè)計(jì)說明書。機(jī)床加工示意圖如下：圖1 臥式動(dòng)力滑臺(tái)加工示意圖目 錄 第1章 組合機(jī)床工況分析 11.1 工作負(fù)載分析 11.2 阻力負(fù)載分析 11.3 慣性負(fù)載分析 11.4工進(jìn)速度選擇 11.5 根據(jù)以上分析計(jì)算各工況負(fù)載 21.6負(fù)載圖和速度圖的繪制 2 第2章 液壓缸的主要參數(shù)的確定 42.1 初定液壓缸工作壓力 42.2 液壓缸尺寸的計(jì)算 4第3章 擬定液壓系統(tǒng)圖 73.1 選擇液壓回路 73.2 液壓系統(tǒng)工作分析 7第4章 液壓缸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 104.1 液壓缸各元件的材料及連接配合方式 104.2 液壓缸設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng) 114.3 液壓缸主要零件的材料

4、和技術(shù)要求 114.4 液壓缸主要尺寸的計(jì)算 13參考資料 15附錄A液壓系統(tǒng)原理圖 附錄B液壓缸結(jié)構(gòu)圖第1章 組合機(jī)床工況分析1.1 工作負(fù)載分析 工作負(fù)載即為切削阻力。1.計(jì)算切削阻力 鑄鐵鉆孔時(shí)，其軸向切削力可用以下公式計(jì)算式中，D鉆頭直徑(mm) S每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)鉆13.9mm的孔時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量,鉆8.5mm孔時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 則 1.2 阻力負(fù)載分析液壓缸驅(qū)動(dòng)工作部件時(shí)要克服機(jī)床導(dǎo)軌處的摩擦阻力，它與導(dǎo)軌形狀、安放位置及工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 1.3 慣性負(fù)載分析1.4工進(jìn)速度選擇工進(jìn)速度v=s=53mm

5、/min1.5 根據(jù)以上分析計(jì)算各工況負(fù)載 (見表1-1)表1-1 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載F/N液壓缸驅(qū)動(dòng)力F/m/N啟動(dòng)15001666.7正向加速1310.21455.8快進(jìn)800888.9工進(jìn)3130034777.8快退800888.9注:表中取液壓缸的機(jī)械效率cm=0.91.6 負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如圖所示。速度圖按已知數(shù)值、，、快退行程和工進(jìn)速度等繪制如圖。 速度圖 負(fù)載圖第2章 液壓缸的主要參數(shù)的確定2.1 初定液壓缸工作壓力根據(jù)上述工況要求和動(dòng)力滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)安排，應(yīng)采用液壓缸為執(zhí)行元件。液壓缸選用單桿式的，缸筒固定在床身上。由于要求快

6、進(jìn)與快退的速度相等，為減少液壓泵的供油量，決定采用差動(dòng)型液壓缸。由工況分析中可知，工進(jìn)階段的負(fù)載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負(fù)載力計(jì)算，選,本機(jī)床為鉆孔組合機(jī)床，為防止鉆通時(shí)發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，取背壓，為使快進(jìn)快退速度相等，選用，但由于油管中有壓降存在，有桿腔壓力大于有桿腔，估算時(shí)快進(jìn)取?？焱艘舶?。2.2 液壓缸尺寸的計(jì)算由式得液壓缸直徑取標(biāo)準(zhǔn)直徑因?yàn)?，所以則，液壓缸有效面積液壓缸的流量計(jì)算：液壓缸工作腔壓力：根據(jù)上述D和d的值，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力，流量和功率。如下圖A-A,并據(jù)此會(huì)出工況圖A-BA-A液壓缸在工作循環(huán)中各階段壓力、流量和功率工作階段負(fù)載回

7、油腔壓力工作腔壓力輸入流量q輸入功率快進(jìn)888.91.550.7237.50.30工進(jìn)34777.80.63.950.8550.05快退888.90.71.2733.750.77 流量工況圖壓力工況圖液壓缸的工況圖第3章 擬定液壓系統(tǒng)圖3.1 選擇液壓回路1首先選擇調(diào)速回路。由以上數(shù)據(jù)可得，這臺(tái)機(jī)床屬于小功率，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，可采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，為了解決進(jìn)口節(jié)油調(diào)速回路在鉆孔時(shí)的滑臺(tái)突然前沖現(xiàn)象，回路上設(shè)置背壓閥。由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流調(diào)速的方法，系統(tǒng)中油液循環(huán)必然是開式的。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，在液壓系統(tǒng)工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸交替的要求提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量和最小

8、流量之比約等于70，而快進(jìn)快退所需的時(shí)間比工進(jìn)所需時(shí)間少的多，因此從提高工作效率，節(jié)省能量的角度看，采用單個(gè)定量泵是不合適的。宜采用雙泵供油。由于快進(jìn)快退速度較大，為保證換向平穩(wěn)，且該系統(tǒng)采用差動(dòng)連接，采用三位五通Y型電液換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)換向，并實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。為保證夾緊力可靠，且能單獨(dú)調(diào)節(jié)，在支路上串聯(lián)單向閥和減壓閥。為保證加緊厚進(jìn)油缸才動(dòng)作，在加緊進(jìn)油缸裝一壓力繼電器，只有當(dāng)加緊里達(dá)到壓力繼電器的調(diào)節(jié)壓力時(shí)，才發(fā)出信號(hào)，使進(jìn)油缸油路的三位五通電液換向閥電磁鐵通電，進(jìn)給缸才開始快進(jìn)。2擬定液壓系統(tǒng)圖根據(jù)上述分析和所擬定方案，將各回路合理的組合成為機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖（如附圖）3.2 液壓系統(tǒng)工作分

9、析工件夾緊： 電液換向閥處于中位狀態(tài)，液壓泵輸出的壓力油進(jìn)入夾緊缸的左腔，右腔回油，活塞桿向右移動(dòng)，將工件夾緊。夾緊后，液壓缸左腔的壓力升高，當(dāng)油壓超過壓力繼電器的調(diào)定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)指令使電磁鐵1YA通電，液壓缸動(dòng)作?？焖偾斑M(jìn)： 電磁鐵1YA通電，電液換向閥左位接入系統(tǒng)，溢流閥7因系統(tǒng)壓力不高仍處于關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，液壓泵1輸出最大量。系統(tǒng)中油液流動(dòng)的情況為： 進(jìn)油路：液壓泵1單向閥10換向閥2（左位）行程閥3（下位）液壓缸右腔 回油路：液壓缸左腔換向閥2單向閥6行程閥3液壓缸右腔工進(jìn)階段：工進(jìn)在滑臺(tái)前進(jìn)到預(yù)定位置，擋塊壓下行程閥3時(shí)開始，這時(shí)系統(tǒng)壓力升高，溢流閥7打開

10、，液壓泵單泵供油，系統(tǒng)中油液流動(dòng)情況為： 進(jìn)油路：液壓泵1單向閥10換向閥2左位調(diào)速閥4液壓缸右腔 回油路：液壓缸左腔換向閥2（左位）單向閥6調(diào)速閥4 液壓缸右腔 停留階段：停留在工進(jìn)行進(jìn)到碰上死擋塊不再前進(jìn)時(shí)開始，并在系統(tǒng)壓力進(jìn)一步升高，壓力繼電器14發(fā)出信號(hào)后終止?？焱穗A段：快退在壓力繼電器14發(fā)出信號(hào)后，電磁鐵1YA斷電、2YA通電時(shí)開始，油路換向，系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為： 進(jìn)油路：液壓泵1單向閥10換向閥2（右位）液壓缸左腔 回油路：液壓缸右腔左腔單向閥5換向閥2（右位）油箱松開 ： 松開在擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)時(shí)3YA通電，夾緊缸松開。其油液流動(dòng)情況為： 進(jìn)油路：液壓泵1減壓閥15單向閥1

11、6換向閥17（右位）夾緊缸下腔 回油路：夾緊缸上腔單向閥18換向閥17油箱停止 停止在滑臺(tái)快速退回到原位，擋塊壓下終點(diǎn)開關(guān)，電磁鐵2YA斷電、換向閥2處于中位，液壓泵卸荷，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。 油路：液壓泵1單向閥10溢流閥7油箱第4章 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 液壓缸各元件的材料及連接配合方式為滿足本題目中液壓系統(tǒng) 快進(jìn)工進(jìn)快退的使用要求，選用雙作用單桿活塞缸。1）液壓缸的組成：液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置五個(gè)部分。2）液壓缸組件的連接方式：缸筒與缸蓋的連接形式，因法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也易拆卸，故采用法蘭連接，缸筒與缸底的連接形式也用法蘭

12、連接?；钊麠U與活塞的連接方式選用螺紋連接，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便可靠?；钊麠U導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵、鎖緊裝置等。 3）活塞及活塞桿處密封圈的選用 活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇O型的密封圈。4）液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度較高，則在達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。采用圓柱環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝置。5）液壓缸排氣裝置 這里對液壓缸的要求高，故設(shè)置排氣裝置，使用

13、放氣閥。6）密封裝置的選擇選0形密封圈，因?yàn)槠渚哂辛己玫拿芊庑阅?，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力小，裝卸方便，容易制造，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。4.2 液壓缸設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng) 1）盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載。 2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動(dòng)問題和液壓缸的排氣問題，缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)措施。 3）根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。 4）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。4.3 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 1）缸體 材

14、料-灰鑄鐵: HT200,HT350。 粗糙度-液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為 技術(shù)要求：a內(nèi)徑用H8-H9的配合 b缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度 2）缸蓋 材料-35鋼 粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為 技術(shù)要求：同軸度不大于分析： 缸體組件有與活塞組件構(gòu)成密封的空腔，承受油壓，因此缸體組件要有足夠的強(qiáng)度，較高的表面精度，以承受活塞頻繁的往復(fù)摩擦，保證活塞密封件的可靠密封，缸體組件指的是缸筒與缸蓋，其使用材料與工作壓力有關(guān)，當(dāng)工作壓力p10Mpa時(shí)使用鑄鐵，當(dāng)工作壓力10Mpap20Mpa時(shí)使用鑄剛或鍛剛，本題目中工作壓力的最大值為3.98 Mpa，故選用鑄鐵缸筒。缸蓋的材料常用35號(hào)，40鋼號(hào)鍛

15、件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT250. HT 300等灰鑄鐵。 3）活塞 材料-灰鑄鐵：HT300 粗糙度-活塞外圓柱粗糙度 技術(shù)要求：活塞外徑用橡膠密封即可取f7f9的配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H8。 4）活塞桿 材料-實(shí)心：45鋼，調(diào)質(zhì)處理， 粗糙度-桿外圓柱粗糙度為 技術(shù)要求：a調(diào)質(zhì)2025HRC b活塞與導(dǎo)向套用 的配合，與活塞的連接可用 分析：活塞組件主要包括活塞，活塞桿，連接件等 ?；钊麠U是液壓傳力的主要零件，由于液壓缸被用于不同的條件，因此要求活塞桿能經(jīng)受壓縮，拉伸，彎曲，振動(dòng)，沖擊等載荷作用，還必須具有耐磨，耐腐蝕性能，故活塞桿材料可用35號(hào)鋼，45號(hào)

16、鋼或無縫鋼管做成實(shí)心桿或空心桿 ，為提高耐磨和防銹能力，可在活塞桿表面鍍鉻并拋光，活塞材料通常采用鋼. 耐磨鑄鐵，有時(shí)也用黃銅或鋁合金。 5）導(dǎo)向套 材料-青銅，球墨鑄鐵 粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為 技術(shù)要求：a導(dǎo)向套的長度一般取活塞桿直徑的60%80%b外徑D內(nèi)孔的同軸度不大于內(nèi)孔公差之半 分析：導(dǎo)向套按材料分為金屬型和非金屬型兩種，金屬型一般選用摩擦系數(shù)小耐磨好的青銅材料制造，非金屬型導(dǎo)向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。4.4 液壓缸主要尺寸的計(jì)算液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D，活塞桿直徑d，液壓缸筒的長度L，1）液壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算，根據(jù)最大負(fù)載和選取的工作壓力來確定內(nèi)徑

17、D=110mm，2）活塞桿直徑d的計(jì)算 在前面的計(jì)算中已經(jīng)確定d=80 mm，3）液壓缸筒長度L的計(jì)算 液壓缸筒長度L由活塞最大行程l，活塞寬度B，活塞桿導(dǎo)向長度H和有特殊要求的其他長度確定。 查手冊選取活塞行程L=250 mm，活塞寬度 B=（0.61.0）d，選B=88 mm，導(dǎo)向套長度H=（0.61.0）d，選H=0.8 d=64 mm，且液壓缸筒長度不超過內(nèi)徑110 mm的20倍，綜上所述，得液壓缸筒長度L=450 mm。6）液壓缸參數(shù)的計(jì)算 液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚，油口直徑，缸底厚度1）壁厚的計(jì)算查表取缸筒外徑為133 mm，則壁厚= mm2）液壓缸油口直徑在計(jì)算設(shè)定液壓缸油口液流速度為1.0m/min則液壓缸油口直徑應(yīng)根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速度V 和油口最高液流速度Vo定Do=0.13D Do液壓缸油口直徑 D液壓缸內(nèi)徑 =38mm V液壓缸最高輸出速度 Vo油口液流速度7）缸底厚度計(jì)算D液壓缸內(nèi)徑（mm） 【】缸底材料的許用應(yīng)力（Mpa） Py 試驗(yàn)壓力（Mpa）8）缸頭厚度計(jì)算 由于在液壓缸缸頭上有活塞桿導(dǎo)向孔，因此其厚度的計(jì)算方法與缸底有所不同，這