鏜孔專用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：鏜孔專用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)清單表： 1、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份 2、液壓缸（或液壓站）部件裝配圖1張 3、非標(biāo)準(zhǔn)零件圖1張 4、液壓系統(tǒng)原理圖1張工程學(xué)院機(jī)械系機(jī)制 1081 班完 成 人趙思佳 學(xué) 號200811411133 指導(dǎo)教師 尹凝霞 完成日期 2011 年 1 月 10日成 績 廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械工程系液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 設(shè)計(jì)題目：鏜孔專用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)班 級 機(jī)制1081 完成人趙思佳學(xué) 號200811411133指導(dǎo)教師尹凝霞 2011 年 1 月 10 日廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械系一，設(shè)計(jì)題目及其要求題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)汽車變速箱

2、體孔系鏜孔專用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。要求該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是：夾具夾緊工件工作臺(tái)1快進(jìn)工作臺(tái)2工進(jìn)終點(diǎn)停留工作臺(tái)快退工作臺(tái)起點(diǎn)停止夾具松開工件。該組合機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的重量（含工作臺(tái)基多軸箱）為20000N，快進(jìn)、快退速度為6m/min，一工進(jìn)的速度為8001000mm/min，二工進(jìn)的速度為600800mm/min，工作臺(tái)的最大行程為500mm，其中工進(jìn)的總行程為300mm，工進(jìn)是的最大軸向切削力為20000N，工作臺(tái)采用山字形平面型組合導(dǎo)軌支撐方式，夾具夾緊缸的夾緊行程為25mm，夾緊力在2000014000N之間可調(diào)，夾緊時(shí)間不大于一秒鐘。設(shè)計(jì)要求：1）、完成該液壓系統(tǒng)的工況分

3、析，系統(tǒng)計(jì)算并最終完成該液壓系統(tǒng)工作原理圖的工作；2）、根據(jù)已完成的液壓系統(tǒng)工作原理圖選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；3）、對上述液壓系統(tǒng)鐘的液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成液壓缸的相關(guān)計(jì)算何部件裝配圖設(shè)計(jì)，并對其中的12個(gè)非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖設(shè)計(jì)。二、工況分析動(dòng)力滑臺(tái)所受負(fù)載見表2-1。其中靜摩擦負(fù)載：0.50.220000+0.520000cos45=4828N動(dòng)摩擦負(fù)載：0.50.120000+0.120000cos45=2414N. 慣性負(fù)載： N式中 、，分別為靜、動(dòng)摩擦因數(shù)，分別取=0.2、=0.1。為啟動(dòng)或者制動(dòng)前后的速度差，本例中=0.1m/s，啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)間，取=0.05s。設(shè)一工進(jìn)行程200mm

4、，二工進(jìn)行程100mm。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各階段所受的外負(fù)載（見表2-1），并畫出如圖2-2所示的速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖 表2-1工況計(jì)算公式外負(fù)載（N）啟動(dòng)、加速8910快進(jìn)24141工進(jìn)224142工進(jìn)22414快退2414圖2-2三擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.確定供油方式考慮到該機(jī)床在工作時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能源、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)選限壓式變量葉片泵。2.調(diào)速方式的選擇在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)該類專用機(jī)床工作時(shí)對低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)

5、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(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。3.速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥在快慢速換接回路，它在特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單是、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度熱換接的平穩(wěn)性較差。進(jìn)給液壓缸在快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接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(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)失電夾緊方式。在該該回路中還裝有裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成液壓系統(tǒng)原理圖與明細(xì)表中的液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)原理圖如下圖3-1：圖3-1四液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇

6、液壓元件 1.液壓缸主要尺寸的確定 1）工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負(fù)載的大小及機(jī)器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊取液壓缸工作壓力為4MPa。 2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載力為22414N，按手冊中表2-2上可取為0.5MPa，為0.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入手冊式（2-3）可得 D=m=90mm據(jù)表2-4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm；活塞桿直徑d，按d/D=0.7,得d=70mm。按工作要求夾緊力由單個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓

7、力為2.5MPa，回油背壓力為零，為0.95，則按式（2-3）可得 D=m=87m按表2-4及表2-5液壓缸和活塞桿的尺系列，取夾緊缸的D為100mm,安工作壓力取d/D=0.5,得d=50mm。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式（2-4）可得 A=0.83式中是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥QF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。本設(shè)計(jì)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，既A=可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。3）計(jì)算各階段液壓缸所需的流量2.確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格1） 泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工

8、作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 式中 液壓泵最大工作壓力； 執(zhí)行元件最大工作壓力； 進(jìn)油管路中的壓力損失，本例取為0.5MPa， 則上述計(jì)算所得的是系統(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(dòng)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，并保證泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足（1.25至1.6）。本例中，取。2） 泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為，取,則 3）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為:每轉(zhuǎn)排量 4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為

9、選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為3000N，進(jìn)油路的壓力損失定為0.3Mpa，由式（1-4）可得 快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為 工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率P為 查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S-4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。 根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX-25的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)流量為23L/min,工進(jìn)時(shí)的流量為7.9L/min，壓力為4.5Mpa，作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，如下圖所示： 1額定流量、壓力下的特性曲線 2-實(shí)際工作時(shí)間的特性曲線查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為34L/min,壓力為1.8Mpa，該工作點(diǎn)對應(yīng)的

10、功率為所選電動(dòng)機(jī)功率滿足式（1-6），拐點(diǎn)處能正常工作。3.液壓閥的選擇 本系統(tǒng)采用GE系列的閥，根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如液壓系統(tǒng)原理圖與元件明細(xì)表。4.確定管道尺寸 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=48L/min,壓油管的允許流速取v=5m/s,則內(nèi)徑d為 若系統(tǒng)主油路按快退時(shí)取q=24/min,則可算得油路內(nèi)徑d=10.1。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。吸油管同樣可按上式計(jì)算（q=28.8L/min、v=1.2m/s）,現(xiàn)參照YBX-25變量泵

11、吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。5.液壓油箱容積的確定本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容積按泵的流量的5到7倍來確定（參照表4-1），現(xiàn)選用容量為200L的油箱。 6.液壓缸的其它主要尺寸確定（1） 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。由公式得：故即可求出缸體的外徑DD+2=100+22.3=104.6mm根據(jù)無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)選取D=120mm（2） 液壓缸工作行程的確定根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照表2-6中的系列尺寸可選得進(jìn)給液壓缸工作行程H=500mm 。（3） 缸蓋厚度的確定選取無孔的平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求用下面公式進(jìn)行近似計(jì)算t0.

12、433D得 t0.433100=9.79mm 故取t=35mm（4） 最小導(dǎo)向長度的確定對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求H 故可得夾緊缸最小導(dǎo)向長度Hmm ?；钊膶挾菳一般由公式B=（0.61.0）D 得進(jìn)給缸活塞寬度B=0.6100=60mm；當(dāng)液壓缸內(nèi)徑D80mm時(shí)，活塞桿滑動(dòng)支承面的長度 =（0.61.0）d 故=0.770=49mm；（5） 缸體長度的確定一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍，即缸體長度L=10025=2500mm根據(jù)該液壓系統(tǒng)最大行程并考慮活塞的寬度選取L=573mm（6） 活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算 由于該進(jìn)給液壓缸支承長度=50013d=1370=91

13、0mm故不須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性和進(jìn)行驗(yàn)算。五.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、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，DB=2m。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15，查得該溫度時(shí)液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度v=150cst=1.5c/s,油的密度（1） 壓力損失的驗(yàn)算 工作進(jìn)給時(shí)進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)給時(shí)的最大速度為1m/min,進(jìn)給時(shí)的最大流量為7.9L/min,則液壓油在管內(nèi)流速為， 查得換向閥34EF30-E10B的壓力損失,調(diào)速閥QF3-E10B的壓力損失為0.5忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓

14、力損失為 =+0.634Pa2） 工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失。由于選用但作用活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的二份之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的兩倍，則 回油管道的沿程壓力損失 查樣本知換向閥34EF3B-E10B的壓力損失則回油路總壓力損失為：=+=0.09Pa3）變量泵出口處的壓力 4） 快進(jìn)時(shí)的壓力損失?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，自匯流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍即46L/min, 同樣可求得管道BD段的沿程壓力損失為查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：34EF30-E10B的壓力損失據(jù)分析在差動(dòng)連接中，泵的出口壓力為=+=1.87Pa

15、快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算叢略。上述驗(yàn)算表明，無須修改原設(shè)計(jì)。（2） 系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段占的時(shí)間比較長，為了簡化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大最小的發(fā)熱量，然后加以比較取大值進(jìn)行分析。 當(dāng)v=60cm/min時(shí) 此時(shí)泵的效率為0.4，泵的出口壓力為3.7MPa，則有 此時(shí)的功率損失為 0.52kW當(dāng)v=120cm/min時(shí)，q=9.4L/min,總效率 此時(shí)的功率損失為 0.446kW 可見，在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為0.52kW，發(fā)熱量最大。 假定系統(tǒng)在散熱狀況一般，取K油箱在散熱面積A為 系統(tǒng)的溫升為 驗(yàn)算表明系統(tǒng)在溫升在許可范圍內(nèi)。 六系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的簡單小結(jié)本系統(tǒng)采用了限壓式變量葉片泵和液壓缸差動(dòng)連接，得到了較快的進(jìn)給速度，能量也能合理利用。系統(tǒng)兩次工進(jìn)速度的換接采用由電磁閥切換的調(diào)速閥串聯(lián)的回路，保證了換接精度。 本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，由于期末考試與設(shè)計(jì)周擠在一起，加上電腦又出了故