液壓與氣壓傳動課程設計--液壓與氣壓傳動課程設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課題名稱：液壓與氣壓傳動課程設計</p><p>　　學 院：機電工程系</p><p>　　專業(yè)班級: 機械設計制造及其自動化107</p><p>　　2012年12月27日</p><p>　　《液壓與氣壓傳動課

2、程設計》評閱書</p><p>　題目液壓與氣壓傳動課程設計</p><p>　學生姓名學號</p><p>　指導教師評語及成績指導教師簽名：年 月 日</p><p>　答辯評語及成績答辯教師簽名：年 月 日</p><p>　教研室意見總成績：室主任簽名： 年 月 日</p&

3、gt;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，液壓系統(tǒng)被廣泛應用在機械、建筑、航空等領(lǐng)域中，成為一種新型的動力源。由于液壓元件的制造精度越來越高，再配合電信號的控制，使液壓系統(tǒng)在換向方面可以達到較高的頻率。不管是在重型機械和精密設備上都能滿足要求。 液壓系統(tǒng)本身有較多的優(yōu)點，比如：在同等的體積下，液壓裝置產(chǎn)生的動力更大；由于它的質(zhì)量和慣性小、反映快，

4、使液壓裝置工作比較平穩(wěn)；能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，特別是在運動中進行調(diào)速；液壓裝置自身能實現(xiàn)過載保護；實現(xiàn)直線運動遠比機械傳動簡單。但是液壓傳動對溫度的變化比較敏感，不宜在很高或很低的溫度下工作。 液壓系統(tǒng)應用在機床上，實現(xiàn)對工作臺和夾緊工件的循環(huán)控制起著重要的作用。對銑削類組合機床，運用液壓來控制運動循環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，所占空間小，而且能滿足較大的切削負載要求。</p><p>　　本文為立式鉆床液壓系統(tǒng)設計，可以實現(xiàn)同時

5、快速進給、工進、快退的動作?？爝M采用差動連接。</p><p>　　根據(jù)給定的條件完成液壓系統(tǒng)圖的設計；根據(jù)給定的條件和已完成的液壓系統(tǒng)圖，選擇元件明細表；根據(jù)給定的條件和已完成的液壓系統(tǒng)圖，對主要元件進行初步計算；完成課程設計任務。</p><p>　　關(guān)鍵字：差動連接 雙泵供油 進口節(jié)油調(diào)速回路</p><p><b>　　目 錄</b&g

6、t;</p><p>　　摘 要....................................................I</p><p>　　1設計任務...................................................1</p><p>　　2 液壓回路的工況分析......................

7、..................2</p><p>　　2.1設計要求及工況分析.......................................2</p><p>　　2.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).....................................3</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖..................

8、......................6</p><p>　　3.1 初選液壓件及基本回路.....................................6</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)............................................7</p><p>　　4計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能...

9、......................8</p><p>　　4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率..............................8</p><p>　　4.2確定油管及壓力...........................................9</p><p>　　4.3驗算液壓系統(tǒng)性...............

10、...........................10</p><p>　　4.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升.......................................12</p><p>　　總 結(jié).....................................................13</p><p>　　參考文獻.....

11、...............................................14</p><p><b>　　1設計任務</b></p><p>　　學生通過《液壓與氣壓傳動》課的課堂學習，初步掌握了基本理論知識。本課程設計即為了給學生創(chuàng)造一個運用課堂理論知識，解決較復雜的問題的平臺，鍛煉學生綜合利用所學知識的能力，初步接觸一下“設計”的味道。<

12、;/p><p>　　液壓系統(tǒng)設計計算是液壓傳動課程設計的主要內(nèi)容，包括明確設計要求進行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計算和選擇液壓件以及驗算液壓系統(tǒng)性能等。本次設計的是一臺立式雙軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)。</p><p>　　要求設計的動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進→工進→快退。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力；運動部件所受重力；快進、快退速度，工進速度；快進行

13、程，工進行程；動力滑臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p><p>　　2 液壓回路的工況分析</p><p>　　2.1設計要求及工況分析</p><p>　　(1) 工作負載 工作負載即為切削阻力。</p><p><b>　　(2) 摩擦負載 </b></p>&l

14、t;p>　　靜摩擦阻力 （2—1）</p><p>　　動摩擦阻力 （2—2）</p><p><b>　?。?）慣性負載</b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>&

15、lt;b>　?。?）運動時間</b></p><p>　　快進 （2—4）</p><p>　　工進 </p><p><b>　　快退 </b></p><p>　　

16、設液壓缸的機械效率，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力</p><p>　　表2.1 液壓缸各階段的負載和推力</p><p>　　2.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)</p><p>　　1.初選液壓缸工作壓力</p><p>　　所設計的動力滑臺在工進時負載最大，在其它工況負載都不太高，參考表2.2和表2.3，初選液壓缸的工作壓力。</p

17、><p>　　2.計算液壓缸主要尺寸</p><p>　　鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表2.4選此背壓為。</p><p>　　表2.2 按負載選擇工表</p><p>　　2.3 各種機械常用的系統(tǒng)

18、工作壓力</p><p>　　表2.4 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　表2.5 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表2.6 按速比要求確定d/D</p><p>　　注：—無桿腔進油時活塞運動速度；</p><p>　　—有桿腔進油時活塞運動速度。</p><p><b

19、>　　由式： 得</b></p><p><b>　　（2—5）</b></p><p>　　則活塞直徑： （2—6）</p><p>　　參考表2.5及2.6得，圓整后取標準數(shù)值得 D=110mm， d=80mm。</p><p>　　由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：</p&

20、gt;<p>　　根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表2.7所列， </p><p>　　表2.7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2． 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p

21、1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.1 初選液壓件及基本回路</p><p>　　(1) 選擇調(diào)速回路 由于這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)

22、必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 選擇油源形式 在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應的時間之比。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用限壓式變量葉片泵。</p><p>　　(3) 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接快

23、速運動回路實現(xiàn)快速運動。考慮到從工進轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位四通電液換向閥。</p><p>　　(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，速度變化大，為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路。</p><p>　　(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在限壓式變量葉片泵的油

24、源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)</p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，詳情見設計圖紙。</p><p>　　4計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p>

25、<p>　　(1) 計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=4.06MPa，如在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　大流量泵只在快進

26、和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.68MPa，比快進時大?？紤]到快退時進油不通過調(diào)速閥，故其進油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進油路上的總壓力損失∑?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　(2) 計算液壓泵的流量</p><p>　　由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.55×10-3 m3/s ，若取回路泄漏

27、系數(shù)K=1.1，則兩個泵的總流量為</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和26mL/r，當液壓泵的轉(zhuǎn)速np=1000r/min時，其理論流量分別為6 L/min和26L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9

28、，則液壓泵的實際輸出流量為</p><p>　　由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動機，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。</p><p>　　4.2確定油管及壓力</p><p>　　表4

29、.1 各工況實際運動速度、時間和流量</p><p>　　表4.2 允許流速推薦值</p><p>　　由表4.1可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設計要求。</p><p>　　根據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</p><p>　　為了統(tǒng)一規(guī)格，按

30、產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑15mm、外徑22mm的10號冷拔鋼管。</p><p><b>　　確定油箱</b></p><p>　　油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=6～12?，F(xiàn)取α=6，得</p><p>　　4.3驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p>&l

31、t;b>　　驗算壓力損失</b></p><p>　　由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進、回油管道長為L=2m，油液的運動粘度取=110-4m2/s，油液的密度取=0.9174103kg/m3。</p><p>　　(1) 判斷流動狀態(tài)</p><p>　

32、　在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=32L/min為最大，因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2) 計算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)</p><p><b>　　和油液在管道內(nèi)流速</b

33、></p><p>　　同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得</p><p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。</p><p>　　在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失?pζ常按下式作經(jīng)驗計算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算</p>

34、;<p>　　其中的pn由產(chǎn)品樣本查出，滑臺在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：</p><p><b>　　1．快進</b></p><p>　　滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為</p><p>　

35、　在回油路上，壓力損失分別為</p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便得出差動快速運動時的總的壓力損失</p><p><b>　　2．工進</b></p><p>　　滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥、調(diào)速閥進入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起

36、返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損失為</p><p><b>　　此值略小于估計值。</b></p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.66MPa，可見此值與初算時選取的背壓值基本相符。</p>

37、<p>　　重新計算液壓缸的工作壓力為</p><p>　　考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3．快退</b></p><p>　　滑臺快退時，在進油路上，油

38、液通過單向閥、電液換向閥進入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進油路上總的壓力損失為</p><p>　　此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓力損失為數(shù)值基本相符。</p><p>　　4.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p><p>　　由于工進在整個工作

39、循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，經(jīng)液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率</p><p>　　液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率</p><p>　　由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　按式計算工進時系

40、統(tǒng)中的油液溫升，即</p><p>　　其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·C）。</p><p>　　設環(huán)境溫T2=25C，則熱平衡溫度為</p><p>　　油溫不在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積不符合要求，需要設置冷卻器。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　

41、　本課程設計是學生在學完液壓基礎(chǔ)專業(yè)課程,進行的一個綜合性和實踐性很強的教學環(huán)節(jié),學生通過課程設計,能綜合運用所學基本理論以及學到的實踐知識進行的基本訓練,掌握液壓系統(tǒng)設計的思維和方法,專用元件和通用元件的參數(shù)確定。通過給定設計題目，初步掌握確定壓力，進行缸的主要參數(shù)的初步確定，按系列要求確定缸體和活塞桿的直徑。然后確定其他元件的參數(shù)，最后進行效核。通過液壓課程設計，提高學生分析和解決實際液壓問題的能力,為后續(xù)課程學習及今后從事科學研究

42、,工程技術(shù)工作打下較堅實的基礎(chǔ)。 參考文獻</p><p>　　[1] 左建民．液壓與氣壓傳動【M】．第4版．北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[2] 楊培元．液壓系統(tǒng)設計簡明手冊【M】．第1版．北京：機械工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[3] 王昆．機械設計課程設計【M】．第1版．北京：機械工業(yè)出版