液壓傳動課程設(shè)計(jì)---立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目：立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 部: </p><p><b>　　專 業(yè): </b></p><p>　　班 級: </p><p>　　姓

2、 名: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p><b>　　指導(dǎo) 老師: </b></p><p><b>　　完成 日期: </b></p><p>　　機(jī)械工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　11/12學(xué)年 上學(xué)期

3、 2011年12月18日</p><p>　　教研室主任（簽名） 系（部）主任（簽名） 2011 年 12 月 </p><p>　　新疆工業(yè)高等專科學(xué)校機(jī)械工程系課程設(shè)計(jì)成績表</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、緒論--------------

4、-------------------------------------------------------5</p><p>　　二、鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------5</p><p>　?。ㄒ唬┟鞔_對鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求----------------------------------

5、-----------5</p><p>　?。ǘ┮簤焊椎呢?fù)載分析-------------------------------------------------------5</p><p>　　1．夾緊油缸負(fù)載分析------------------------------------------------------6</p><p>　　2．立頭油缸負(fù)

6、載分析------------------------------------------------------6</p><p>　　3．左頭油缸負(fù)載分析------------------------------------------------------7</p><p>　　4．右頭油缸負(fù)載分析-----------------------------------------

7、-------------7</p><p>　　5．定位油缸負(fù)載分析------------------------------------------------------8</p><p>　　6．負(fù)載圖和速度圖的繪制--------------------------------------------------8</p><p>　　（三）液壓缸主要參

8、數(shù)的確定---------------------------------------------------10</p><p>　　1．立頭油缸的主要參數(shù)----------------------------------------------------10</p><p>　　2．左頭油缸的主要參數(shù)-----------------------------------------

9、-----------11</p><p>　　3．右頭油缸的主要參數(shù)----------------------------------------------------13</p><p>　　4．定位油缸的主要參數(shù)----------------------------------------------------14</p><p>　　5．夾緊油缸的主

10、要參數(shù)----------------------------------------------------15</p><p>　?。ㄋ模┮簤合到y(tǒng)圖的擬訂-------------------------------------------------------15</p><p>　　1．液壓回路的選擇----------------------------------------

11、----------------16</p><p>　　2．立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)原理圖--------------------------------------------16</p><p>　　3．電磁鐵動作順序表------------------------------------------------------17</p><p>　?。ㄎ澹┮簤涸?/p>

12、件的選擇---------------------------------------------------------18</p><p>　　1．確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率 -----------------------------------------18</p><p>　　2．選擇閥類元件及輔助元件--------------------------------------

13、----------18</p><p>　　3．其他輔助元件及液壓油液------------------------------------------------19</p><p>　?。┮簤合到y(tǒng)的性能驗(yàn)算-----------------------------------------------------20</p><p>　　1．油液溫升驗(yàn)算-

14、---------------------------------------------------------20</p><p>　　2．驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失------------------------------------------------------20</p><p>　　參考文獻(xiàn)---------------------------------------------

15、---------------------- 20</p><p>　　立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　為了滿足機(jī)床對液壓系統(tǒng)的工作要求，液壓系統(tǒng)中采用雙泵供油、多缸動作互不干擾回路，綜合考慮選用液壓元件、管件、標(biāo)準(zhǔn)緊固件，及電動機(jī)、油箱等。同時在設(shè)計(jì)液壓站時考慮到結(jié)構(gòu)上的合理布置，以便于

16、安裝與維護(hù)。繪制液壓站裝配圖時，應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行操作。</p><p>　　鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，被加工零件是缸體，機(jī)床循環(huán)時間為5分鐘，機(jī)床要完成的動作為：裝入工件，按啟動按鈕，油泵工作，定位夾緊后，右頭鏜桿快進(jìn)，工進(jìn)，同時立頭和左頭快進(jìn)，工進(jìn)、快退到原位，右頭工進(jìn)后，慢退20,快退300,夾緊松開，同時定位缸復(fù)位，卸工件，一個循環(huán)完成。各頭能單獨(dú)調(diào)整，先定位，后夾緊，工件不夾緊時不能工作。本設(shè)計(jì)中共有六個油缸，

17、分別為兩個夾緊油缸，立頭油缸、左頭油缸、右頭油缸、定位油缸各一個。</p><p>　　在鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，首先要明確鏜床對液壓系統(tǒng)要求，對液壓系統(tǒng)的工作進(jìn)行分析，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，并計(jì)算和合理選擇液壓元件，其目的是為了選擇液壓泵、控制閥、液壓輔件等。</p><p>　　立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬┟鞔_對鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及工作環(huán)境&

18、lt;/p><p>　　鏜床液壓系統(tǒng)的動作和性能要求主要有：運(yùn)動方式、行程、速度范圍、負(fù)載條件、運(yùn)動平穩(wěn)性、精度、工作循環(huán)和動作周期、同步等等。對于工作環(huán)境而言，有環(huán)境溫度、濕度、塵埃、防火要求及安裝空間的大小等。所設(shè)計(jì)鏜床液壓系統(tǒng)不僅能滿足“定位—夾緊—快進(jìn)—工進(jìn)—快退—停止”工作循環(huán)要求，還要有較高的可靠性、良好的空間布置。為了實(shí)現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件一定的加工長度，采用行程開關(guān)及電磁換向閥實(shí)現(xiàn)順序動作。擬采

19、用液壓缸作為執(zhí)行元件。</p><p>　　二）液壓缸的負(fù)載分析</p><p>　　取靜摩擦系數(shù)為fs=0.2 動摩擦系數(shù)為fd=0.1 取移動件重G=4900N 液壓缸的機(jī)械效率取ηm=0.9</p><p>　　1．夾緊油缸負(fù)載分析</p><p>　?、?工作負(fù)載FL： FL= 3700N</p><

20、;p>　?、旗o摩擦阻力FS： FS= fs*FN = 0.2×4900N=980N</p><p>　?、莿幽Σ磷枇d： Fd= fd*FN = 0.1×4900N=490N</p><p>　　⑷ 慣性負(fù)載Fa △v取0.045m/s △t取0.5s</p><p>　　Fa=ma=﹙G/g﹚

21、15;﹙△v/△t﹚=﹙4900/9.8﹚×﹙0.045/0.5﹚N=45N</p><p>　　2．立頭油缸負(fù)載分析</p><p>　　取滑臺的重量為1000N</p><p>　?、?工作負(fù)載FL： FL= 13000N</p><p>　?、?靜摩擦阻力FS： FS= fs﹙G+ Fn﹚=0.2×

22、;﹙4900+1000﹚N=1180N</p><p>　?、莿幽Σ磷枇d： Fd= fd﹙G+ Fn﹚= 0.1×﹙4900+1000﹚=590N</p><p>　　⑷ 慣性負(fù)載Fa △v取0.045m/s △t取0.5s</p><p>　　Fa= ma=﹙G/g﹚×﹙△v/△t﹚=﹙4900/9.8﹚

23、15;﹙0.045/0.5﹚N=45N</p><p>　　立頭油缸在各工作階段的負(fù)載表如表1 </p><p>　　表1 立頭油缸在各工作階段的負(fù)載值</p><p>　　3．左頭油缸負(fù)載分析</p><p>　?、?工作負(fù)載FL： FL= 18000N</p><p>　?、旗o摩擦阻力FS：

24、 FS= fs*FN = 0.2×4900N=980N</p><p>　　⑶動摩擦阻力Fd： Fd= fd*FN = 0.1×4900N=490N</p><p>　?、?慣性負(fù)載Fa △v取0.055m/s △t取0.5s</p><p>　　Fa=ma=﹙G/g﹚×﹙△v/△t﹚=﹙4900/9.8﹚&

25、#215;﹙0.055/0.5﹚N=55N</p><p>　　左頭油缸在各工作階段的負(fù)載表如表2</p><p>　　表2 左頭油缸在各工作階段的負(fù)載值</p><p>　　4．右頭油缸負(fù)載分析</p><p>　?、?工作負(fù)載FL： FL= 28000N</p><p>　?、旗o摩擦阻力FS：

26、 FS= fs*FN = 0.2×4900N=980N</p><p>　?、莿幽Σ磷枇d： Fd= fd*FN = 0.1×4900N=490N</p><p>　?、?慣性負(fù)載Fa △v取0.1m/s △t取0.2s</p><p>　　Fa=ma=﹙G/g﹚×﹙△v/△t﹚=﹙4900/9.8﹚&

27、#215;﹙0.1/0.2﹚N=250N</p><p>　　右頭油缸在各工作階段的負(fù)載表如表3</p><p>　　表3 右頭油缸在各工作階段的負(fù)載值</p><p>　　5．定位油缸負(fù)載分析</p><p>　?、?工作負(fù)載FL： FL= 3500N</p><p>　?、旗o摩擦阻力FS：

28、 FS= fs*FN = 0.2×4900N=980N</p><p>　?、莿幽Σ磷枇d： Fd= fd*FN = 0.1×4900N=490N</p><p>　?、?慣性負(fù)載Fa △v取0.045m/s △t取0.5s</p><p>　　Fa=ma=﹙G/g﹚×﹙△v/△t﹚=﹙4900/9.8﹚

29、×﹙0.045/0.5﹚N=45N</p><p>　　6．負(fù)載圖和速度圖的繪制</p><p>　　負(fù)載圖按上面的數(shù)據(jù)繪制，速度圖按立頭油缸v1=v3=0.045m/s，v2=0.0004m/s, 左頭油缸v1=v3=0.055m/s，v2=0.0004m/s右頭油缸v1=v3=0.1m/s,v2=0.0008m/s</p><p>　　圖1 立頭油缸

30、速度、負(fù)載隨位移變化的曲線圖</p><p>　　圖2 左頭油缸 速度、負(fù)載隨位移變化的曲線圖</p><p>　　圖3 右頭油缸 速度 負(fù)載隨位移變化的曲線圖</p><p>　　由以上圖可以看出，油缸在快進(jìn)和快退時速度是一樣;工進(jìn)時所受負(fù)載最大，速度在整個過程中最小，保證運(yùn)動平穩(wěn)。</p><p>　?。ㄈ┮簤焊字饕獏?shù)的

31、確定</p><p>　　液壓缸選用單桿式，并在快進(jìn)時作差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積A1應(yīng)為有桿腔工作面積A2的兩倍，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為d=0.707D。液壓缸的機(jī)械效率取ηm=0.9。</p><p>　　1．立頭油缸的主要參數(shù)</p><p>　　查看《液壓與氣壓傳動》，取工作壓力P1=2.5MP.在鏜孔加工時，立頭油缸回油路上必須具有背壓

32、P2,以防孔被鏜通時滑臺突然前沖,可取P2=0.6MP。由工進(jìn)時的推力計(jì)算液壓缸面積=A1P1-A2P2=A1-()P2，立頭油缸無桿腔的有效面積 A1===65.95×10m，立頭油缸內(nèi)徑 D===0.092, 查《液壓工程手冊》P722取標(biāo)準(zhǔn)值D=110mm,d=0.707D=77.77mm,取標(biāo)準(zhǔn)值d=80mm,則液壓缸實(shí)際有效面積</p><p>　　A1=D==95cm,A2===44.7c

33、m,A=A1-A2= 50.3cm</p><p>　　快進(jìn)時立頭油缸雖作差動連接,但由于油管中有壓降△p的存在,有桿腔的壓力必須大于無桿腔,估算時可取△p=0.5MP,并注意到啟動瞬間立頭油缸尚未移動，此時 另外取快退時的回油壓力損失為0.5MP。</p><p>　　根據(jù)D和d值，可估算液壓缸在各個階段中的壓力、流量和功率，如表4所示</p><p>　　表4

34、 立頭油缸在不同階段的壓力流量和功率值表</p><p>　　2．左頭油缸的主要參數(shù) </p><p>　　查看《液壓與氣壓傳動》，取工作壓力p=3.5MP。取p2=0.6MP，由= =得，左頭油缸無桿腔的有效面積A1===64×10m，左頭油缸內(nèi)徑 D===0.0638m</p><p>　　查《液壓工程手冊》取標(biāo)準(zhǔn)值D=100mm,d=70mm,求

35、得液壓缸兩腔實(shí)際有效面積</p><p>　　A1=D==78.54cm,A2===40.06cm,A=A1-A2= 38.48cm</p><p>　　和立頭油缸分析一樣快進(jìn)時立頭油缸雖作差動連接,但由于油管中有壓降△p的存在,有桿腔的壓力必須大于無桿腔,左頭油缸啟動瞬間取，快進(jìn)時取△p= 0.5MP,快退時的回油壓力損失為0.5MP。</p><p>　　左頭油

36、缸快進(jìn)和快退時的速度V1=v3=55mm/s,工進(jìn)時的速度V2=0.0009m/s</p><p>　　根據(jù)上述D和d值，可估算液壓缸在各個階段中的壓力、流量和功率，如表5所示</p><p>　　表5 左頭油缸在不同階段的壓力流量和功率值表</p><p>　　3．右頭油缸的主要參數(shù)</p><p>　　查看《液壓與氣壓傳動》，取工

37、作壓力p1=4MP。取p2=0.8，啟動瞬間取，快進(jìn)時取△p=0.5MP，快退時取△p=0.5MP。</p><p>　　由公式= =得，右頭油缸無桿腔的有效面積A1===88×10m，右頭油缸內(nèi)徑 D===10.59cm</p><p>　　查《液壓工程手冊》取標(biāo)準(zhǔn)值D=110mm,d=0.707D=77.77mm,取標(biāo)準(zhǔn)值d=80mm,</p><p>

38、;　　A1=D==95cm,A2===44.7cm,A=A1-A2= 50.3cm</p><p>　　根據(jù)上述D和d值，可估算液壓缸在各個階段中的壓力、流量和功率，如表6所示</p><p>　　表6 右頭油缸在不同階段的壓力流量和功率值表</p><p>　　4．定位油缸的主要參數(shù)</p><p>　　由教材《液壓與氣壓傳動》選得定

39、位缸的工作壓力p1=1MP，取0.5MP。由=-（）得，=（）/（-）</p><p>　　A= =5.19m,D===8.13m</p><p>　　查《液壓工程手冊》得D=80mm,d=0.707D=56.56mm,取標(biāo)準(zhǔn)值d=56mm，由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積=D==50.24cm,A===25.62cm。定位時背壓p=0.5MP,p=(F+pA)/A=(3500+0.5&l

40、t;/p><p>　　=0.95MP,定位時取v=0.01m/s,=50.24=5.024m, =0.95=47.728W</p><p>　　選得定位缸的工作壓力p1=1MP，取0.5MP。由=-（）得，=（）/（-）</p><p>　　A= =5.19m,D===8.13m</p><p>　　查《液壓工程手冊》得D=80mm,d=0.

41、707D=56.56mm,取標(biāo)準(zhǔn)值d=56mm，由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積=D==50.24cm,A===25.62cm</p><p>　　定位時背壓（p=0.5MP）</p><p>　　p=(F+pA)/A=(3500+0.5 =0.95MP</p><p>　　定位時取v=0.01m/s</p><p>　　=50.24=5.0

42、24m =0.95=47.728W</p><p>　　5．夾緊油缸的主要參數(shù)</p><p>　　由于夾緊油缸與定位油缸的工作負(fù)載基本一樣，查得工作壓力p、背壓p一樣，同樣地 D=80mm d=56mm = 50.24cm = 25.62</p><p><b>　　夾緊 </b></p><p&

43、gt;　　=(3700+0.5=0.99MP</p><p>　　夾緊時?。╲=0.01m/s）</p><p>　　q=Av=50.24=5.024m</p><p>　　P=pq=0.99=49.74W</p><p>　　（四）液壓系統(tǒng)圖的擬訂</p><p><b>　　1．液壓回路的選擇</b

44、></p><p>　　（1）調(diào)速回路和動力源</p><p>　　立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載變化小，可采用進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式。為了解決調(diào)速回路在孔鏜通時的滑臺突然前沖現(xiàn)象，回油路上設(shè)置背壓閥。為防止多缸動作干擾，采用多缸快慢速互不干擾回路，采用雙泵供油。</p><p><b>　　（2）油路循環(huán)方式</b>

45、</p><p>　　液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流閥調(diào)速的方式，系統(tǒng)中的油液的循環(huán)是開式的。</p><p>　?。?）換向與速度換接回路</p><p>　　本機(jī)床快進(jìn)快退速度較大，為保證換向平穩(wěn)，左右頭和立頭油缸在快進(jìn)時為差動連接。</p><p><b>　　（4）壓力控制回路</b></p><p>

46、;　　在泵出口并聯(lián)電磁溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時在該溢流閥的遠(yuǎn)程控制口連接一個二位二通電磁換向閥，便于一個工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝卸工件時，液壓泵卸載。</p><p>　　為了保證夾緊力可靠，且能單獨(dú)調(diào)節(jié)，在支路上串接減壓閥和單向閥。</p><p>　　為了解決先定向后夾緊的問題，在進(jìn)入夾緊缸的油路上接單向順序閥來控制，只有當(dāng)定位缸達(dá)到和超過順序閥的調(diào)節(jié)壓力時，夾緊缸才動作。<

47、;/p><p>　　為了保證工件確已夾緊后左右頭和立頭油缸才能動作，在夾緊缸進(jìn)口處裝一個壓力繼電器，只有當(dāng)夾緊壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)節(jié)壓力時，才能發(fā)出信號，使進(jìn)給缸油路的二位五通電磁換向閥通電，左右頭和立頭油缸才開始工進(jìn)。</p><p>　　將各典型回路進(jìn)行合并、整理，增加必要的元件，構(gòu)成了一個液壓系統(tǒng)，這個系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠、動作平穩(wěn)、效率高、調(diào)整和維護(hù)保養(yǎng)方便的功能。

48、</p><p>　　2．立臥三面鏜床液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3．電磁鐵動作順序表</p><p>　　表7 電磁鐵動作順序</p><p><b>　　五）液壓元件的選擇</b></p><p>　　1． 確定液壓泵的型號及電動機(jī)功率</p><p>

49、　　液壓缸在整個工作循環(huán)中最大工作壓力為3.73MP，此時液壓缸的輸入流量較小，泵至缸的進(jìn)油路壓力損失估算取為△p=0.8MP,限壓溢流閥整壓壓（電磁溢流閥）力應(yīng)比系統(tǒng)最大工作壓力高出0.5MP，則小流量泵的最大工作壓力應(yīng)為P=（3.73+0.8+0.5）MP=5.03MP。</p><p>　　大流量泵是在快進(jìn)（快退）運(yùn)動時才向液壓缸輸油的，快進(jìn)（快退）時液壓缸中的工作壓力比快退時大，如取進(jìn)油路的壓力損失為0.

50、5MP，則大流量泵的最高工作壓力為</p><p>　　=（1.25+0.5）MP=1.75MP</p><p>　　兩個液壓泵同時向系統(tǒng)供油時，若回路中的泄露按10﹪計(jì)算，則兩個泵的總流量應(yīng)為</p><p>　　Q==60×1.1×5.03×10 L/min =33.20L/min,</p><p>　　由于

51、溢流閥最小穩(wěn)定流量為3L/min，而工進(jìn)時液壓缸所需流量為2.41L/min，所以高壓小流量泵的輸出流量不得少于5.41L/min。</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-6.3/32型雙聯(lián)葉片泵，其額定壓力為6.3MP，取雙聯(lián)葉片泵的總效率為ηp=0.75，則驅(qū)動該泵的電動機(jī)的功率可由泵的工作壓力（5.03MP）和輸出流量（當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min）</p>

52、;<p>　　Q=Q1+Q2=V1nη+V2nηv2=6.3×1440×0.85+32×1440×0.92=50.11L/min</p><p>　　求出= ==5.6×10W </p><p>　　由《液壓設(shè)計(jì)與使用》 查得電動機(jī)的型號為Y132M-4，功率為7.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。</p>

53、<p>　　2．選擇閥類元件及輔助元件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件的流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格如表8</p><p>　　3．其他輔助元件及液壓油液</p><p><b>　　（1）油管</b></p><p>　　各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、

54、出油管則按集成閥的多聯(lián)底板上的連接口尺寸決定。</p><p><b>　?。?）油箱</b></p><p>　　油箱容積按V=ξq 估算，對于一般低壓系統(tǒng)，油箱的容量一般取泵流量的3～5倍，本題取4倍，當(dāng)取ξ=4時，算得液壓系統(tǒng)中的油箱容量為 V=ξq =4×(6.3+32)=153.2L 由于油箱一般為了散熱等原因而不能放滿，故 Vp= V =22

55、9.8L</p><p>　?。┮簤合到y(tǒng)的性能驗(yàn)算</p><p><b>　　1．油液溫升驗(yàn)算</b></p><p>　　從液壓設(shè)計(jì)任務(wù)書中可看出，左頭工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達(dá)66.67%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用左頭工進(jìn)時的情況來計(jì)算。</p><p>　　工進(jìn)時液壓缸的有效功率為P=pq=Fv=

56、20544.440.0004=8.22W</p><p>　　這時大流量液壓泵經(jīng)過溢流閥卸荷，小流量泵在高壓下供油，所以兩個泵的總輸出功率為P1===0.6047KW</p><p>　　由此求得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為=P1-Pe=(0.6047-0.00822)KW=0.5988KW,按式求得油液溫升近似值T15.089 0C</p><p>　　查得《液壓與氣壓傳動

57、》可知，此溫升值沒有超過允許范圍，所以該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。</p><p>　　2．驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　由于系統(tǒng)的具體管道布置尚未具體確定,整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算。所以只能估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布置圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。本設(shè)計(jì)鏜床液壓系統(tǒng)為小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失很小，可以不考慮。</p><p>

58、<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]液壓與氣壓傳動 楊慧敏 西北工業(yè)大學(xué)出版社 2009-8</p><p>　　[2]液壓傳動（第三版）丁樹模、丁問司 機(jī)械工業(yè)出版社 2009-6</p><p>　　[3]液壓傳動設(shè)計(jì)指南 張利平 化學(xué)工業(yè)出版社 2009-7</p><p>　　[4