液压系统毕业设计论文.docx
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液压系统毕业设计论文
学校代码：
11517
学号：
200806111310
HENANINSTITUTEOFENGINEERING
毕业设计
题目减速器箱盖钻孔组合机床液压
系统和主要元件设计
学生姓名胡政欣
专业班级机制0843
学号200806111310
系（部）机械工程系
指导教师（职称）苗全生（教授）
完成时间2012年5月12日
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论文作者签名：
年月日
河南工程学院毕业设计原创性声明
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除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。
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本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
论文作者签名：
年月日
河南工程学院
毕业设计（论文）任务书
题目减速器盖钻孔组合机床的液压系统和主要元件的设计
专业机械设计制造及其自动化学号200806111310姓名胡政欣
1、毕业设计（论文）内容
液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来与微电子、计算机技术结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。
在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。
作为数控技术应用专业的学生初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的。
本文主要通过对所需加工零件（减速器盖）所使用的钻孔组合机床的分析，对其液压系统和主要元件进行设计计算。
2、毕业设计（论文）的要求
本课题设计要求学生在通过对液压系统和元件设计的设计分析过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、系统整体设计、元件计算选择、CAD制图、查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养自己初步的结构分析、结构设计和计算能力。
3、毕业设计（论文）应完成的工作
绘制液压系统原理图；计算和选择液压元件，设计必要的非标准液压元件；绘制动作循环图和动作顺序表。
4、毕业设计（论文）进程安排
（1）1—3周：
调研和制定方案，提交开题报告；
（2）4—8周：
CAD绘制液压系统原理图，液压系统和液压元件的计算选择；
（3）9—14周：
方案评估，撰写毕业论文；
（4）15—17周:
评审答辩。
5、应收集的资料及主要参考文献
[1].雷天觉.液压工程手册.北京机械工业出版社，1990年
[2].李登万.液压与气压传动.江苏东南大学出版社，2004年
[3].李胜海.液压机构及其组合.北京清华大学出版社，1992年
[4].许福玲，陈尧明.液压与气压传动，机械工业出版社，2002年
[5]许福玲等.液压与气压传动.第3版，2007年
[6]李壮云.液压气动与液力（上册）.北京.化学工业出版社.2005年
[7]李壮云.液压气动与液力（下册）.北京.化学工业出版社.2005年
[8]邓钟明.液压气动系统设计手册.1989年
完成期限：
指导老师签名：
专业负责人签名：
年月日
前言
液压传动就是通过液压油（具体根据实际情况定）来传递压力的传动方式。
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。
液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。
液压系统的执行元件液压缸和液压马达的作用是将液体的压力能转换为机械能，而获得需要的直线往复运动或回转运动。
液压传动有许多突出的优点，例如在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。
在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。
液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右；液压执行装置的工作比较平稳。
由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。
液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟500次，实现往复直线运动时可达每分钟1000次；液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：
2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速；液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。
当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制；液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长；由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计制造和使用都比较方便。
液压传动常在机床的如下一些装置中使用：
进给运动传动装置；往复主体运动传动装置；回转主体运动传动装置；仿形装置；辅助装置。
其在机械行业中的应用如下：
机床行业——磨床、铣床、刨床、压力机、拉床、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等。
工程机械——挖掘机、装载机、推土机等。
汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等。
农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等。
轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等。
冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等。
起重运输装置——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等。
矿山机械——开采机、提升机、液压支架等。
建筑机械——打桩机、平地机等。
船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等。
铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等。
当前，液压技术在实现高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化、微型化、智能化等各项要求方面取得了重大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。
此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及计算机控制等开发性研究方面，更日益显示出显著的成绩。
今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。
面对我国经济近年来的快速发展，机械制造业工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。
制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。
我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻造设备。
60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到普遍应用。
当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、等能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。
同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得显著成果。
由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将得到进一步的发展，在各机械设备上的应用将更加广泛。
目录
中文摘要I
英文摘要II
1.液压传动概述1
1.1工作原理1
1.2液压系统的基本组成1
2.钻孔组合机床工况分析2
2.1运动分析2
2.2绘制动力滑台的工作循环图2
2.3负载分析2
2.3.1工作负载2
2.3.2摩擦阻力3
2.3.3其他负载3
2.4负载循环图和速度循环图的绘制4
3.系统主要参数的确定4
3.1初步确定液压缸工作压力4
3.2确定液压缸内径D和活塞杆直径d5
3.3液压缸最小稳定速度的验算8
3.4液压缸所需的最大稳定流量8
4.绘制液压执行元件的工况图8
4.1工况图的绘制8
4.2工况图的作用10
5.液压系统原理图的设计10
5.1选择基本回路10
5.1.1确定供油方式11
5.1.2速度控制回路的选择11
5.1.3换向和速度换接回路的选择12
5.1.4压力控制回路的选择13
5.1.5确定辅助装置13
5.2.液压系统原理图的设计13
5.3制定其系统工作循环表15
5.4拟定液压系统原理图一般应考虑的几个问题16
6.计算和选择液压元件17
6.1确定液压泵的规格和电动机的功率17
6.1.1计算液压泵的最大工作压力17
6.1.2计算液压泵的最大流量18
6.1.3确定液压泵的规格18
6.1.4确定液压泵的驱动功率19
6.2．确定其他元件及辅助元件19
6.2.1确定阀类元件及辅助元件19
6.2.2管件的选择22
6.2.3确定油箱24
7.结束语26
致谢27
参考文献28
附录29
减速器箱盖钻孔组合机床液压系统和主要元件设计
摘要
液压传动系统具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能、反应快、输出力（或力矩）大等优点，在组合机床中被广泛采用。
本论文主要阐述了减速器箱盖钻孔组合机床液压系统和主要元件的设计，其主要内容包括组合机床工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、液压元件的计算和选择、液压缸主要零部件的设计及其结构设计。
关键词液压系统/液压传动/液压元件
Reducerboxdrillingcombinationmachine
toolsandthemaincomponentsofhydraulic
systemdesign
Abstract
Hydraulictransmissionsystemhasbroadadaptability,goodcontrolperformance,fastresponse,outputforce（ortorque）advantages,iswidelyusedinmodularmachinetool.Thispapermainlyexpoundsthereducerboxcoverdrillholemodularmachinetoolhydraulicsystemandthemaincomponentsofthedesign,themaincontentsincludethecombinationofmachineconditionanalysis,determinethemainparametersofhydraulicsystem,todevelophydraulicsystemdiagram,calculationandselectionofhydrauliccomponents,hydrauliccylinderdesignofmajorcomponents,anditsstructuredesign.
Keywordshydraulicsystem,hydraulictransmission,hydrauliccomponent
1.液压传动概述
液压传动是以液体为工作介质，利用压力能来驱动执行机构的传动方式。
驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成[2]。
1.1工作原理
（1）电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。
油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。
液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。
（2）工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。
当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。
由此可见，速度是由油量决定的[1]。
1.2液压系统的基本组成
（1）能源装置——液压泵。
它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。
（2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。
通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。
（3）控制装置——液压阀（流量阀、压力阀、方向阀等）。
通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。
（4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。
（5）工作介质——液压油。
绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息[1]。
2钻孔组合机床工况分析
2.1运动分析
钻孔组合机床的加工对象为铸铁变速箱箱体，为使机床工作平稳，便于自动化并简化制造过程，，可采用标准液压动力头。
根据加工特点动力头的工作循环应是：
夹紧缸夹紧→工作台快速趋近工件→工作台进给→工作台快退→夹紧缸松开→原位停止。
其简图见下图动力滑台的工作循环图。
另外为便于机床自动化和产生足够的夹紧力，工件的夹紧也采用液压操纵。
2.2绘制动力滑台的工作循环图
图2-1滑台工作循环
2.3负载分析
负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
滑台与夹紧都采用双缸并联，同时工作，两者液压缸都采用单杆活塞缸。
滑台液压缸活塞杆固定，缸体运动；夹紧缸缸体固定，活塞杆运动。
因工作部件是卧式放置，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：
切削力，导轨摩擦力。
导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffs，动摩擦力为Ffd[11]。
2.3.1工作负载
工作负载是液压缸负载的主要组成部分，它与设备的运动情况有关，不同机械的工作负载其形式各不相同，对于机床，切削力是工作负载。
工作负载可以是恒定的，也可以是变化的；可能是正值，也可能是负值，负载的方向与液压缸（或活塞）的运动方向相反者为正，相同者为负。
由切削原理可知：
高速钢钻头钻铸铁时的轴向切削力Ft与钻头直径D、每转进给量s和铸铁硬度HB之间的经验算式为：
Ft=25.5Ds0.8（HB）0.6（2-1）
根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速n和进给量s可选用下列数值：
对φ=8mm的孔来说n1=900r/mins1=0.15mm/r[3]。
计算得出本组合机床中滑台液压缸的工作负载为切削力约为Ft=6400N；夹紧液压缸的工作负载前面以给出为2822.3N。
2.3.2摩擦阻力
摩擦阻力是指主机执行机构在运动时与导轨或支撑面间的摩擦力，其值恒为正值。
Ff=fFn=（0.2+0.1）x1340N=402N（2-2）
式中：
Fn——运动部件及外负载对支撑面的正压力；
f——摩擦系数，分为静摩擦系数（fs≤0.2～0.3）和动摩擦系数（fd≤0.05～0.1）。
本设计中滑台液压缸杆固定，缸体移动；夹紧装置液压缸缸体固定，杆移动。
所以只需滑台考虑滑台液压缸所受的摩擦阻力，而夹紧缸不考虑。
2.3.3其他负载
除此之外，液压缸的受力还有活塞和活塞杆处的密封装置的摩擦阻力，其计算方法和密封装置的类型、液压缸的制造质量和工作压力有关，由于详细计算比较麻烦，为了简化计算，一般将其考虑在液压缸的机械效率中，初步设计时可取ηm=0.85～0.97，另外，还有背压力，可在最后计算时考虑[3]。
综上所述，列出下表滑台液压缸在各工作阶段负载值
表2-1滑台液压缸各工作阶段负载值
工况
负载组成
负载值F
液压缸推力F/ηm
启动
F=Ffs
268
297.8
快进
F=Ffd
134
148.9
工进
F=Ffd+Ft
6534
7260
反向启动
F=Ffs
268
297.8
快退
F=Ffd
124
148.9
数据来源:
《机械加工工艺手册》第二卷
2.4负载循环图和速度循环图的绘制
按设备的工艺要求，把执行元件在各阶段的负载用曲线表示出来，称执行元件的负载——位移（时间）曲线图（负载图）。
由此图可直接的看出在运动过程充何时受力最大，何时受力最小等各种情况，以此作为以后的设计依据。
液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时，所受的负载F为F=Ft+Ff。
同样按设备的工艺要求，把所研究的执行元件在完成一个工作循环时的运动规律用表示出来，一般用速度——时间（v—t）或速度——位移（v—s）曲线表示，称执行元件的速度循环图（速度图）[4]。
根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（F-s）和速度图（v-s），如下图所示：
F/Nv/m.min-1
72606
297.8
148.9
S/mm0.135
S/mm
–148.9–297.8
（F-s）
图2-2负载——位移曲线图
-6
（v-s）
图2-3速度——位移曲线图
3.系统主要参数的确定
3.1．初步确定液压缸工作压力
液压缸工作压力可根据负载大小及机器设备的类型来确定。
一般来说，工作压力选大些，可以减少液压缸内径及液压系统其它元件的尺寸，使整个系统紧凑，重量轻，但是要用价格较贵的高压泵，并使密封复杂化，而且会导致换向冲击大等缺点；若工作压力选的过小，就会增大液压缸的内径和其它液压元件的尺寸，但密封简单。
所以应根据实际情况选取适当的工作压力，设计时可用类比法来确定，参考下表[6]。
为了满足工作台快速进退速度相等，并减小液压泵的流量，这里的滑台液压缸课选用单杆式的，并在快进时差动连接，最大负载为工进时7260N。
夹紧液压缸的夹紧力为2822.3N,则由下表3-1可初选滑台液压缸工作压力为2MPa，夹紧缸工作压力为0.8MPa。
表3-1按负载选择系统工作压力
负载/KN
＜5
5～10
10～20
20～30
30～50
＞50
系统压力/MPa
＜0．8～1
1.6～2
2.5～3
3～4
4～5
＞5～7
表3-2按主机类型选择系统工作压
设备类型
机床
农业机械、汽车工业、小型工程机械及辅助机械
工程机械
重型机械
锻压机械
液压支架
船用机械
磨床
组合机床
牛头刨床
插床
齿轮加工机床
车床
铣床
镗床
机床
拉床
龙门刨床
压力/MPa
＜2.5
＜6.3
2.5～6.3
＜10
10～16
16～32
14～25
数据来源：
《液压传动》
3.2．确定液压缸内径D和活塞杆直径d
鉴于动力滑台要完成的动作循环是快进——工进——快退，且要求快进和快退的速度相等，这里的液压缸需选用单杠式的，并在快进时作差动连接。
这种情况下的液压缸无杆腔工作面积A1取为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与液压缸缸筒直径D的关系是d=0.707D[10]。
在钻孔加工时，液压缸回油路上必须有背压p2，背压的选取参照下表3.2.1，取p2=0.2Mpa，以防止被钻孔时动力滑台突然前冲。
表3-3执行元件的回油背压
系统类型
背压/Mpa
回油路上有节流阀的调速系统
0.2~-0.5
回油路上有背压阀或调速阀的调速系统
0.5~1.5
采用辅助泵补油的闭式回路
1.0~1.5
回油路较短且直通油箱
约0
数据来源：
《液压气动与液力》
由工进时的推力，列出活塞的力平衡方程式，计算液压缸面积：
F/ηm=A1p1-A2p2=A1p1-（A1/2）p2（3-1）
=4245.6mm
缸筒内径D=
（3-2）
则缸筒内径
（3-3）
活塞杆直径d=0.707D=51.994mm
式中p1——液压缸的工作压力，初算时可取系统工作压力为2Mpa；
p2——液压缸回油腔背压力，初算时无法准确计算，可先根据机械设计手册进行估计；（本设计可参考以下选择：
在钻孔加工时，液压缸回油路上必须有背压p2，取p2=0.2Mpa，以防止被钻孔时动力滑台突然前冲。
快进时液压缸作差动连接，油管中有压力损失，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先按0.2MPa考虑。
快退时回油腔中是有背压的，这时也可按p2=0.2MPa考虑。
）
F——工作循环中的最大外负载；
Fc——液压缸密封处的摩擦力，它的精确值不易求出，常用液压缸的机械效率ηm进行估算，F+Fc=F/ηm；
ηm——液压缸的机械效率，一般ηm=0.85～0.97，此处ηm取0.9。
由计算所得的液压缸内径D和活塞杆直径d值应按GB2348—1993圆整到相近的标准直径，以便于采用标准的密封件。
按GB2348—1993,D圆整后取80mm，
按GB2348—1993,d=0.707D，d圆整后取56mm。
则
液压缸无杆腔有效作用面积
2
液压缸无杆腔有效作用面积
2
表3-4液压缸内径尺寸系列（GB2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630
数据来源：
《机械设计手册》
表3-5活塞杆直径系列（GB2348-1993）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
数据来源：
《机械设计手册》
3.3液压缸最小稳定速度的验算
对选定后的液压缸内径D，进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于最小稳定速度的最小有效面积Amin，即A＞Amin。
Amin=qmin/vmin（3-4）
式中qmin——流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得,则由查询可知，qmin=3L/min；
vmin——液压缸的最低速度，即0.135m/min。
Amin=qmin/vmin≈2220mm2满足要求。
3.4液压缸所需的最大稳定流量
对选定后的液压缸进行最大稳定流量的验算，qmax等于液压缸有效面积A和液压缸最大移动速度vmax的乘积，即qmax=Avmax，如果液压缸节流腔的有效工作面积A不大于计算所得的最小有效面积Amin，则说明液压缸不能保证最大稳定流量，此时必须增大液压缸内径，以满足速度稳定的要求。
由以上
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