机电液课程设计说明书终极版Word文档下载推荐.docx

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2.设计方法与步骤 3

第一章 钻床机械系统的设计与计算 5

1.钻床整体分布图 5

2.机械部分相关参数 5

3.同工况下液压缸载荷和速度的分布 6

第二章 钻床液压系统的设计与计算 8

1.工作液压缸的计算和选择 8

2.夹紧缸的计算和选择 9

3.工况分析 10

4.拟定液压原理图 12

第三章 钻床液压元件及液压装置的机构设计 14

1.液压泵和电动机的选择 14

2.阀类元件的选择 14

3.油管 15

4.油箱的选择 16

第四章 钻床控制系统的设计与计算 18

1.电磁阀磁铁动作表 18

2.电磁阀磁铁运动过程 18

3.控制系统 19

总结 23

参考文献 24

前言

液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。

通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程，不同方向的动作。

完成设备不同的动作需要。

液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到越来越广泛的应用，而且越来越先进的设备，其应用液压的部分就愈多。

所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个液压系统是非常有意义的。

液压传动是用液体来传递能量，具有以下几个优点：

易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化，系列化。

而且随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于起重机液压装置的控制中，取代原有的液压装置控制线路。

简化了电器控制电路，提高了可靠性，取得了很好的使用效果。

并且易于修改控制程序，提高了控制系统的可扩展性。

1.控制要求：

液压系统要求完成的工作循环是：

工件定位——工件加紧——进给缸快进——进给缸工进——进给缸快退到原位——工件松开——拔出定位销。

2．设计参数

工件的定位、加紧都采用液压控制，运动部件重质量为9800N。

快退与快进速度都为6m/min，快进行程为100mm，工进速度为60～1000mm/min，工进行程为50mm,最大切削力为30468N，采用平面导轨，往复运动加减速时间为0.2s，加紧力为152340N，采用两个加紧缸，加紧缸行程为20mm，加紧时间为1s。

3．设计任务

（1）对系统进行工况分析（含负载分析、速度循环分析、负载循环分析）；

（2）按要求计算和设计液压系统，并绘制液压系统图；

（3）绘制进给液压缸装配图和油箱装配图（含电动机与液压泵的连接等）;

（4）编写设计说明书一份（含液压系统设计、控制线路设计、直流电机调速实验报告等）;

2.设计方法与步骤

首先对机电液系统功能进行分解，综合应用机械技术，电子技术和液压与气压传动技术的各自优势，力求系统结构构成简单模块化。

设计策略如下：

（1）减少机械传动部件，使机械结构简化，体积减小，提高系统动态性能与运动精度；

（2）注意选用标准、通用的功能模块，避免功能模块在低水平上重新设计，提高系统在模块级上的可靠性，加快设计开发进度；

（3）充分应用硬件功能软件化原则，使硬件组成最简单，使系统只能化；

（4）以液压系统及plc控制系统为核心的设计方案；

第一章钻床机械系统的设计与计算

机械系统是机电液系统的最基本要素，主要包括执行机构、传动机构和支撑部件。

机械的主要功能是完成机械运动，一部机器必须完成相互协调的若干机械运动。

1.钻床整体分布图

本钻床是用来加工气缸，在气缸底部钻孔，所以设计成卧式机床，钻台移动进给，夹具采用双缸夹紧，四爪卡盘，这样可以实现夹紧和定位，钻床关键部位分布图见图1-1。

图1-1钻床整体分布图

2.机械部分相关参数

计算各部件质量、位移、速度和力的大小。

钻床的工进、快进、夹紧都属于机械移动系统，故可按运动学方程计算各参数。

移动部件总质量m总=980kg

快进加速度大小a快进=0.5m/s

运动部件总重G=9800N

快进、快退速度V快进=V快退=100mm/s

快进行程L快进=100mm

工进速度V工进=1~17mm/s

工进行程L工进=50mm

工进时阻力（切削力）Fw=30468N

夹紧力F夹紧=152340N

夹紧行程L夹紧=20mm

夹紧速度V夹紧=20mm/s

3.同工况下液压缸载荷和速度的分布

液压缸推动钻台移动，实现快进、快退和工作进给，液压缸受到的载荷随工况变化而变化，而且启动时受到的摩擦力为静摩擦，运行后为动摩擦，计算过程见表1-2，随工况变化，液压缸受到的作用力和速度均在变化，详细见图1-3和图1-4。

表1-2工作缸在各工作阶段的负载

工况

负载组成

负载值F/N

启动

F=Fs1+Fa+Ff+Fb

4686

加速

F=Fs2+Fa+Ff+Fb

3886

快进

F=Fs2+Ff

2186

工进

F=Fw+Ff+Fb+Fs2

33846

快退

图1-3速度图图1-4受力图

第二章钻床液压系统的设计与计算

液压系统的设计与主机的设计是密切相关的，首先应满足主机的功能要求：

主机拖动、动作要求、循环要求等；

其次还应符合结构组成简单、工作安全可靠、使用维护方便、体积小重量轻等要求。

因此，液压系统的设计应遵循从总体到细部的原则，首先从分析机械系统开始，充分理解、分析设计要求，然后做出液压系统总体方案设计，设计出液压系统原理图，并对液压系统中所涉及到的液压元件进行选择。

1.工作液压缸的计算和选择

工作负载

Fw=30468N

液压缸所需推动负载总质量m：

G=9800N

m=Gg=98009.8=1000kg（2-1）

计算惯性力：

液压缸推动钻台运动时有速度变换，则会带来惯性力，根据牛顿第二定律可知其惯性力可由公式F=m*a计算。

快进时速度最大变化量:

∆V=0.1m/s

速度变化时间：

∆T=0.2s

则惯性力为：

Fa=m*a=m*∆V∆T=1000*0.10.2=500N（2-2）

计算密封阻力：

缸的密封阻力折算为密封阻力所需的等效压力乘以液压缸有效面积，采用Y型结构密封，则等效密封压力Peg=0.2MPa；

缸的有效面积粗估值为80cm2

则密封力为：

启动时：

Fs1=Peg*A1=2*105*80*10-4=1600N（2-3）

运行时：

Fs2=Fs12=16002=800N（2-4）

计算导轨摩擦阻力：

V形块夹角α取：

α=90°

，取摩擦系数ｆ=0.1，

则摩擦阻力Ff为：

Ff=Gsinα2*ｆ=1386N（2-5）

计算回油背压阻力Fb:

液压缸运行中位了防止液压缸受外力作用而滑动需要在回油路上设置一定的压力，压力作用在无杆腔。

背压压力Pb取Pb=0.3MPa。

动力滑台要求快进快退速度相等，则液压缸可选单活塞杆式。

并在快进时作差动连接，这无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，即A1A2=2。

则有杆腔面积A2=40cm2

背压阻力Pb为：

Pb=Pb*A1-A2=1200N（2-6）

则作用在活塞缸上总载荷

F=Fw+FS+Ff+Fb=30468+800+1386+1200=33584N（2-7）

钻床为半精加工机床，系统工作压力取P=4MPa。

则无杆腔有效面积A1为：

A1=FP=0.0084m2（2-8）

D=4A1π=4×

0.008463.14=0.1038m（2-9）

有杆腔面积A2为：

d=D2=0.10381.414=0.7276m（2-10）

直径按GB/T2348—2001圆整成标准值为：

D=100mm

d=70mm

行程L=200mm

液压缸各腔实际面积为：

A1=π×

D24=7850mm2（2-11）

A2=π×

d24=3846.5mm2（2-12）

计算实际工作压力：

P实=FA1=4.3MPa（2-13）

由于钻床工作时需做低速进给运动，在确定油缸活塞面积A1之后还必须按最低进给速度验算油缸尺寸，即油缸有效工作面积A1应满足：

A1≥QminVmin（2-14）

式中：

Qmin为流量阀最小稳定流量取50ml/min

Vmin活塞最低进给速度取60mm/min

>

A1满足条件

2.夹紧缸的计算和选择

夹紧时负载

Fw=1523402=76170N（2-15）

管道中沿程压力损失按0.3MPa计算

回油背压压力Pb=0.3MPa

工作压力P=4.3MPa

有效工作面积A1=FwP-Pb=761704×

106=0.01904m2（2-16）

计算无杆腔直径D=4A1π=4×

0.019043.14=0.155m（2-17）

取标准值D=160mm

有杆腔液压杆直径d=50mm

则无杆腔面积A1=π×

D24=200cm2（2-18）

有杆腔面积A2=π×

（D2-d2）4=180cm2（2-19）

夹紧缸行程L夹紧=40mm

3.工况分析

液压系统要求完成的工作循环见图2-1。