机电液综合实验课程设计Word文件下载.docx
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根据算得的
和
，选用CB-32限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：
每转排量
，泵的额定压力
，电动机转速
，容积效率
，总效率
1.3.2与液压泵匹配的电动机的选定
首先分别算出快进与工进两种不同工况的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。
工进时的外负载为13000N,压力损失为0.3Mpa.
（1-6）
快进时所需电动机功率为
（1-7）
工进时所需电动机功率为
查询电动机产品样本，选用Y100-4型电动机，其额定功率为2.2kW，额定转速为1430r/min。
1.3.3确定其它元件及辅件
1）确定阀类元件及辅件
根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表1-1所列。
表1-1阀类元件及辅助元件规格
序号
元件名称
通过的最大流量
q/L/min
规格
型号
额定流量
qn/L/min
额定压力
Pn/MPa
额定压降
1
外齿合单级齿轮泵
——
CB-32
10
4
调速阀
<
8
Q-10B
6
6.3
9
溢流阀
5.1
Y-10B
11
滤油器
36.6
XU-80
80
0.02
2）确定油管内径
表1-2允许流速推荐值
管道
推荐流速/（m/s）
吸油管道
0.5~1.5，一般取1以下
压油管道
2~5，压力高，管道短，粘度小取大值
回油管道
1.5~3
油管内径为：
（1-8）
根据内径尺寸系列，选取内径为20mm的软管。
1.4液压元件如下表1-3
表1-3液压元件的选用
序号
名称
型号
数量
二位二通电磁换向阀
22D-10B220V
2
三位四通电磁换向阀
34D-10B220V
3
先导式溢流阀
5
限位开关
/
可调节流器
L-10B
7
压力表
K1-3B
根据动作要求和提供的元件，设计液压传动系统，设计油路图如图1-1，其工作情况由表1-4所示
油路中用到的上述提供的元器件有：
二位二通电磁换向阀、调速阀、先导式溢流阀、三位四通电磁换向阀等。
1.5工作状态表
电磁阀工作时的得失电情况如表1-4
表1-4工作状态表
动作名称
电磁铁工作状态
2DT
3DT
1DT
快进
+
-
工进
快退
强退
+
1.6电气控制系统
根据图1-1液压传动系统及表1-4所示，设计电器控制系统如图1-2所示：
图1-2电器控制系统
1.7电气控制系统的安装与调试
（1）基本工作过程
快进：
按下SB2,启动液压泵，按下SB3使3DT和1DT得电，执行快进。
工进：
碰到行程开关YA4，使3DT失电，1DT仍得电，执行工进。
快退：
碰到行程开关YA6，使3DT和2DT得电，1DT失电，执行快退。
强退：
按下SB4，使3DT和2DT得电1DT失电，执行强退。
按图1-1连接系统油路，连接时需注意调速阀的P1口和P2口的链接。
按图1-2连接电气控制线路，连接时注意控制电路接的是220V,从火线引出一根线，最后回到的是零线。
接信号指示灯时，是并联到每个电磁上不是串联，否则电路将出现问题。
（2）液压传动系统与电气控制系统调试过程中出现的问题与解决方法
1）由于实验准备不够充分，没有到实验场地进行观察和分析，导致所设计初步油路与实验设备冲突，安装过程中没有认真思考实验室所具有的设备的名称及功用，为了达到最佳的快进、工进以及快退的效果，采用了差动连接进行实现，而导致液压传动系统安装完成后进行调试时，油液喷出。
2）在安装液压系统回路时，为了防止油液从油管接口处泄露，在油管接口处安装了多个垫圈，而因此带来的问题则是油管接不上。
3）实验室中，机电液综合实验台上共有8个传感器，在我们的实验中只需用到3个即可，此次实验，我们采用了传感器1、4、8，在液压系统回路安装完成后，发现液压缸无法快退，原因是活塞杆与传感器未接触，解决的方法是将传感器尽量靠近活塞杆，使其接触。
4）在安装液压系统回路时，未分清两位三通阀的进出口，导致调试时有大量油液泄露。
5）由于实验设备过于老化的原因，即使是所有油路及电路安装正确，也有漏油的现象。
6）在部分电气系统回路安装完成进行调试时，发现电动机转动，但是没有压油，经分析可知，产生此现象的原因是由于电动机反转，此时只需要将U、V、W三根线中的任意两项互换，使电动机正转。
7）为了方便调试电路时判断电路的接通与否，通过将各线圈与灯并联，从而可以通过灯是否亮来判断电路是否接通。
第二章液压缸的设计与计算
2.1液压缸的内径D和活塞杆的直径d的计算
图2-1单杆活塞缸
（2-1）
式（2—1）中：
（2-2）
式（2—2）中：
—液压缸的机械效率，一般
=0.9～0.97
将
带入式（2-1）中，可求得D为：
（2-3）
计算结果为：
D=93mmd=63mm
根据GB/T2348-1993,液压缸内径尺寸系列和液压缸活塞杆外径尺寸对D和d进行圆整，取D=100mm,d=70mm。
2.2验算最小稳定速度
要保证液压缸平稳运行，液压缸工作面积A必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin，即A>
Amin
Amin=Qmin/Vmin（2-4）
式（2—4）中：
Qmin——流量阀的最小稳定流量
Vmin——液压缸的最低速度要求
Qmin=0.2L/min,Vmin=0.6m/min
Amin=
=0.2
6/0.6
3=333mm2
计算的
，经验算满足要求。
2.3液压缸主要零件材料选择和加工要求
2.3.1缸体
1）材料：
无缝钢管45钢
无缝钢管作缸体毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周期短，适合大批量生产，起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，常用45钢，大多属于薄壁圆筒结构。
2）加工要求
钢筒内壁表面加工公差为
～
表面粗糙度为
为了防止在装配时损伤密封圈，缸筒必须有倒角，倒角大小建议为20°
～25°
2.3.2活塞
45钢
无导向环活塞，采用45钢或球墨铸铁。
2.3.3活塞杆
活塞杆常用35、45钢等材料。
对于冲击震动很大的活塞杆，也可使用55钢。
一般实心的活塞杆用35、45钢。
①压缸活塞杆用的材料通常要求淬火，深度一般为0.5～1.0mm，或活塞杆直径为1mm淬深0.03mm。
活塞杆表面需要镀硬铬，厚15～25um，也有要求镀硬铬30～50um。
②塞杆外径公差为f7～f9，表面粗糙度一般为Ra≤0.3～0.4um，精度要求高时，Ra≤0.1～0.2um，活塞端部需有15°
倒角。
③装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。
安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，保证活塞安装不产生歪斜。
④为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。
2.3.4前端盖
缸盖常用35、45钢的锻造或铸造毛坯，也可以使用铸铁材料。
2.3.5后端盖
缸盖常用35、45钢的锻造或铸造毛坯，也可以使用灰铸铁材料。
起导向作用时用铸铁
2.4液压缸壁厚和外径的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
工程机械的液压缸，一般是用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算
（2-5）
——液压缸壁厚（m）；
——液压缸内径（m）；
——试验压力，取最大工作压力的1.5倍（MPa）；
——缸筒材料的许用应力。
无缝钢管
（2-6）
按照工程机械标准液压缸外径尺寸系列，所以取外径为114mm。
壁厚为7mm>
1.875mm，符合要求。
2.5液压缸工作行程的确定
液压缸的工作行程长度，根据执行机构的实际工作最大行程来确定，并参考GB2349-80系列尺寸来选取标准值。
本次设计选取的行程为250mm。
2.6最小导向长度的确定
如果导向长度过小，将使液压缸的初始扰度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。
对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下条件
H≧（L/20）+（D/2）
其中L---液压缸的最大行程
D---液压缸的内径
2.7缸盖固定螺栓d3的计算
（2-7）
式中F-------液压缸负载；
K-------螺纹拧紧系数，K=1.12～1.5；
Z-------固定螺栓个数；
[σ]----螺栓许用应力，[σ]=σ3/（1.22～2.5）,σ3为材料的屈服点为355Mpa。
其中负载为18000N，拧紧系数取1.5，螺栓个数取六个，根据式（2-7）计算得：
d3≥6.5mm,选取M8的螺栓。
2.8活塞杆的校核
当活塞杆长度
时，应按强度校核条件校核活塞杆直径d。
（2-8）
[σ]=σ/1.4=357Mpa
式中：
F--------最大负载（N）
据式（2-8）计算得d≥6.8mm
上述计算得d=70mm>
6.8mm,满足强度的要求。
2.9活塞的宽度B确定
一般活塞B=（0.6～1.0）D
所以选B=60mm
2.10缸体长度的确定
液压缸刚体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。
缸体外形长度还要考虑到两短端盖的厚度。
一般液压缸缸体长度不应大于内径的20～30倍。
因此取缸体长度250+60+5=315mm。
2.11缸体与缸盖采的联接及计算
2.11.1联接的形式选择
缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。
主要连接形式有法兰连接、螺纹连接、半环连接。
a法兰连接优点：
（1）结构简单、成本低
（2）容易加工、便于装拆（3）强度较大、能承受高压
缺点：
（1）径向尺寸较大
（2）重量比螺纹连接的大（3）用钢管焊上法兰、工艺过程复杂些
b螺纹连接优点：
（1）外形尺寸小
（2）重量较轻
（1）端部结构复杂、工艺要求较高
（2）装拆时需用专用工具（3）拧端盖时易损坏密封圈
c半环连接优点：
（1）结构较简单
（2）加工装配方便
（1）外形尺寸大
（2）缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度
比较各连接形式，本设计中选取半环联接和螺纹联接的形式。
2.11.2螺纹联接的计算
缸体螺纹处的拉应力：
（2-9）
螺纹处的切应力为:
（2-10）
（2-11）
σ-------螺纹处的拉应力（Pa）
K-------螺纹拧紧系数，静载荷时，取K=1.25～1.5；
动载荷时，取K=2.5～4,（取K=3）
K1-------螺纹内摩擦系数，（取K1=0.12）
d0-------螺纹外径m
d1-------螺纹内径m
D-------液压缸内径m
τ-------螺纹外的切应力Pa
[σ]----螺纹材料的许用应力Pa
[σ]=σs/n（2-12）
σs-------螺纹材料的屈服点pa（σs=355MPa）
n-------安全系数（n=2）
σn-----合成应力（Pa）
F-------缸体螺纹处所受到的拉力（N）
将各参数带入式（2-10）、（2-11）、（2-12）得：
σ=15.63MPaτ=5.39MPaσn=18.2MPa[σ]=175Mpa
所以σn=18.2MPa<
[σ]=175MPa,其螺纹联接符合要求。
2.12活塞与活塞杆的连接及计算
2.12.1联接的选择
活塞杆与活塞的连接结构有：
整体式结构和组合式结构。
组合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。
a整体式结构：
结构简单，适用于缸径较小的液压缸
b螺纹连接：
结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。
应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。
c半环连接：
结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。
多应用在压力高、负荷大、有振动的场合
d锥销连接：
结构可靠，用锥销连接销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合。
由于本设计是组合机床用的液压缸，根据螺纹连接多用于组合机床的叙述，选用螺纹连接的活塞杆与活塞的连接结构。
2.12.2螺纹联接校核
活塞杆危险截面处的拉应力：
（2-13）
切应力为：
（2-14）
合应力为：
≤[σ]（2-15）
F1-------液压缸输出压力
（2-16）
d-------活塞杆直径；
[σ]----活塞杆材料的许用应力；
Mpa
将各参数带入式（2-14）、（2-15）、（2-16）得：
σ=3.19Mpaτ=1.51Mpaσn=4.13Mpa
所以σn=4.13Mpa≤[σ]=175Mpa,其螺纹联接满足要求。
2.13活塞及活塞杆处密封圈的选用
活塞及活塞杆处的密封圈的选用，根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。
常用的密封圈类型有O形圈、Y形圈、V型和活塞环。
O形圈:
结构简单，密封性好，安装空间小，摩擦力小，易于制造，所以应用较广，但运动速度不能太大。
Y形圈:
用于压力在20MPa以下、往返速度较高的液压缸，密封性能可靠。
V形圈:
性能好，耐久性也好，缺点是安装空间大，调整困难，摩擦阻力大，只适用于运动速度较低的液压缸。
活塞环:
命长，不容易损坏，常常用在不便于拆卸的液压缸中，缺点是泄漏较大，必须成组使用，加工工艺比较复杂，所以成本较高。
图2.1O形圈示意图
由于本设计中液压缸的工作压力为5MPa，速度范围<
0.5m/s，因此选用缸体与缸盖的密封形式选用O形圈的密封形式（如图2.1）。
活塞杆与缸盖，活塞与缸体的密封选用O圈的密封形式。
2.14活塞杆导向部分的结构
活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。
导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套结构。
a端盖直接导向：
（1）端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个缸盖
（2）盖与杆的密封常用O型，Y型等密封圈（3）防尘圈用无骨架的防尘圈。
b导向套导向：
（1）导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料
（2）盖与杆的密封常用Y型等密封装置。
密封可靠适用于中高压液压缸（3）防尘方式常用J型或三角形防尘装置。
由于密封圈的是选用O形圈的密封类型，常于O形圈配合导向套结构为端盖直接导向，因此本设计选用端盖直接导向的导向部分结构。
2.15液压缸的缓冲装置
常用的缓冲装置结构有
（1）环状间隙式节流缓冲装置，适用于运动惯性不大、运动速度不高的液压系统。
（2）三角槽式节流缓冲装置，利用被封闭液体的节流产生的液压阻力来缓冲的。
（3）可调节流缓冲装置，它调节针形节流阀的流通面积，就可改变缓冲作用的强弱和效果。
本设计中的液压缸运动惯性不大、速度也不高，因此选用圆柱形环状间隙式缓冲装置。
心得体会
为期两个星期的课程设计结束了，在本次课程设计中我不仅学到了很多的知识，还为以后的毕业设计与工作打下了一个很好的基础。
通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；
熟悉了常用仪器、仪表；
了解了电路的连线方法；
以及如何提高电路的性能等等。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
此次课程设计让我很好的锻炼了理论联系实际，不知不觉中查阅资料的能力也有了很大提高。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们会遇到许多未知的领域，这方面的能力，会使我们受益匪浅。
在设计过城中，总是遇到这样或那样的问题，有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，不知不觉中，我们的耐心也培养起来了，这将
对我们以后的经历有很大的好处。
参考文献
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《电气控制》。
北京，机械工业出版社，1987
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