河南机电高等专科液压传动课程设计文档格式.docx
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快进快退速度(m/min)
7
7.5
6.5
7.8
8
快进行程(mm)
100
120
110
95
工进行程(mm)
50
60
65
70
工进速度(mm/min)
30~90
静摩擦系数fg
0.2
0.15
0.18
动摩擦系数fd
0.1
0.08
0.09
0.12
0.14
启动制动时间t(s)
0.25
0.21
0.23
0.3
试完成以下工作:
1、进行工况分析,绘制工况图。
2、拟定液压系统原理图(A3)。
3、计算液压系统,选择标准液压元件。
4、绘制液压缸装配图(A1)。
5、编写液压课程设计说明书。
机床加工示意图如下:
图1卧式动力滑台加工示意图
目录
第1章组合机床工况分析……………………………………………1
1.1工作负载分析…………………………………………………1
1.2阻力负载分析…………………………………………………1
1.3惯性负载分析…………………………………………………1
1.4工进速度选择…………………………………………………1
1.5根据以上分析计算各工况负载……………………………2
1.6负载图和速度图的绘制………………………………………2
第2章液压缸的主要参数的确定………………………………4
2.1初定液压缸工作压力…………………………………………4
2.2液压缸尺寸的计算…………………………………………4
第3章拟定液压系统图……………………………………………7
3.1选择液压回路………………………………………………7
3.2液压系统工作分析…………………………………………7
第4章液压缸的机构设计…………………………………………10
4.1液压缸各元件的材料及连接配合方式…………………10
4.2液压缸设计需要注意的事项……………………………11
4.3液压缸主要零件的材料和技术要求………………………11
4.4液压缸主要尺寸的计算……………………………………13
参考资料…………………………………………………………………15
附录A……………………………………………………液压系统原理图
附录B………………………………………………………液压缸结构图
第1章组合机床工况分析
1.1工作负载分析
工作负载即为切削阻力。
1.计算切削阻力铸铁钻孔时,其轴向切削力可用以下公式计算
式中,D—钻头直径(mm)S—每转进给量(mm/r)
钻¢13.9mm的孔时,主轴转速
,每转进给量
钻¢8.5mm孔时,主轴转速
则
1.2阻力负载分析
液压缸驱动工作部件时要克服机床导轨处的摩擦阻力,它与导轨形状、安放位置及工作台的运动状态有关。
摩擦负载即为导轨的摩擦阻力:
静摩擦阻力
动摩擦阻力
1.3惯性负载分析
1.4工进速度选择
工进速度v=
s
=53mm/min
1.5根据以上分析计算各工况负载(见表1-1)
表1-1液压缸在各工作阶段的负载值
工况
计算公式
液压缸负载F/N
液压缸驱动力F/ηm/N
启动
1962
2180
正向加速
1564
1738
快进
981
1090
工进
31449
34943
快退
注:
表中取液压缸的机械效率ηcm=0.9
1.6负载图和速度图的绘制
负载图按上面数值绘制,如图所示。
速度图按已知数值
、
,
、快退行程
和工进速度
等绘制如图。
速度图
负载图
第2章液压缸的主要参数的确定
2.1初定液压缸工作压力
根据上述工况要求和动力滑台的结构安排,应采用液压缸为执行元件。
液压缸选用单杆式的,缸筒固定在床身上。
由于要求快进与快退的速度相等,为减少液压泵的供油量,决定采用差动型液压缸。
由工况分析中可知,工进阶段的负载力最大,所以,液压缸的工作压力按此负载力计算,选
本机床为钻孔组合机床,为防止钻通时发生前冲现象,液压缸回油腔应有背压,取背压
,为使快进快退速度相等,选用
,但由于油管中有压降存在,有杆腔压力大于有杆腔,估算时快进取
。
快退也按
2.2液压缸尺寸的计算
由式
得
液压缸直径
取标准直径
因为
,所以
则,液压缸有效面积
经检验,活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
根据上述D和d的值,可估算液压缸在各个工作阶段中的压力,流量和功率。
如下图A-A,并据此会出工况图A-B
A-A液压缸在工作循环中各阶段压力、流量和功率
工作阶段
负载
回油腔压力
工作腔压力
输入流量q
输入功率
P
+
0.662
35.19
0.39
0.8
4.054
0.5
0.034
1.305
31.34
0.68
B-B流量图
B-B压力图
B-B功率图
第3章拟定液压系统图
3.1选择液压回路
1首先选择调速回路。
由以上数据可得,这台机床属于小功率,滑台运动速度低,工作负载变化小,可采用进口节流调速,为了解决进口节油调速回路在钻孔时的滑台突然前冲现象,回路上设置背压阀。
由于液压系统选用了节流调速的方法,系统中油液循环必然是开式的。
根据以上数据可知,在液压系统工作循环内,液压缸交替的要求提供低压大流量和高压小流量的油液。
最大流量和最小流量之比约等于70,而快进快退所需的时间比工进所需时间少的多,因此从提高工作效率,节省能量的角度看,采用单个定量泵是不合适的。
宜采用双泵供油。
由于快进快退速度较大,为保证换向平稳,且该系统采用差动连接,采用三位五通Y型电液换向阀实现运动换向,并实现差动连接。
为保证夹紧力可靠,且能单独调节,在支路上串联单向阀和减压阀。
为保证加紧厚进油缸才动作,在加紧进油缸装一压力继电器,只有当加紧里达到压力继电器的调节压力时,才发出信号,使进油缸油路的三位五通电液换向阀电磁铁通电,进给缸才开始快进。
2拟定液压系统图
根据上述分析和所拟定方案,将各回路合理的组合成为机床液压系统原理图(如附图)
3.2液压系统工作分析
工件夹紧:
电液换向阀处于中位状态,液压泵输出的压力油进入夹紧缸的左腔,右腔回油,活塞杆向右移动,将工件夹紧。
夹紧后,液压缸左腔的压力升高,当油压超过压力继电器的调定值时,压力继电器发出信号指令使电磁铁1YA通电,液压缸动作。
快速前进:
电磁铁1YA通电,电液换向阀左位接入系统,溢流阀7因系统压力不高仍处于关闭状态,这时液压缸作差动连接,液压泵1输出最大量。
系统中油液流动的情况为:
进油路:
液压泵1→单向阀10→换向阀2(左位)→行程阀3(下位)→液压缸右腔
回油路:
液压缸左腔→换向阀2→单向阀6→行程阀3→液压缸右腔
工进阶段:
工进在滑台前进到预定位置,挡块压下行程阀3时开始,这时系统压力升高,溢流阀7打开,液压泵单泵供油,系统中油液流动情况为:
液压泵1→单向阀10→换向阀2左位→调速阀4→液压缸右腔
液压缸左腔→换向阀2(左位)→单向阀6→调速阀4→液压缸右腔
停留阶段:
停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始,并在系统压力进一步升高,压力继电器14发出信号后终止。
快退阶段:
快退在压力继电器14发出信号后,电磁铁1YA断电、2YA通电时开始,油路换向,系统中油液的流动情况为:
液压泵1→单向阀10→换向阀2(右位)→液压缸左腔
液压缸右腔→左腔单向阀5→换向阀2(右位)→油箱
松开:
松开在挡块压下终点开关时3YA通电,夹紧缸松开。
其油液流动情况为:
液压泵1→减压阀15→单向阀16→换向阀17(右位)→夹紧缸下腔
夹紧缸上腔→单向阀18→换向阀17→油箱
停止
停止在滑台快速退回到原位,挡块压下终点开关,电磁铁2YA断电、换向阀2处于中位,液压泵卸荷,滑台停止运动。
油路:
液压泵1→单向阀10→溢流阀7→油箱
第4章液压缸的结构设计
4.1液压缸各元件的材料及连接配合方式
为满足本题目中液压系统快进—工进—快退的使用要求,选用双作用单杆活塞缸。
1)液压缸的组成:
液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置,以及排气装置五个部分。
2)液压缸组件的连接方式:
缸筒与缸盖的连接形式,因法兰连接结构简单,容易加工,也易拆卸,故采用法兰连接,
缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。
活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接,其结构简单,安装方便可靠。
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、导套的结构,以及密封、防尘、锁紧装置等。
3)活塞及活塞杆处密封圈的选用
活塞及活塞杆处密封圈的选用,应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择O型的密封圈。
4)液压缸的缓冲装置
液压缸带动工作部件运动时,因运动件的质量大,运动速度较高,则在达到行程终点时,会产生液压冲击,甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。
为防止此现象的发生,在行程末端设置缓冲装置。
采用圆柱环状间隙节流缓冲装置。
5)液压缸排气装置
这里对液压缸的要求高,故设置排气装置,使用放气阀。
6)密封装置的选择
选0形密封圈,因为其具有良好的密封性能,且结构紧凑,运动件的摩擦阻力小,装卸方便,容易制造,价格便宜等优点。
4.2液压缸设计需要注意的事项
1)尽量使液压缸有不同情况下有不同情况,活塞杆在受拉状态下承受最大负载。
2)考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题,缸内如无缓冲装置和排气装置,系统中需有相应措施。
3)根据主机的工作要求和结构设计要求,正确确定液压缸的安装、固定方式,但液压缸只能一端定位。
4)液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较,尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。
4.3液压缸主要零件的材料和技术要求
1)缸体
材料---灰铸铁:
HT200,HT350。
粗糙度---液压缸内圆柱表面粗糙度为
技术要求:
a内径用H8-H9的配合
b缸体与端盖采用螺纹连接,采用6H精度
2)缸盖
材料---35钢
粗糙度---导向表面粗糙度为
同轴度不大于
分析:
缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔,承受油压,因此缸体组件要有足够的强度,较高的表面精度,以承受活塞频繁的往复摩擦,保证活塞密封件的可靠密封,缸体组件指的是缸筒与缸盖,其使用材料与工作压力有关,当工作压力p<10Mpa时使用铸铁,当工作压力10Mpa>p<20Mpa时使用铸刚或锻刚,本题目中工作压力的最大值为3.98Mpa,故选用铸铁缸筒。
缸盖的材料常用35号,40钢号锻件,或ZG270-500.ZG310-570及HT250.HT300等灰铸铁。
3)活塞
材料---灰铸铁:
HT300
粗糙度---活塞外圆柱粗糙度
活塞外径用橡胶密封即可取f7~f9的配合,内孔与活塞杆的配合可取H8。
4)活塞杆
材料---实心:
45钢,调质处理,
粗糙度---杆外圆柱粗糙度为
a调质20~25HRC
b活塞与导向套用
的配合,与活塞的连接可用
活塞组件主要包括活塞,活塞杆,连接件等。
活塞杆是液压传力的主要零件,由于液压缸被用于不同的条件,因此要求活塞杆能经受压缩,拉伸,弯曲,
振动,冲击等载荷作用,还必须具有耐磨,耐腐蚀性能,故活塞杆材料可用35号钢,45号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆,为提高耐磨和防锈能力,可在活塞杆表面镀铬并抛光,活塞材料通常采用钢.耐磨铸铁,有时也用黄铜或铝合金。
5)导向套
材料---青铜,球墨铸铁
a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%~80%
b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差之半
分析:
导向套按材料分为金属型和非金属型两种,金属型一般选用摩擦系数小耐磨好的青铜材料制造,非金属型导向套可采用塑料,聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。
4.4液压缸主要尺寸的计算
液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D,活塞杆直径d,液压缸筒的长度L,
1)液压缸内径D的计算,
根据最大负载和选取的工作压力来确定内径D=110mm,
2)活塞杆直径d的计算
在前面的计算中已经确定d=80mm,
3)液压缸筒长度L的计算
液压缸筒长度L由活塞最大行程l,活塞宽度B,活塞杆导向长度H和有特殊要求的其他长度确定。
查手册选取活塞行程L=250mm,活塞宽度B=(0.6—1.0)d,选B=88mm,导向套长度H=(0.6—1.0)d,选H=0.8d=64mm,且液压缸筒长度不超过内径110mm的20倍,综上所述,得液压缸筒长度L=450mm。
6)液压缸参数的计算
液压缸的结构参数,主要包括缸筒壁厚,油口直径,缸底厚度
1)壁厚的计算
查表取缸筒外径为133mm,则壁厚
=
mm
2)液压缸油口直径在计算
设定液压缸油口液流速度为1.0m/min
则液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度V和油口最高液流速度Vo定
Do=0.13D
Do————液压缸油口直径
=0.13X0.11
D————液压缸内径
=38mmV————液压缸最高输出速度
Vo————油口液流速度
7)缸底厚度计算
D————液压缸内径(mm)
【
】——缸底材料的许用应力(Mpa)
Py————试验压力(Mpa)
8)缸头厚度计算
由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔,因此其厚度的计算方法与缸底有所不同,这里选用螺钉联结法兰式缸头。
H=
F=
+
(d
-
)q
F————法兰受力总和(N)q————附加密封压力(pa)
————螺钉孔分布圆直径(m)
————密封环平均直径(m)【
】————法兰材料许用应力(pa)d————密封环内径(m)
————密封环外径(m)P————系统工作压力(pa)
选取d=90mm
=100mm
=110mm
=130mmP=3.98Mpaq=0.5Mpa
将数据代入式中,求得h=28mm
9)液压缸装配图见附表
参考资料
1《液压传动》机械工业出版社主编:
章宏甲黄宜
2《液压与气动部分》华中科技大学出版社主编:
何存兴王明智
3、《液压与气压技术》机械工业出版社主编:
赵波王宏元