双头专用车床液压系统设计说明书修改版.docx

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双头专用车床液压系统设计说明书修改版

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液压与气压传动

课程设计说明书

学院：

机电工程学院

设计题目：

双头专用车床液压系统设计

专业班级：

机械电子工程2011-1

学生：

辛浩

2013年12月

目录

一、设计任务4

1、课程设计题目4

2、课程设计任务5

二、液压回路工况分析6

1、导程摩擦阻力6

2、惯性力6

3、工作负载7

4、液压缸密封摩擦阻力7

三、液压系统主要参数计算10

1、预选系统设计压力10

2、计算液压缸主要结构尺寸10

3、单个液压缸需求的最大流量12

4、其他工作阶段的压力、流量和功率12

四、制定方案，拟定液压系统图13

1、制定液压回路方案13

2、合成液压系统图14

3、选择液压系统的元件和辅件16

（1）液压泵的选择16

（2）控制元件的选择17

五、液压缸设计

1、液压缸结构的拟定.............................................................................................................18

2、液压缸主要几何尺寸的计算.............................................................................................19

3、液压缸的结构图.................................................................................................................20

六、设计总结...................................................................................................................................22

七、参考文献

一、设计任务

1、课程设计题目

某厂欲自行设计制造一台专用车床，用于压缩机连杆两端长轴颈的车削加工。

根据加工工件尺寸较长的特点，拟采用的加工工艺方案为：

工件固定，刀具旋转并进给。

车床主要由床身[布有相互平行的V形导轨和平导轨各一条（见图1-1）]和左右两个车削动力头组成，其总体布局如图2-2所示。

工件装夹于床身中部。

两个独立的动力头，通过机械传动带动主轴及刀具旋转实现车床的主运动；进给运动要求采用液压缸实现，即在床身上安装两个液压缸，使其活塞杆与各动力头下部相连，通过液压缸往复运动驱动动力头实现车床的进给运动。

车床加工工件时，车削动力头的进给工作循环为：

快进→工进→快退→停止。

已知：

移动部件重约是G＝15kN；各车削动力头的最大切削进给抗力（轴向力）估值为Fe＝10kN;主切削力（切向力）Fz＝35kN。

要求动力头的快速进、退速度相等，V1=Vmax=3m/min；工进速度无级调整范围为V2=0.02~1m/min.导轨的静、动摩擦因数分别为fs=0.2;fd=0.1。

（2）配置执行元件

根据车床的总体布局及技术要求，选择缸筒固定的单杆活塞缸作为驱动车削动力头实现进给运动的液压执行元件。

（3）工况分析

由于动力头的快速进退及工作进给阶段的速度已给定，不必进行运动分析。

故仅对液压缸作动力分析，即通过分析计算，确定液压缸总的最大外负载。

液压缸的受力简图如图1-2所示。

图1-1车床总体布局示意图

1，8一车削动力头；2，7一主轴；3，6一连杆轴颈；

4一夹具；5一工件（连杆）；9一导轨；10一床身

图1-2车床液压缸受力分析计算

参数类别

参数值

参数类别

参数值

最大行程

0.4m

轴向载荷

Fe=10KN

工进速度范围

0.02~1.0m/min

轴向载荷

Fz=35KN

快进，快退速度

3m/min

动摩擦系数

fd=0.1

移动部件重

G=15KN

静摩擦系数

fs=0.2

题目要求：

1.驱动装置：

双作用单出杆活塞缸，头部用间隙式缓冲，尾部用可调缓冲。

2.安装方式：

缸前，后盖采用法兰连接，用切向支座与机架固定，活塞杆移动。

3.控制方式：

用行程阀快进与工进速度的换接。

设计要求：

1.进行工况分析与计算，绘制工况图（包括速度图与负载图）。

2.拟定液压系统原理图，选择标准液压元件，绘制电磁铁动作循环表。

3.进行液压缸设计计算，图纸绘制。

上交材料：

1.设计说明书一份。

2.液压系统原理图一张。

3.液压缸装配图及部分零件图一套。

二、液压回路工况分析

1、导程摩擦阻力

车床工进阶段的导轨受力见图2-2，取摩擦因数fd=1，可算得动摩擦阻力为

图2-1车床导轨受力分析简图

车床空载快速进退阶段启动时，导轨受静摩擦阻力作用，区静摩擦因数=0.2，算得

加速阶段和恒速阶段的动摩擦阻力为

2、惯性力

取速度变化量，启动时间。

算得故惯性力

3、工作负载

液压缸拖动车削动力头进给时的工作负载为切削抗力，已知。

4、液压缸密封摩擦阻力

作用于液压缸活塞上密封阻力，用下式估算

式中-液压缸机械效率，。

取，算得启动时得静密封摩擦阻力

恒速时的动密封摩擦阻力估取为静密封摩擦阻力的30%，即，即。

将上述计算过程综合后得到的各工作阶段的液压缸外负载结果列于表2-1和2-2，液压缸的负载循环图、速度循环图见图2。

表2-1车削动力头液压缸外负载计算结果

工况

外负载F/N

计算公式

结果

快进

启动

4621

加速

2264

恒速

2111

工进

16336

表2-2车削动力头液压缸外负载计算结果

工况

外负载F/N

计算公式

结果

快退

启动

4621

加速

2264

恒速

2111

由表2-1和表2-2可以看出，最大负载出现在工进阶段，其最大值为.

三、液压系统主要参数计算

1、预选系统设计压力

本车床属于半精加工机床，负载最大时为慢速工进阶段，其他工况时载荷都不大，参考表3－1

表3－1按主机类型选择设计压力

主机类型

设计压力/MPa

说明

机床

精加工机床

0.8～2

当压力超过32MPa时，称为超高压压力

半精加工机床

3～5

龙门刨床

2～8

拉床

8～10

农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构

10～16

液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械

20～22

地址机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等

25～100

预选液压缸的设计压力。

2、计算液压缸主要结构尺寸

为了满足动力头快速进退速度相等的要求并减小液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主公作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积与应满足,即活塞杆直径d和液压缸内径D间应满足d=0.71D。

为了提高动力头的工作平稳性，给液压缸设置一定回油背压。

表3－2液压执行元件的背压力

系统类型

背压力/MPa

中低压系统

简单系统和一般轻载节流调速系统

0..2～0.5

回油带背压阀

调整压力一般为0.5～1.5

回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时

0.5

设补油泵的闭式系统

0.8～1.5

高压系统

初算时忽略不计

参考表表3－2，暂取背压0.3MPa，上已取液压缸机械效率，则可算得液压缸无杆腔的有效面积

从而得液压缸内径

因，故活塞杆直径为

则液压缸有效实际面积为

由于动力头的最低工进速度很低，故需按

（式3-1）

对缸的结构尺寸进行检验：

将调速阀的最小稳定流量和活塞最小进给速度代入式3－1，算得

结果表明活塞面积可满足最低稳定速度的要求。

差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力，其差值估取，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时；另外，取快退时的回油压力损失为0.6MPa。

从而算得液压缸在工进阶段的实际工作压力

它正是系统工作循环中的最高压力。

由于______________________________________________________________________________________________________________________________

3、单个液压缸需求的最大流量

液压缸最大流量发生在快退阶段，算得单个液压缸的最大流量为

4、其他工作阶段的压力、流量和功率

其他由下表可见，快退阶段工作时，输入功率最大，其值为.

工作阶段

计算公式

负载

F/N

回油腔压力

工作腔压力

单缸输入流量

输入功率

快进

启动

4621

1.32

加速

2264

1.67

1.17

恒速

2111

1.63

1.13

11.53

217

工进

16336

0.3

2.47

0.157~7.85

6.35~318

快退

启动

4621

1.28

加速

2264

0.6

1.80

恒速

2111

0.6

1.76

12.01

352

四、制定方案，拟定液压系统图

1、制定液压回路方案

a．调速方式与油源方案。

考虑到切削进给传动功率不是很大，低速时稳定性要求较高；加工期间负载变化较大，故采用限压式变量阀供油和调速阀联合的容积节流调速方案，且快进时液压缸差动链接，以满足系统高压小流量和低压大流量的工况特点，从而提高系统效率，实现节能，调速阀设置在进油路上，通过调节通流面积实现液压缸及其拖动的车削动力头的车削进给调速度大小；通过分别调整两个调速阀可使两个车削动力头获得较高同步精度。

b．方向控制方案。

由于系统流量不是太大，故选用三位五通“O”形中位机能的电磁换向阀作主换向阀；本机床加工的轴颈长度尺寸无特殊精度要求，故采用行程控制即活动挡块压下电器行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电来实现自动换向和速度换接。

通过两个电磁铁换向阀的通断组合，可实现两个车削动力头的独立调节。

在调整一个时，另一个应停止。

c．速度换接方案。

快进和和工进的速度换接由二位二通行程阀和远控顺序阀实现，以简化油路，提高换接精度。

工进时进右路和回油路的隔离采用单向阀实现。

d．背压与安全保护。

为了提高液压缸及其驱动的车削动力头的运动平稳性，在液压缸工进时的回油路上设置一溢流阀，以使液压缸在一定的背压下运行。

为了保证整个系统的安全，在泵出口并联一溢流阀，用于防止过载。

e．辅助回路方案。

在液压泵入口设置吸油过滤器，以保证油液的清洁度；在液压泵出口设置压力表及多点压力表开关以便于个压力阀调压时的压力观测。

2、合成液压系统图

将上述各液压回路方案进行综合即可组成专用车床的液压系统原理图，图中附表是电磁铁及行程阀的状态表。

以左侧动力头及液压缸21为例说明其工作原理。

a．快进按下启动按钮，电磁铁1YA通电使换向阀13切换至左位。

由于快进时负荷较小，系统压力不高，故顺序阀9关闭，变量泵2输出最大流量。

此时，液压缸21为差动连接，动力头快进。

西戎的油液流动路线如下。

进油路：

变量泵2→换向阀13（左位）→行程阀19（下位）→液压缸21无杆腔。

回油路：

液压缸21有杆腔→换向阀13（左位）→单向阀11→行程阀19（下位）→液压缸21无杆腔。