液压课程设计说明书.docx
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液压课程设计说明书
液压课程设计说明书
一.液压传动课程设计的目的及设计原始数据……………………………2
二.工况分析…………………………………………………………………3
三.拟定液压系统原理图……………………………………………………8
四.液压元件的计算和选择…………………………………………………10
五.液压缸的结构选型………………………………………………………11
六.总结………………………………………………………………………12
七.参考资料…………………………………………………………………13
一、液压传动课程设计的目的及设计原始数据
一、液压传动课程设计的目的
1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。
2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。
3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。
4、提高学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PRO/E等）进行实际工程设计的能力。
题目
（二）设计一台立式镗孔组合机床液压系统，要求该系统完成：
快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止的半自动循环。
采用平导轨，设计原始数据如下表所示。
数
参据
数
数据
I
II
III
IV
V
切削力（N）
18000
15000
16000
15500
20000
运动部件自重（N）
14700
13000
13500
14500
15000
快进快退速度（m/min）
7
7.5
6.5
7.8
8
快进行程（mm）
150
120
110
95
120
工进行程（mm）
80
60
65
70
60
工进速度（mm/min）
30~90
30~90
30~90
30~90
30~90
启动制动时间t（s）
0.05
0.25
0.21
0.23
0.3
试完成以下工作：
1、进行工况分析计算，绘制工况图。
2、拟定并绘制液压系统原理图（A3）。
3、设计并绘制液压缸结构图（A1）。
4、编写液压课程设计说明书。
机床加工示意图如下：
二、工况分析
工况分析是对液压执行元件的工作情况进行分析，以得到工作过程中执行元件在各个工作阶段中的流量、压力和功率的变化规律，并将其用曲线表示出来，作为确定液压系统主要参数、拟定液压系统方案的依据。
1、运动分析
按设备工作要求和执行元件的运动规律，绘制出执行元件工作循环图，和速度位移图，即速度循环图。
如下所示：
为立式镗孔组合机床运动分析图。
2、负载分析
负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各个阶段的受力情况。
（1）工作负载
由已知条件，可知：
=16000N
（2）摩擦负载
由设计系统要求分析知，该系统摩擦力，即=0
（3）惯性负载
惯性负载是有运动部件的速度变化所引起的，可根据牛顿第二定律确定，即
=ma=
式中，m——运动部件的质量（Kg）
a——运动部件的加速度（）
G——运动部件的重力（N）
g——重力加速度（）
——速度的变化量（m/s）
——速度变化所需的时间（s）
由已知条件可知：
G=13500N
其中g=9.8。
工进取工进速度时的最大速度90mm/min，即。
各个阶段的惯性负载计算如下：
加速阶段：
工进阶段：
制动阶段：
反向加速阶段：
反向制动阶段：
取液压缸的机械效率为，则液压缸的推力为。
液压缸的各个阶段负载情况，如图所示：
工况情况
计算公式
总负载（N）
缸的推力（N）
启动阶段
F=O
0
O
加速阶段
F=
597
649
快进阶段
F=0
0
0
减速阶段
F=-
-588.7
640
工进阶段
F=
16000
17391.3
制动阶段
F=-
1599.17
17382.3
反向加速阶段
F=
597
649
反向制动阶段
F=-
-597
-649
快退阶段
F=0
0
0
3、液压缸主要参数的确定
（1）选定工作压力
根据上面的计算，选择液压缸的工作压力P=3Mpa
（2）确定液压缸的几何参数
液压缸的几何参数为活塞的有效作用面积A，可由下式计算：
式中F——液压缸的外负载（N）
P——液压缸的工作压力（Mpa）
——液压缸的机械效率
液压缸的有效作用面积：
液压缸的缸筒内径
对D圆整，取D=80mm。
由d=0.707D，经圆整得d=56mm。
计算出液压缸的无杆腔有效工作面积A1=50.24cm2，
液压缸的无杆腔有效工作面积A2=25.64cm2
液压缸所受外液压缸各阶段的流量：
则，
各个阶段的运动时间：
，则，
快进阶段：
工进阶段：
快退阶段：
液压缸各个阶段的压力、流量和功率如表格所示：
工况
压力P/Mpa
流量q/
功率P/kw
快进阶段
0
5.443
0
工进阶段
3
7.536
22.6
快退阶段
0
2.778
0
4、绘制液压元件的工况图
采用工况图可以直接、方便地找出最大工作压力、最大流量、最大功率，根据这些参数的即可选择液压泵及驱动电机，同时对系统所有液压元件的选择也有指导意义。
另外，通过分析工况图，有助于设计者选择合理的基本回路，还可以对各阶段的参数进行鉴定，分析其合理性，在必要时进行调整。
液压元件的工况图指的是也力图、功率图和流量图，如下图：
三、拟定液压系统原理图
液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面问题：
（1）供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低，而在快进快退时负载较小，速度较高，从节省能量减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油，现采用外反馈限压式变量叶片泵，采用这种限压式叶片泵时，系统的最高压力油泵调节，其值为泵处于无流量输出时的压力值。
（2）液压泵形式的选择选外反馈限压式变量叶片泵较适
（3）调速回路中小型组合机床的液压系统中，采用会游节流调速。
（4）速度换接回路由于快进和工进之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程阀来实现速度换接。
（5）平衡及锁紧为防止在下端停留时重物下落和在停留的期间内保持重物的位置，为了克服自重在快下过程中的影响，特在液压缸的下腔（即无杆腔）接一个单向顺序阀构成一平衡回路，此单项顺序阀的调定压力应稍大于因运动部件自重在液压缸下腔形成的压力。
这种平衡回路在活塞下行时，回油腔须有的背压来平衡重力，运动平稳。
（6）选择调压和卸荷回路在变量泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。
该液压系统具有如下特点：
该系统采用了限压式变量液压泵—“调速阀”组成的容积调速回路，它能保证液压缸的稳定低速运动，较好的速度刚性和较大的调速范围。
快进能量利用也比较合理。
本液压系统的换向采用单向阀和三位四通M的中位机能的电磁换向阀来使液压泵在抵押下卸荷，既减少了能量损耗，又使控油路保持一定的压力，以保证下一动作的顺利启动。
在选定上述基本回路后，配上其他辅助回路，为简化系统，去掉重复的元件，使作用相同或相近的回路合并。
为确保系统的安全，必要时增设安全回路，保证设备和操作人员的安全，为便于系统的安全的安装，维修，检修，检查，管理，在回路上要适当装设一些截止阀，测试点，这样拟定一个完整的液压系统。
1YA
2YA
3YA
4YA
行程阀
快进
+
-
-
-
-
工进
-
+
-
+
+
死挡铁
-
+
-
+
+
快退
-
-
+
-
-
原位停止
-
-
-
-
-
编号
元件名称
编号
元件名称
1
油箱
7
行程阀
2
过滤器
8
压力继电器
3
单作用变量叶片泵
9
三位三通电磁换向阀
4
三位四通电磁换向阀
10
调速阀
5
单向阀
11
背压阀
6
液压缸
四、液压元件的计算和选择
初步凝定液压系统原理图后，便可以进行液压元件的设计和计算，也就是通过各液压元件在工作承受的压力和通过的流量来确定各执行元件的规格和型号。
1、液压泵的选择
现根据要求和系统的工况确定液压泵的类型，也后根据液压泵最高供油压力和最大流量来确定液压泵的规格。
（1）确定液压泵的最高供油压力
液压泵的最高工作压力是选择液压泵的主要依据，液压泵的最高工作压力出现分两种情况：
其一，是执行元件在运动行程终了，停止工作时（如液压机、提夹紧缸）出现;其二，是执行元件在运动过程中（如机床、提升机）出现，根据题目要求可知，该系统的最大工作压力是执行元件在工作时产生的总的压力损失,即
式中，——液压泵出口至执行机构进口之间总的压力损失
初步估算，一般节流调速和管路简单的系统取=-0.5Mpa，这里取=0.5Mpa，则液压泵的最高工作压力：
（2）确定也液压泵的最大供油量
液压泵的最大供油量按执行元件工况图上的最大工作流量及回路系统中的泄油量来确定，即
式中，K——考虑到系统中存在泄漏等原因的修正系数，一般取K=1.1-1.3，小流量取大值，大流量取小值。
——执行元件的最大值
根据要求及以上计算，取K=1.2，
则
（3）液压泵的规格
根据液压泵的最高工作压力和泵的最大供油量，从产品样本中选择液压泵的规格和型号。
因为系统选用的是限压式变量泵，所以可根据式：
式中，——液压泵的总效率。
根据在限压式变压泵输出流量较小时，其效率将急剧下降，一般当其输出流量为0.2-1L/min时，，流量大者取大值，故取，则液压泵的驱动功率：
五、液压缸的结构选型
为满足本题目的液压系统快进——工进——快退的使用要求，选用双作用单杆油塞缸。
（1）液压缸的组成
液压缸的结构基本上可以为：
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等五个部分。
（2）液压缸组件的连接方式
a）缸筒与刚改的连接方式
因为法兰结构简单，容易加工，也易拆卸，股缸筒和缸盖、缸筒和缸底均采用法兰连接。
b）活塞与活塞杆的连接方式
因为螺纹连接结构简单，安装方便，可靠，故活塞与活塞杆之间采用螺纹连接。
（3）活塞杆导向部分的结构
活塞杆导向部分包括活塞杆与端盖、导套的结构以及密封、防尘、锁紧装置等。
（4）活塞机活塞杆处密封圈的选用
活塞机活塞杆处密封圈的选择，应根据密封部分，使用部位使用的压力、温度、运动的速度的范围不同而选择O型密封圈。
（5）液压缸的缓冲装置
液压缸带动工作部件运动时，因运动部件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至是活塞与缸筒端盖产生碰撞，为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。
常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。
（6）液压缸的排气装置
对于有速度稳定性要求的液压缸，则要求有排气装置。
（7）密封圈的选择
选O型密封圈，因其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动间的摩擦小，装拆方便、容易制造，价格便宜等优点。
（8）液压缸设计应注意事项
a）尽量使液压缸在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，系统中须有有相应的措施。
b）尽量使液压缸在不同的工作情况下有不同的变化，活塞杆在受拉的情况下承受最大负载。
c）根据主机的工作情况和结构设计要求，正确地安装液压缸以及固定方式，大液压缸智能一端固定。
d）液压缸各部分的结构
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