换向阀阀芯加工液压系统.docx
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换向阀阀芯加工液压系统
换向阀阀芯加工液压系统
液压系统课程设计
换向阀阀芯专用加工设备
液压系统设计
学院
机械工程学院
专 业
机械设计制造及其自动化
学生姓名
顾正杰
学号
1314410216
指导教师
王蕾
完成日期
2015年12月
一、设计任务书
二、工况分析
三、拟定液压系统原理图
四、液压缸的计算及选择
五、压力和流量计算
六、液压阀的计算及选择
七、辅助元件的计算及选择
八、液压泵及电动机的计算及选择
九、元件明细表
十、参考资料目录及附表
1）尾架顶紧（工进）2）横刀架快进
3）纵刀架工进4）横刀架快退
5）纵刀架快退6）后刀架快进
7）后刀架工进8）后刀架快退
9）尾架松开（快退）10）停止，泵卸荷
2.负载分析
刀架自重G<400牛顿，导轨摩擦力和惯性力忽略不计
3.主要参数
（一）车外圆：
切削力Px=2500牛顿Py=2000牛顿
走刀量s=0.15毫米/转
转速n=500转/分
（二）切槽：
切削力Px=0Py=5000牛顿
走刀量s=0.1毫米/转
转速n=250转/分
（三）尾架：
顶紧力P=2200牛顿，顶紧速度不宜太快。
三、拟定液压系统原理图
1.确定供油方式
考虑到机床在工作时整体负载较轻，速度较低。
从节省能量、减少发热考虑。
泵源现采用限压式变量叶片泵。
2.调速方式的选择
本系统功率小、负载变化不大、工进速度低且要求稳定，故选用调速阀节流调速。
为获得更低的稳定速度并防止前冲现象，本系统采用进油节流调速在回油路上加背压阀的调速方案。
3.速度换接方式的选择
本系统采用电磁换向阀来控制速度的改变。
4.夹紧回路的选择
采用电磁阀来控制夹紧、松开换向动作。
考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。
在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。
5.合成液压系统
最后把所有回路组合起来，即下图所示的液压系统原理图
分析工况可知，推出时承受工作载荷、退回时为载荷较小的液压装置，故尾架缸，横刀架缸，纵刀架缸，后刀架缸都选用单活塞液压缸。
四、液压缸的计算及选择
1.计算各液压缸内径及活塞直径
a．尾架油缸的设计计算
1）由顶紧力F=2200N，选用尾架油缸工作压力P=3.0MPa.
中低压系统中，回油路带背压阀，背压范围为0.5~1.5MPa，估此处取1MPa。
2）活塞直径D
D=√（4F/πP）=1.13*√（2200/3000000）=30mm
参照直径系列圆整取D=32mm
3）活塞杆直径d
一般d=（0.5~0.55）D
取d=18mm
4）活塞厚度H
H=20~30mm
取H=25mm
5）油缸总长L
L=q+H+2δ+Δ
其中：
q为夹紧行程，取q=100mm
δ为端盖凸肩长度，取δ=10mm
Δ为间隙，取Δ=10mm
∴L=100+25+10+10=155mm
6）油缸壁厚
取δ=10mm
δ/D=10/30=0.33
油缸壁厚的校核
δ≥
-1）=0.15*（
符合
7）油封
取O型
8）验算
液压缸支撑长度Ls≥（10~15）d时须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行
验算。
液压缸支撑长度Ls是指活塞杆全部外伸时，液压缸支撑点与活
塞杆前段连接处之间的距离；d为活塞杆直径。
现Ls≤10d,故不需要验算。
b．横刀架油缸的设计计算
1）由切削力Py=2000N，选用油缸工作压力P=3.0MPa
中低压系统中，回油路带背压阀，背压范围为0.5~1.5MPa，估此处取1MPa。
2）缸径D
D=1.13（Py/P）0.5=1.13（2000/3000000）0.5=29mm
参照直径系列圆整取D=32mm
3）活塞杆直径
一般d=（0.5~0.55）D
取d=16mm
4）油缸工作行程的确定
根据液压缸活塞行程参数系列（GB2349-80）
取L=25mm
5）油缸壁厚
取δ=10mm
δ/D=10/30=0.33
油缸壁厚的校核
δ≥
-1）=0.15*（
符合
6）最小导向长度H
H≥L/20+D/2=25/20+32/2=17.25mm
取H=25mm
7）活塞宽度B
B=0.6D=0.6*32=19.2mm
取20mm
8）缸盖滑动支撑面长度l
l=0.6D=19.2mm
取20mm
9）缸体长度的确定
内部长度l1=L+B=25+20=45mm
外部长度l2=L+B+δ+l=25+20+15+20=80mm
10）验算
液压缸支撑长度Ls≥（10~15）d时须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行
验算。
液压缸支撑长度Ls是指活塞杆全部外伸时，液压缸支撑点与活
塞杆前段连接处之间的距离；d为活塞杆直径。
现Ls≤10d,故不需要验算。
c.纵刀架油缸的设计计算
1）由切削力px=2500N，选用油缸工作压力p=3.0MPa
中低压系统中，回油路带背压阀，背压范围为0.5~1.5MPa，估此处取1MPa。
2）油缸直径D
D=1.13（Px/P）0.5=1.13（2500/3000000）0.5=32.6mm
参照直径系列圆整取D=32mm
3）活塞杆直径d
一般d=（0.5~0.55）D
取d=16mm
4）活塞宽度B
B=0.6D=0.6*32=19.2mm
取20mm
5）油缸工作行程确定
根据加工阀芯零件的总长，取L=100mm
6）油缸壁厚
取δ=10mm
δ/D=10/30=0.33
油缸壁厚的校核
δ≥
-1）=0.15*（
符合
7）缸体长度的确定
L=l+B+2δ+z=100+20+2*15+10=160mm
8）验算
无杆腔有效面积A1=πD2/4=π*322/4=804.25mm2
有杆腔有效面积A2=A1-A=804.25-π*162/4=603.19mm2
s=0.15mm/r
n=500r/min
v=ns=0.15*500=75mm/min
液压缸支撑长度Ls≥（10~15）d时须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行
验算。
液压缸支撑长度Ls是指活塞杆全部外伸时，液压缸支撑点与活
塞杆前段连接处之间的距离；d为活塞杆直径。
现Ls≤10d,故不需要验算。
9）螺钉
取6个M6的螺钉对称分布在端盖上
d．后刀架油缸的设计计算
1）由切槽切削力py=5000N，选用油缸工作压力p=3MPa
中低压系统中，回油路带背压阀，背压范围为0.5~1.5MPa，估此处取1MPa。
2）缸径D
D=1.13（Py/P）0.5=1.13（5000/3000000）0.5=46mm
取D=50mm
3）活塞杆直径d
一般d=（0.5~0.55）D
取d=25mm
4）油缸工作行程的确定
根据液压缸活塞行程参数系列（GB2349-80）
取L=25mm
5）活塞宽度B
B=0.6D=0.6*50=30mm
取B=30mm
6）缸体长度的确定
L缸=L+B+2δ+z=25+30+15*2+10=95mm
取L缸=100mm
7）壁厚δ
取δ=10mm
δ/D=10/30=0.33
油缸壁厚的校核
δ≥
-1）=0.15*（
符合
8）验算
无杆腔有效面积A1=πD2/4=π*502/4=1964.50mm2
有杆腔有效面积A2=A1-A=π*502/4-π*252/4=1472.62mm2
由已知得s=0.1mm/r
n=250m/min
v=ns=25mm/min
液压缸支撑长度Ls≥（10~15）d时须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行
验算。
液压缸支撑长度Ls是指活塞杆全部外伸时，液压缸支撑点与活
塞杆前段连接处之间的距离；d为活塞杆直径。
现Ls≤10d,故不需要验算。
五、压力和流量计算
1）压力计算
a．尾架油缸进油口压力
P=F/（πD2/4）=2200/（π*322/4）=2.74MPa
减压阀调定压力P=3MPa
b．横刀架油缸进油口压力
P=F/（πD2/4）=2000/（π*322/4）=2.49MPa
减压阀调定压力P=3MPa
c.纵刀架油缸进油口压力
P=F/（πD2/4）=2500/（π*322/4）=3.10MPa
减压阀调定压力P=3.5MPa
d.后刀架油缸进油口压力
P=F/（πD2/4）=5000/（π*502/4）=2.55MPa
减压阀调定压力P=3MPa
2）流量计算
a．尾架缸流量
无杆腔
有杆腔
q工进=A1×V工=803.84×1200=0.965L/min
q快退=A2×V快退=2.746
b．横刀架缸流量
无杆腔A1=
=803.84
q快进=A1×V快退=0.965
有杆腔A2=
=602.88
q快退=A2×V快退=0.723
c．纵刀架缸流量
无杆腔A1=
=803.84
q工进=A1×V工=0.060
有杆腔A2=
=602.88
q快退=A2×V快退=0.723
d．后刀架缸流量
无杆腔A1=
=
q工进=A1×V工=0.048
q快进=A1×V快=2.35
有杆腔A2=
=
q快退=A2×V工=1.767
≥
Σ
K1—系统泄漏系数，一般取K1=1.1~1.3，小流量取大值，大流量取小值。
此处取K1=1.3
Σ
—同时动作各液压缸所需流量之和的最大值。
此处Σ
=2.7192L/min
≥1.3×2.7192=3.535L/min
六、液压阀的计算及选择
通过最大流量以及压力选取阀，现采用广州机床研究所系列的阀。
型号
额定流量（L/min）
额定压力（MPa）
溢流阀
Y-63B
63
0.5~6.3
减压阀
J-63B
63
0.5~5.8
顺序阀
X-62B
63
0.5~6.3
单向阀
I-63B
63
6.3
二位四通电磁换向阀
24E-63B
63
6.3
二位二通电磁换向阀
22E-63B
63
6.3
三位四通电磁换向阀
34E-63B
63
6.3
调速阀
Q-63B
63
16
继电器
DP3-63B
七、辅助元件的计算及选择
1.油管和管接头
材料选用尼龙管。
其特点是承压能力强，价格低廉、耐油、抗腐蚀、刚度好，目前应用最广泛，且尼龙管适用于低压系统。
根据公式d≥4.16
通过油管油液的流量qmax=3.535L/min
油管的推荐速度根据相关手册取v=4m/s
∴d≥3.91mm
因为阀口接连管道都为18mm,根据经济效益最好，取油管d=18mm。
选择扩口式管接头。
2.蓄能器
选用气囊式蓄能器。
气囊式蓄能器反应灵敏，气囊惯性校，安装维修方便。
3.滤油器
选用网式滤油器。
其结构简单，通流能力大、清洗方便、压力损失小。
4.密封件
O型密封圈
5.油箱
根据公式V=cq
q—液压泵的总额定流量（L/min）
—经验系数（min），其数值为低压系统，c=2~4min此处取3min
∴V=19.2L此处取20L
所以油箱容积为20L。
八、液压泵及电动机的计算及选择
1.选择液压泵的规格
根据以上计算得
和
，再查阅有关手册，现选用定量叶片泵YB型，该泵的基本参数为q=6.4ml/r,泵的转速为n=1000r/min,压力p=7MPa,容积效率η=0.85，总效率η=0.7。
2.与液压泵匹配的电动机的选定
根据公式
=
=3.535L/min
=6.25MPa
∴
=0.526kw
选Y90s-4型电动机，其额定功率为1.1kw,额定转速为1400/min
九、元件明细表
序号
元件名称
数量
1
单活塞液压缸
4
2
定量叶片泵YB型
1
3
电动机Y90s-4型
1
4
溢流阀Y-63L
1
5
减压阀J-63B
1
6
单向阀I-63B
7
7
二位四通电磁换向阀
24E-63B
1
8
三位四通电磁换向阀
34E-63B
2
9
二位二通电磁换向阀
22E-63B
2
10
调速阀Q-63B
3
11
继电器DP3-63B
2
十、参考资料目录及附表
1.《液压系统设计简明手册》主编杨培元，朱福元机械工业出版社
2.《液压与气压传动》主编王守成，容一鸣北京大学出版社
3.《液压传动设计手册》煤炭科学研究院上海研究所编上海科技出版社1981
4.《机械零件设计手册》续编东北工学院《零件设计手册》编写组编
冶金工业出版社1979
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