立式镗孔组合机床液压课程设计.docx
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立式镗孔组合机床液压课程设计
机械制造与自动化专业
《液压传动》课程设计说明书
班级：
姓名：
学号：
一、液压传动课程设计的目的----------------------------------1
二、液压课程设计题目----------------------------------------1
三、液压系统的设计计算--------------------------------------2
（一）明确设计要求------------------------------------------2
（二）工况分析----------------------------------------------2
（三）确定主要参数------------------------------------------4
（四）拟定液压系统原理图------------------------------------8
（五）液压元件的计算与选择----------------------------------9
（六）液压缸的设计-----------------------------------------10
（七）绘制液压装配图---------------------------------------12
参考资料----------------------------------------------------------------------------13
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进行实际工程设计的能力。
二、液压课程设计题目
题目：
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。
本设计采用第五组数据。
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：
图2立式动力滑台加工示意图
三、液压系统的设计计算
（一）明确设计要求
明确主机对液压系统的动作和性能要求。
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。
由设计题目要求可知：
1、因有快进快退行程，可知有差动连接装置；2、因快进快退的速度
，可知活塞直径D与活塞杆d的关系为：
；3、根据题目要求，知道系统为正常工作环境下。
（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阶段的受力情况。
（1）工作负载：
。
（2）摩擦负载：
由题目设计要求，知该系统不计摩擦负载，即
。
（3）惯性负载：
惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律求出，即：
G---运动部件的重力（N）
g---重力加速度
△v---速度变化值（
）
△t---起动或制动时间（s）
工进速度取工进时的最大速度90mm/min即
加速：
减速：
制动：
反向加速：
反向制动：
根据以上的计算，考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。
因此，在液压缸下行负载分析时，就不考虑运动部件的重量，则液压缸各阶段中的负载，如下表：
【取（
=0.9）】
液压缸各阶段中的负载
工况
计算公式
总负载F（N）
缸推力F（N）
起动
0
0
加速
680.3
755.89
快进
0
0
减速
-672.62
-747.36
工进
20000
22222.22
制动
19992.35
22213.72
反向加速
680.3
755.89
快退
15000
16666.7
反向制动
-680.3
755.89
按前面的负载分析及已知的速度要求、行程限制等其速度位移曲线，即速度循环图如下
（三）确定主要参数
液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：
（1）各类设备的不同特点和使用场合
（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。
这必然要提高设备的成本。
按负载选择执行元件的工作压力
负载F/kN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作压力p/MPa
<0.8~1.0
1.5~2.0
2.5~3.0
3.0~4.0
4.0~5.0
5.0~7.0
各类液压设备常用的工作压力
设备类型
粗加工机床
半精加工机床
粗加工或重型机床
农业机械、小型工程机械
液压压力机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械
工作压力p/MPa
0.8~2.0
3.0~5.0
5.0~10.0
10.0~16.0
20.0~32.0
1、初选液压缸的工作压力
根据分析此设备的负载不大，按类型属镗床类，所以初选此设备的工作压力为4MP.
2、计算液压缸的尺寸
式中：
F---液压缸上的外负载
p---液压缸的工作压力
---液压缸的工作效率
A---所求液压缸的有效工作面积
按标准取值：
d=85mm
按设备类型镗床选取活塞杆直径d=0.7D按标准取值：
D=120mm
则液压缸的有效面积为：
无杆腔面积：
有杆腔面积：
3、活塞杆稳定性的校核
由上可知d=0.7D可知活塞杆的稳定性满足，可以安全使用。
4、求液压缸的最大流量
5、运动时间
快进
工进
快退
6、绘制工况图
工作循环中各个工作阶段的液压缸压力，流量和功率见下表：
液压缸各工作阶段的压力、流量和功率
工况
压力
流量
功率
快进
0
45.06
0
工进
3.94
0.507
33.32
快退
1.326
90.48
10.42
以上是液压缸压力，流量和功率的表格，依照上表中的数值，可绘制出液压缸的工况图（如下）
压力行程图
流量行程图
功率行程图
（四）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、调速回路
中小型组合机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。
根据组合机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。
用流量控制阀调节进入或流出液压缸的流量来调节其运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸所需流量相适应，这种调速回路没有溢流损失，效率较高发热小和速度刚性好的特点。
该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的进油节流调速。
3、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。
4、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，为了克服滑台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，回油腔有一定的背压，运动平稳。
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。
采用了限压式变量泵和液压差动连接两项措施来实现快进，可得到较大的快进速度，且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五通M型的中位机能的液控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，（原理图见A4图纸）。
（五）液压元件的计算与选择
确定液压泵的型号及电动机功率
液压缸在工作循环中最大工作压力为4MP由于该系统比较简单，所以取其压力损失
.所以液压泵的工作压力为：
泵的最大供油量应为：
.
选择液压泵的规格型号液压泵的规格型号按计算值在产品样本中选取，为了使液压泵工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比工作压力高25%—60%。
泵的额定流量则宜与最大供油量相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。
根据以上压力和流量的数值查产品目录，故应选用YBX-16型的限压式变量叶片泵，其额定压力为6.3Mpa,容积效率
，总效率
，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力（4.4Mpa）和输出流量
求出：
查电动机产品目录，拟选用的电动机的型号为Y160L-6，功率为11kw,额定转速为970r/min。
（六）液压缸的设计
1、液压缸的结构设计
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）液压缸的主要参数设计
液压缸的主要尺寸参数包括液压缸的内径D、活塞杆直径d、和液压缸筒长度L。
D=120㎜d=85㎜
液压缸筒长L的长度由活塞的最大行程l、活塞宽度B、活塞杆导向长度H和特殊要求的其他长度确定。
查手册选活塞行程l=180㎜，活塞宽度B=（0.6~1.0）D选B=0.8D=96㎜，综上所述得缸筒长度L=l+B=276㎜。
液压缸的结构参数包括缸的壁厚δ、液压缸内、外径D、D1。
。
对于低压系统缸大多属于薄壁筒δ/D≤0.08，选δ=0.08D=9.6㎜
有前面可知：
缸筒内径D=120mm
缸筒外径D1=D+2δ=139.2mm
（3）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。
（4）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。
（5）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。
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。
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.
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---45钢
粗糙度---导向表面粗糙度为
=0.8-1.6um
技术要求：
同轴度不大于0.03um
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40号，45钢号锻件，或ZG270-500.ZG310-570及HT200.HT300等灰铸铁。
（3）活塞
材料---灰铸铁：
HT200
粗糙度---活塞外圆柱粗糙度
=0.8-1.6um
技术要求：
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
=0.4-0.8um
技术要求：
a调质20-25HRC
b活塞与前端盖用
的配合，与活塞的连接可用
分析：
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。
（七）绘制液压缸装配图
（见A3图纸）
参考资料
[1]《机械零件设计手册》（液压与气动部分）冶金出版社
[2]《机械设计手册》下册化学工业出版社
[3]《组合机床设计》（液压传动部分）机械工业出版社
[4]《液压工程手册》上、下册机械工业出版社
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