河南机电高等专科液压传动课程设计.docx
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河南机电高等专科液压传动课程设计
机械制造与自动化专业
《液压传动》课程设计说明书
班级：
机制096
学号：
090114611
姓名：
吉海涛
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。
二、液压课程设计题目
题目
（一）设计一台卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统，要求完成如下的动作循环：
夹紧——快进——工进——死挡铁停留——快退——松开——原位停止；机床有16个主轴，钻削加工￠13.9mm的孔14个，￠8.5mm的孔2个，工件材料为铸铁，硬度HB240。
动力滑台采用平导轨，工进速度要求无级调速，如用高速刚钻头进行加工，其他参数如下表所示。
数
参据
数
数据
I
II
III
IV
V
运动部件自重（N）
9810
10000
9990
9500
11000
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
120
工进行程（mm）
50
60
65
70
60
工进速度（mm/min）
30~90
30~90
30~90
30~90
30~90
静摩擦系数fg
0.2
0.15
0.2
0.18
0.15
动摩擦系数fd
0.1
0.08
0.09
0.12
0.14
启动制动时间t（s）
0.2
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
，每转进给量
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
981
1090
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
快进
1090
P
+
0.662
35.19
0.39
工进
34943
0.8
4.054
0.5
0.034
快退
1090
0.5
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：
进油路：
液压泵1→单向阀10→换向阀2左位→调速阀4→液压缸右腔
回油路：
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：
进油路：
液压泵1→单向阀10→换向阀2（右位）→液压缸左腔
回油路：
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：
进油路：
液压泵1→减压阀15→单向阀16→换向阀17（右位）→夹紧缸下腔
回油路：
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
技术要求：
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
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
技术要求：
a调质20~25HRC
b活塞与导向套用
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。
5）导向套
材料---青铜，球墨铸铁
粗糙度---导向表面粗糙度为
技术要求：
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
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