液压传动课程设计钱雪松.docx
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液压传动课程设计钱雪松
《液压与气压传动》
课程设计
专业**********
学号**********
姓名*****
指导教师****
目录
第一章课程设计任务书4
一、课程设计题目4
二、课程设计的目的和要求4
三、课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同）4
四、设计参考资料4
五、课程设计任务5
六、工作进度计划5
第二章负载分析6
一、工作负载6
二、惯性负载6
三、阻力负载、6
四、液压缸各阶段负载7
第三章负载图和速度图的绘制7
一、负载图7
二、速度图7
第四章液压缸主要参数的确定9
一、工作压力P1的确定9
二、液压缸的选型9
三、液压缸的主要尺寸确定9
四、主液压缸参数图11
第五章液压系统图的拟定12
一、液压回路的选择12
二、液压回路的综合13
第六章液压元件的选择14
一、液压泵14
二、阀类元件及辅助元件16
三、油管17
四、油箱18
第七章液压系统性能的验算19
一、验算系统压力损失19
二、油液温升计算21
第八章心得体会22
第九章设计参考资料22
第一章课程设计任务书
一、课程设计题目
设计一钻堂专用机床，加工的工作循环是工件定位、夹紧→动力头快进→工进→快退→工件松开、拔销。
二、课程设计的目的和要求
通过设计液压传动系统，使学生获得独立设计能力，分析思考能力，全面了解液压系统的组成原理。
明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。
三、课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同）
定位夹紧时需流量20L/min，压力1MPa，加工时最大切削力（轴向）为20*103N，动力头自重30*103N，工作进给要求能在20~120mm/min内进行无级调速，快进、快退的速度均为6m/min，动力头最大行程为400mm，工进行程100mm，为使工作方便希望动力头可以手动调整进退，动力滑台采用平导轨。
fj=0.2，fd=0.1。
四、设计参考资料
●章宏甲《液压传动》机械工业出版社2006.1
●章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社2005.4
●黎启柏《液压元件手册》冶金工业出版社2002.8
●榆次液压有限公司《榆次液压产品》2002.3
五、课程设计任务
明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。
1、设计说明书（或报告）
分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。
2、技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作）
3、图样、字数要求
系统图一张（3号图），设计说明书一份（2000~3000字）。
六、工作进度计划
起止日期
工作安排
完成情况
1~2
分析工况确定主要参数
3~4
拟订液压系统草图
5~6
选择液压元件；验算系统性能
7
答辩，交卷
第二章负载分析
一、工作负载
由设计任务书可知，钻镗专用机床工作负载为加工时最大切削力（轴向），为Ft=20000N。
二、惯性负载
公式：
—为加速或减速时间，一般
取
—为
时间内速度变化量
代入数据得
Fm=30000/9.8*6/（0.1*60）N=3061.2N
三、阻力负载、
由设计任务书可知，静摩擦系数为Fj=0.2，动摩擦系数为Fd=0.1.
所以可得
静摩擦力Ffs=0.2*30000N=6000N
动摩擦力Ffd=0.1*30000N=3000N
四、液压缸各阶段负载
工况
负载组成
负载值F
推力F/nm
起动
F=Ffs
6000
6666.7
加速
F=Ffd+Fm
6061.2
6734.7
快进
F=Ffd
3000
3333.3
工进
F=Ffd+Ft
23000
25555.6
快退
F=Ffd
3000
3333.3
注：
1、液压缸机械效率取nm=0.9。
.
2、不考虑动力滑台颠覆力矩的作用
第三章负载图和速度图的绘制
一、负载图
负载图按上表数值绘制,如下图（a）所示。
二、速度图
由设计任务书可知：
快进v1=6m/min，工进v2=20~120mm/min，快退v3=6m/min。
快进行程L1=300mm，工进行程L2=100mm，快退行程L3=L1+L2=400mm。
按已知数值绘制速度图，如下图（b）所示。
图（a）负载图
图（b）速度图
第四章液压缸主要参数的确定
一、工作压力P1的确定
工作压力P1可以根据负载的大小以及主机的类型来初步确定。
由表11-2和11-3可知，钻镗专用机床液压系统在最大负载为25555.6N时取P1=4MPa。
二、液压缸的选型
由于动力头要求快进、快退速度相等，这里液压缸可以选用单杆式的，并在快进时作差动连接。
三、液压缸的主要尺寸确定
1、主油缸
计算公式（4-1）：
因为液压缸选用单杆式的，所以液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。
在工作时，液压缸回油路上必须具有背压P2，以防突然前冲。
取P2=0.6MPa。
带入数据到公式（4-1）得：
d=0.707D=
当按GB/T2348-2001将这些直径圆整成就近标准值时得：
D=100mmd=70mm
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：
A1=
*D2/4=
，
A2=
*（D2-d2）/4=
。
经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
2、定位、夹紧油缸
由设计任务书可知，液压系统由一个定位油缸和夹紧油缸完成定位和加紧动作，工作压力为1MPa，定位夹紧时流量20L/min。
因为设计任务书未提供夹紧完成时间和行程等信息，所以根据经验取定位夹紧1S内完成且行程均为50mm。
所以v夹=3m/min
由公式q夹=
*D2/4*v夹可得：
D=
d=0.707D=
当按GB/T2348-2001将这些直径圆整成就近标准值时得：
D=100mmd=70mm
四、主液压缸参数图
根据上述D与d的值，可以估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如下表所示：
工况
推力F/nm
回油腔压力P2/MPa
进油腔压力P1/MPa
输入流量q/L/min
输入功率
P/kw
计算公式
快进
差动
起动
6666.7
0
1.73
/
/
q=（A1-A2）*v1
P=p1*q
加速
6734.7
P2=p1+
p
（
p=0.5MPa）
2.27
/
/
恒速
3333.3
1.39
23.1
0.535
工进
25555.6
0.6
3.56
0.94
0.056
q=A1*v2
P=p1*q
快退
起动
6666.7
0
1.67
/
/
q=A2*v3
P=p1*q
加速
6734.7
0.6
2.86
/
/
恒速
3333.3
2.01
24
0.8
第五章液压系统图的拟定
一、液压回路的选择
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，泵源宜选用双泵供油或者变量泵供油。
本设计采用限压式变量叶片泵。
2、夹紧回路的选择
采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作。
为实现夹紧时间可调节和当进油路压力瞬间下降时仍然保持夹紧力，接入节流阀调速和单向阀保压。
为了达到定位、夹紧时的工作压力和保持夹紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。
3、定位液压缸与夹紧缸的动作次序回路选择
定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作顺序采用顺序阀来完成，并采用压力继电器发出电信号启动主液压缸工作。
4、调速方式的选择
因为钻镗类专用机床工作时对低速负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。
这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上。
具有承受切削力的能力。
5、速度换接方式的选择
本设计采用电磁阀速度换接方式，他的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。
二、液压回路的综合
最后将所选择的液压回路组合起来，既得液压系统原理图。
1、为了保证定位、夹紧油缸可靠的工作，在进油路上加一个单向阀5，保证可靠的夹紧。
2、为保证定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作顺序，所以在定位液压缸和夹紧液压缸之间增加顺序阀来完成顺序动作。
经过上述的完善、改进，整理后的液压系统见附表。
第六章液压元件的选择
一、液压泵
1、泵的工作压力的确定
考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为：
式中Pp——液压泵最大工作压力；
P1——执行元件最大工作压力；
——进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2~0.5MPa，复杂系统取0.5~1.5MPa，本设计取0.5MPa。
上述计算所得的Pp是系统的静压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。
另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pe应满足Pe大于等于（1.25~1.6）Pp。
中低压系统取最小值，高压系统取大值。
在本设计中Pe=1.25Pp=5.63MPa。
2、泵的流量确定
液压泵的最大流量应为：
式中
——液压泵的最大流量；
——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。
Kl——系统的泄露系数，一般去Kl=1.1~1.3，本设计取Kl=1.2.
24L/Min=28.8Min
3、选择液压泵的规格
根据以上算得得Pp和qp，查找相关手册，选用YBX-25限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：
名称
参数
每转排量
25ML/R
额定压力Pe
6.3MPa
电动机转速nh
1450r/min
容积效率
0.85
总效率
0.7
4、液压泵匹配电动机的选择
因为YBX-25限压式变量叶片泵的总效率为0.7，所以首先分别算出快进、工进和快退时所需要的功率，取最大值作为电动机规格的依据。
工况
功率P/kw
快进
0.76
工进
0.08
快退
1.14
由上表可知，液压系统在快退时输入功率最大，所需电动机功率1.14KW，根据Y系列三相异步电机类型标准，选用Y90L—4型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为1400R/Min。
二、阀类元件及辅助元件
根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件及规格见下表。
序号
元件名称
额定流量
L/min
额定压力
MPa
型号、规格
1
滤油器
63
16
XU-63×80-J
2
变量叶片泵
—
6.3
YBX-25
25ml/r
3
电磁溢流阀
63
16
YDE3-E10BK
4
减压阀
63
16
JF3-E10B
5
单向阀
63
16
AF3-E10B
6
节流阀
25~100
16.5
LF3-L10H
7
二位四通阀
63
16
24EF3-E10B
8
单向顺序阀
63
16
AXF3-E10B
9
压力继电器
-
10
HED1kA/10
10
二位三通阀
63
16
23EF3-E10B
11
单向调速阀
40
32
QA-H10
12
三位四通阀
63
16
34EF3-E10B
三、油管
液压缸进出油管则按输入、输出的最大流量计算。
由于液压泵具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要从新计算如下表所示。
流量、速度
快进
工进
快退
公式
输入流量/L/min
49.95
0.94
24.5
q1=（A1×qp）/（A1-A2）
排除流量/L/min
25.45
0.48
48.08
q2=（A2×q1）/A1
运动速度/m/min
6.36
0.12
6.12
v=qp/（A1-A2）
注：
qp=0.7×25/1000×1400=24.5L/Min
根据上表数值,当油液在压力管中流速取3m/min时,按公式算的与液压缸无杆腔和有杆腔相连接的油管内径风别为:
这两根油管都按GB/T2351-2005选用外径18mm、内径15mm的无缝钢管。
四、油箱
液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定。
当取7倍时，算的其容积为171.5L。
按GB/T7938-1999规定，取标准值容量为250L的油箱。
第七章液压系统性能的验算
一、验算系统压力损失
由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面计算，故只能估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。
但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。
压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。
1、快进
滑台快进时，液压缸差动连接，由液压原理图可知，进油路上油液通过换向阀12的流量是24.5L/min，然后与液压缸有杆腔回油汇合，以49.95L/min通过换向阀10并进入无杆腔。
因此进油路上的总压降为：
回油路上，液压缸中有杆腔中的油液通过换向阀10的流量都是25.45L/min，然后与液压泵的供油合并，流入无杆腔。
由此可以计算出快进时有杆腔压力P2与无杆腔压力P1只差：
此值小于原估计值0.6MPa，多以是偏安全的。
2、工进
工进时油液在进油路上通过换向阀12的流量为0.94L/min；油液在回油路上通过换向阀10的流量是0.48L/min；在单向调速阀11压力损失为0.5MPa。
因此这是回油腔的压力P2为：
可见此值小于估计值0.6MPa。
故重新计算工进时液压缸进油腔压力P1，即
此值与原数值3.56MPa很接近。
3、快退
快退时，油液在进油路上通过单向调速阀11的流量为24.5L/min，通过换向阀10的流量为24.5L/min；油液在回油路上直接返回油箱。
因此进油路上总压降为：
此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。
回油路上总压降为0MPa;
所以快退时液压缸的最大工作压力Pp应为：
二、油液温升计算
工进在整个工作循环中占主要时间，所以系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。
工进时液压缸的有效功率为：
这时泵的输出功率为：
由此得液压系统发热量为:
所以温升为：
温升没有超出允许范围，液压系统不需要设置冷却装置。
第八章心得体会
这次液压与气压传动课程设计，我的任务是设计一个钻镗专用机床.通过设计使我在设计构思、方案分析、工作情况、元件选择等方面得到了训练,掌握了基本的设计方法，并培养了我初步的结构分析、设计和计算能力。
本次的课程设计是我第一次接触一个完整的液压系统设计.从设计之初的对题目无从下手到通过查询资料，再到对设计过程有初步的了解。
因为这是我第一次设计液压系统，在一开始设计中有不少错误，但是通过不断的改进，最终方案比较完善了，虽然不断反复的修改设计比较枯燥无味，但是我觉得收获还是很多的，通过本次设计我觉得我们的设计功底有了更进一步的提高，为我未来设计更加复杂系统打下了坚实的基础。
第九章设计参考资料
●章宏甲《液压传动》机械工业出版社2006.1
●章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社2005.4
●黎启柏《液压元件手册》冶金工业出版社2002.8
●榆次液压有限公司《榆次液压产品》2002.3
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