液压课程设计.docx
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液压课程设计
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目录
一、课程设计要求-----------------------------------------------（3）
二、设计计算、元件选择及验算-------------------------------------（4）
1、运动分析-----------------------------------------------（4）
2、负载分析-------------------------------------------------（5）
3、负载图与速度图的绘制-------------------------------------（6）
4、液压缸主要参数的确定-------------------------------------（7）
5、液压系统图的拟定---------------------------------------（9）
6、液压元件的选择-------------------------------------------（10）
7、液压系统的性能验算-----------------------------------（11）
三、液压缸装配图------------------------------------------------（12）
四，各类阀及其元件---------------------------------------------（13-15）
五、液压集成块及装配图---------------------------------------（16-17）
六、个人设计小结-----------------------------------------------（18）
七、参考资料----------------------------------------------------（18）
一、设计要求
1、以小组为单位（每小组5人）按进度完成全部设计任务，设计思想，技术路线正确，计算，说明完整。
2、 设计步骤
（1）明确设计要求
（2）分析油缸在往复运动过程中负载、运动速度的变化，画出系统工况图
（3）确定执行元件的主要参数：
根据最大负载确定系统的工作压力，油缸的面积，活塞及活塞杆的直径等，画出执行元件工况图
（4）确定液压系统方案及拟订液压系统原理图
（5）选择液压元件：
包括液压泵、控制阀、油管（软管、硬管）、油箱的容量等
（6）验算液压系统性能
（7）液压集成块设计
（8）绘制工作图和编制技术文件
3、设计计算说明书（技术文件）要求
设计计算说明书采用A4纸，5号字体，单倍行距，不少于15页。
内容包括：
（1）设计要求
（2）设计计算、元件选择、验算等
（3）液压系统原理图一张
按机械制图装配图要求绘制，标出元件的序号，列出所有元件的明细表，画出工作循环图，电磁铁动作顺序表。
（4）液压缸的装配图
（5）非标零件的零件图
（6）液压集成块零件图
（7）液压集成块装配图
（8）相关的电气控制原理图
（9）设计总结
（10）参考文献
二、设计计算
题目：
设计一台铣床专用机床，要求液压系统完成的工作循环是：
工作台快进—>工作台工进—>工作台快退—>工作台停止。
运动部件的重力为25000N，快进，快退速度为5m/min,工进速度为100-1200mm/min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为18000N，采用平面导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。
1、运动分析
图（1-1）
工作循环如上图所示，为快进→工进→快退→原位停止。
完成一次工作循环的速度—位移曲线如下图所示：
（图2-2）
2、负载分析
注：
设计的缸体为单出杆液压缸，而且是横向放置。
工作负载为最大切削阻力Ft=18000N
快进和快退速度都取v=5m/min，进给速度为1200
，摩擦表面的正压力为G=W=25000N
1、工作负载
工进时：
Fl=18000N其他时间为：
Fl=0N
2、摩擦负载
由已知静磨擦系数
;动磨擦系数
可得静摩擦负载Ffs=0.2*25000=5000N
动摩擦负载Ffd=0.1*25000=2500N
.3、惯性负载
加速
Fa1=G△v/g△t=25000*5/（60*9.81*0.5）=424.7N
减速
Fa2=G△v/g△t=25000*[5/60-1200/（60*1000）]/（9.81*0.2）=322.8N
制动
Fa3=G△v/g△t=（25000*1200）/（9.81*0.2*1000*60）=101.9N
反向加速
Fa4=G△v/g△t=（2500*5）/（9.81*0.2*60）=424.7N
反向制动
Fa5=Fa4=424.7N
4.根据以上计算，制作液压缸各阶段中的负载表（
）。
（表2-1）
工况
计算公式
总负载F/N
缸推力F/N
启动
F=Ffs
5000
5494.5
加速
F=Ffd+Fa1
2924.7
3214.
快进
F=Ffd
2500
2747.3
减速
F=Ffd-Fa2
2177.2
2392.5
工进
F=Ffd+Fl
20500
22527.5
制动
F=Ffd-Fa3
2398.1
2635.3
反向加速
F=Ffd+Fa4
2924.7
3214
快退
F=Ffd
2500
2747.3
反向制动
F=Ffd－Fa5
2075.3
2280.5
3：
绘制负载图和速度图
4、液压缸主要参数的确定
1、初选液压缸的工作压力
根据分析此设备的负载不大，所以初选液压缸的工作压力为3.5MPa
2、计算液压缸尺寸
A=F/P=22527.5/3500000=64.36/10000m²
D=（4A/π）½=（4*64.36*100/3.14159）½=89.52mm
按标准取：
D=90mm
因为快进，快退速度相同，所以：
d=63.3mm
按标准取d=63mm
则液压缸的有效作用面积为：
无杆腔面积：
A1=πD²/4=9²cm²π/4=63.585cm²
有杆腔面积：
A2=π（D²－d²）/4=（9²-6.3²）cm²π/4=32.43cm²
3、活塞杆稳定性校核
根据液压缸一端支承一端铰接取末端系数Ψ2=2，活塞杆材料用普通碳钢则：
材料强度实验值f=4.9*10⒏pa。
系数α=1/5000，柔性系数Ψ1=85，γk=d/4=15.75，因为l/γk=64<Ψ1*Ψ2=85*1.414=120。
所以有其临界载荷Fk：
Fk=fA/[1+α﹙l/rk﹚²/Ψ2]=1440260N。
当取安全系数nk=4时
Fk/nk=1440260N/4=360065N>22527.5N。
所以，满足稳定性条件。
4、求液压缸的最大流量
q快进=A1*V快进=63.585*0.01*50=31.2925L\min
q工进=A1*V工进=63.585*0.01*12=7.63L/min
q快退=A2*V快退=32.43*0.01*50=16.215L/min
5.绘制工况图
工作循环中各个工作阶段的液压缸压力、流量和功率如表所示
工况
压力p/Mpa
流量q/（L/min）
功率P/W
快进
0.39
31.79
208.33
工进
3.22
7.63
410
快退
0.55
16.215
208.33
5：
液压系统原理图拟定
液压系统原理图的拟定，主要考虑以下几个方面的问题
（1）、供油方式从工况图分析可知，该系统在快进和快退时所需流量较大，在工进时所需流量较小，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用双联叶片泵作为油源
（2）、调速回路由工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，而且系统功率较小，工作负载变化较大，所以采用换向调速回路。
（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
采用由行程开关发讯控制
具体原理图如下：
电磁铁动作顺序表
6、液压元件的选择
（1）确定液压泵型号与电机功率：
液压缸在工作循环中最大工作压力为3.22MPa
取压力损失为ΣΔp=0.4MPa
液压泵的工作压力为：
Pp=P+ΣΔp=3.62MPa
两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为31.79L/min，若回路中的泄露按液压缸输入流量的10%估算，则两个泵的总流量应为
=1.1
31.79=34.97L/min。
由于溢流阀的最小稳定流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流量为7.63L/min，所以小流量泵的流量规格最小应为10.63L/min。
根据以上功率和流量，经机械设计手册查得，选用YB-16/25型的双联叶片泵。
其额定压力为6.3Mpa，转速960，容积效率为0.92，总效率为0.85。
所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量（当电机转速为960r/min）
=（16+25）*960*0.92
=36.2L/min求出：
Pp=Pp*qp/
=3.62*106*36.2
/（60*0.85）=2.27KW
查表:
选出电机为Y100L2-4
功率为3kw
转速为1430r/min查《机械设计手册第四版第五卷》P22-52
2阀类元件、辅助元件
序号
名称
型号及规格
1
滤油器
11.47
2
双联叶片泵
36.2
YB-16/25
3
单向阀
36.2
S15A02/
4
三位四通电磁换向阀
36.2
4WE6E50-50/BW110RN
5
二位两通电磁换向阀
36.2
WE6A5*/AW220-50Z4
6
溢流阀
63
Y1-63B
7
节流阀
7.8
DRVP8S3-10
8
电动机
Y100L2-4
1油管
出油口采用通径10mm，外径14mm的紫铜管。
《液压元件手册》表6-4-1P510
2油箱
油箱的容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=（5-7）
，即V=6
=6*36.2=217.2L。
根据参考书《液压元件手册》表6-5-2，选取型号YWZ-250T,V=250L。
7：
液压系统的性能验算
1压力损失及调定压力的确定
根据计算工进时管道内的油液流动速度约为0.2m/s，通过的流量为7.63L/min，数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降，此时功率损失最大；而在快进，快退时系统工作压力很低，所以不必验算。
因而必须以工进为依据来计算卸荷阀的调定压力，由于供油流量的变化，其快退时液压缸的速度为：
V1=Qp/A1=37.72
/63.585×10-4*60=99mm/s。
此时油液在进油管中的流速为：
v=Qp/A=37.72
/（10²*60π/4）=3.3m/s。
（1）沿程压力损失
首先要判断管中的流态，设采用N32液压油，室温为20℃时，γ=0.0001m²/s，所以有Re=v*d/γ=（3.3*19*10-3）/（0.1*10-3）=627<2320管中为层流，则阻力损失关系系数λ=75/Re=0.12,若取进出口油管长度约为2m,油液的密度ρ=890kg/m3则其进油路上的沿程压力损失为
Pλ1=λ
*v2=0.12*（2/19*10-3）*（890/2）*3.32=0.061Mpa
⑵局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,前者视管道具体结构而定,一般取沿层压力损失的10﹪;而后者则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失为qn和⊿pn,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失⊿pv为:
⊿pv=⊿pn*（q/qn）²
因为GE系列10mm通径的阀的额定流量为63l/min,叠加阀10mm通径系列的额定流量为42l/min，而在本题中通过每个阀的最大流量仅为36.2l/min，所以，通过整个阀的压力损失很小可忽略不计。
同理，工进时回油路上的流量
q2=A2*q1/A1=（32.43*36.21）/63.585=18.47L/min
则回油路油管上的流速
v=qp/A=（18.47*10-3）/（60*0.25π*192*10-6）=1.09m/s
由此可得Re=v*d/γ=（1.09*19*10-3）/（0.1*10-3）=207.1（层流）λ=75/Re=0.362,所以回油路上沿程压力损失为
Pλ=λ
*v2=0.362*（2/19*10-3）*（890/2）*1.092=0.020Mpa
⑶总压力损失
∑
P=
P1+（A2/A1）*
P2=（0.061+0.061）+（32.43/63.585）*（0.020+0.0020）
=0.143Mpa
原设∑
P=0.4Mpa，这与计算结果有差异,应用计算出的结果来确定系统中压力阀的调定值.
⑷压力阀的调定值
双级叶片泵系统中卸荷阀的调定值应该满足快进的要求，保证泵同时向系统供油，因而卸荷阀的调定值略大于快进时泵的供油压力。
Pp=F/A1+∑
P=3.22+0.143=3.363Mpa
所以卸荷阀的调定压力应取3.4Mpa为宜。
溢流阀的调定压力大于卸荷阀压力0.3—0.5Mpa,所以取溢流阀调定压力为3.8Mp
2系统的发热与温升
根据以上的计算可知，在快进时电机的输入功率为：
Pp=Pp*qp/
p=（3.4*106*36.21*10-3）/（60*0.85）=2414w
工进时电机输出功率为
Pp1=Pp1*q2p/
p=（3.8*106*36.21/2*10-3）/（60*0.85）=1349w
而快进时有效功率
P1=（0.39*106*36.21*10-3）/（60）=235w
工进时有效功率
P2=40.95w
所以快进时的功率损失为2414-1349=1065w，而工进时的功率损失194.05w,比较大的
值1349来校核其热平衡,求出温升:
设油箱得三边长在1:
1:
1-1:
2:
3范围内，则散热面积为
A=0.065
=0.065*（250²）1/3=2.58m
假设通风良好,取h=15*0.001KW/（m²*℃）,所以油液的温升为:
△t=H/（hA）=1.349/（15*10-3*2.58）=34.8℃
室温为20℃,热平衡温度为54.8℃<65℃,没有超出允许范围.
三、液压缸的装配图
四、各类阀零件图及其它元件
双联叶片泵
电动机
3位4通电磁换向阀（E型）
溢流阀
两位两通电磁换向阀
节流阀
五、液压集成块及装配图
集成块
管道
装配图
六．设计小结
经过这次液压课程设计，我学到了很多，了解了要设计一个液压设备的基本过程和一些基础知识，明白了应该怎么做？
如何做？
过程怎么样？
这次课程设计也使我更加体会到液压传动的知识。
通过自己动手实践，对已经学习到的知识再一次进行复习和巩固。
一开始觉得这有点太简单了，但等具体动手做了之后事实证明之前的想法是完全错误的，它不仅要求计算还要画图并且兼带查表等各项工作有时先查表再计算有时要反过来，所以一旦一步走错那么就意味着下一步肯定错了。
这方面要求很高，既考验耐心又考验细心，同时还要有信心，还好在同学的帮助下让我所困惑的问题都顺利解决了。
液压课程设计还是对所学知识的一次具体的应用和实践，这对于增强所学识、方法的实际应用能力很有帮助。
通过这次课程设计，使我对于实际生活中的设计过程有了一个更加形象，生动和鲜明的了解和体会。
在这个过程中锻炼了我解决实际问题的能力，同时又锻炼了我应用和查阅资料进行设计的能力。
我们参考了许多资料，通过指导老师给予的一些资料，让我们的视角伸向了书本之外，而在找寻部件型号的同时，我们对过去不足的地方进行了弥补。
在CAD、Pro/E等设计软件的使用上，我们共同学习，能掌握的同学帮助还未学习过的同学一起进行设计，并使一些为学习过软件的同学知晓了许多软件知识，而在设计的计算过程中，我们虽然有的步骤发生了点错误，但通过一个小组同学的检查，我们不断的改正了错误，并熟悉的知晓了计算过程。
就在我们大家的共同努力下终于完成了这次的课程设计，通过这次实践也让我对液压系统有了一个比较具体的概念。
这些都为我以后的工作打下基础。
所以我认为课程设计对我们的帮助很大，既让我们把所学知识运用了，又让我们对实际生产实践中的知识。
这对我们今后的学习和工作都有很大帮助。
七、参考文献
1．《液压与气压传动》教材左健民机械工业出版社2005.5
2．《机械零件设计手册》（液压与气动部分）冶金出版社
3.《组合机床设计》PDF版（液压传动部分）机械出版社
4.《液压系统设计简明手册》杨培元机械工业出版社
5.《液压元件手册》黎启柏冶金/机械工业出版社
6.《液压工程手册》机械工业出版社
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