液压传动课计说明书.docx

1、液压传动课计说明书 本文由psychicskuld贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 总 目 录 1 课程设计的目的和基本要求 - 1 (1) 课程设计的目的 - 1 (2) 课程设计的基本要求 - 1 2 课程设计的主要内容 - 1 (1) 课程设计题目 - 1 (2) 课程设计要完成的主要内容 - 1 3 液压系统设计方法 - 2 3.1 明确设计依据,进行工况分析 - 2 3.1.1 设计依据 - 2 3.1.2 工况分析 - 2 3.2 确定系统方案,拟定液压系统图 - 4 3.2.1 确定系统方案 - 4 3.2.2 拟定液压系

2、统图 - 6 3.3 液压元件的计算和选择 - 8 执行元件主要参数的计算 - 8 3.3.1 3.3.2 执行元件所需流量 - 11 3.3.3 作出执行元件工况循环图 - 11 3.3.4 3.3.5 3.4 选定油泵和确定电动机功率 - 12 选择控制元件 - 13 - 3.3.6 选择辅助元件 - 14 液压系统验算及质术文件的编制 - 17 (1) 压力损失验算和压力阀的调整压力 - 17 (2) 油箱容量的验算 - 19 (3) 绘制工作图,编制技术文件 - 20 4 课程设计参考题目 - 21 - 液压传动与控制课程设计指导书 1 课程设计的目的和基本要求 (1) 课程设计的目的

3、: 课程设计的目的: 液压传动与控制课程设计是机械设计制造及其自动化专业学生在学完 流体力学与液压传动课程之后进行的一个重要的实践性教学环节.学生通过 本课程设计能够进一步熟悉并掌握液压传动与控制的基本概念, 熟悉液压元件结 构原理,熟悉液压基本回路,掌握液压系统图的阅读方法及基本技能,能够综合 运用本课程及工程力学,机械设计等有关课程的知识设计一般工程设备液压系 统.同时,学生通过本课程设计可在以下几方面得到训练: 正确进行工程运算和使用技术文件,技术资料的能力; 掌握系统方案设计的一般方法; 正确表达设计思想的方法和能力; 综合利用所学知识解决工程实际问题的能力. (2) 课程设计的基本要

4、求: 课程设计的基本要求: 每个设计题目根据难度及工作量大小可由 13 人完成, 由学生自由组合, 课题组每个人都有明确的工作任务; 系统原理草图拟定由专人负责,课题组每个人都必须参与; 每个课题组必须提交一份所设计系统非标液缸设计装配图一张; 每个人必须提交系统设计图一份,课程设计计算说明书一份. 2 课程设计的主要内容 (1)课程设计题目: 课程设计题目: 课程设计题目 老师指定和学生自选两种. 老师指定题目包括各个工程领域的题目 70 多个, 供学生选择;学生自选题目由学生根据自己的兴趣及工程观察提出,由老师对学 生所选题目的合理性,工作量大小及要达到的目标进行把关. (2)课程设计要完

5、成的主要内容: 课程设计要完成的主要内容: 课程设计要完成的主要内容 1).查阅文献,了解并熟悉设计工况; 2).确定执行元件主要参数; 3).拟定系统原理草图; 4).计算选择液压元件; -1- 5).验算系统性能; 6).绘制工作图,编制技术文件; 7).撰写课程设计说明书. 3 液压系统设计方法 液压系统设计方法 液压系统的设计基本包括四个步骤:明确设计依据,进行工况分析;确 定液压系统方案,拟定液压系统图;液压系统的计算和液压元件的选择;液 压系统的验算和绘制工作图,编制技术文件.在设计过程中不一定要严格按照这 些步骤进行,有时可以交替进行,甚至要反复多次.对某些关键性的参数和性能 难

6、以确定时,要先经过试验,才能把设计方案确定下来. 3.1 明确设计依据, 明确设计依据,进行工况分析 3.1.1 设计依据 设计的依据一般有: (1)主机的结构,动作特性和主要技术要求,如运动平稳性,动作精度, 动作联锁,自动化程度和效率等. (2)液压系统的工作环境,如温度及其变化范围,潮湿,振动,冲击,尘 砂,腐蚀或易然等. (3)其它要求,如液压装置的重量,外形尺寸,经济性等. 3.1.2 工况分析 (1)运动分析 工况分析是选定系统方案,液压元件和执行元件功率的依据.分析时,首先 应画出主机的工作循环图,如图 3-1a.然后根据工作循环各阶段中的行程 s 与时 间 t,算出各阶段的速度

7、,并画出速度循环图. (2)动力分析 通过计算或试验,确定工作部件的力或力矩的大小和方向,并分析运动过程 中冲击,振动和过载能力等情况. 对某些设备,若负载变化较复杂,在条件许可时,按工况分析,绘出负载循 环图;为确定液压执行元件的工作压力,拟定液压系统提供可靠的依据,对功率 变化较大的主机,还应作出功率循环图,这样可合理利用液压能源. 1).油缸在各工作阶段外负载的计算 -2- a.启动和加速阶段的外负载 pj 从静止到加速是个过渡过程,启动的时间很短,故以加速过程进行计算,摩 擦力则按静摩擦阻主力计算. Pj=R+Fd+Fa b.恒速阶段的外负载 Ph Ph=R+Fd c.减速制动阶段的外

8、负载 Pji Pji =R+Fd-Fa 式中 Fd导轨摩擦力 导轨摩擦阻力,对平导轨 F=(G+RN) 对 V 形导轨: Fd = G + RN a sin 2 (3-1) (3-2) (3-3) R沿油缸活塞运动方向的工作阻力,与支动反向为正值,同向为负值; (3-4) (3-5) 式中 G移动部件的重量; RN工作阻力垂直于导轨上的正压力; 导轨摩擦系数,启动加速时按静摩擦系数计算,其余按动摩擦系数 计算; V 形导轨的夹角. 工作部件倾斜 角放置时, (G+RN) 将 变为 Gcos +RN) ( 后, 代入式 3-4, 3-5 中. 油缸启动加速或减速制动过程的惯性力 Fa Fa =

9、ma = G V g t (3-6) 式中 g重力加速度; Vt 时间内的速度变化值(m/s) ; t 启动加速度或减速制动的时间(秒) .在机床中进给运动时, t=0.050.2 秒; 根据上述各式计算出各工作阶段的负载,初步给负载(P)-位移(s)或时间 (t)的负载循环图.有时为了方便,也可不画负载循环图,而只算出最大负载 点. 2).油马达带负载时各工作阶段的外负载计算 a.启动和加速的外负载 Mj -3- Mj=Mr+Mf+Ma b.恒速阶段的外负载 Mh Mh=Mr+Mf c.减速制动阶段的外负载 Mji Mji=Mr+Mf-Ma 式中 Mr油马达输出轴工作阻力矩,按外负载方向决定

10、正负值; (3-7) (3-8) (3-9) Mf转动部件支承处的摩擦力矩转换在油马达输出轴上的等效摩擦力 矩,启动时取静摩擦力矩,其余取动摩擦力矩; Ma转动部件在加速,减速时转换在油马达输出轴上等效的惯性力矩. Mf =Gri G转动部件的重量; 摩擦系数,根据轴承型式,可由机械设计手册查得; r转动部件轴颈的半径(m) ; i传动比,升速时,i1;降速时,i1. Ma = J i t J转动部件的转动惯量 J= g重力加速度(ms2) ; GD 2 4g GD2转动部件的飞轮力矩,可由有关手册查得; 角速度的变化量(rad/s) ; t 起动或制动的时间(s) . 3.2 确定系统方案,

11、 确定系统方案,拟定液压系统图 确定液压系统方案,拟定液压系统图,是设计液压系统关键性的一步.系统 方案,首先应满足工况提出的工作要求(运动和动力)和性能要求.其次,拟定 系统图时,还应力求效率高,发热少,简单,可靠,寿合长,造价低. 3.2.1 确定系统方案 通过分析负载循环图, 可初步确定最大负载点, 并根据工况特点和性能要求, 用类比法选用执行元件工作压力.有时主机的工况难以类比时,可按负载的大小 选取.在选用油泵时,应注意所选用油泵的类型和额定压力.由于管路有压力损 失,因此油泵的工作压力应比执行元件的工作压力高.油泵的额定压力应比油泵 的工作压力高 2560%,使泵具有压力储备.压力

12、低的系统,储备量宜取大些, 反之则取小些.初选的执行元件工作压力作为计算执行元件尺寸时的参考压力. -4- 然后,在验算系统压力时,确定油泵的实际工作压力. (1).确定执行元件的类型 执行元件的类型,根据工作部件所需的运动形式,速度,负载的性质和工作 环境参考表 3-1 确定. 表 3-1 执行元件类型 负载 工作, 油 缸 适用工况 , 工作, 运动速度 2;1 时, 时, 用 实 负载 负载力 ,速度 的 性 动运动 ,工作环境 , , 运动速度 在 动 速度 力 压 , , 应用实例 工作 , , ,工 工 , ,工 工作 式 负载 ,行 式 式 式 油 马 达 工作 , 时 , 动.

13、 式 负载力 负载力 , , 速和 力 的 的 , 速 性 , 工作 , , , , 式 速 型 动型 负载力 动 , . 速 , 性 的 式油 的 , , 360 的运动. 油 , , (2).确定 速 确定. 速 和泵 和 形式, 式 泵 泵 型式 的 , 速性 和 性, (3).确定压力 速定 行 压 在用 的 (4).确定 根据系统 工作 动作 压力 速 . 泵 需 压 . 泵 油系统 ,泵 的压力 速系统 用 , 的 泵 载, 油 用 , 工作压力时, 压力 式 环,动作 形式, 的 式 的, 工 力 , -5- . 和 , , 用 动 动 , , 运 . 度的 , 和 作 作 ,

14、式. 用 性 (5).确定 作 动 ,动作 . 行程和速度经常变化时,采用伺服系统. 对一般功率不大,换向平稳性要求较低,动作顺序较严格而变化不多的工况 下,常采用以下三种控制方式: 1).行程控制.靠运动部件移动到预定位置(行程)时,发出控制信号,使液 压元件动作,实现执行元件速度方向的变化. 2).压力控制. 利用油路本身压力的变化控制阀门启闭, 实现各工作部件依次 顺序动作. 如利用压力变化的顺序实现多缸顺序动作, 快进给工进, 低压转增压, 或到达一定力后实现系统卸荷,互锁,安全防护等动作.为了防止压力波引起压 力控制元件误动作,调整压力应比所需动作的压力高 0.50.7 MPa. 3

15、).时间控制. 在动作转换中需要间隔一定时间时, 常采用电气时间继电器或 延时阀的转换,控制时间的间隔.如液压机,压铸机,塑料注射机中保压或冷却 一定时间后,实现动作的转换. 有时,为了主机的某一动作更为可靠(如机床,为了定位和夹紧可靠,要求 定位行程开关发信,而且夹紧后压力继电器也发信,才允许转换动作) ,可采用 行程和压力联合控制的方式. 此外,还可采用其它物理量的变化实现动作的转换.如压铸机中,加热到规 定温度后,通过温度传感器发信,转换下一个顺序动作.有的通过电磁感应,光 电感应等发信,转换下一个顺序动作. 3.2.2 拟定液压系统图 确定液压系统方案后,可选择和设计液压基本回路,并配

16、置辅助性回路或元 件(如滤油器及其回路,压力表及其测压点布置,控制油路或润滑油路等) ,即 可组成液压系统图. 在拟定液压系统图时,应考虑如下几点: (1).避免回路之间相互干扰 同一泵源驱动多个执行元件要求同时动作时, 由于负载不同会使执行元件先 后动作,或者保压油路上,由于其它执行元件的负载变化,使油路压力下降.上 述引起速度或压力干扰的现象必须加以解决. 对速度的同步精度要求不高的场合,可在各进油路上串接节流阀;速度同步 稍有要求时用调速阀.对同步精度有较高要求时,用流量比例阀或分流-集流阀. 出现压力干扰,可采用蓄能器与单向阀,使与其它动作的油路隔开.如果时 间短,可选用泄漏量较小的换

17、向阀,并用单向阀隔断. 对于某一执行元件必须保持一定压力,然后允许其它执行元件动作的回路, 可采用顺序阀,使工作台回转时不会落下. -6- 对于两个以上需快进与工进的执行元件,为了防止快进对工进的干扰,可采 用在高压小流量泵与各换向阀之间都串接一个调速阀, 在低压大流量泵与各换向 阀之间都串接一个单向阀,因此当一个或几个执行元件快进时,其余执行元件可 继续工进.也可采用快进与工进由低压大流量泵与高压小流量泵分别供油. (2).防止液压冲击 液压系统中由于工作部件运动速度变换, 工作负载突变, 常会产生液压冲击, 影响系统的正常工作,故必须采取预防措施,其办法见表 3-2. 表 3-2 工作过程

18、 泵起动 系统中大量高压油突然 释放(在换向时) 冲击原因 带负载起动时压力超调 油的压缩性 防止冲击的措施 泵应在空载下起动 采用节流阀, 使高压油换 向时逐渐降压 用行程节流阀 (单向行程 速度换接过程 惯性 调速阀或双联泵系统) 使 大泵提前卸荷 工进中有速度波动 限压式(或差压式)变量 泵变量反应灵敏度不够 换向阀关闭瞬时由惯性 引起回油路压力剧增 加安全阀 选择换向滑阀机能H, Y, P等, 或回油路加 安全阀 用带阻尼的电液阀代替 电磁阀, 或用节流阀调节 换向速度 加背压阀或加安全阀 冲床,剪床,钻床,挖掘 机等 组合机床 龙门刨床或组合机床 举 例 组合机床系统 液压机烃 液压

19、机, 组合机床的双泵 系统 组合机床 快进或快退到制动 滑阀换向过程中 换向阀关闭时, 管路流量 突变 工作负载突然消失, 引起 前冲现象或冲击性负载 负载突变 (3).力求控制油路可靠 除高压大流量系统采用单独低压油泵供控制油路外, 一般在主油路上直接引 出控制油路. 此时, 引出的控制油应满足液动阀的最低控制压力. 当油泵卸荷时, 为保证液动阀能换向,在回油路上安装背压阀,或在进油路上安装顺序阀.但应 注意, 高压系统中, 采用高压顺序阀, 当高压下开启时间较长时, 由于弹簧疲劳, 滑阀卡紧而不能复位,易产生误动作.同样,电液换向阀由于控制压力较高, 在停留时间较长时,也存在不能复位的问题

20、.因此采用面序阀维持开启压力,引 出的控制油,经减压阀和安全阀限压后,获得较稳定的低压控制油源.但在高压 下工作的可靠性比单独低压泵供油要差些. (4).力求系统简单 在组合基本回路时,力求元件少.如当二个油缸不同时工作而工作速度相同 时,可采用公用阀的回路,即在回油路上并联节流阀下二位二通阀. 应尽量选用标准元件,品种规格要少.只在不得已时,才自行设计元件.在 -7- 连接油管时,尽量要短,接头数量要少. (5).合理分布测压点 管路内油压变化的大小,是反应系统工作状态的主要参数之一.因此,合理 布点,随时了解各段油路的区作状况很重要,要以避免事故发生.一般测压点分 布在下列各处: 1).泵

21、源出口处和执行元件进,出口处; 2).减压阀或增压器输出油路上; 3).压力继电器或要求保压的油路上; 4).顺阀或背压阀前的油路上; 5).滤油器前的油路上; 6).润滑油油路上. (6).尽量使液压传动装置的组合通用化 可采用液压动力源装置(油箱,油泵)与压力阀,滤油器,压力表,温度近 期控制装置和相应的电器控制系统组成的液压柜.液压柜已通用化.在柜内还可 安装液压控制元件的集成块. YG 系列液压柜有四种形式:单泵系统;双泵系统;多泵系统;变量泵系统. 控制元件组合时,需要考虑通用化.它的配制方式有三种,即单元通油板, 集成块和迭合块式.目前,大多数采用标准的板式控制元件组合单元通油板或

22、集 成块组.集盛典块的优点是便于回路通用化,结构布局紧凑,更换或追加元件灵 活性大,设计,制造和维修等工作大为简化.在大流量系统中采用法兰式安装方 式.对于管式控制元件,由于悬空安装,容易造成振动,管路布局繁杂,已不常 应用. 3.3 3.3.1 液压元件的计算和选择 执行元件主要参数的计算 通过负载循环图,初步确定了执行元件的最大外负载和系统的工作压力后, 根据选择的执行元件的类型,密封件的型式和回路的组合情况,计算执行元件的 主要尺寸. (1).油缸主要尺寸的计算 油缸有效面积可按油缸受力的平衡关系式计算: 1).单活塞杆油缸,以无杆腔为工作腔时 p1A1=P+p2A2+Fm 2).单活塞

23、杆油缸,以有杆腔为工作腔时 -8- (3-10) P1A2=P+p2A1+Fm 3).双活塞杆油缸(当 A1=A2=A 时) P1A=P+p2A+Fm 式中 A1无杆腔的有效面积(cm2) ,其中 A1 = ,其中 A2 = A2有杆腔的有效面积(cm2) 塞,活塞杆直径(cm) ; P油缸外负载的最大值; p1工作腔进油路压力; (3-11) (3-10) 4 D 2 ,D 为活塞直径(cm) ; ( D 2 d 2 ) ,D 及 d 分别为活 4 p2回油腔背压力.中,低压系统或轻载的节流调速系统,p2 取 0.20.5 MPa;回油路带背压阀的系统,背压阀的调整压力一般为 0.51.5

24、MPa;带调速 阀或复杂的回油路系统,p20.5 MPa;拉床,龙门刨床,导轨磨床等,p2 取 0.8 1.5 MPa;高压系统,一般 p2 可忽略不计. 密封件引起的摩擦阻力 Fm(当工作压力 p216 MPa 时) Fm = pm A1 (3-13) 式中 pm 克服油缸密封件的摩擦阻力所需空载压力, 启动时按表 3-3 选取, 运动时取 50%值; A1进油工作腔的有效面积(cm2) . 当工作压力 p216 MPa 时 Fm = Pm (3-14) 式中 m 油缸的机械损失率.当启动时, m 按表 3-3 选取,运动时,取 表 3-3 密封圈形式 O,U,X,Y V 表中 50%的值.

25、 m 3 5 m 0.04 Qmin 103 (mL/r) nmin (3-17) 式中 Qmin 油马达的最小稳定流量(L/min) ; nmin 主机要求的最低转速(r/min) . 求得 q 值后,从产品系列规格中取标准值. 3.3.2 执行元件所需流量 通常按执行元件在工作循环中的最大移动速度(或转速)来计算所需流量. (1).油缸的最大流量 Q缸 AVmax ( L/min ) 10 A油缸进油腔的有效工作面积(cm2) ; . Vmax油缸活塞最大移动速度(米/分) Q缸 = (2).油马达的最大流量 Q马 Q马 = 式中 qnmax ( L / min) 1000 (6-19)

26、(3-18) 式中 q油马达的排量(mL/r) ; nmax 油马达的最高转速(mL/r) . 3.3.3 作出执行元件工况循环图 根据计算的执行元件几何尺寸参数和工况循环作出压力循环(p-t) ,流量循 环(Q-t)和功率循环(N-t)图. 分析工况循环图: 1).找出最高压力点和最大流量点, 分析各工作阶段中压力, 流量变化的规律, 选用合适的油泵型号和规格.若难以选定,则需修改执行元件的几何尺寸,然后 - 11 - 选购相应的油泵型号和规格. 2).分析功率变化,找出最大功率点,以便选定电动机的功率. 3).验算各工作阶段所确定参数的合理性. 如在工况范围内, 合理地调整各工 作阶段的时

27、间. 通过以上分析,难算和调整后,可找出驱动功率小,并效率高,工作性能好 和经济合理的方案. 3.3.4 选定油泵和确定电动机功率 (1).计算油泵最高工作压力 p 泵 p泵 p1 = p1 (MPa) 式中 (3-20) p 泵泵的最高工作压力.对定量泵而言,是溢流阀的调整压力值; P1执行元件在稳态工况下的最高工作压力. 对压机, 夹紧机构等工况, 则以行程终点时作为最高工作压力.这时 p 泵p1.如是行程过程, 需考虑油液流动阻力损失; p1进油路上管路沿程和局部阻力损失.初算时,对对节流调速及管 路简单的系统,p1 取 0.20.5 MPa;管路复杂,进油路采用调 速阀的系统,p1 取 0.51.5 MPa. 如需准确计算,应在选定液压元件并绘制管路布置图后进行. (2).确定油泵的最大流量 p 泵 Q泵 K ( Q) max (L / min) 式中 K系统泄漏系数,一般取 1.11.3; (3-21) ( Q) max 执行元件同时工作时系统所需最大流量(L/min) .对动作较 复杂的系统,将同时工作的执行元件作的执行元件作流量循环图的合成,从中求 得图