液压两工位加紧装置的分析与计算【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 液压两工位加紧装置的分析与计算 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： 教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 无锡 太湖学院本科毕业设计 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计 液压 两工位夹紧装置的分析与计算 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 液压两工位夹紧装置的分析与计算 2、专题 二、课题来源及选题依据 课题来源：工厂。选题依据：液压传动在机械设备中的应用非常广泛。有的设备是利用其能传递大的动力，且结构简单、体积小、重量轻的优点，如工程机 械、矿山机械、冶金机械等；有的设备是利用它操纵控制方便，能较容易地实现较复杂工作循环的优点，如各类金属切削机床、轻工机械、运输机械、军工机械、各类装载机等。所以研究液压系统有很好的应用价值和广阔的前景。我国进入世界贸易组织之后，对我国的机械行业是个机遇，更是一个艰难的挑战。因此作为二十一世纪的主人，我们更应该通过作大量的设计制造和广泛地使用各种先进的机器，以便能加快我国国民经济的增长速度，加快我国现代化建设。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 本设计是完成某机床需要对零件进行两工位装夹装置（ 装夹装置买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动摩擦因数 ， ）的设计，拟采用缸筒固定的液压缸驱动夹紧装置，完成工件装夹运动。夹紧装置由液压与电气配合实现的自动循环要求为： 工位夹紧缸夹紧工位夹紧缸松开工位夹紧缸夹紧工位夹紧缸松开。 四、接受任务学生： 机械 91 班 姓名 张佳睿 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2013 年 05 月 25 日买文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是 工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 液压传动凭借与其他传动方式相比较具有独特的技术优势，应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门。 近 30 年来，由于控制技术、微电子技术、计算机技术、传感检测技术及材料科学的发展，极大的推动了液压传动与控制技术的发展，使其成为集传动、控制、计算机、传感检测、机电液为一体化的全新的自动控制技术。 本文根据液压系统的技术指标对数控铣床两工位夹紧装置液压系统进行整体方案设计，对其功能和工作原理进行动力分析和运动分析，初步确定 了系统各回路的基本结构及主要元件，按照所给机构性能参数和液压性能参数进行元件的选择计算，通过对系统性能的验算和发热校核，以满足该铣床所要达到的要求。 关键词： 液压系统；工位夹紧；性能参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is to as to of is by 7th a is a in of a of by 0 to of of it a of of to of NC on s of to of of in to as to 文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 目 录 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 1 压传动的现状及展望 . 1 压传动的优点缺点 . 1 2 液压系统的设计 . 3 术要求 . 3 力分析和运动分析 . 3 工位夹紧缸的负载计算 . 3 压系统主要参数的确定 . 5 统工作压力 1p 的确定 . 5 压执行器主要结构参数的计算 . 6 工位夹紧缸主要结构参数的确定 . 6 工位夹紧缸主要结构参数的确定 . 7 压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率 . 8 3 液压系统原理图的拟定和方案论证 . 10 定基本方案 . 10 路循环方式的分析和选择 . 10 速方案的分析和选择 . 10 压动力源的分析与选择 . 12 压回路的分析、选择与合成 . 12 压原理图的拟定与设计 . 12 4 计算和选择液压元件 . 14 压泵的选择 . 14 压泵站组件的选择 . 14 压泵的计算与选择 . 14 压控制阀的选择 . 16 择依据 . 16 择阀类元件应注意的问题 . 16 压附件的计算和选择 . 17 定管件的尺寸 . 17 定油箱容积 . 19 5 液压系统性能验算 . 20 压系统压力损失验算 . 20 工位夹紧缸的压力损失验算 . 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 算系统效率 . 21 统的 发热和温升 . 22 6 液压动力源装置设计 . 24 压泵站的结构形式 . 24 7 液压装置的总体配置 . 26 压控制阀的块式集成 . 26 成块设计 . 26 8 密封装置的选择 . 28 9 液压系统安装 . 29 压系统安装 . 29 液压系统中安装液压元件时注意事项 . 29 液压系统中安装液压泵时注意事项 . 29 10 结论 . 30 致 谢 . 31 参 考文献 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 压传动的现状及展望 目前，液压传动及控制技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置，也用于机械的模拟加工、转速控制、发动机燃料进给控制，以及车辆动力转向、主动悬挂装置和制动系统，同时也能够扩展到航空航天和海洋作业等领域。当前液压技术正在继续向以下几个方面发展。 1）节能 近年来 ，由于世界能源的紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。 20 世纪 70 年代后期，德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的 。 2）液压与微电子、计算机技术相结合 20 世纪 80 年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接装在液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。 3）提高液压传动的可靠 性 由于有限元法在液压元件设计中的应用，可靠性实验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等，是液压元件的寿命得到提高。由于对飞机、船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计，并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动故障检测仪表等，加强了油液的污染度控制。上述领域内的一些重要成果，使液压系统的可靠性逐年提高。 4）高度集成化 叠加阀、集成块、插装阀的应用以及把各种控制阀集成于液压泵及液压执行元件上形成组合元件，有些还把单片机等集成在其控制机构上，达到了集机、电、液于一体的高度集成化 。 此外，高压、高转速、低噪声组件的研究，高效滤材的研究，环保型工作介质及其相应高压液压组件的研究等也是值得关注的动向。 压传动的优点缺点 工程机械广泛应用的传动方式主要有机械传动、电气传动、气压传动和液压传动。它们各有优缺。 机械传动是发展最早而且应用最普遍的一种传动方式。具有传动准确可靠，操作简单，机构直观易掌握，负荷变化对传动比影响小等优点。但是对自动控制的情况，单纯靠机械传动来完成就显得结构复杂而笨重，而且远距离操纵困难、操作力度大、安装位置变化的自由度小等缺点。 电气传动是通过电来进行传动和控制的，利用交流电机来传动，简单而且价廉，应用最广，也是各种传动的组成部分。但交流电机一般难于进行无级变速，而直流电机虽然可买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 以实现无级变速，但支流电源价格比较昂贵。电气控制，特别是电子计算机控制，具有信号变化方便，远距离操纵容易等独特优点，在自动化程度要求高的场合是必不可少的。 气压传动是以压缩空气为传动介质，可通过调节气量很容易的实现无级变速。同时有传递及变换信号方便、反应快、结构简单、无污染等优点。空气黏度小，故管道压力损失小，流速大，而且可获得高速度。但是气动传动 的致命弱点是空气压缩性大，无法获得均匀而稳定的运动。此外为减少泄漏，提高效率，气动系统的压力不能太高。这使其不能用于大功率场合。 液压传动的优点 : 与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点： 1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达 2000： 1）。 4、可自动实现过载保护。 5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面 可自行润滑，使用寿命长。 6、很容易实现直线运动。 7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。 液压传动的缺点 1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。 2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 4、由于液体介质的泄 露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。 5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术 水平。 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 液压系统的设计 术要求 本设计是完成某机床需要对零件进行两工位装夹装置（装夹装置静动摩擦因数 ) ， 的设计，拟采用缸筒固定的液压缸驱动夹紧装置，完成工件装夹运动。夹紧装置由液压与电气配合实现的自动循环要求为： 工位夹紧缸夹紧工位夹紧缸松开工位夹紧 缸夹紧工位夹紧缸松开。 1 17161514 机床工位夹紧装置的运动参数和动力参数如表 2列。 工况 行程/度 v/m s 时间 t 动部件重力G/N 负载 启动、制动时间 t/s 1 工位加紧缸 夹紧 35 450 5000 松开 1 2 工位加紧缸 夹紧 25 500 2000 开 力分析和运动分析 工位夹紧缸的负载计算 惯性负载 夹紧： t 450/59N 松开： t 450/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 =175N 静摩擦负载 = 2450+0） = 490N 动摩擦负载 = 2450+0） =245N 工位夹紧缸的负载计算 惯性负载 夹紧： t 500/382N 松开： t 500/765 静摩擦负载 = 1500+0） = 300N 动摩擦负载 = 1500+0） =150N 由此得工位夹紧缸和工位夹紧缸在工作的各个阶段所受的负载，由表 2示 表 2工位夹紧缸的外负载计算结果 he of 工况 负载组成 外负载 F/N 启动 490 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 加速 304 夹紧 5245 反向启动 490 加速 420 松开 245 表 2位夹紧缸的外负载计算结果 he of 工况 负载组成 外负载 F/N 启动 300 加速 532 夹紧 2150 工况 负载组成 外负载 F/N 反向启动 300 加速 915 松开 150 压系统主要参数的确定 p 的确定 根据液压执行元件的负载表可以确定系统的最大负载数，在充分考虑系统所需的流量、性能等因素后，可参照表 2者 2择系统的工作压力 表 2负载选择工作压力 to 载 /0 系统压力/ 2主机类型选择系统工作压力 y 机类型 设计压力 /床 精加工机床 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 半精加工机床 3 5 龙门刨床 2 8 拉床 8 10 农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构 10 16 液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械 20 32 地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等 25 100 本设计根据主机类型是数控铣床，初步选择系统压力为 4 为了防止夹紧时发生冲击，液压缸需保持一定回油背压。参考表 2压执行器的背压力取 表 2压执行器的背压力 he of 统类型 背压力 (中低压系统 简单系统和和一般轻栽节流调速系统 油带背压阀 调整压力一般为 油路设流量调节阀的进给系统满载工作时 补油泵的闭 式系统 压系统 初算是可忽略不计 压执行器主要结构参数的计算 工位夹紧缸主要结构参数的确定 本设计将工位夹紧缸的有杆腔作为主工作腔，则有公式： m a （ 2 1） 公式中 421 液压缸无杆腔的有效面积 2m ； 4222 液压缸有杆腔的有效面积 2m ； 液压缸的最大负载力 N ； m 液压缸的机械效率（一般取 设计取 1p 液压缸工作腔压力； 2p 系统的背压，本设计取 当计算液压缸的结构参数时，还需确定活塞杆直径与液压缸内径的关系，以便在计 算出液压缸内径 D 时，利用这一关系获得活塞杆的直径 d。通常是由液压缸的往返速比 确定这一关系，即 1 按这一关系得到的 d 的计算公式入如下表 表 2据往返速度比 计算活塞杆直径 d 的公式 he he d 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 往返速度比 活塞杆直径d 缸的速比 ，可由机械设计手册查得。本设计取 = 则由上表查得 d= 22 得 D= 按 2348取标准值： D=50（ 又 d= d=25（ 取标准值 d=28（ 则液压缸无杆腔实际有效面积为： 421 4 =有杆腔实际有效面积为： 4222 22 =工位夹紧缸主要结构参数 的确定 工位夹紧缸的无杆腔作为主工作腔，则有公式： m a 则有 22 得 D= 按 2348 1980 ,取标准值： D=32（ 又 d= 得 d=16（ 取标准值 d=20（ 则液压缸无杆腔实际有效面积为： 421 4 =2有杆 腔实际有效面积为： 4222 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 22 =2压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率 根据上述假定条件经计算得到 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如下表所示： 表 2工位夹紧缸工作循环个阶段的压力、流量和功率 he of of at 作阶段 计算公式 负载 /N 回油腔压力 2p /作腔压力 1p /入流量 Q 1L 输入功率 /w 启动 2121 12 490 加速 304 夹紧 5245 0.向启动 1221 21 490 加速 420 松开 245 2工位夹紧缸工作循环各个阶段的压力、流量和功率 he of of at 作阶段 计算公式 负载 /N 回油腔压力 2p /作腔压力 1p /入流量 Q 1L 输入功率 /w 启动 1221 11 300 加速 532 夹紧 2150 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 反向启动 2121 22 300 加速 915 松开 150 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 3 液压系统原理图的拟定和方案论证 定基 本方案 液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。本液压系统设计的内容大致为： 1）油路循环方式的分析与选择； 2）调速方案的分析和选择； 3）液压动力源的分析与选择； 4）液压回路的分析、选择与合成； 5）液压系统原理图的拟订。 路循环方式的分析和选择 液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种，他们各自的特点及相互比较见下 表 表 3式系统和闭式系统的比较 液循 环方式 开式 闭式 散热 条件 较方便，但是油箱较大 较复杂，需要用辅泵来换油冷却 抗污 染性 较差，但可采用压力油 箱或者油箱呼吸器来改善 较好，但是油液过滤要求较高 系统 效率 管路压力损失较大，用节 流调速时效率低 管路腰里损失较小，容积调速时效率较高 限速 制动 形式 用平衡阀进行能耗限速， 用制动阀进行能耗制动， 引起油液发热 液压泵由电动机拖动时，限速及制动 过程中拖动电能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速和再生制动 其他 对泵的自吸性能要求高 对主泵的自吸性能要求低 油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡是有较大空间可以存放油箱而且不需要另设散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或者容积节流调速的系统，均宜采用开式系统。在本设计中，油泵向两个液压执行元件供油而且功率较小，整个系统的结构也比较简单，所以本设计采用开式系统。 速方案的分析和选 择 调速方案对主机的性能起到决定性的作用。 相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合 容积节流调速。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容 积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易 混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 表 3种调速方式的性能比较 要 性能 节流调速 容积调速回路 容积节流调速回路 简式节流调速系统 带压力补偿阀的节流调速系统 变量泵 定量马达 流量适应 功率适应 进油节流及回油节流 旁路节流 调速阀在进油路 调速阀在旁油 路及溢流节流调速回路 负载 速度刚度 差 很差 好 较好 好 特性 承载能力 好 较差 好 较好 好 调速范围 大 小 大 较大 大 功率特性 效率 低 较低 低 较低 最高 较高 高 发热 大 较大 大 较大 最小 较小 小 成本 低 较低 高 最高 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 适用范围 小功率 轻载或者低速的中 低压系统及工程机械非经常性调速的场合 大功率高速中高压系统 负载变化小，速度刚度要大的中小功率，中压系统 负载变化大速度刚度较大的中高压系统 考虑到系统本身的性能要求和一些使用要求以及负载特性 ，本设计决定采用节流调速。 压动力源的分析与选择 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量 较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 本设计采用节流调速，所以使用定量泵供油。 压回路的分析、选择与合成 1）选择系统一般都必须设置的基本回路，包括调压回路、向回路、卸荷回路及安全回路等。 2）根据系统的负载特性和特殊要 求选择基本回路，在本系统中考虑到安全的要求，设置了背压回路，同时由于是两个执行元件先后动作，且没有顺序联动关系，所以设置了互不干扰回路。 3）合成系统 选定液压基本回路之后，配以辅助性回路，如控制油路，润滑油路、测压油路等，可以组成一个完整的液压系统。 在合成液压系统时要注意以下几点：防止油路间可能存在的相互干扰；系统应力求简单，并将作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系统要安全可靠，力求控制油路可靠；组成系统的元件要尽量少，并应尽量采用标准元件；组成系统时还要考虑节省能源，提高效 率减少发热，防止液压冲击；测压点分布合理等。 压原理图的拟定与设计 根据上述分析，可以拟定整个液压系统的原理图如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 1油箱 2空气滤清器 3液位计 4吸油过滤器 5液压泵 6单向阀 7压力表开关 8压力表 9通道体 10叠加式溢流阀 11叠加式减压阀 12叠加式双单向节流阀 13电磁换向阀 14叠加式双液控单向阀 15压力继电器 16电动机 图 3压系统的原理图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 4 计算和选择液压元件 液压元件的计算是指计算元件在工作中承受的压力和流量，以便选择零件的规格和型号，此外还要计算原动机的功率和油箱的容量。选择元件时应尽量选择标准件。 压泵的选择 压泵站组件的选择 液压泵站一般由液压泵组、油箱组件、过滤器组件和蓄能器组件等组成。根据系统的实际需要，本设计选择液压泵组、油箱组件、过滤器组件。液压泵组由液压泵，原动机，连轴器及管路附件等组成。油箱组件由油箱面板， 空气滤清器，液位显示计等组成。过滤器组将是保持工作介质清洁度必备的组将，可根据系统对介质清洁度的不同要求设置不同等级的粗过滤器，精过滤器等。 压泵的计算与选择 液压泵的最大工作压力： p p （ 4 1） 其中 液压执行元件最大工作压力； p 液压泵出口大执行元件入口之间所有的沿程压力损失和局部压力损失之和。初算时按经验数据选取：管路简单，管中流速不大时，取 p 路复杂而且管中流速较大或者有调速元件时 ，取 p 由上述选取 p 后带入公式（ 4算得： p 选择泵的额定压力时应考虑到动态过程和制造质量等因素，要使液压泵有一定的压力储备。一般泵的额定工作压力应比上述最大工作压力高 20 60，所有最后算得的液压泵的额定压力应为： 1+ 4液压泵的总效率 he of 压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 压泵的流量 下式计算 K q （ 4 2） 式中 K 考虑系统泄漏和溢流阀保持最小溢流量的系数，一般取 K q 同时工作的执行元件的最大总流量（ 3= 本设计取泄漏系数为 以： 液压元件产品样本查得 轮泵满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的买文档就送您 纸全套， Q 号交