垂直孔和水平孔专用组合机床液压系统设计【含5张CAD图纸、说明书】
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含5张CAD图纸、说明书
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液压传动课程设计说明书 说明书题目：垂直孔和水平孔专用组合机床液压系统设计院校： 班级： 姓名：指导老师： 2013年1月3日目录一、 前言2二、液压系统设计的题目和要求2三、 液压系统参数的确定及液压缸工况图的绘制31、立置动力滑台负载计算与工况图绘制42、卧置动力滑台负载计算与工况图绘制53、液压缸参数计算6四、液压系统图的拟定121、液压基本回路的选择122、液压系统图的绘制13五、液压元、辅件的选择14六、液压系统的验算17七、结论26液压传动课程设计说明书一、 前言液压传动课程设计是在学习了“液压传动”有关课程及其他相关课程后进行的、旨在培养我们液压系统设计能力的一门重要课程。要求我们能够独立地运用所学到的许多基本理论、基本技术和生产实际的知识，具有综合分析问题、解决问题的能力。通过本门课程的学习，需要我们达到以下目的：1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。二、液压传动课程设计的题目和要求设计一台加工垂直孔（有数个圆柱孔和圆锥孔）和水平孔（不通孔）的专用组合机床的液压系统，主机的工况要求：工作性能和动作循环立置动力滑台所加工的孔，光洁度和尺寸精度要求较高，换向精度要求也较高，故在滑台行程终点加死挡块停留。为了满足扩锥孔的进给量要求而设计第次慢速工进。其动作循环为快进第工进第工进死档块停留快退原位停止。卧置式动力滑台的动作循环为快进工进死档块停留快退原位停止。运动和动力参数如下表所示立置滑台宽为320mm，采用平导轨。卧置滑台宽为200毫米，采用平面和V型（=90）导轨组合方式，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦时fd=0.1。自动化程度采用液压与电气配合，实现工作循环。为了提高生产效率，要求二滑台同时实现工作循环，但要防止相互干扰。滑台名称切削力F（N）移动件重FG（N）速度（m/min）行程 S （mm）启动制动时间t工进工进快速工进工进快进1工进工进快退立置滑台120007400250004.50.0450.0262073582500.2卧置滑台2500320060.025162402020.1三、 液压系统参数的确定及液压缸工况图的绘制（一）、立置动力滑台负载计算与工况图绘制采用液压方式平衡防止运动部件因自重下滑，且在立置情况下导轨和滑轮副的摩擦力较小，故在此处忽略不计，由于第工进的速度很低，故不考虑制动过程的惯性力。表一立置液压缸外负载分析计算工况计算公式计算计算结果启动加速快进0第工进第工进反向启动快退制动图1速度循环图图2 外负载循环图（二）、卧置动力滑台负载计算与工况图绘制1、导轨摩擦阻力(1)在工进和快进以及启动加速阶段时，动摩擦阻力的计算公式为：（2）启动时，导轨受静摩擦阻力作用，其计算公式为：（3）惯性力的计算公式为：（4）工进时的切削力为,故令工作负载（5）液压缸密封摩擦阻力 取液压缸机械效率，则静密封摩擦阻力为，恒速时的动密封摩擦阻力估取为静密封摩擦阻力的30%，即表2卧置液压缸外负载计算工况计算公式计算结果快进启动1022N加速恒速工进快退启动1022N加速恒速2、工况图绘制图3速度循环图图4 外负载循环图（三）、液压缸参数计算1、立置液压缸（1）参数计算考虑到对机床加工精度要求较高，故设计的机床为精加工机床，按照负载选择液压缸的工作压力，预设系统压力，在快进时采用差动联接，取d=0.4D。液压缸下行时，滑块自重采用液压方式平衡，同时为使运动平稳，液压系统采用调速阀式回油节流调速，因此根据相关设计手册，取工进时背向压力为 ，快进时为。液压缸内径（活塞直径）按GB/T23481993，将液压缸内径取为标准值故 ,从而可以算出液压缸无杆腔和有杆腔的实际有效面积为差动连接快进时，液压缸有杆腔压力p2必须大于无杆腔压力p1,其差值p=0.3MPa,并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时p=0；同时取快退时的回油压力损失为0.2MPa.故根据上述条件计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量功率（表3），并编制工况图。表3立置液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率工作阶段计算公式负载F/N工作腔压力p1/MPa回油压力p2/MPa输入流量qx10-3(m3/s)输入功率P/W快进启动9562.11恒速01.571.870.147230.8工进1120001.760.80.92x10-216.19工进274001.340.80.57x10-27.65快退启动259562.79恒速250002.930.20.772256制动240442.59（2）验算液压缸尺寸 立置液压缸在II工进的时候速度最小为0.028m/mim=2.8cm/min,故按对液压缸结构尺寸进行检验，取调速阀的最小稳定流量qmin=70ml/mimn，算得，故活塞面积满足最低稳定速度的要求。（2）工况图绘制图5 立置液压缸工况图2水平液压缸（1）参数计算 根据负载初步选择液压缸的工作压力p1=1MPa,快进时采用差动连接，故取，也就是。为使运动平稳，液压系统采用调速阀式回油节流调速。根据设计手册，取工进是背压力为0.5MPa,快进时为0.3MPa，液压缸的机械效率，则可以计算液压缸无杆腔的有效面积所以液压缸的直径为按照GB/T2348-1993，将液压缸内径圆整为D=80mm.所以，查表圆整取d=60mm.故液压缸的实际有效面积是（2）验算液压缸尺寸 按照公式进行检验，将调速阀的最小稳定流量qmin=50ml/min，以及vmin=0.025m/min，求得，故活塞面积满足最低稳定速度的要求。（3）工况图的绘制差动连接快进时，液压缸有杆腔压力p2必须大于无杆腔压力p1,其差值估取p=0.3MPa，并且注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时p=0；另外，取快退时的回油压力损失为0.2MPa。故根据上述条件计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量功率（表4），并编制工况图。 表4 卧置液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率工作阶段计算公式负载F/N工作腔压力p1/MPa回油腔压力p2/MPa输入流量q1(10-3m3/s)负载功率P1/W快进启动10220.402加速7870.6980.998恒速4610.570.870.283161工进29610.870.52.09x10-31.83快退启动10220.516 加速7870.850.2恒速4610.690.20.22152图6 水平液压缸工况图四、液压系统图的拟定（一）、液压基本回路的选择1、调速方案由工况要求所知，执行元件采用油缸实现往复运动：组合机床进给时的功率较小，同时为了增加进给运动的平稳性，因此采用回油路节流调速方案；此外，为保证切削过程速度稳定，选用调速阀调速。2、换向及速度换接方式本机床的动力滑台在调整时，需停在任意位置上，故采用三位五通换向阀进行换向。当动力滑台由差动快进换接为工进时，与调速阀并联的二为二通电磁阀关闭，泵压升高，使液控顺序阀逐渐打开，使差动油路断开，油缸回油经调速阀，三位五通电磁阀和液控顺序阀流回油箱。这样可使速度换接平稳。采用回路见图7，图8。3、泵源的选择此液压系统的工况特点是快进及快退时低压大流量，时间短；工进是中压小流量，时间长。目前多数采用双联定量叶片泵（图9a，b）或限压式变量叶片泵（图9c），仅在功率较小时，才用定量泵（图10d）。为了减少功率损失，可选用限压式变量叶片泵，快速时全流量供油，工进时限压变量，与油缸所需流量相适应。图8 立置液压缸回路图7 卧置滑台液压缸回路 图9 泵源的选择4、液压系统的组合立置与卧置滑台的负载不同，速度要求也不同，要保证同时动作，又不相互干扰，两回路组合时，在各自进油油路上串接一个节流阀，变量泵的调节流量应大于两个动力滑台同时快进时通过两个节流阀的流量。测压点布置在泵源出口和节流阀后，便于调整油泵和液控顺序阀的压力。本机床液压系统，过滤精度要求不高，故在泵进口处安装网式滤油器即可。（二）液压回路图的绘制根据上述所选回路液压系统，并绘制液压系统图（如图10）。图中附有油缸的工作循环图和电磁铁动作表。工 况4DT5DT6DT7DT快 进 + - + +工进 + - - +工进 + - - -停 留 + - - -快 退 - + + +原 位 - - - +工 况1DT2DT3DT快 进 + -+X工 进 + - -停 留 + - -快 退 - + +原 位 - - - 立置滑台电磁阀动作循环图 水平液压缸电磁阀动作循环图图10液压系统图五、液压元、辅件的计算和选择（一）确定液压泵规格和电动机功率1、根据液压泵工作压力的计算 根据公式，液压泵的工作压力应为： 其中是执行元件的最大工作压力；是进油路上的压力损失，由于立置液压缸的工作压力远大于水平液压缸，故以立置液压缸的工作压力为系统压力的计算标准。其值在表3中查到。根据经验，快进时取，工进时，快退时取。则液压泵各阶段的工作压力为： 快进时： I工进时： II工进时： 快退时：2、液压泵流量的计算 根据公式，液压泵的流量应为：取回路泄露系数K=1.1，根据表3,表4，则有根据计算结果，查阅产品目录，选用YBX-50N-JB型限压式变量叶片泵。其额定压力Pn=6.3MPa,额定排量为60mL/r,满足所设计系统的要求。4、液压泵电动机功率的确定根据公式，限压式变量叶片泵的电动机功率应为：由表3，表4可知，立置液压缸在快退时的功率最大，为2256W，水平液压缸在快进时的功率最大，为161W，分别按照该阶段的液压泵所需驱动功率选择电动机。对于立置液压缸，泵的工作压力Pp1=2.93+0.2=3.13MPa,流量为Qp1=0.77x10-3m3/s,而对于水平液压缸,Pp2=0.87MPa,Qp2=0.283x10-3m3/s.取液压泵的总效率，故所需的驱动功率为查电动机产品目录，选用YB2-132S-4型，其额定功率为5.5KW，额定转速为1440r/min。（二）控制阀的选择 根据回路中最高压力和最大流量来选择控制阀，吸油口的滤油器的流量规格应比泵的流量大一倍左右。各阀的规格见表5表5 各元件规格序号元件名称通过阀的实际最大流量L/min选用规格（Qxp）1限压式变量叶片泵69.5L/minYBX-50N-JB 69.5x6.32三位五通电磁阀46.2L/min25D-63 63x6.33三位五通电磁阀23.3L/min35E1-25 25x6.34二位二通电磁阀46.2L/min25D-63 63x6.35二位二通电磁阀23.3L/min35E1-25 25x6.36单向阀46.2L/minI-63 63x6.37单向阀23.3L/minI-25 25x6.38调速阀 46.2L/minQI-63 63x6.39减压阀 23.3L/minJ25 25x6.310溢流阀 46.2L/minY-63 63x6.311溢流阀 23.3L/minY-25 25x6.312线隙式滤油器 69.5L/minT13压力表 Y-60(0300)(三)、管道尺寸 根据公式可以粗略计算出管道内径其中Q为通过该管的最大流量，v为通过该管允许的流速，取v=1m/s，则，故取d=32mm.（四）、邮箱容量 按经验公式计算查表选用YZ系列630升的液压泵站。六、液压系统的验算（一）静态特性的验算1、回路中的压力损失设进油管、回油管的长度均为2m，运动粘度即，油液的密度=0.9174103/m3,各元件的额定压力损失查表可知，三位五通电磁阀为0.1MPa，二位二通电磁阀为0.1MPa,单向阀为0.2，溢流阀为0.2MPa，调速阀为0.5MPa。立置液压缸各阶段进油路、回油路的流量和速度见表6，水平液压计算情况类似，此处不做验算。表6立置液压缸各阶段流量和速度快进工进快退12进油路流量55回油路流量运动速度4.9（1） 快进时的回路压力损失 进油路压力损失a、 判断流态：Re= 属于层流b、管路沿程损失根据公式，进油管的沿程损失为：c、管路局部损失在未确定出管道结构的情况下，进油管的局部损失按下面的公式计算 d、阀类局部损失 进油路通过调速阀和三位五通电磁阀，故根据公式可计算e、进油路总的压力损失为：=0.013+0.0013+0.09=0.104MPa. 回油路压力损失a、判断流态：Re= 属于层流b、管路沿程损失根据公式，回油管的沿程损失为：c、管路局部损失在未确定出管道结构的情况下，回油管的局部损失按下面的公式计算 d、阀类局部损失回油路通过单向阀和二位二通电磁阀，故根据公式可计算回油路总的压力损失为：=0.011+0.0011+0.045=0.057MPa. 快进时总的压力损失计算总的压力损失时必须把回油路的压力损失折算到进油路上，即=+=0.104+0.057=0.152MPa.（2）I工进时的回路压力损失工进时进入液压缸的流量较小，故一定属于层流。进油路压力损失a、沿程损失b、管道局部损失c、阀类局部损失d、总的压力损失=（1.26+0.13+1.79）=1.95MPa回油路压力损失a、从以上计算进油路通过管道的压力损失都很小，回油路通过的流量更少，其压力更少，可忽略不计。b、通过阀的压力损失=+=3.18工进时总的压力损失= +=+=5.56（3）II工进时的回路压力损失工进时进入液压缸的流量较小，故一定属于层流。进油路压力损失a、沿程损失b、管道局部损失c、阀类局部损失回油路压力损失a、从以上计算进油路通过管道的压力损失都很小，回油路通过的流量更少，其压力更少，可忽略不计。b、通过阀的压力损失=(0.78+0.078+1.31)=2.17工进时总的压力损失= +=+=7.67(4) 快退时的回路压力损失进油路压力损失b、 判断流态：Re= 属于层流b、管路沿程损失根据公式，进油管的沿程损失为：c、管路局部损失在未确定出管道结构的情况下，进油管的局部损失按下面的公式计算 d、阀类局部损失 进油路通过调速阀和两个二位二通电磁阀，故根据公式可计算e、进油路总的压力损失为：=0.011+0.0011+0.4555=0.4676MPa.回油路压力损失a、判断流态：Re= 属于层流b、管路沿程损失根据公式，回油管的沿程损失为：c、管路局部损失在未确定出管道结构的情况下，回油管的局部损失按下面的公式计算 d、阀类局部损失回油路通过单向阀，故根据公式可计算回油路总的压力损失为：=+=0.0387MPa. 快进时总的压力损失计算总的压力损失时必须把回油路的压力损失折算到进油路上，即=+=0.4676+0.0359=0.51MPa.2、液压泵的工作压力 由于组合机床在工作时立置液压缸的工作压力远大于水平液压缸的工作压力，故以立置液压缸的工作压力为系统工作压力。且假设在任意工作阶段水
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