液压与气压传动课程设计

液压与气压传动课程设计说明书学 院、 系： 机械工程学院 专 业： 学 生 姓 名 ： 班 级： 指导教师姓名： 李 硕 职称： 副教授最终评定成绩： 2017 年 12 月 11 日 至 2017 年 12 月 15 日1.设计任务书湖南工业大学课 程 设 计 任 务 书（14）2017 2018 学年第一学期机械工程学院 学院（系、部） 专业 班级课程名称： 液 压 与 气 压 传 动 设计题目： 卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统设计 完成期限： 2017 年 12 月 11 日 至 2017 年 12 月 15 日 内 容 及 任 务一、 设计要求与主要技术参数工件的加紧与定位，所需加紧力不得超过 6000N。1）机床进给系统的循环为：快进工进快退停止。2）主要技术参数：机床快进快退速度为每分钟 6 米，工进速度为 30120 毫米每分钟，快进行程为 200 毫米，工进行程为 50 毫米，最大切削力为 25000N，运动部件总重量为 15000N，加速减速时间为 0.1 秒，采用平导轨。静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为 0.1。二、设计任务1、按机床要求设计液压系统，绘出液压系统图；2、确定滑台液压缸的结构参数； 3、计算系统各参数，列出电磁铁动作顺序表；4、选择液压元件型号，列出元件明细表；5、验算液压系统性能；6、设计说明书一份；7、液压系统原理图一张；起 止 日 期 工 作 内 容2017.12.112017.12.13 进行相关计算并编辑设计计算说明书2017.12.142017.12.14 绘制液压系统图进 度 安 排2017.12.152017.12.15 整理资料并打印，上交资料并答辩主要参考资料1、 液压工程手册或新编液压工程手册 雷天觉2、 液压设计手册3、 机械设计手册 化学工业出版社 成大先4、 液压元件及选用 化学工业出版社 王守城 段俊勇5、 液压系统设计图集 机械工业出版社 周士昌6、其他关于液压传动系统设计的资料指导教师（签章）： 年 月 日系（教研室）主任（签章）： 年 月 日 2.工况分析2.1 确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。2.2 分析系统工况在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。1、工作负载 FW工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即FW=25000N2、惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知加速减速时间为 0.1s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为 6m/min，因此惯性负载可表示为 NtvmF153.068.9513、摩擦负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力 Ffj = fjN= Nfs 03512.0动摩擦阻力 Ffd= fdN = fd根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表 1 所示。表 2-1 液压缸在各工作阶段的负载（单位：N）工况 负载组成 负载值 F液压缸推力 =F/m起动 =Ffs3000N 3158N加速 = +fdm3031N 3191N快进 = f 1500N 1579N工进 = +Ffdt26500N 27895N反向起动 = fs3000N 3158N加速 = +fdm3031N 3191N注： m 液压缸的机械效率，取 m=0.952.2 速度分析根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1（a）所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度 、快进行程 L1=200mm、m/in631v工进行程 L2=50mm、快退行程 L3=250mm，工进速度 i/102快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。快进 svLt260131工进 svt3601.52快退 svlt 5.260533根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t）如图1(b),动力滑台速度循环图如图 1（c)所示。快退 =Ffd1500N 1579N图 1 动力滑台速度负载循环图 a)工作循环图 b）负载速度图 c)负载速度图2.3 负载循环图和速度循环图2.4 确定系统主要参数1 表 2 按负载选择工作压力负载/ KN 50工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 51、选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为 27895N，其它工况时的负载都相对较低，初选液压缸的工作压力 p1=4.5MPa。2、确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积 是有杆腔工作面积 两倍的形式，即活塞1A2A杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d = 0.707D 的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为 p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接） ，但连接管路中不可避免地存在着压降 ，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，p估算时取 0.6MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。2p工进时液压缸的推力计算公式为，1212/ (/)mFAppA式中：F 负载力m液压缸机械效率A1液压缸无杆腔的有效作用面积A2液压缸有杆腔的有效作用面积p1液压缸无杆腔压力p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 26211 80.1.4579mFPm液压缸缸筒直径为mm8.1AD由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为 d=0.70786.58=61.21mm，根据 GB/T23481993 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为 D=90mm，活塞杆直径为 d=63mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：=D/4=6.3610 -3 m21A=（D 2d2）/4=3.2410 -3m22A3、计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q 快进 =（A 1-A2）v 1=18.72L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q 快退 =A2v2=19.44L/min工作台在工进过程中所需要的流量为q 工进 =A1v1=0.636L/min根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表 2 所示。表 2-2 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力 P2/MPa进油腔压力 P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式启动 3158 0 1.635 加速 3191 2.246 1.646 快进恒速 1579 1.729 1.129 18.72 0.35P1= 2AFq=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1