【机械毕业设计】卧式钻孔组合机床液压系统设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】 .pdf

generated by unregistered batch doc to pdf converter 2012.4.816.1629, please register! 镇 江 高 专 zhenjiang college 毕 业 设 计 (论 文) 卧式钻孔组合机床液压系统设计 horizontal drilling combination machine tools hydraulic system desig 系 名： 机械工程系 专业班级： 机电 w017 学生姓名： 步文恺 学 号： 070108124 指导教师姓名： 戴月红 指导教师职称： 讲 师 二一二年 六月 1 目 录 引 言.4 第一章 概述6 1.1 组合机床的定义、用途、特点.6 1.2 组合机床的类型.6 1.3 组合机床的通用部件.7 第二章 负载工况分析 .9 2.1 动力参数分析.9 2.1 绘制工况图及动作循环图.10 第三章 计算液压缸尺寸和所需流量13 3.1 工作压力的确定.13 3.2 计算液压缸尺寸.13 3.3 进给液压缸所需流量.14 3.4 夹紧的有效面积、工作压力和流量的确定.14 第四章 确定液压系统方案 拟定液压系统原理图16 4.1 确定液压系统方案.16 4.2 拟定液压系统原理图.16 第五章 选择液压元件 确定辅助装置.18 5.1 选择液压泵.18 5.2 选择阀类元件.19 5.3 确定油管尺寸.19 5.4 确定油箱容量.20 第六章 液压系统验算.21 6.1 计算压力损失和压力阀的调整值.21 6.2 计算液压泵需要的电动机功率.21 结 论.22 致 谢.23 参考文献：24 2 卧式钻孔组合机床液压系统设计 专业班级：机电 w071 学生姓名：步文恺 指导教师：戴月红 职称：讲师 摘要 用液体作为工作介质来实现能量传递的传动方式称为液压传动。液压系 统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通 过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向 的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林 牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统 的部分就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统 是非常有意义的。 关键词：液压传动、稳定性、液压系统 3 horizontal drilling combination machine tools hydraulic system desig abstract hydraulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump will translate into pressure on the mechanical energy, promote the hydraulic oil. through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different itinerary, the movements in different directions. all kinds of different equipment to complete the actions required. hydraulic system has been in various industrial sectors and agriculture, forestry, animal husbandry and fisheries, and many other departments are more widely used, and more advanced equipment, its application on the part of the hydraulic system more. so students like us to study and personally designed a simple hydraulic system is very meaningful. key words hydraulic transmission, control system, hydraulic system 4 引 言 我们课题所研究的是卧式钻孔组合机床的液压传动设计，借用 c a d 辅助设 计，综合运用液压传动课程以及各种先进的现代设计方法，再设计实践中学习掌 握通用液压元件，充分发挥设计者的创造能力，有效提高设计质量、降低制造费 用缩短研发周期并促进产品标准化等具有重大意义。 设计目的、要求及题目 1设计的目的 液压传动毕业设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节， 要求达到以下目的： 1 . 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； 1 . 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； 1.3 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。 2. 设计的要求 2 . 1 设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修 方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是 越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或 采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济； 2 . 2 独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理 解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭； 2 . 3 在毕业设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典 型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。 2 . 4 液压传动毕业设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置 5 设计。具体题目由指导老师分配，题目附后； 2 . 5 液压传动毕业设计要求完成以下工作： 设计计算说明书一份； 液压传动系统原理图一张（2 号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序 表） 、液压缸装配图（2 号图纸） 、液压缸零件图。 3. 设计题目 系统一套液压系统，系统要求：工件的定位与夹紧，所需夹紧力不得超过 6 0 0 0 n 。 机床进给系统完成快进- 工进- 快退- 停止的工作循环。 快进、 快退速度为 6 m / m i n ， 工进速度为 3 0 1 2 0 m m / m i n ；快进行程为 2 0 0 m m ，最大工进行程为 5 0 m m ；最大切 削力 2 5 0 0 0 n ，运动部件总重量为 1 5 0 0 0 n ，加减速实践均为 0 . 1 s ，采用平导轨， 静摩擦系数为 0 . 2 ，动摩擦系数为 0 . 1 。 6 第一章 概述 1 . 1 组合机床的定义、用途、特点 定义： 以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的 工序进行加工的高效、自动化的专用机床。 用途： 组合机床广泛用于大批量生产的行业，主要用于加工箱体类零件。 特点： 组合机床与一般的专用机床一样， 是针对特定工序加工要求而设计的。 因此， 组合机床具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度等优点。 与一般专用机床比较，组合机床具有以下特点： 1 . 组合机床只需选用通用零部件和设计制造少量专用零部件， 所以时间与制 造周期短、经济效果好； 2 . 组合机床的通用部件是经过长期实践考验的，因此结构稳定、工作可靠， 使用和维修方便； 3 . 通用部件可以成批制造，成本较低 4 . 当被加工的零件变换时，组合机床的通用部件和标准零件可以重复使用， 不必重新设计和制造； 5 . 组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模生产的需要。 1 . 2 组合机床的类型 根据通用部件规格大小及结构配置形式可分为大型组合机床和小型组合机 7 床，大型组合机床具体分为以下三种： ( 1 ) 具有固定夹具的单工位组合机床 ( 2 ) 具有移动夹具的多工位组合机床 工作特点：这类机床有二个或二个以上加工工位，夹具在工作台上按预定的 工作循环使工件顺次从一个工位输送到另一个工位，即换位，以便在各工位上完 成同一加工部位多工步加工和不同部位加工， 从而完成一个或数个表面的较复杂 的加工工序。 应用场合：这类机床工序较集中，生产率较单工位组合机床高。但由于有转 位或移位的定位误差，所以加工精度较低，且结构复杂，造价高，多用于大批大 量生产中对较复杂的中小型零件加工。 ( 3 ) 转塔式组合机床 1 . 3 组合机床的通用部件 组合机床通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化和通用化原则设计和 制造的组合机床基础部件。在各种通用部件之间有配套关系，在组成各种组合机 床时，可以互相通用。 1 . 动力部件 功用：传递动力并实现主运动或进给运动，它是通用部件的最基本部件。 2 . 支承部件 功用：用来安装动力部件、输送部件等部件。 3 . 输送部件 功用：多工位组合机床的通用部件，用来安装工件并完成工位间的工件输送。 4 . 控制部件 功用：控制组合机床按规定程序进行工作循环。 8 第二章 负载工况分析 2 . 1 动力参数分析 计算各阶段的负载： 启动和加速阶段的负载 从静止到快速的启动时间很短， 所以以加速过程进行运算计算， 但摩擦阻力仍按静止摩 擦阻力考虑。 q f= j f+ g f+ m f 式中 j f静摩擦阻力，计算时，其摩擦系数可取 0.160.2： g f惯性阻力，牛顿第二定律求出： g f=ma= 2 tg vg = 2 . 081. 9 60/515000 637.10n m f密封产生的阻力。按经验可取 m f=0.1 q f，所以 q f= j f+ g f+ m f=0.215000+637.10+0.1 q f q f=n22.4041 9 . 0 10.6373000 + 快速阶段负载 k f k f = dm f+ m f 式中 dm f动摩擦阻力，取其摩擦系数为 0.1； m f密封阻力，取 m f=0.1 k f ，所以 k f = dm f+ m f=0.115000+0.1 k f k f = 9 . 0 1500 1666.67n 第一次工进阶段的负载 1gj f= dm f+ qx f+ m f 式中 dm f动摩擦阻力，取其摩擦系数为 0.1； qx f切削力； 9 m f密封阻力，取其 m f=0.1 gj f，所以 gj f= dm f+ qx f+ m f=0.115000+25000+0.1 1gj f 故 1gj f=n44.29444 9 . 0 250001500 = + 2 . 1 绘制工况图及动作循环图 快进 工进 快退 动作循环图 10 速度循环图 11 负载循环图 12 第三章 计算液压缸尺寸和所需流量 3 . 1 工作压力的确定 工作压力可根据负载来确定。现按相关要求，取工作压力 p = 3 m a p 3 . 2 计算液压缸尺寸 （1 ）液压缸的有效面积 1 a如下图所示 1 a= 6 103 44.29444 = p f 9814.81mm 2 9815mm 2 液压缸的内经为： d= 1 4a =mm82.111 14. 3 98154 根据相关要求，取标准值 d=110 (2)活塞杆直径 要求快进与快退的速度相等，所以用差动连接的方式。所以取 d=0.7d=0.7 110=77mm (3)缸径、杆径取标准值后的有效面积 无杆腔的有效面积为： 13 1 a= 2 4 d = 2 110 4 14. 3 =9498.5mm 2 活塞杆的面积为： 3 a = 2 4 d = 2 77 4 14. 3 4654mm 2 有杆腔的有效工作面积为： a 2 =a1- a3=9498.5- 4654=4844.5mm 2 3 . 3 进给液压缸所需流量 快进流量 kj q为 kj q= a3k=465410 6 628m3/min=28l/min 快退流量 kt q =a 2 k=4844.510 6 629m3/min=29l/min 工进的流量 1gj q为 1gj q=a1g=9498.510 6 0.033m3/min=3l/min 3 . 4 夹紧的有效面积、工作压力和流量的确定 （1）确定夹紧缸的工作压力 根据最大夹紧力，参考第 4 章内容，取工作压力 j p=1.8mpa。 （2）计算夹紧缸有效面积、缸径、杆径 夹紧缸有效面积 j a为 j a= pj fj = 6 108 . 1 6000 3333.33 6 10m 2 =3333mm 2 夹紧缸直径 j d为 j d= aj4 =mm16.65 14. 3 33334 取标准值为 j d=70mm，则夹紧缸有效面积为 j a= 2 4 dj = 2 70 4 14. 3 =3846.5mm 2 活塞杆直径 j d为 14 j d=0.5dj=35mm 夹紧缸在最小夹紧力时的工作压力为 pjmax= aj fj = 6 6 106 . 1 105 .3846 6000 pa1.6mpa 15 第四章 确定液压系统方案 拟定液压系统原理图 4 . 1 确定液压系统方案 (1) 确定执行元件的类型 因系统动作循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进、快退速度相等，因 此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔有效面积 a 1等于有杆腔有效 面积 a 2的两倍。 ( 2 ) 确定液压泵类型及调速方式 参考同类组合机床，选用双联叶片泵双泵供油、调速阀进油节流阀调速的开式 回路，溢流阀作定压阀。为防止钻孔通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设 置背压阀。 ( 3 ) 快速运动贿赂和速度换接回路 根据本题的运动方式和要求， 采用差动连接和双泵供油两种快速运动回路来实 现快速运动。即快进时，由大、小泵同时供油，液压缸实现差动连接。 本题采用二位二电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀 相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单， 行程大小也容易调整，另外采用液控顺序与单向阀切断差动油路。因此，速度换 接回路为行程与压力联合控制形式。 ( 4 ) 换向回路的选择 本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁阀换向阀的换向回路。 为便于实现差动连接，选用了三位五通换向阀。为提高换向的位置精度，采用死 挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。 4 . 2 拟定液压系统原理图 将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作不要的修改补充，即组成 如下图所示的液压系统原理图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压 阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压 力表即等观察各点压力。 16 液压系统原理图如下图所示： 液压系统原理图 17 第五章 选择液压元件 确定辅助装置 5 . 1 选择液压泵 5 . 1 . 1 泵的工作压力的确定 泵的工作压力可按缸的工作压力加上管路和元件的压力损失来确定， 所以要等到 求出系统压力损失后，才能最后确定。采用调速阀调速，初算时可取 mpap2 . 15 . 0=。考虑背压，现取mpap1=。 泵的工作压力 b p 初定为： b p =p+p= 3 + 1 = 4 m p a 式中 p液压缸的工作压力； p系统压力损失。 5 . 1 . 2 泵的流量的确定 ( 1 ) 快进快退时泵的流量 由于液压缸采用差动连接方式，而有杆腔有效面积2a大于活塞杆面积3a，所 以在速相同情况下，快退所需流量大于快进的流量，所以按快退考虑。 快退时缸所需的流量 kt q = 2 9 l / m i n ，所以快退时泵应供油量为： ktb q= kt kq = 1 . 1 2 9 = 3 1 . 9 l / m i n 式中，k为系统的泄漏系数，一般取k= 1 . 1 1 . 3 ，此处取 1 . 1 ( 2 ) 工进时泵的流量 工进时缸所需的流量 gj q= 3 l / m i n ，故工进时泵应供流量为 gjb q= gj kq= 1 . 1 3 = 3 . 3 l / m i n 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，需加上溢流阀的最小溢流量（一般 取 3 l / m i n ） ，所以 gjb q= 3 . 3 + 3 = 6 . 3 l / m i n 根据组合机床的具体情况，从产品样本中选用 y b - 4 / 2 5 型双联叶片泵。此泵在 18 快速进退时（低压状态下双泵供油）提供的流量为 max q = 4 + 2 5 = 2 9 l / m i n 在工进时（高压状态下小流量的泵供油）提供的流量为 min q= 4 l / m i n gjb q 故所选泵符合系统需要。 （3 ）验算快进、快退的实际速度 当泵的流量规格确定后，应验算快进、快退的实际速度，与设计要求相差太大 则要重新计算。 kj = 3 max a q =9 . 5 102375 1014 6 3 min/m kj = 2 max a q =min/3 . 5 102649 1014 6 3 m 5 . 2 选择阀类元件 各类阀可按通过该阀的最大流量和实际工作压力选取。 阀的调整压力值必须 在确定了管路的压力损失和阀的压力损失后才能确定， 阀的具体选取可参考各种 产品样本手册。限于篇幅，此处略。 5 . 3 确定油管尺寸 （1 ）油管内径的确定 可按下式计算： d = q4 泵的最大流量为 1 4 l / m i n ，但在系统快进时，部分油管的流量可达 2 9 l / m i n ， 故 2 9 l / m i n 计算。取 v 为 4 m / s , 则 d =mmm12102 . 1 60414 . 3 10294 2 3 = （2 ）按标准选取油管 可按标准选取内径 d = 1 5 m m , 壁厚为 1 . 5 m m 的无缝钢管。 19 5 . 4 确定油箱容量 本设计为中压系统，油箱有效容量可按泵每分钟内称流量的 5 7 倍来确定。 油箱有效容量为： v = 5 b q = 5 2 9 = 1 4 5 l 20 第六章 液压系统验算 6 . 1 计算压力损失和压力阀的调整值 按第 2 章中有关计算公式计算压力损失。此处略。 按压力损失和工作需要可确定各压力阀的调整值。此处略。 6 . 2 计算液压泵需要的电动机功率 1 . 工进时所需的功率 工进时泵 1 的调整压力为 4 . 3 m p a , 流量为 4 / m i n ，泵 2 卸荷时，其卸荷压力可视 为零。对于叶片泵，取其效率= 0 . 7 5 , 所以工进时所需电动机功率为 p = 11bb q kww28 . 0 1028 . 0 6075 . 0 104101 . 3 3 36 = 2 . 快进、快退时所需的功率 由于快进、快退时流量相同，而快进时的工作压力大于快退时的工作压力，故 功率可按快进时计算。系统的压力为 3 m p a （液控顺序阀的调整压力） ，流量为 1 4 l / m i n ，其功率为 p =kw qp bb 93. 11093. 1 6075. 0 1029103 3 36 = 3 . 确定电动机功率 由于快速运动所需电动机功率大于工作进给所需电动