《液压缸课程设计》word版.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸目 录一 液压系统的设计与计算.11进行工况分析12绘制液压缸的负载图和速度图2二 拟订液压系统原理图31调速方式的选择32快速回路的选择33速度换接回路的选择35油源方式的选择.34换向回路的选择3三 确定执行元件主要参数.41工作压力的确定42确定液压缸的内径D和活塞杆直径d43.计算在各工作阶段液压缸所需的流量.5四 确定液压泵的规格和电动机功率及型号61计算液压泵的压力62计算液压泵的流量63选用液压泵规格和型号64与液压泵匹配的电动机的选定75.液压元件及辅助元件的选择.76液压油箱容积的确定.8五 验算液压系统性能.81回路压力损失验算.8六 液压缸的设计.101工作压力的确定.102确定液压缸的内径D和活塞杆直径d.103液压缸的壁厚和外径的计算.114液压缸工作行程的确定.125缸盖厚度的确定.126最小寻向长度的确定.12七 参考书目.12一 液压系统的设计与计算1进行工况分析 液压缸负载主要包括：工作负载，摩擦力，惯性阻力等 （1）工作负载FLFL=12000N （2）摩擦阻力Ffs，FfdFfs=FNfS=200000.2=4000N Ffd=FNfd=200000.1=2000N式中: FN运动部件作用在导轨上的法向力Fs静摩擦系数Fd动摩擦系数（3）惯性阻力 FaFa=Gv/（gt）=200000.1/（9.80.260）=17N式中: g重力加速度 G运动部件重力 v在t时间内变化值 t启动加速度或减速制动时间 根据以上分析，可以计算出液压缸各动作中的负载表如下：工况计算公式液压缸的负载N启动F=FfsFaF=4000+17=4017加速F=FfsFaF=4000+17=4017快进F= FfdF=2000工进F工= Ffd +FLF=2000+12000=14000快退F= FfdF=20002绘制液压缸的负载图和速度图根据上表数值，绘制出液压缸的负载图和转速图，这样便于计算几分析液压系统。液压缸的负载图及转速图如下： 二 拟订液压系统原理图1调速方式的选择根据液压系统要求是进给速度平稳，孔钻透时不前冲，可选用调速阀的回油节流调速。2快速回路的选择根据设计要求v快进=v快退=0.1m/s,而尽量采用较小规格的液压泵，可以选择差动连接回路。3速度换接回路的选择根据设计要求，速度换接要平稳可靠，另外是专业设备，所以可采用行程开关的速度换接回路。若采用电磁阀的速度换接回路，调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。4换向回路的选择由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面又无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。为方便连接，选择三位四通电磁换向阀。5油源方式的选择由设计要求可知，工进时负载大速度较低，而快进、快退时负载较小，速度较高。为节约能源减少发热。油源宜采用双泵供油或变量泵供油。选用双泵供油方式，在快进、快退时，双泵同时向系统供油，当转为共进时，大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵单独向系统供油，小泵的供油压力由溢流阀来调定。若采用限压变量泵叶片泵油源，此油源无溢流损失，一般可不装溢流阀，但有时为了保证液压安全，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。液压系统原理图如下： 三 确定执行元件主要参数1工作压力的确定，工作压力可根据负载大小及设备类型来初步确定，现参阅表21，根据F工=18017N,选P工=3MPa。2确定液压缸的内径D和活塞杆直径d由负载图知最大负载为14000N，查表可取p2为0.8Mpa,cm为0.95，考虑到快进和快退速度相等，取d/D为0.7。将上述数据代入式（2-3）可得：D=（418017）/395（1-0.8（1-0.72）/30）1/2=0.09（m）根据液压缸尺寸系列表24，将直径圆整成标准直径D=90mm，活塞杆直径d,按d/D=0.7，则按活塞杆系列表25，取d=63mm。根据已取缸径和活塞杆内径，计算出液压缸实际有效工作面积，无杆腔面积A1和有杆腔面积A2分别为A1=D2/4=3.1492/4=63.585 cm2 A2= （D2-d2）/4=3.14（92-6.32）/4=32.43cm2则液压缸的实际计算工作压力为：P=4F/ D=418017/（0.092）=2.83MPa则实际选取的工作压力P=3MP满足要求按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。若验算后不能获得最小的稳定速度是，还需要响应加大液压缸的直径，直至满足稳定速度为止。q/v=0.05/10=5cm2由于A=32.43cm2q/v,所以能满足最小稳定速度的要求。3. 计算在各工作阶段液压缸所需的流量Q(快进)=d2v(快进)/4=(0.063)2x0.1/4=18.6(L/min)Q(工进)= D2v(工进)/4=(0.09)2x/4=7.8(L/min)Q(快退)=（D2-d2）v(快退)/4=(0.092-0.0632)x0.1/4=19.2(L/min)四 确定液压泵的规格和电动机功率及型号1计算液压泵的压力液压泵的工作压力应当考虑液压缸最高有效工作压力和管路系统的压力损失。所以泵的工作压力为：Pp=P1+P式中：Pp-液压泵最大工作压力 P1-液压缸最大有效工作压力 P -管路系统的压力损失，出算简单系统可取0.2到0.5MPa，复杂系统取0.5到1.5MPa取P=0.5MPa。Pp= P1+P= （3+0.5）=3.5MPa上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力储蓄量，提高泵的寿命，所以选泵的额定压力应满足 Pa=1.251.6 Pp。本系统为中低压系统应取小值，故取Pa=1.25 Pp=4.4MPa2计算液压泵的流量液压泵的最大流量Qp应为Qp=KL(q)max式中：(q)max-同时动作各液压缸所需流量之和的最大值 KL-系统的泄漏系数，一般取KL=1.11.3，现取K=1.2。Qp=K(q)max=1.219.2=23.04 (L/min)3选用液压泵规格和型号根据Pp、Qp值查阅有关手册，选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量16ml/r,额定压力P0=6.3MPa,电动机转速n0=1450r/min,容积效率V=0.85,总效率=0.74与液压泵匹配的电动机的选定首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为电动机选择的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧下降，一般当流量在0.2到1L/min范围内时，可取=0.03到0.14。同时还注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即PbQp/=Pd式中，Pd-所选电动机额定功率； Pb-限压式变量泵的限定压力； Qp-压力为pb时，泵的输出流量。 首先计算快进时的功率，快进时的外载荷为2000N，进油路的压力损失定为0.3MPa,由式（1-4）可得：Pb=2000/(0.063)2/4)10-6+0.3)=0.94MPa 快进时所需电机功率为P=PbQp/=0.9419.2/(600.7)=0.43(KW) 工进时所需电机功率为P=3.57.8/(600.7)=0.65(KW) 查阅电动机产品样本，选用Y802-4，其额定功率为0.75KW。额定转速为1390r/min.5.液压元件及辅助元件的选择（1）液压元件的选择根据所拟订的液压原理图，进行计算和分析通过各液压元件的最大流量和最高工作压力选择液压元件规格。序号元件名称型号流量（L/min）1滤油器XU-C32x10023.042液压泵YBX-1623.043压力表开关KF3-EA10B4三位四通换向阀34YF3M-E10B19.25二位三通换向阀23F3NJ-E10B19.26单向调速阀AQF3-E10B19.27行程开关（2）油管的计算和选择油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可以按管路允许流速进行计算，流量q=38L/min，压油管的允许流速取v=4m/s则压油管内径d为：d=4.6(38/4) 1/2=14.2cm若系统主油路流量按快退时取Q=20L/min,则可算得油管内径d=10.3mm。综合诸因素，现可取油管内径为d=12mm。同理流量q=23.04 l/min，吸油管的允许流速取v=1.5m/s，参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。6液压油箱容积的确定该方案为中压系统，液压油箱的有效容量按泵的流量57倍来确定（参照表4-1），油箱的容量V为160L的油箱。五 验算液压系统性能1回路压力损失验算 已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm,各段管道的长度分别为：AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m.选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm2/s,油的密度=920Kg/m3。(1) 压力损失的验算1） 工进时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为1.2m/min,进给时的最大流量为7.8L/min,则液压油在管内流速V1为：V1=Q/(d2/4)=47.81000/(3.141.22)=6900(cm/min)=115(cm/s)管道流动雷诺数Re1为Re1=V1d/v=1151.2/1.5=92Re1q/v,所以能满足最小稳定速度的要求。 3液压缸的壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒，起重运输机械和工程机械的液压缸一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算PD/2=3.50.091.490/225=8.82mm故取=10mm液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为D1D+2=90+20=110mm4液压缸工作行程的确定L=200+200=400mm5缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两个公式进行近似计算无孔时：t0.433D（P【】）=40mm有孔时：t0.433DPD【】（D2d0）1/2式中， t-缸盖有效厚度D-缸盖止口内直径D0-缸盖孔的直径6最小寻向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度过小，将使液压