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液压与气压传动课程设计说明书题目： 小型铣床液压驱动系统的设计 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 机械设计制造及其自动化教研室2013.1214目 录1、 明确设计要求 1二、工况分析11.运动分析12.负载分析23.液压缸在各阶段的负载与推力计算34.执行元件的参数确定3三、计算液压缸的主要结构尺寸与选用41.液压缸的内径与杆径的计算42.液压缸各阶段的压力，流量和功率计算43.液压缸的行程和杆长与壁厚的确定 54.液压缸的选用55.强度校核 6 6.绘制工况图6四、液压系统图的拟定 8五、液压泵的选择 81.确定液压泵的最大工作压力Pp 82.确定液压泵的流量qvp 83.选定液压泵的规格 84.确定液压泵的驱动功率 8六、液压阀的选择 91.溢流阀的选取 92.调速阀的选取 93.换向阀的选取 94.过滤器的选取 95.所选各液压阀的数据 9七、管道尺寸的确定 111.压油管 112.吸油管 11八、油箱容量的确定 11九、液压系统工作原理分析 12十、参考文献 13十一、附件 14一、明确设计要求设计一台专用铣床，工作台要求完成快进工作进给快退停止的自动工作循环。铣床工作台重量5000N，工件夹具重量为2500N，铣削阻力最大为10000N，工作台快进、快退速度为5mmin，工作进给速度为0.061mmin，往复运动加、减速时间为0.05s工作采用平导轨，静、动摩擦分别为fs0.2，fd0.1，工作台快进行程为0.4m，工进行程为0.2m，试设计该机床的液压系统。二、工况分析1.运动分析（a） 快进工进快退 （b）启动快进减速工进制动反向启动快退制动 (c)(a) 、(b)图为机床的动作循环图，由图可见，工作循环为快进工进快退停止；(c)图是一个工作循环的速度位移曲线，即速度图；2.负载分析(1)工作负载FL 、由题目可知负载为铣削阻力 : FL=10000N(2)摩擦阻力负载Ff : fd = 0.1 fs = 0.2 动摩擦力：Ffd = Fnx=(5000+2500)x0.1=750N 静摩擦力：Ffs = Fnx =(5000+2500)x0.2=1500N(3)惯性负载Fa : Fa= =1250N3.液压缸在各阶段的负载与推力计算 推力：F 表1. 液压缸各阶段 的 负 载 F及缸的推力F/cm工 况负载组成负 载 F（N）推力F/cm（N）启 动Ffs15001667加 速Ffd + Fa20002222快 进Ffd750833工 进Ffd + FL1075011944快 退Ffd750833 注：cm缸的机械效率，取cm=0.94.执行元件的参数确定负载F/kN55-1010-2020-3030-5050工作压力P/MPa0.8-1.01.5-2.02.5-3.03.0-4.04.0-5.05.0-7.0表2设备类型粗加工机床半精加工机床粗加工或 重型机床农业机床、小型工程机械液压压力机、重型机械大中型挖掘机、超重运输机械工作压力P/MPa0.8-2.03.0-5.05.0-10.010.0-16.020.0-32.0表3根据表1得出的推力我们选择工作压力P=3.0 Mpa和选用半精加工机床三、计算液压缸的主要结构尺寸与选用1.液压缸的内径与杆径的理论计算 这里取A1 = 2A2 ，背压力P2 = 0.5 Mpa活塞杆受压时： P1 A1 = A2 P2 活塞杆受拉时： P1 A2 xP2=P1A1 x A2P2 一般，液压缸在受压状态下工作，所以其活塞面积为：A=F/P1-1/2P2=11944.44/(30-2.5)X105=4.34X10-3m2 所以 D = =74mm又因为杆的往返速度相同，所以d = 0.71D = 52.5mm2.液压缸各阶段的压力，流量和功率计算 相关选择系统类型 背压力（MPa）回路上有节流阀的调速系统 0.20.5回路上有背压阀或调速阀的进给系统 0.51.5采用辅助泵补油的闭式回路（拉床、龙门刨等） 11.5表4 液压缸在不同阶段的压力、流量和功率工 况负载F（N）回油腔压力（MPa）进油腔压力P1（MPa）流入流量q(L/min)输入功率P(W)液计算公式快进启动16660.76P1=(F+A2P)/A1-A2Q=(A1-A2)VP=P1Q加速22220.51.49恒速8330.50.9111.875180工 进119441.02.640.3-5218P1=F+P2A2/A1Q=A1VP=P1Q快退启动16661.58P1=F+P2A1/A2Q=A2VP=P1Q加速22220.51.79恒速8330.51.2613.25278注： 背压阀：P = 0.5 Mpa ； 局部压力： Mpa3.液压缸的行程和杆长与壁厚的确定 由题目要求可知道液压缸的行程为 0.2 + 0.4 = 0.6m 取液压缸的壁厚为8 mm ,杆长应该大于行程，所以取650mm。4.液压缸的选用表5 常用液压缸的内径D（mm）4050638090100110125140160180200220250表6 活塞杆的直径d (mm)速比缸径40506380901001101.46 : 3222835455055634550607080根据表4和表5我们可以选出液压缸内径与活塞杆直径的实际设计尺寸为：D = 80 mm d = 55 mm所以活塞实际的面积A1=50.24cm2 活塞杆实际的面积A2=26.49cm25.强度校核（1）缸筒壁厚校核 因为D/=80/8=1010 所以采用公式 PyD/2进行校核 1.5*3*80/2*200/5=4.5mm8mm 所以缸筒的壁选用符合强度要求 (2) 活塞杆直径校核 d(4F/)1/2 (4*11944.44/*400/1.4)1/2=7.29mm55mm 所以活塞杆直径的选用符合强度要求 6.绘制工况图 根据表4数据绘出工况图快进快退工进负载图工进快进快退压力图流量图功率图 (e)图为根据负载与作用面所求得的压力图。(f)图为根据执行元件的工作面积以及工作循环中各阶段所要求的运动速度而绘 制的流量图。(g)图为根据所绘制的压力图和流量图而计算出各个阶段所需的功率图。(h)图为工作循环中各阶段的负载四、液压系统图的拟定主要考虑以下几个方面的问题：（1） 供油方式 从工况图分析可知，该系统在快进和快退时所需流量较大，且比较接近，在工进时的所需流量较小，所以从提高系统的效率，节约能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油方式不合适，因此选择双联定量叶片泵作为油源。（2） 调速回路 为提高系统的综合性能，采用进油节流调速，并在回油路上加背压阀的回路。该系统可以可以承受负值负载的能力，在负值负载时，背压可以阻止工作部件的前冲。进油调速可以实现压力的控制方便，也可以获得较低的稳定速度。在回油加背压阀可以减小活塞的前冲甚至没有前冲现象，工作平稳性好，同时油箱的空气也不易渗入系统。 (3)速度换接回路 由于快进和工进之间速度需要换接，但换接的位置要求不高，且两者的速度差值不是很大，所以在快进是采用在回油路加二位三通电磁换向阀和与在进油路的调速阀上并联一个二位二通电磁换向阀实现差动连接。该连接方式能在不增加液压泵流量的情况下提高液压元件的运动速度，实现速度的平稳换接。五、液压泵的选择1.确定液压泵的最大工作压力PpPp = P1 + = 2.64+0.3 = 2.94 Mpa P1为液压缸最大的工作压力，为从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失，这里不能准确的计算出来，要等元件选定好了并绘出管路图了才可以进行，初算时，对于简单的管路，我们估算 = 0.3 Mpa2.确定液压泵的流量QBQB = KQmax = 1.1x13.245 = 14.5695 L/minK为系统泄漏系数，我们取K = 1.1，Qmax为同时动作的液压缸最大的总流量3.选定液压泵的规格根据液压泵的最大工作压力P1和液压泵的流量QB的值，查阅机械手册，我们将选用YB1-10/10型双联叶片泵泵的型号排量ml/min公称压力Mpa转速r/minYB1-10/10106.3960注：= 0.754.确定液压泵的驱动功率由工况图表明，泵的最大功率出现在快退阶段，取液压泵的总效率= 0.75，则电动机的功率为: P=P1*QB/=kw=0.665kw六、液压阀的选择1. 溢流阀的选取： 溢流阀按液压泵的最大流量选取，泵的最大流量为19.2 L/min，则我们选取溢流阀的最大流量要大于19.2 L/min，查阅液压手册，选取型号为DBD-H10P的溢流阀。2. 调速阀的选取：调速阀的选取要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。由题目可知最低稳定速度为0.06 mmin，所以可求得最低的稳定流0.3L/min，查阅液压手册，选取最低稳定流量为0.1L/min，型号为2FRM1021/16L的调速阀。3. 换向阀的选取：换向阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，查阅液压手册，所选取的电磁换向阀型号有：34B-H10B-T , 23EY-10HB , 22B-H10B-T4. 过滤器的选取： 查阅液压手册，选择过滤器型号为YLX-25X805.所选各液压阀的数据表7 所选用的各元件的参数元件型号规格最大流量L/min通径mm工作压力Mpa定量叶片泵YB1-10/1019.26.3溢流阀DBD-H10P120102.5/5/10/20调速阀2FRM1021/16L161031.5三位四通电磁阀34B-H10B-T401031.5二位三通电磁阀23EY-10HB4110二位二通电磁阀22B-H10B-T401031.5过滤器YLX-25X802515根据系统的工作压力情况设置，溢流阀的调定压力为P=Pmax+(0.3-0.5)=2.64+(0.3-0.5)=2.94-3.14Mpa 所以P取3.2Mpa背压阀的调定压力值为0.5Mpa七、管道尺寸的确定表8 允许流速推荐值管 道推荐流速/（m/s）液压泵吸油管道0.5 - 1.5 , 一般常取1一下液压系统压油管道3 - 6 ， 压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.5 - 2.61.压油管：根据表8取压油管流速V = 3m/sQmax = A1 Vmax = 0.5024 x 50 = 25.12L/mind = = 13.33mm 取：d = 13mm2.吸油管：根据表8取压油管流速V = 1.5m/s泵的最大流量：Q = 19.2L/mind = = 16.48mm 取：19mm八、油箱容量的确定 初步设计时，按经验公式来确定V = aqv = 5x0.0192 = 0.096qv为液压泵每分钟排出的压力油的容积，a为经验系数，见表9系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210表 9九、液压系统工作原理分析液压系统原理图1.定量泵 2.背压阀 3.溢流阀 4.三位四通电磁换向阀 5.调速阀6.二位二通电磁换向阀 7.二位三通电磁换向阀 8.液压缸 9.过滤器系统各个阶段的工作状态1. 快进 按下启动按钮，电磁铁2YA，电磁铁3YA得电，电磁铁4YA不得电（如图所示状态），此时从液压缸右腔流出来的油液经管路又流回液压缸左腔，形成差动连接。油路：泵1换向阀4（左位）换向阀6（右位）液压缸左腔液压缸右腔换向阀7（左位）液压缸左腔（形成差动连接）2. 工进 当铣刀运动到预定的位置时，电磁铁3YA与电磁铁4YA将会得电，换向阀6与换向阀7则自动换向，此时系统的压力上升，速度降低。油路：泵1换向阀4（左位）调速阀5液压缸8换向阀7（右位）换向阀4（左位）背压阀2油箱3. 快退 当铣刀完成工进，运动到预定位置时，电磁铁1YA与电磁铁3YA得电，换向阀4与换向阀6自动换向，此时系统的油压又降低，速度增加。油路：泵1换向阀4（右位）换向阀7（右位）液压缸8换向阀6（右位）背压阀2油箱4. 停止 当铣刀完成快退，运动到预定位置时,电磁铁1YA再次得电，换向阀4自动换向，此时油路不通。油路：泵1溢流阀3油箱换向阀的工作状态如下表：动作电磁铁1YA2YA3YA4YA快进工进快退停止十、参考文献 1 左建明主编液压与气压传动四版M . 北京：机械工业出版社，2007 2 王文斌机械设计手册液压传动与控制M. 北京：机械工业出版社，2007 3 成大先生机械设计手册液压控制M . 北京：化学工业出版社，2004 4 李新华封元件选用手册M . 北京：机械工业出版社，2010 5 王守城, 段俊勇主编液压元件及选用M . 北京:化学工业出版社,2007 6 张利平液压传动系统设计与使用M . 北京:化学工业出版社 2010十一、附件 液压装配图1张，零件图导向套，缸盖，活塞，活塞杆各1张 PAGE 14 2013.12 1 1 1.1 2.2 3.3 4.3 4 1.4 2.4 3. 5 4.5 5. 6 6.6 8 塢 8 1.Pp 8 2.qvp 8 3. 8 4. 8 9 1. 9 2. 9 3. 9 4. 9 5. 9 11 1. 11 2. 11 11 12 13 14 5000N2500N10000N5mmin0.061mmin0.05sfs0.2fd0.10.4m0.2m 1. a b (c) (b) (c) 2. (1)FL : FL=10000N (2)Ff : fd = 0.1 fs = 0.2 Ffd = Fnx=(5000+2500)x0.1=750N Ffs = Fnx =(5000+2500)x0.2=1500N (3)Fa : Fa= =1250N 3. F 1. ? F?F/cm F?NF/cm?N? Ffs15001667 Ffd + Fa20002222 Ffd750833 Ffd + FL1075011944 Ffd750833 cmcm=0.9 4. F/kN?55-1010-2020-3030-50?50P/MPa?0.8-1.01.5-2.02.5-3.03.0-4.04.0-5.0?5.0-7.0 2 豸 P/MPa0.8-2.03.0-5.05.0-10.010.0-16.020.0-32.0 3 1P=3.0 Mpa 1. A1 = 2A2 P2 = 0.5 Mpa P1 A1 = A2 P2 P1 A2 xP2=P1A1 x A2P2 A=F/P1-1/2P2=11944.44/(30-2.5)X105=4.34X10-3m2 D = =74mm d = 0.71D = 52.5mm 2. MPa 0.20.5 0.51.5 11.5 4 ?FN?MPaP1MPa?q(L/min)?P(W)? 16660.76 P1=(F+A2?P)/A1-A2 Q=(A1-A2)V P=P1Q22220.51.498330.50.9111.875180 11944 1.0 2.64 0.3-5 218P1=F+P2A2/A1 Q=A1V P=P1Q 16661.58 P1=F+P2A1/A2 Q=A2V P=P1Q22220.51.798330.51.2613.25278 P = 0.5 Mpa Mpa 3. 0.2 + 0.4 = 0.6m 8 mm ,650mm 4. 5 Dmm 4050638090100110125140160180200220250 6 d (mm) 40506380901001101.46 : 322283545505563455060708045 D = 80 mm d = 55 mm A1=50.24cm2 A2=26.49cm2 5. 1 D/=80/8=1010 PyD/2 1.5*3*80/2*200/5=4.5mm8mm d(4F/)1/2 (4*11944.44/*400/1.4)1/2=7.29mm55mm 6. 4 (e) (f) (g) (h) 塣 (3) 塢 1.Pp Pp = P1 + = 2.64+0.3 = 2.94 Mpa P1 = 0.3 Mpa 2.QB QB = KQmax = 1.1x13.245 = 14.5695 L/min KK = 1.1Qmax 3. P1QBYB1-10/10 ml/minMpar/minYB1-10