液压传动课程设计-设计一台专用卧式铣床的液压系统.doc

目录11课程设计的目的和基本要求课程设计的目的和基本要求.21.11.1课程设计的目的课程设计的目的.21.21.2课程设计的基本要求课程设计的基本要求.222课程设计的主要内容课程设计的主要内容.22.12.1课程设计题目课程设计题目.22.22.2课程设计要完成的主要内容课程设计要完成的主要内容.233液压系统设计方法液压系统设计方法.23.13.1工况分析工况分析.23.1.13.1.1运动分析运动分析.23.1.23.1.2负载分析负载分析.23.23.2负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制.33.3.13.3.1初选液压缸的工作压力初选液压缸的工作压力.33.3.23.3.2计算液压缸的尺寸计算液压缸的尺寸.43.3.33.3.3求液压缸的最大流量求液压缸的最大流量.43.3.43.3.4绘制工况图绘制工况图.43.43.4确定系统方案，拟定原理图确定系统方案，拟定原理图.53.4.13.4.1确定系统方案确定系统方案.53.4.23.4.2拟定液压系统图拟定液压系统图.63.53.5液压元件的选择和参数计算液压元件的选择和参数计算.63.5.13.5.1确定液压泵的型号及电动机的功率确定液压泵的型号及电动机的功率.63.5.23.5.2阀类元件及辅助元件阀类元件及辅助元件.63.63.6液压系统的性能验算液压系统的性能验算.83.6.13.6.1压力损失验算和压力阀的调整压力压力损失验算和压力阀的调整压力.8总结总结.9参考文献参考文献.10致谢致谢.10附图附图.111课程设计的目的和基本要求1.11.1课程设计的目的课程设计的目的1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。4、提高学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PROE等）进行实际工程设计的能力。1.21.2课程设计的基本要求课程设计的基本要求(1)液压传动课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。(2)液压传动课程设计应在教师指导下独立完成。教师的指导作用是指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题，按设计进度进行阶段审查，学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。(3)设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。任何设计都不能凭空想象出来，利用已有资料可以避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证。另外任何新的设计任务又总有其特定的设计要求和具体工作条件，因而不能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。(4)学生应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。2课程设计的主要内容2.12.1课程设计题目课程设计题目设计一台专用卧式铣床的液压系统，要求液压系统完成“快进工进快退停止”的工作循环。已知：铣头驱动电动机功率为8.5kw，铣刀直径为70mm，转速为350rmin，工作台、工件和夹具的总重量为7500N，工作台快进行程为250mm，工进行程为150mm，快进、快退速度为5mmin，工进速度为601000mmmin，加、减速时间为0.05s，工作台采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。2.22.2课程设计要完成的主要内容课程设计要完成的主要内容(1)明确设计要求进行工况分析；(2)确定液压系统主要参数；(3)拟定液压系统原理图；(4)计算和选择液压件；(5)验算液压系统性能；(6)结构设计及绘制零部件工作图；(7)编制技术文件。学生应完成的工作量：(1)液压系统原理图1张；A3手绘(2)部件装配图A3和零件工作图至少两张；(3)设计计算说明书1份。33液压系统设计方法液压系统设计方法3.1工况分析3.1.1运动分析按题目要求，我们小组设计一台专用卧式铣床的液压系统，要求液压系统完成“快进工进快退停止”的工作循环。因此，该系统应按照“快进工进快退停止”的工作循环进行运动。3.1.2负载分析切削力：根据题意，由公式P=Tn9550、Ft=TR得，Ft=6616N。导轨静摩檫力：NFfs150075002.0导轨动摩擦力：NFfd75075001.0惯性力：NmaFm127405.060581.97500重力阻力：因为工作部件是卧式放置，顾重力阻力FG=0密封阻力：作为内负载阻力，考虑计入液压缸的机械效率，取液压缸的机械效率为m=0.9由此可得出液压缸的在各工作阶段的负载如表2-1表2-1液压缸的在各工作阶段的负载工况负载组成负载值FN推力(N)mF启动fsFF15001667加速mfdFFF20242249快进fdFF750833工进tfdFFF73668184快退fdFF7508333.23.2负载图和速度图的绘制负载图和速度图的绘制根据表2-1中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图3-1所示。图3-1负载循环图根据已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图3-2所示。图3-2速度循环图3.33.3液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定3.3.1初选液压缸的工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为8184N，其它工况时的负载都相对较低，参考液压与气压传动（第二版）课本182表9-2和表9-3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=2MPa。3.3.2计算液压缸的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。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积A1是有杆腔工作面积A2两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=D的关系。2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，选取此背压值为p2=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为，11221112(2)mFApApApAp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2621114.48)26.02(108184)2(cmPPFAm液压缸缸筒直径为mmAD3.781014.484461由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d=D，因此活塞2杆直径为d=78.3=55.4mm，参考设计手册并取整后取液压缸缸筒直径为2D=80mm，活塞杆直径为d=56mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：24211024.504mDA242211062.254)(mdDA3.3.3求液压缸的最大流量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=（A1-A2）v1=12.31Lmin工作台在快退过程中所需要的流量为q快退=A2v2=12.81Lmin工作台在工进过程中所需要的流量为q工进=A1v1=0.305.02Lmin其中最大流量为快进流量为12.81Lmin。3.3.4绘制工况图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3-1所示。表3-1各工况下的主要参数值工况推力FN回油腔压力P2MPa进油腔压力P1MPa输入流量qL.min-1输入功率PKw计算公式快进启动166700.33P1=q=(A1-A2)v1加速22491.531.23恒速8330.950.6512.310.13P=p1qp2=p1+p工进81840.61.930.305.020.060.16P1=(F+p2A2)A1q=A1v2P=p1q起动166700.65加速22490.62.05快退恒速8330.61.512.810.32P1=(F+p2A1)A2q=A2v3P=p1q把表3-1中计算结果绘制成工况图，如图3-3所示。图3-3液压缸工况图3.43.4确定系统方案，拟定原理图确定系统方案，拟定原理图3.4.1确定系统方案(1)选择调速回路该机床功率小，速度低，故采用节流调速的开式回路。为了增加运动的平稳性，防止钻通时工件部件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回路中加背压阀。（2）油源及其压力控制回路的选择。该系统由低压大流量和高压小流量组成，因此，选用双联叶片泵油源供油。（3）快速运动与换向回路由于系统要求快进与快退速度相等，因此在双泵供油的基础上，快进时采用液压缸差动连接快速运动回路，快退时采用液压缸有杆腔进油、无杆腔回油的快速运动回路，并将液压缸两腔作用面积比设计为A12A2.(4)速度换接回路由工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压冲击。(5）行程终点的控制方式这台机床用于钻、镗孔（通孔与不通孔）加工，因此要求行程终点的定位精度高。为保证“清根”，使刀具在工进结束前，有一个短暂的停留时间，因此在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。3.4.2拟定液压系统图见附图3.53.5液压元件的选择和参数计算液压元件的选择和参数计算3.5.1确定液压泵的型号及电动机的功率（1）计算液压泵的最大压力根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。对于调速阀进口节流调速回路，选取进油路上的总压力损失，同时考虑到压力继电器的可靠动作要求压力继电器动作压p0.8MPa力与最大工作压力的压差为0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力可估算为a23.3a5.08.093.1max1MPMPppppp）（继电器损大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，图3-3表明，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为：MPaMPaMPpppp0.2)5.050.1(a)(12损(2)计算总流量表3-1表明，在整个工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快退工作阶段，为12.81Lmin，若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的5%计算，则液压油源所需提供的总流量为：min45.13min81.1205.1LLqp工作进给时，液压缸所需最小流量约为0.30Lmin，但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量3Lmin，故小流量泵的供油量最少应为3.3Lmin。据据以上液压油源最大工作压力和总流量的计算数值，因此选取PV2R12626型双联叶片泵，其中小泵的排量为6mLr，大泵的排量为26mLr，若取液压泵的容积效率V=0.9，则当泵的转速np=940rmin时，液压泵的实际输出流量为min072.27221.5min10009.0940266LLqp）（由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2.0MPa、流量为27.072Lmin。取泵的总效率p=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为：kWkWqpPppp21.175.0601.270.2根据上述功率计算数据以及题目数据，此系统选取Y160L-6型电动机，其额定功率Pn=11kW，额定转速n=970rmin。3.5.2阀类元件及辅助元件(1)确定油管各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算，如表3-2所示。表3-2液压缸的进、出油流量和运动速度流量、速度快进工进快退输入流量1minL5.56)6.20.5()1.270.5()()(2111AAqAqp02.53.01q127.1pqq排出流量1minL81.282q56.215.02q14.532q运动速度1minmV1=11.020.106.02vV3=22.07根据表4-3中数值，当油液在压力管中流速取3ms时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：mmmmvqd99.1960103105.562236取标准值20mm；，mmmmvqd85.1360103101.272236取标准值15mm因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用公称通径为20和15的无缝钢管或高压软管。又由于我们小组的液压缸采用活塞杆固定式，所以液压缸相连的两根油管采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上。（2）确定阀类元件及辅件表3-3阀类元件的选择序号元件名称通过最大实际流量（Lmin）型号1双联式叶片泵27.1PV2R126262单向阀27.1AF3-Ea10B3三位五通换向阀54.235DYE10B4溢流阀5.1YF3E10B5背压阀0.3YF3E10B6顺序阀22YF3E10B7调速阀0.51AXQFE10B8二位二通换向阀54.222D1-63BH3.63.6液压系统的性能验算液压系统的性能验算3.6.1压力损失验算和压力阀的调整压力快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表3和表4可知，进油路上油液通过单向阀的流量是12.3Lmin，通过三位五通换向阀换向阀的流量是27.1Lmin，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量39.4Lmin通过二位二通换向阀并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为MPaMPapv1823.0634.393.0801.275.0633.122.0222此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀的流量是27.1Lmin，然后与液压泵的供油合并，经流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差。MPaMPappp2794.0632.543.00801.275.02212此值小于原估计值0.5MPa，所以是偏安全的。工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀的流量为0.51Lmin，在调速阀处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀的流量是0.04Lmin，在背压阀处的压力损失为0.5MPa，通过顺序阀的流量为22.04Lmin，因此这时液压缸回油腔的压力为p2为可见此值小于原估计值0.8MPa。故可重新计算工进时液压缸进油腔压力p1，即此值与表3中数值2.0MPa相近。快退快退时，油液在进油路上通过单向阀的流量为22Lmin，通过换向阀的流量为27.1Lmin；油液在回油路上通过换向阀的流量是54.2Lmin。因此进油路上总压降为MPaMPapv082.0801.275.063222.0222此值较小，所以液压泵驱动电动机的功率是足够的。回油路上总压降为MPaMPaAApFp93.1101024.501062.25106.0818464461221MPaMPap5369.063104.223.05.08004.05.0222MPaMPap525.0632.542.0802.545.0632.542.02222此值与估计值相近，故不必重算。所以，快退时液压泵的最大工作压力pp应为MPaMPapppvp012.2082.093.111因此大流量液压泵卸荷的顺序阀的调压应大于2.012MPa。3.6.2系统油液温升验算液压传动系统在工作时，有压力损失、容积损失和机械损失，这些损失所消耗的能量多数转化为热能，使油温升高，导致油的粘度下降、油液变质、机器零件变形等，影响正常工作。为此，必须控制温升T在允许的范围内，如一般机床=2530；数控机床25；粗加工机械、工程机械和机车车辆=3540。液压系统的功率损失使系统发热，单位时间的发热量（kW）可表示为21PP对于本次设计的铣床液压系统，其工进过程在整个工作循环中所占时间比例达99.9%。因此系统发热和油液温升可用工进时的发热情况来计算。工进时液压缸的有效功率（即系统输出功率）为kWkWFvP008184.0601006.0818430这时大流量泵通过顺序阀1卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两泵的总输出功率（即系统输入功率）为：kWkWqpqpPpppppi432.01075.010631.51084.31060226322103.03363262112由此得液压系统的发热量为kWkWPPHii4238.0008184.0432.00即可得油液温升近似值：cCT0032368.10250104238.0温升小于普通机床允许的温升范围，因此液压系统中不需设置冷却器。%9.9905.0150150212ttt总结在这一周来的课程设计，终于体会设计并非自己想的那么简单，首先是很难克服起床晚这个问题，再加上课程是非常之赶的，而很多知识自己任然处在比较不懂的状态下，特别是原理图和零件的选择上，我们组觉得很难，但我从中的确学习到了许多，补充了许多我不知道的知识。这次的课程设计，让我们深深的知道了从事设计工作的艰辛，也让我们对自己的耐心和细心的到一个较大的提高，因为课设需要你有足够的耐心，因为设计过程中我们要对数据不断的计算，对计算结果不断的修改，这需要耐心，更需要有足