液压与气压传动课程设计-卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统.doc

机械制造与自动化专业液压传动课程设计说明书班级：机制123学号：120114330姓名：桑兴冲1一、液压传动课程设计的目的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、PRO/E等）进行实际工程设计的能力。二、液压课程设计题目题目（一）设计一台卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统，要求完成如下的动作循环：夹紧快进工进死挡铁停留快退松开原位停止；机床有16个主轴，钻削加工13.9mm的孔14个，8.5mm的孔2个，工件材料为铸铁，硬度HB240。动力滑台采用平导轨，工进速度要求无级调速，如用高速刚钻头进行加工，其他参数如下表所示。数 参 据数数 据IIIIIIIVV运动部件自重（N）9810100009990950011000快进快退速度（m/min）77.56.57.88快进行程（mm）10012011095120工进行程（mm）5060657060工进速度（mm/min）30903090309030903090静摩擦系数fg0.20.150.20.180.15动摩擦系数fd0.10.080.090.120.14启动制动时间t（s）0.20.250.210.230.3试完成以下工作：1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图（A3）。3、计算液压系统，选择标准液压元件。4、绘制液压缸装配图（A1）。5、编写液压课程设计说明书。机床加工示意图如下：图1 卧式动力滑台加工示意图目 录 第1章 组合机床工况分析 1 第2章 液压缸的主要参数的确定 3第3章 拟定液压系统图 7 第4章 液压元件的选择 10第5章 液压缸的机构设计 13感谢信 18参考资料 19附录A液压系统原理图 附录B 液压缸结构18 液压传动课程设计说明书第1章 组合机床工况分析1.1 工作负载分析 工作负载即为切削阻力。1. 计算切削阻力 铸铁钻孔时，其轴向切削力可用以下公式计算2. 式中，D钻头直径(mm) S每转进给量(mm/r)3. 钻13.9mm的孔时，主轴转速，每转进给量,钻8.5mm孔时，主轴转速，每转进给量, 则 1.2 阻力负载分析液压缸驱动工作部件时要克服机床导轨处的摩擦阻力，它与导轨形状、安放位置及工作台的运动状态有关。 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力 动摩擦阻力 1.3 惯性负载分析1.4工进速度选择工进速度取工进时的最大速度90mm/min即1.5 根据以上分析计算各工况负载 (见表1-1)表1-1 液压缸在各工作阶段的负载值工况计算公式液压缸负载F/N液压缸驱动力F/m/N启动19622180正向加速2545.92828.8快进9811090工进3148134978.9快退9811090制动397.1441.2注:表中取液压缸的机械效率cm=0.91.6 负载图和速度图的绘制负载图按上面数值绘制，如图所示。速度图按已知数值、，、快退行程和工进速度等绘制如图。速度图 负载图第2章 液压缸的主要参数的确定2.1 初定液压缸工作压力根据上述工况要求和动力滑台的结构安排，应采用液压缸为执行元件。液压缸选用单杆式的，缸筒固定在床身上。由于要求快进与快退的速度相等，为减少液压泵的供油量，决定采用差动型液压缸。由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，选,本机床为钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔应有背压，取背压，为使快进快退速度相等，选用差动油缸，假定快进、快退的回油压力损失为。2.2 液压缸尺寸的计算由式得液压缸直径取标准直径因为，所以则，液压缸有效面积活塞杆面积 =-A=50cm经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。2.3 液压缸的流量的计算液压缸的快进流量液压缸的工进流量液压缸的工进流量2.4 液压缸工作腔压力的计算液压缸的快进压力0.85液压缸的工进压力3.97液压缸的工进压力1.51液压缸在工作循环中各阶段压力、流量和功率工作阶段负载回油腔压力工作腔压力输入流量q输入功率快进10901.550.85350.50工进34978.90.63.970.8550.06快退987.10.71.5131.50.79流量图压力图功率图第3章 拟定液压系统图3.1 选择液压回路(1)调速方式的选择 液压系统的调速方式可分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三种形式。由工况得知，该液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进油路节流调速回路，为防止钻通孔时负载突然消失引起运动部件的前冲现象，在回油路上加背压阀。(2)液压泵形式的选择 系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量的时间之比。根据该情况，本方案决定采用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。(3)速度换接方式的选择 因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。动作可靠，转换精度较高。(4)快速回路与工进转快退控制方式的选择 为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。(5)调压和卸荷回路的选择 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。(6)夹紧油路的选择夹紧油路中串接减压阀，可根据工件夹紧力的需要调节并稳定其压力，即使主油路压力低于减压阀所调压力，因为有单向阀的存在，夹紧系统也能维持其压力(保压)。二位四通电磁换向阀的常态位置是夹紧工件，保证了操作安全可靠。3.2组成系统系统原理图3.3 液压系统工作分析工件夹紧： 电液换向阀处于中位状态，液压泵输出的压力油进入夹紧缸的左腔，右腔回油，活塞杆向右移动，将工件夹紧。夹紧后，液压缸左腔的压力升高，当油压超过压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号指令使电磁铁1YA通电，液压缸8动作。快速前进： 电磁铁1YA通电，电液换向阀左位接入系统，溢流阀17因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸8作差动连接，液压泵18输出最大量。系统中油液流动的情况为： 进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（左位）行程阀7（左位）液压缸8左腔 回油路：液压缸8右腔换向阀10（左位）单向阀3行程阀7（左位）液压缸8左腔工进阶段：工进在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀7时开始，这时系统压力升高，溢流阀17打开，液压泵单泵供油，系统中油液流动情况为： 进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（左位）调速阀4液压缸8左腔 回油路：液压缸8右腔换向阀10（左位）溢流阀2顺序阀1油箱停留阶段： 停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始，并在系统压力进一步升高，压力继电器9发出信号后终止。快退阶段：快退在压力继电器9发出信号后，电磁铁1YA断电、2YA通电时开始，这时系统压力下降，液压泵供油量增加，系统中油液的流动情况为： 进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（右位）液压缸8右腔 回油路：液压缸8左腔单向阀6换向阀12（右位）油箱松开 ： 松开在挡块压下终点开关时3YA通电，夹紧缸松开。其油液流动情况为： 进油路：液压泵18单向阀16减压阀15单向阀14换向阀13（右位）夹紧缸右腔 回油路：夹紧缸左腔换向阀13（右位）油箱停止 停止在滑台快速退回到原位，挡块压下终点开关，电磁铁2YA断电、换向阀10处于中位，液压泵卸荷，滑台停止运动。 油路：液压泵18单向阀16换向阀10（中位）油箱第4章 液压元件的选择4.1 液压泵的确定(1)确定液压泵的最大工作压力 对于执行元件运动过程中需要最大压力，液压缸的工作压力为P=P+ 式中 执行元件在稳定工况下的最高工作压力； 进油路上的远程和局部损失； 前面已经确定液压缸的最大工作压力为，选取进油管路压力损失，所以泵的工作压力。这是高压小流量的工作压力。由液压系统图知液压缸快退时的工作压力比快进时大，取其压力损失为，则快退时泵的工作压力为这是低压大流量泵的工作压力。(2)液压泵的流量 由液压系统图知，快进时流量最大，其值为35L/min，若取系统泄漏系数K=1.2，则两泵的总流量为最小流量在工进时，其值为0.855L/min，取K=1.2则 为保证工进时系统压力比较稳定，应该考虑溢流阀有一定的最小溢流量，取最小溢流量为2L/min，所以高压小流量液压泵的流量规格最小应为3.5L/min。根据压力和流量的数值查阅产品样本，本方案确定选用YB-D32/4型双联叶片泵。(3)选择电动机 系统最大功率出现在快退工况，其数值如下式计算式中泵的总效率，取。根据以上计算结果，査电动机产品目录，选Y112M-6型异步电动机，转速为1000r/min，功率为2.2kw。4.2 阀类元件及辅助元件的选择根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选用这些元件的型号及规格（见下表）序号元件名称通过最大流量/(L/min)规格型号公称流量/(L/min)公称压力/Mpa1双联叶片泵-YB-D50/432/4102三位五通电液换向阀7635DY-100B1006.33行程阀7622C-100BH1006.34调速阀1Q-D6B-30.053105单向阀76A-F20D100206单向阀32A-F10D40207液控顺序阀32XY-63B636.38背压阀1P-D6B200.3 1.69溢流阀3.5Y-D6B201010单向阀32A-F10D402011滤油器50XU-50100502.512压力表开关-KF3-E3B-1013单向阀76A-F20D1002014压力继电器-DP-63B-104.3 油管的选择(1)油管类型的选择 系统的工作压力在6.5Mpa以下，为了便于装配，使用软管油路。(2)油管尺寸的确定 吸油管式中q 为通过油管的最大流量V 液体在管内的最大允许速度，一般对吸油管取0.5-1.5m/s，回油管取1.5-2.5 m/s，压油管取2.5-5 m/s。代入数据后，查手册吸油管选用502.5（外径50 m m，内径2.5 m m）的10号冷拔无缝钢管。压油管，回油管分别选用2.21.6，281.6的10号冷拔无缝钢管。(3)油管壁厚 4.4 油箱容量的确定油箱容量可按经验公式估算，取 根据液压泵站的油箱公称容量系列（JB/T7938-1995），取油箱容量为315L油箱公称容量JB/T7938-1995（L）463.1025406310016025031540050063080010001250160020003150400050006300第5章 液压缸的结构设计5.1 为满足本题目中液压系统 快进工进快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸。1）液压缸的组成：液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。2）液压缸组件的连接方式：缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。 3）活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择O型的密封 圈。4）液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。5）液压缸排气装置 对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。6）密封装置的选择选0形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点。5.2 液压缸设计需要注意的事项 1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。 3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。 4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。5.3 液压缸主要零件的材料和技术要求 1）缸体 材料-灰铸铁: HT200,HT350。 粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为 技术要求：a内径用H8-H9的配合 b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度 2）缸盖 材料-35钢 粗糙度-导向表面粗糙度为 技术要求：同轴度不大于分析： 缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度，以承受活塞频繁的往复摩擦，保证活塞密封件的可靠密封，缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料与工作压力有关，当工作压力p10Mpa时使用铸铁，当工作压力10Mpap20Mpa时使用铸刚或锻刚，本题目中工作压力的最大值为3.98 Mpa，故选用铸铁缸筒。缸盖的材料常用35号，40钢号锻件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT250. HT 300等灰铸铁。 3）活塞 材料-灰铸铁：HT300 粗糙度-活塞外圆柱粗糙度 技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H8。 4）活塞杆 材料-实心：45钢，调质处理， 粗糙度-杆外圆柱粗糙度为 技术要求：a调质2025HRC b活塞与导向套用 的配合，与活塞的连接可用 分析：活塞组件主要包括活塞，活塞杆，连接件等 。活塞杆是液压传力的主要零件，由于液压缸被用于不同的条件，因此要求活塞杆能经受压缩，拉伸，弯曲，振动，冲击等载荷作用，还必须具有耐磨，耐腐蚀性能，故活塞杆材料可用35号钢，45号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆 ，为提高耐磨和防锈能力，可在活塞杆表面镀铬并抛光，活塞材料通常采用钢. 耐磨铸铁，有时也用黄铜或铝合金。 5）导向套 材料-青铜，球墨铸铁 粗糙度-导向表面粗糙度为 技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%80%b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差之半分析：导向套按材料分为金属型和非金属型两种，金属型一般选用摩擦系数小耐磨好的青铜材料制造，非金属型导向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。5.4 液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D，活塞杆直径d，液压缸筒的长度L，1）液压缸内径D的计算，根据最大负载和选取的工作压力来确定内径D=110mm，2）活塞杆直径d的计算在前面的计算中已经确定d=80 mm，3）液压缸筒长度L的计算液压缸筒长度L由活塞最大行程l，活塞宽度B，活塞杆导向长度H和有特殊要求的其他长度确定。查手册选取活塞行程L=250 mm，活塞宽度 B=（0.61.0）d，选B=88 mm，导向套长度H=（0.61.0）d，选H=0.8 d=64 mm，且液压缸筒长度不超过内径110 mm的20倍，综上所述，得液压缸筒长度L=450 mm。6）液压缸参数的计算液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度1）壁厚的计算查表取缸筒外径为133 mm，则壁厚= mm2）液压缸油口直径在计算设定液压缸油口液流速度为1.0m/min则液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度V 和油口最高液流速度Vo=而定Do=0.13D Do液压缸油口直径 =0.13X0.11 D液压缸内径 =40mm V液压缸最高输出速度 Vo油口液流速度7）缸底厚度计算D液压缸内径（mm） 【】缸底材料的许用应力（Mpa） Py 试验压力（Mp