液压与气压传动课程设计-双头车床液压系统的设计.doc

液压与气压传动课程设计 说明书 课程设计说明书课题名称：液压与气压传动课程设计学 院：专业班级: 学 号：学 生：指导老师： 液压与气压传动课程设计评阅书题目液压与气压传动课程设计学生姓名 学号 指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要 本文是关于双头车床液压系统设计过程的阐述。主要包括系统方案的确定、液压集成块与控制系统的设计几个方面的内容。双头车床加工时，由于零件较长，拟采用零件固定，刀具旋转和进给的加工方式，其加工动作循环方式是：快进工进快退停止，同时要求各个车削头能单独调整。显而易见，采用双头车床能使原需多道工序的产品能一次切削完成，使工序简化，生产效益大大提高。且这种设计所产生的产品对成均匀，精度高。对于双头车床的动力执行部分，本设计采用液压伺服机构。液压伺服机构较其他机构有传动平稳、噪音小、驱动力大等优点，同时也存在漏油、爬行、体积大等缺点。 为了尽量避免液压系统的上述缺点，系统设计时用集成块来代替管路，在液压系统采用液压阀集成配置，可以显著减少管路联接和接头，降低系统的复杂性，增强现场添加和更改回路的柔性，具有结构紧凑、安装维护方便、泄漏少、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点。关键词： 双头车床液压系统 液压伺服机构I目 录摘 要I目 录01设计任务12 液压回路的工况分析22.1确定对液压系统的工作要求22.2参数拟定液压系统工作原理图23 计算和选择液压元件53.1 原始数据53.2 确定液压缸参数53.3 液压系统计算与选择9总 结15参考文献161设计任务液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。本次设计的是一台立式双轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。要求设计的动力滑台实现的工作循环是：根据加工要求，刀具旋转由机械传动来实现；主轴头沿导轨中心线方向的“快进(Fast Feed)一工进(Working Feed)快退(Fast Return)停止(Stop)”工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。液压系统执行元件选为液压缸。要求各个车削头能单独调整。其最大切削力在导轨中心线方向估计为10kN，所要移动的总重量估计为15kN，工作进给要求能在0.0201.2m/min范围内进行无级调速，快速进、退速度一致，为 4 m/min，试设计该液压传动系统。图10.1为该机床的外形示意图。图10.1双头车床外形示意图2 液压回路的工况分析2.1确定对液压系统的工作要求根据加工要求，刀具旋转由机械传动来实现；主轴头沿导轨中心线方向的“快进(Fast Feed)一工进(Working Feed)快退(Fast Return)停止(Stop)”工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。考虑到车削进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，粗加工时负载有较大变化，故拟选用调速阀、变量泵组成的容积节流调速方式。为了自动实现上述工作循环，并保证零件一定的加工长度（该长度并无过高的精度要求），拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。2.2参数拟定液压系统工作原理图该系统同时驱动两个车削头，且动作循环完全相同。为了保证快速进、退速度相等，并减小液压泵的流量规格，拟选用差动连接回路。在行程控制中，由快进转工进时，采用机动滑阀。使速度转换平稳，且工作安全可靠。工进终了时。压下电器行程开关返回。快退到终点，压下电器行程开关，运动停止。快进转工进后，因系统压力升高，遥控顺序阀打开，回油经背压阀回油箱，系统不再为差动连接。此处放置背压阀使工进时运动平稳，且因系统压力升高，变量泵自动减少输出流量。两个车削头可分别进行调节。要调整一个时，另一个应停止，三位五通阀处中位即可。分别调节两个调速阀，可得到不同进给速度；同时，可使两车削头有较高的同步精度。由此拟定的液压系统原理图如图2.3所示。图2.3双头车床液压系统工作原理图根据设计的要求列出电磁铁动作顺序表: 元 件左液压缸1YA2YA行程阀 不 动 - 快 进 + 工 进 + + 快 退 + + 表2.1 表2.2元 件右液压缸3YA4YA行程阀 不 动 - - 快 进 + 工 进 + + 快 退 + +注：两车削头可分别调节，调节一个时，另一个应停止，三位五通阀处于中位即可。3 计算和选择液压元件3.1 原始数据1 导轨中心线方向最大切削力：10000N；2 运动部件重量：15000N；3 快进、快退速度：4m/min；4 工进速度：0.020.2m/min；5 启动，制动时间：t=0.2s；3.2 确定液压缸参数3.2.1负载分析及绘制负载图和速度图液压缸负载主要包括：切削阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力等。(1)切削阻力 =10000N (2)摩擦阻力 若该机床材料选用铸铁对铸铁，其结构受力情况如图3.1所示： 图3.1根据机床切削原理，一般情况下，,由题意知：10000，则由于切削力所产生的与重力方向相一致的分力= =33333N,=0.1,V形导轨的夹角,则导轨的摩擦力为： = (3)惯性阻力 油缸所要移动负载总重量： 根据题意选取工进时速度的最大变化量：，根据具体情况选取：（其范围通常在0.010.5 s）,则惯性力为： 式中 (m/s2);(4)重力因为运动部件是水平安置，故重力在运动方向的分力为零。(5)密封后阻力 阻力通常折算为克服密封阻力所需的等效压力乘以液压缸的进油腔的有效作用面积。若选取中压液压缸，且密封结构为Y型密封，根据资料推荐，等效压力取，液压缸的进油腔的有效作用面积初估值为mm2 ,则密封力为： 启动时： （ 运动时： (6)背压阻力这是液压缸回油路上的阻力。初计算时，可不考虑，其数值待系统确定后才能定下来。根据上述分析，可计算出液压缸各动作阶段中的负载。计算公式及数值见表3.1所示： 表3.1 工 况 算 公 式 液 压 缸 的 负 载加速阶段快进阶段工进阶段 快退阶段(7)绘制进给液压缸的负载图和速度图 据上表数据，绘制出液压缸的负载图和速度图，此图直观性强，便于分析，如图3.2所示： （a) （b) 图3.2（a）负 载 图 (b) 速 度 图3.3 液压系统计算与选择3.3.1 液压泵的选择(1)计算液压泵工作压力液压泵的工作压力应考虑液压缸最高有效工作压力和系统的压力损失。对于调速阀进油节流调速系统，管路的局部压力损失一般取（515），在系统的结构布局未定之前，可用局部损失代替总的压力损失，现选取总的压力损失， 则液压泵的实际计算工作压力： (2)算液压泵的流量当液压缸左右两个切削头快进时，所需的最大流量之和为： 液压泵流量应考虑液压缸最大工作流量和回路的泄漏，常取回路泄漏系数1.11.3。如取，则液压泵的流量为： (3)选取液压泵规格型号根据求得的液压泵的流量和压力，又要求泵变量，查阅新编液压件使用与维修使用技术大全选取：YBN-40型叶片泵。此泵的性能数据如表3.4所示： 表3.4型 号YBN-40型叶片泵排 量(ml/r) 31.98压力调节范围（MPa） 1.43.5开始变量时压力P(MPa)2.0转速（r/min）最大1800最小600输入功率（kW） 1.47 注：表中排量是定子处于最大偏心时的数值。输入功率为该排量下，转速为1500r/min,压力为P时的理论功率，未考虑总效率。3.3.2电机的计算与选择(1)驱动电机功率因该系统选取变量泵，所以应算出空载快速、最大工进时所需的功率，按两者的最大值选取电机的功率。最大工进：此时所需的最大流量为： 选取液压泵的总效率为：，则工进时所需的液压泵的最大功率为： 快速空载：此时，液压缸承受以下载荷：惯性力： 密封阻力： 导轨摩擦力： 空载条件下的总负载： 选取空载快速条件下的系统压力损失，则空载快速条件下液压泵的输出压力为： 空载快速时液压泵所需的最大功率为： 故应按最大工进时所需功率选取电动机。(2)取电机规格型号选取电机时，除考虑功率外还要考虑机泵转速的匹配和机泵连接形式等，根据YBN-40型叶片泵转速600r/min1800 r/min和最大工进时所需的功率1.36Kw，查阅机械设计实用手册选取：YA90L-4型电动机。此电动机的性能数据如表3.5所示： 表3.5型 号YA90L-4同步转速（r/min） 1500温度组别 额定功率（Kw） 1.5转速（r/min） 1400电压（V）380电流（A） 3.72效率（%） 78.5功率因数 0.78重量（K g） 27注：YA系列增安型三相异步电动机效率高，启动转矩大，振动小，噪音低，防护性能好，具有良好的防爆性能，广泛应用于油泵，水泵，鼓风机等设备配套。3.3.3液压元件的选用控制元件的规格应根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取。换向阀(Directional Control Valve)：按，选35D25B（滑阀机能O型）；单向阀(Check Valve)：按，选I25B；调速阀(Speed Control Valve)：按工进最大流量，工作压力选Q10B背压阀(Back Pressure Valve)：调至，流量为选B10；顺序阀(Sequence Valve)：调至大于，保证快进时不打开。选XB10B行程阀(Cam valve)：按，选22C25B；3.3.4油管的计算和选择查GB/T2351-93和JB82766，确定钢管公称通经、外径、壁厚、连接螺纹及推荐流量。在液压泵的出口，按流量27.5 l/min，查表取管路通径为f10(mm)；在液压泵的入口，选择较粗的管道，选取管径为f12(mm)；其余油管按流量12.5 1/min，查表取f8(mm)。对于一般低压系统，油箱的容量一般取泵流量的35倍，本题取4倍，其有效容积：在绘制液压系统装配管路图后，可进行压力损失验算。由于该液压系统较简单，该项验算从略。由于本系统的功率小，又采用限压式变量泵，效率高，发热少，所取油箱容量又较大，故不必进行系统温升的验算。总 结回顾这一周的课程设计，感觉受益匪浅。我的设计课题是双头车床液压系统的设计，以前我对液压系统设计、集成块的设计、机械系统设计、制造工艺的了解是非常肤浅的，但是经过这一周的课程设计，讨论学习以及广泛的查阅资料，我对液压技术有了全面而深刻的了解，并能独立解决一些问题。在此，我非常感谢各位老师和同学的帮助指导。以下是我这一周的课程设计的一点心得体会：理论设计需以实践经验为基础，不能主观臆造。要有系统设计的思想：一个系统的设计，不将其中的各个部件孤立起来，逐个设计，应进行系统性的关联设计。要对零部件充分进行标准化，这样才能减少生产难度，节约生产时间，提高生产效率和经济性。机械设计在充分吸收和借鉴前人经验教