液压与气动.doc

目 录一：课题意义及要求-3二：设计过程-42.1 工况分析-42.2 拟定液压系统工作原理图-4三：计算和选择液压元件-73.1 设计步聚-73.2 猾台受力分析及计算- 8四：液压缸设计-114.1 液压缸参数计算-114.2 夹紧缸参数设计-14五：管件设计-17六：油箱设计-17七：计算液压系统技术性能-177.1 计算系统压力损失-187.2 验算-20八：参考文献-21一. 课题意义一、设计目的液压与气压传动课程设计是机械工程专业教学中重要的实践性教学环节，也是整个专业教学计划中的重要组成部分，是培养学生运用所学有关理论知识来解决一般gon工程实际问题能力的初步训练。课程设计过程不仅要全面运用液压与气压传动课程有关知识，还要根据具体情况综合运用有关基础课、技术基础课和专业课的知识，深化和扩大知识领域，培养独立工作能力。通过课程设计，使学生在系统设计方案的拟定、设计计算、工程语言的使用过程中熟悉和有效地使用各类有关技术手册、技术规范和技术资料，并得到设计构思、方案拟定、系统构成、元件选择、结构工艺、综合运算、编写技术文件等方面的综合训练，使之树立正确的设计思想，掌握基本设计方法。二、设计内容1液压与气压传动系统图，包括以下内容：1）液压与气压传动系统工作原理图；2）系统工作特性曲线；3）系统动作循环表；4）元、器件规格明细表。2设计计算说明书设计计算说明书用以论证设计方案的正确性，是整个设计的依据。要求设计计算正确，论据充分，条理清晰。运算过程应用三列式缮写，单位量纲统一，采用ISO制，并附上相应图表。具体包括以下内容：1） 绘制工作循环周期图；2） 负载分析，作执行元件负载、速度图；3） 确定执行元件主参数：确定系统最大工作压力，液压缸主要结构尺寸，计算各液压缸工作阶段流量，压力和功率，作工况图；4） 方案分析、拟定液压系统；5） 选择液压元件；6） 验算液压系统性能；7） 绘制液压系统工作原理图，阐述系统工作原理。液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理. 液压传动系统的组成： 液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1）动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 2）执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3）控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机 的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4）辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。 5）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换二. 设计过程2.1 工况分析根据加工要求，工件夹紧装置及滑台的快进工进快进停止，工件循环拟定采用液压传动方式来实现，故决定选取油缸做执行机构。考虑到进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，以及滑台的速度调节，故拟定选用调速阀，单向阀组成的节流阀调速方式。 为了自动实现上述工作循环并保证滑台的行程在最大行程内（该行程并无过高的精度要求）拟定采用行程开关及电磁换向阀的控制顺序动作2.2 拟定液压系统工作原理图图2-1双面铣削组合机床液压原理图 表2.1 动作顺序表1 夹紧工件按下启动按钮，5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀7切换至左位，主油路的进油路：过滤器4-泵2-单向阀15电磁阀14左端单项节流阀12液压缸左腔。液压缸右腔回油单项节流阀13电磁阀14左端油箱。液压推动火塞向右移动至5J2 滑台快速趋近铣削头 1DT,3DT,4DT，5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至左端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6左端二位二通换向阀7双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油二位二通换向阀11电磁阀6左端油箱。液压缸移动至1J3 滑台工进 1DT,4DT，5DT得电，电磁阀6左端接通；主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6左端调速阀8双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油二位二通换向阀11电磁阀6左端油箱。液压缸移动至2J4 滑台快速离开铣削头1DT,3DT,4DT，5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至左端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6左端二位二通换向阀7双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油二位二通换向阀11电磁阀6左端油箱。5 滑台停止夹松6DT得电，电磁阀14右端通电，主油路的进油路：过滤器4泵2单向阀15电磁阀14右端单向节流阀13液压缸右腔。液压缸左腔回油单向节流阀12电磁阀14右端油箱。滑台松开工件6 夹紧工件 5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀7切换至左位，主油路的进油路：过滤器4-泵2-单向阀15电磁阀14左端单项节流阀12液压缸左腔。液压缸右腔回油单项节流阀13电磁阀14左端油箱。液压推动火塞向右移动至5J7 滑台反向快进铣头2DT,3DT，4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至右端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6右端电磁换向阀7双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通换向阀7三位四通电磁阀6右端油箱。液压缸移动至3J8 滑台反向工进2DT,3DT，4DT，5DT得电，电磁阀6右端接通；主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6右端调速阀11双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通电磁阀7-三位四通电磁阀6右端-油箱液压缸移动至4J9 滑台反向快离铣头2DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀3切换至右端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6右端二位二通电磁阀11双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通电磁阀7电磁阀6右端油箱。10 滑台停止夹松6DT得电，电磁阀14右端通电，主油路的进油路：过滤器4泵2单向阀15电磁阀14右端单向节流阀13液压缸右腔。液压缸左腔回油单向节流阀12电磁阀14右端油箱。滑台松开工件11 卸荷 1DT,2DT,5DT,6DT断电，阀6阀14处于中立，泵2卸载 三 计算和选择液压元件3.1 设计步骤3.1.1 铣刀选择工件材料：灰铸铁HBS=190，铣刀类型：端面铣刀，刀具材料：高速钢（不用切削液） 铣刀参数；查1 p9-105公式 V=（3-1）查1 表9.4-8得 =23 =0.2 =0.1 =0.4 =0.1 =0.1 m=0.15 =1.0 查表1 9.4-1得：=0.12mm/z查1 表 9.2-11得：铣刀直径：铣刀直径：D=250mm Z=26 =4.7mm代入公式（3-1）V=37.78m/min3.1.2 铣刀转速计算查2p53 n= (3-2)代入（3-2）计算：n=30.08r/min3.1.3 铣削力计算查1 表P9-109公式得：=（3-3）查1 表9.4-10= 294 =1.0 = 0.65 =0.83 =0 =0.83又Z=26 =4.7mm =0.12mm =1.0 n=30.08r/min代入公式（3-3）得：=467.61N铣削力与的关系：逆铣: =1.0-1.2 顺铣： =0.8-0.9逆铣时，取=1.1；顺铣时，取=0.8=1.1467.61=514.37N =0.8467.61=374.09N铣削力与的关系：逆铣=0.2-0.3 顺铣=0.75-0.80逆铣时，取=0.25 顺铣时，取=0.775=0.25467.61=116.90N =0.775467.61=362.40N3.2 滑台受力分析及其计算a, 运动部件滑台和夹具及工件的最大总和质量M=700(kg)b, 液压动力滑台为矩凹槽平导轨,静摩擦系数f1=0.27；动摩擦系数f2=0.18c, 运动过程速度切换的加、减速度时间t=0.05(s)。滑台受力情况。见 图3-1 图3-1 滑台受力分析 系统功能设计：（1） 工况分析摩擦力F=Mg=0.2 4000=800N =Mg=0.14000=400N 工进，工退时所需推动 =（Mg-）=0.1（4000-116.90）=388.31（逆铣） =(Mg+)=0.1 (4000+362.40)=436.24（顺铣）=M=4000=5466.67N V1= V2 =4666.67 = M=4000=4666.67N=4666.67N惯性力=m=54.432N工作台液压缸外负载计算结果见表3-1，设液压缸的机械效率为=0.95表3-1液压缸各运动阶段负载表工况 计算公式液压缸负载（N）启动F=/842.1加速F=（+）/478.34快进F=/421.05工进 F=（+）/13052.63快退 F=/421.05根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘出负载图（F-l）和速度图（v-l），见下图所示，横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为活塞缸退回时的曲线。1503500842.1478.3413.52.63842.1421.05421.05l/mm0480300mm/min-4150350l/mm 图3-2 液压缸F-l图 v-l图和F-t图根据图3-2所示，可知：=0.12*26*30.08=93.85mm/min恰好满足设计要求工作时运动速度范围80-300mm/min四、液压缸的设计4.1 液压缸参数计算由前面的计算知，液压缸的最大负载为工进阶段的负载F=13052.63N，当=0.95时，液压缸的推动=13739.61N查2p188，表8-1，初定液压缸的工作压力为 =3MPa 4.1.1 确定液压缸的主要结构尺寸，初选油缸的工作压力表4-1 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/Mpa0.811.522.5334455表4-2 各种机械常用的系统工作压力（背压）机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032查3 p127，见表4-1，可选双杆活塞缸，活塞固定，缸移动即两缸的工作面积相等，在端面加工时，液压缸回路油上必须有背压，为防止在铣削时滑台突然前冲，有表4-2，可取=0.5MPa根据活塞受力平衡得：查4p24 公式： A=A+ （4-1）A=47.47A=取d=D/D=110mm d=77.78mm按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相似的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得：D=110MM d=80MM液压缸的实际有效面积为=A=(-)=4476.77mm=44.8 当活塞缸自然稳定状态下仅承受轴向载荷时，活塞杆直径按简单拉压强度计算：查2p52 d= （4-2） 取110MPa代入（4-2）得： d=0.0123m=12.3mm查2p52 （4-3）=1.5=1.53.0=4.5MPa代入公式（4-3）=0.225mm取整由于活塞杆是固定的，所以活塞杆强度和稳定性符合要求。根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率（见表4-1），并绘出其工况图（图4-1）图4-1 液压缸工作缸工况图表4-1 液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率工 况负载F(N)回油腔压力（mpa）进油腔压力(MPa)输入流量Q()输入公率P(W)计算公式Q=A=AQ=A,P=顺 铣启动842.1N00.187-加速478.34N 0.50.605-快进421.05N 0.50.59317.92122.6工进13052.63N 0.53.390.172.8快进421.05 0.50.5936.51122.6 逆 铣 启动 842.1N 00.187-Q=A=AQ=A,P=加速478.34N 0.51.60-快进421.05N 0.50.5937.6143.1工进13052.63N 0.53.390.174.02快退421.05N 0.50.5937.6143.1注A=16.8cm=16.8*m V1= V3 =3.5m/min ， V4= V6=4.1m/min=0.094m/m4.2 夹紧缸参数的设计（1）液压缸直径及活塞杆直径设计 参数取=3MPa =0.5MPa 最小夹紧力N=2800N-()2800 取 0.036M 查GB/T2348-1993取=40mm， d2=32mm=4.54cm（2）活塞杆直径按简单拉压强度计算：查4p15 d= （4-1） 取110MPa代入公式（4-1）得：d =0.01m=10mm已求得d=12mm故满足要求。 查4p15 （4-2）=1.5=1.5 3=4.5MPa代入公式（4-2）得：=0.002mm 取=3mm由以上校核知液压缸及活塞杆的强度均满足要求的选择取压力损失0.5MPa, 由液压的工况图可知液压缸的最高工作压力出现在快进上p=1.6Mpa 泵的最大工作压力=1.6+0.5=2.1MPa液压缸最大流量为6.51L/min泵的总流量为：=1.1 7.6=8.3L/min查5p87 选择：Y-6.3型单级叶片泵能满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的额定压力为6.3Mpa，公称排量V=6.3mL/min 额定转速为n=1450r/min.估计泵的容积效率为=0.85，当选用n=1400r/min的驱动电动机时，泵的流量为=Vn=6.3*1400*0.85=7.41L/min由工况图可知，最大功率出现在逆铣的快进，快退阶段，查5 p87取泵的总效率为=0.75则P=169.38w查5p175表1-99 选用电机型号：Y90s-4型封闭式三相异步电动机满足上述要求，其转速为1400r/min额定功率为1.1KW 根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸在各阶段实际进出流量，运动速度和持续时间（见表4-2），从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定 基础。表4-2 液压缸在各阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间工作阶段流量（L/min）速度（m/s）时间（s） 顺 铣快进 6.5 V=/A=0.05=0.035min工进 0.17V=/A=0.002=8.5min快进 6.5 V1=/A=0.05=0.035min 逆 铣快退 7.6V=/A=0.068=0.03min工退 0.17V=/A=0.002=8.5min快退 7.6V=/A=0.068=0.03min（3）液压控制阀和部分液压辅助元件 根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分元件的最大流量，查5所选择的元件型号规格如表4-3所示表4-3 铣床在液压系统中控制阀和部分元件的型号规格序号名称通过流量（L/min）额定流量（L/min）压力损失型号规格 1过滤器7.6160.2XU-B16*100 2二位二通换向阀7.6150.14WE6.0/A 3三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A 4溢流阀7.6150.2D型直动式溢流阀 5单项阀7.6150.2S10P0 6压力蓄电器-0.3-4- DP-40B 7单向节流阀 7.6100.2SRCG03HBBBBBBBBBBBBBBSRCG03 8三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A 9调速阀6.5100.52FRM5五、 管件的设计 由表4-3知油管的实际最大流量为7.6L/min,查5表5-2 可取油管的允许流量为4m/min查4p17（1-10）可算出油管的管径d d=6.4mm可取内径为10mm，外径为18mm根据推荐可选10号无缝钢管，查6p352 可得钢管的抗拉强度为412MPa安全系数n=8查4p17（1-11）对管子进行校核：所选的管子管厚安全。 其他油管，可直接按所连接的液压元，辅件的接口尺寸决定其管径大小。六、 油箱查4p18 公式1-12 取=6，按式算的液压系统中的邮箱容量为 V=q=6*7.6=45.6L七、 计算液压系统技术性能由于本系统的油管布局尚未确定，故只能估算阀类元件的压力损失。估算时，首先确定管道内液体流动状态，然后根据公式计算各种工况下的压力损失，现取进，回油管的长为l=2mm，油液运动黏度去v=1 油液的密度取判断流量状态在逆铣时的，快进快退时回油量最大q=7.6L/min，此时的油液雷诺数查7p175 （7-1）代入公式（7-1）得：=506.6也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺2000，故可推出：各工况下的进，回油路中的油液的流动状态全为层流。7.1计算系统的压力损失将层流动状态沿程阻力系数 =和油液在管道内流速 同时代人沿程压力损失计算公式得： 0.87 q可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是有层流流动所决定的。 在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失 即 计算各工况下的阀类元件的局部压力损失 液压系统在快进，工进和快退工况下的压力损失计算如下：7.1.1 快进 =0.87 q=0.87 =0.11MPa =0.1 0.11MPa=0.011MPa= =0.101MPa=+ =0.11+0.011+0.101 =0.323MPa在回油路上，压力损失分别为=0.87 q=0.87 =0.11MPa =0.011MPa=0.5 =0.262MPa=+ =0.11+0.011+0.262 =0.482MPa=+ =0.323+0.482 =0.805MPa此