VIP液压课程设计完成版.doc

北京工商大学 液压与气压传动 课程设计院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机械 班 学 号： 姓 名： 同组学生： 指导教师： 郑维智 成 绩： 实践地点： 实践时间： 2010 年 6 月 28 日 至 2010 年 7 月 2 日 2010 年 7 月 2 日目 录第一章 设计任务与要求一、设计任务 2二、工作要求 3三、原始数据 3四、课程设计工作要求 3五、课程设计说明书格式要求 3第二章 液压传动系统设计与计算第一、明确设计要求进行工况分析 4第二、设计液压系统方案 7第三、液压系统的参数计算 9第四、液压元件和装置的选择 12第五、液压系统性能的验算 14总结 17参考文献 17第一章：设计任务与要求一、 设计任务设计题目：l 卧式单面多轴钻扩孔组合机床动力滑台的液压系统 l 机床加工示意如图。图一、机床加工示意二、 工作要求 动力滑台为有纵横两向进给系统，机床有主轴8根，钻4个12mm的通孔，孔长80mm，并把该4个孔进行扩孔，扩孔尺寸为20mm，深50 mm。 工作循环是：上滑台快速接近工件，然后以工作速度1钻孔，加工完毕后上滑台快速退回，下滑台快速左移，到扩孔位置停，上滑台快速接近工件，然后以工作速度2扩孔，死挡铁定位，加工完毕后上滑台快速退回，然后下滑台快速右移到原始位置，最后自动停止。 三、 原始数据工件材料：铸铁，硬度HB为240； 假设主轴箱部件质量G11000kg； 上滑台部件质量G2500kg； 快进速度v3和快退速度v4为0.1m/s； 动力滑台采用平导轨，静摩擦因数s=0.2；动摩擦因数d=0.1； 往复运动的加速、减速时间均小于0.2s； 刀具距工件距离A=100mm、B=150mm；钻头与扩孔钻之间距离C120mm； 刀具在距离工件3 mm时应由快进转为工进，钻削时刀具应伸出工件5 mm。四、课程设计工作要求l 1、明确设计要求，进行工况分析。l （包括运动分析、动力分析）l 2、确定执行元件主要参数。l 3、确定液压系统方案和拟定液压系统原理图。l 4、液压元件的选择。l 5、液压系统性能的验算。l 6、绘制正式工作图和编写技术文。l l 设计时间安排： l 6月28日7月2日（1周） 五、课程设计说明书格式要求l 封面l 任务及要求（上述一、二项）l 设计计算步骤过程l 液压系统方案及液压系统原理图l 液压元件类型及规格l 总结第二章：液压传动系统设计与计算液压系统设计步骤一般液压系统设计过程应遵循以下几个步骤：1、明确设计要求，进行工况分析。（包括运动分析、动力分析） 2、设计液压系统方案。3、液压系统的参数计算。4、液压元件和装置的选择。5、液压系统性能的验算。 6、绘制正式工作图和编写技术文。 上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。第一、明确设计要求进行工况分析一、运动分析1、选择和确定各运动量选择切削用量：钻12mm孔时，主轴转速n1420r/min，每转进给量S1=0.15mm/r；扩20mm孔时，主轴转速n2300r/min，每转进给量S2=0.1mm/r。 2、计算工进速度钻12mm孔时,工进速度v1=n1*s1=420*0.15=63mm/min；扩20mm孔时，工进速度v1=n2*s2=300*0.1=30mm/min。3、计算快进、工进时间和快退时间钻12mm孔时，快进时间 t1=(100-3)/100=0.97s；钻12mm孔时，工进时间 t2=(80+3+5)*60/63=83.8s；钻12mm孔时，快退时间 t3=(100+80+5)/100=1.85s；扩20mm孔时，快进时间 t4=(120+150-3)/100=2.67s；扩20mm孔时，工进时间 t5=(50+3)*60/30=106s；扩20mm孔时，快退时间 t6=(150+50+120)/100=3.2s。4、画位移循环图(Lt)，速度循环图(vt)，或速度与位移循环图(vL)表示，并对运动规律进行分析。 图二、位移循环图(Lt)图三、速度循环图(vt)图四、位移循环图(vL)二、动力分析1、计算工作负载（轴向切削阻力）钻铸铁孔时，其轴向切削阻力可用以下公式计算： Fc=25.59.81DS0.8 (HBS)0.6 (N)式中：D为钻头直径(mm)；S为每转进给量(mm/r)；HBS铸铁硬度，HBS240。 扩孔时近似用D=D1-D2/2。其中D1扩孔直径；D2已钻孔直径。计算得工作负载钻12mm孔时，Fc=425.59.81120.150.8 (240)0.6(N)=70542N；扩20mm孔时,Fc=425.59.81140.10.8 (240)0.6(N)=59500N。2、计算摩擦阻力机床工作部件对动力滑台的法向力为：静摩擦阻力：动摩擦阻力：3、计算惯性阻力机床工作部件的总质量m=1500kg4、以上分析计算各工况负载列表。工况负载负载大小F/N钻12mm孔轴向切削阻力Fc70542扩20mm孔轴向切削阻力Fc59500静摩擦阻力Ffs2490动摩擦阻力Ffd1470惯性阻Fm7505、作Ft液压缸的负载循环图工况计算公式液压缸负载F/N启动F=Ffs2940加速F=Ffd+Gv/gt 2320快进F=Ffd 1470工进F=Fc+Ffd 72012(钻孔)60970（扩孔）反向启动F=Ffs2940加速F=Ffd+Gv/gt 2320快退F=Ffd1470制动F=Ffd-Gv/gt 720图五、Ft液压缸的负载循环图第二、液压系统方案设计1、确定液压回路此液压系统选用开式回路，即执行原件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后在进入液压泵的进口。2、选用液压油液此液压系统选用矿油型液压油做工作介质。3、初定系统压力此液压系统系统压力选用40X105Pa4、 选择执行元件选择单活塞杆液压缸。5、确定液压泵类型选择限压式变量叶片泵。6、选择调速方式选用调速阀节流调速。7、确定调压方式 内控内泄式顺序阀接回油油路给系统一个背压，不仅防止空气渗入系统，还可以使滑台承受一定的负值负载。8、选择换向回路选用电动换向，各执行原件的顺序动作由电器控制系统实现。9、绘制液压系统原理图图六、液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表电磁铁动作顺序表1Y2Y3Y4Y5Y行程阀8钻孔快进通工进断快退断通扩孔快进横向通纵向通工进断快退纵向断通横向通停止通第三、液压系统的参数计算（一）、液压缸的主要结构尺寸计算1、液压缸主要尺寸确定易知机床最大负载约为72012N时液压系统宜取压力P=8MPa。鉴于动力滑台要求快进、快推速度相等，这里液压缸可选取单活塞式杆的，并在快进时做差动连接。在这种情况下液压缸有杆腔的工作面积应为无杆腔面积的两倍，即，而活塞杆直径 d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具备有背压力，以防止钻孔钻通时滑台突然前冲，取。快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力略大于无杆腔，但其差值较小，则先取。快退时回油腔中是有背压的，这时也可按估算。计算如下：将这些直径按GB80圆整成就近标准得 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。2、根据上述假定条件计算得到液压缸工作循环各阶段的压力，流量和功率见表，并可绘出其工况图工作阶段计算公式负载进油压力Pj回油压力Pb所需流量输入功率NMPaMPaL/minkW差动 快进Pj=F+PA2A1-A2q=vA1-A2P=Pjq14700.560.8530.1560.281工进钻孔Pj=F+PbA2A1q=A1vP=Pjq720127.860.60.60O.O79扩孔609706.700.60.2850.032快退Pj=F+PbA1A2q=A2vP=pjq14701.600.626.8620.716图七、液压缸工况图（二）、液压泵的性能参数计算1、确定液压泵的最大工作压力液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为7.86MPa。 如取进油路上的压力损失为0.8MPa即为使压力继电器能可靠地工作，取其调整压力高出系统最大工作压力05MPa则液压泵的最大工作压力应为2、确定液压泵的最大流量由表可知，液压泵应向液压缸提供的最大流量为30.156Lmin因系统较简单，取泄漏系数=1.05，则液压泵的实际流量应为L/min=31.6628L/min由于溢流阀的最小稳定溢流量为3Lmin，而工进时输人液压缸的流量最大为0.6Lmin，液压泵的流量规格最少应为3.6Lmin.3、选择液压泵规格型号 根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取YBX-BD型限压式变量叶片泵，其排量为25mL/r，当液压泵的转速np=1400rmin时该液压泵的理论流量为35.0Lmin则若取液压泵的容积效率v=0.9，则液压泵的实际输出流量为Lmin=31.5Lmin 第四、液压元件和装置的选择（一）、控制阀及辅助元件的选择1、根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见表 3。表3中序号与图5 的元件标号相同。元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量（L/min）额定流量（L/min）额定压力（Mpa）额定压降（Mpa）型号规格1限压式变量叶片泵31.510限压式变量叶片泵V=25mL/r4、5电磁阀6080160.535DYF3Y-E10B8行程阀5063160.3AXQF-E10B（单向行程调速阀）q=100L/min9、10调速阀0.50.07501611单向阀31.563160.43液控顺序阀2563160.3XF3-E10B6、7顺序阀2563160.3XF3-E10B2背压阀0.56316YF3-E10B13单向阀2563160.2AF3-E10Bq=80L/min18滤油器3063160.02XU-J63X8012单向阀6063160.2AF3-E10Bq=80L/min14、16、17压力继电器14PFB8L8通径注：此为电动机额定转速n=1500r/min时液压泵输出的实际流量。2、油管根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸.液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量计算。由于本系统液压缸差动连接快进时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的（1+A1/A2）=1.5倍，取V0=3.5m/s，=31.5L/min由 d=4qV0=4X1.5X31.5X10-3/603.5=16.9mm管内径取17mm，采用钢管壁厚取=4mm3、油箱 油箱容积按估算，取经验数据=7，故其容积为=731.5L=220.5L按GB28768l规定，取最靠近的标准值V250L。（二）、液压阀配置形式的选择选用叠加阀式，这种配置形式的优点是：结构紧凑、油管少、体积小、质量小、不许设计专用的油路连接块。（三）、泵电机装置的选择液压泵电动机装置包括液压泵、电动机、泵用联轴器、传动底座及管路附件等，又称为泵组。1、电机功率的计算由于液压缸在快退时输人功率最大，这时液压泵工作压力为2.1MPa、流量为31.5Lmin。查表 取液压泵的总效率=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为 = (2.131.5)/(600.75)=1.47kw根据此数值查阅电动机产品样本选取Y2-90L-4型电动机，其额定功率Pn=1.5kw，额定转速nn=1500rmin。2、电动机的安装形式选择机座带底脚式。第五、验算液压系统系能（一）验算系统压力损失由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。（1）快进 滑台快进时，液压缸差动连接，查表可知，进油路上油液通过单向阀11的流量是31.5Lmin 通过电液换向阀4的流量是31.5Lmin,然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量47.25Lmin通过行程阀8并进人无杆腔。因此进油路上的总压降为 回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 4和单向阀13的流量都是15.75Lmin，然后与液压泵的供油合并，经行程阀8流人无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力机与无杆腔压力p1之差。 此值与估计值基本相符。（2）工进 工进时，油液在进油路上通过电液换向阀4的流量为0.5L/min,在调速阀9处的压力损失为0.5MPa;在背压阀2处的压力损失为0.6MPa，通过顺序阀3的流量是22.24L/min,因此这时折算到进油路上因阀类元件造成的总压力损失为 液压缸回油控的压力p2为可见此值略大于原估计值。故可按表8-27中公式重新计算公进时液压缸进油腔压力p1,即此值略高于查表中数值。 考虑到压力继电器可靠动作需要压力差pe=0.5MPa,估工进时溢流阀9的调压应（3）快退 快退时，油液在进油路上通过换向阀4和单向阀11的流量为31.5L/min；油液在回油路上通过单向阀12的流量都是63L/min。因此进油路上总压降为此值小于原估计值，所以液压泵驱动机的功率是足够的。回油路上总压降为此值与查表中的估计值相近，故不必计算。所以，快退时液压泵的工作压力pp应为因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1.582Mpa（二）验算油液温升 共进在整个工作循环过程中所占的时间比例达95%（见前），所以系统发热和油液温升可按工作时的工况来计算。为简便起见，本题采用上述“系统的发热功率计算方法之二”来进行计算。 工进时液压缸的有效功率为液压泵通过顺序阀2的流量为=15.75L/min，由表查得该阀在额定流量=63L