液压说明书.doc

液压与气压传动课程设计计算说明书设计题目：半自动液压钻镗专用机床液压系统的设计工程学院机械系机制1061班设 计 者： 聂 浩 锋 学 号： 200611411122 指导教师： 孙 明 2009 年 3 月 18 日广东海洋大学目录1.设计课题及设计要求11.1.设计课题11.2.设计要求11.2.1.机床类型及动作循环要求11.2.2.机床对液压传动系统的具体参数要求11.2.3.机床的制造及技术经济性问题12.工况分析与方案选择22.1.工况分析22.1.1.分析工况及设计要求22.1.2.画速度循环图22.2.方案选择及系统原理图32.2.1.方案选择32.2.2.液压系统原理图43.液压元件的计算与选择53.1.确定系统的工作压力53.2.确定液压缸的几何参数53.3.确定液压泵的规格和电动机的功率及型号53.4.确定各类控制阀63.5.确定油箱容量与结构73.6.管道尺寸74.主要部件的结构特点分析与强度校核计算84.1.确定液压缸的结构形式84.2.计算液压缸主要零件的强度和刚度84.3.完成液压缸的结构设计和部分零件图84.4.选择装配方案94.5.绘制部件装配图94.6.结构设计的强度校核95.液压系统验算106.本次课程设计的简单思想小结121. 设计课题及设计要求1.1. 设计课题某厂设计一台钻镗专用机床，要求孔的加工精度为IT6级，要求该机床液压系统要完成的工作循环是：工件定位、夹紧动力头快进工进终点停留动力头快退工件松开、拔销。该机床运动部件的重量为30000N，快进、快退速度为6m/min，工进的速度为20120mm/min可无级调速，工作台的最大行程为400mm，其中工进的总行程为150mm，工进时的最大轴向切削力为20000N，工作台的导轨采用平导轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为25mm，夹紧力要12000N8000N之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。1.2. 设计要求设计一半自动液压钻镗专用机床液压系统，设计内容及要求如下：1.2.1. 机床类型及动作循环要求设计一台用成型钻镗刀在工件上加工出成型面的液压钻镗专用机床。要求工作台上一次安装一个工件并完成加工。机床的工作循环为：手工上料按电钮自动定位夹紧工作台快进钻、镗进给工作台停留工作台快退夹具松开拔销手工卸料。1.2.2. 机床对液压传动系统的具体参数要求表1-1 液压系统参数液压缸名称负载力(N)移动件重力(N)快进(m/min)工进(m/min)快退(m/min)行程（mm）启动时间（s）定位夹紧时间（s）定位缸200200251夹紧缸12008000200251进给缸200003000060.020.126快进工进0.5250150工作台采用平导轨，导轨面的静摩擦系数f=0.2，动摩擦系数f=0.1。1.2.3. 机床的制造及技术经济性问题该机床为一般技术改造中自制的专用设备，所以力求结构简单，投产快，工作可靠，主要零部件能适应中小型机械制造工厂的加工能力，配合电气控制可以实现单机半自动化工作要求。- 12 -2. 工况分析与方案选择2.1. 工况分析2.1.1. 分析工况及设计要求机床工况由题可知为：2.1.2. 画速度循环图2.1.3. 计算液压缸的外负载并画负载图1) 定位液压缸：设定为 F=200N（忽略惯性力与摩擦力）2) 夹紧液压缸：已知负载力F=8000N12000N，可调（忽略惯性力与摩擦力）3) 工作液压缸：有效负载力Fw=20000N（已知）；本设计中静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，则液压缸的密封阻力Ff,密封阻力按有效作用力的5%算4) 做出工作循环各阶段的外负载表工作循环外负载F（N）启动、加速F=Ffs+Fa12122快进F=Ffa3000工进F=Ffa+Fw+Ff24000快退F=Ffa30005) 画出外负载受力图2.2. 方案选择及系统原理图2.2.1. 方案选择1) 确定供油方式考虑到该机床在工作时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能源、减少发热考虑，泵源系统选限压式变量叶片泵。2) 调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据该类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。a) 速度换接方式的选择本系统采用电磁阀在快慢速换接回路，它在特点是结构简单是、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度热换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。b) 夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应失电夹紧方式。在该该回路中还装有装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。c) 进给液压缸的供油方式进给液压缸在快进时采用差动连接，回路流量损失较小，系统脉动小，稳定性高，从而提高快进的效率。2.2.2. 液压系统原理图3. 液压元件的计算与选择3.1. 确定系统的工作压力工作压力p可根据负载的大小及机器的类型来初步确定，现参阅液压系统设计简明手册（下面简称手册）取液压缸工作压力为3.5MPa。3.2. 确定液压缸的几何参数计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载力为24000N，按手册可取p2为0.5MPa，cm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d/D为0.7。将上述数据代入手册可得据表标准值，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=100mm；活塞杆直径d，按d/D=0.7,得d=70mm。按工作要求夹紧力由单个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为3MPa，回油背压力为0，为0.95，则 D=m=7.3m按液压缸和活塞杆的尺系列，取夹紧缸的D和d分别为80mm及56mm。定位缸的工作压力取1MPa，也为0.95，同理得定位缸直径D=1.6，选取D=20mm，d=14mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，可得 A=252式中是由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10的最小稳定流量为0.05L/min。本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，即A=40可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。3.3. 确定液压泵的规格和电动机的功率及型号3.3.1. 计算各阶段液压缸所需的流量3.3.2. 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为本设计取为0.5MPa， 则上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并保证泵的寿命，因此选泵的额定压力。液压泵的最大流量应为根据以上算得的pp和qp再查阅相关手册，现选用YBX-25限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为： 首先计算快进时的功率，快进时的外负载为3000N，进油路的压力损失定为0.3Mpa，可得快进时所需电动机功率为工进时所需电动机功率P为 查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1kW，额定转速为1400r/min。3.4. 确定各类控制阀本系统采用GE系列的阀，根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。下表为系统原理图中对应的液压元件名称和型号：序号元件名称型号1油箱2滤油器XU-B321003液压泵YBX-254单向阀AF3-EA10B5减压阀JF3-E10B6蓄能器NXQ-0.67二位四通换向阀24EF3-E10B8定位缸9顺序阀XF3-E10B10顺序阀XF3-E10B11夹紧缸12压力表开关KF3-E3B13溢流阀YF3-E10B14单向阀AF3-EA10B15压力继电器DP1-63B16三位四通换向阀34EF30-E10B17单向调速阀AQF3-E10B18二位三通换向阀23EF3B-E10B19工作台液压缸3.5. 确定油箱容量与结构本设计为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的57倍确定，现选用容量为160L的油箱。3.6. 管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=47.1L/min,压油管的允许流速取v=4m/s,则内径d为 若系统主油路按快退时取q=24.021/min,则可算得油路内径d=11.27mm。综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管同样可按上式计算（q=28.83L/min,v=2m/s）,现参照YBX-25变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。为便于安装，可采用紫铜管，扩口接头安装方式。4. 主要部件的结构特点分析与强度校核计算4.1. 确定液压缸的结构形式定位与夹紧液压缸均采用单出杠、缸体固定形式；为减少缸体与活塞体积、简化结构，采O型密封；由于行程较短，运动部件质量较小，速度也并不大，不必考虑缓冲结构；排气螺塞也可以由管接头来代替。工作台液压缸采用装配活塞、单出杠、缸体固定形式。单出杠可在快进时构成差动连接，结构较优，使工作效率提高，稳定性好；活塞上采用两个型密封圈；缸盖上因为压力适中，杆径中等，所以采用一个型橡胶密封圈。由于机床工作台作直线运动，在运动方向上没有严格在定位要求，不必采用缓冲结构。快退时可以电磁行程开关预先发讯，使三位四通换向阀切换至中位，工作台停住，设专门的放气螺塞。4.2. 计算液压缸主要零件的强度和刚度定位、夹紧油缸的内径和长度较小，一般可以按厚壁筒长度计算公式来估计必需的壁厚。由公式当额定压力将，的值及定位、夹紧液压缸的直径D代入计算公式，可得：工作台液压缸壁厚用薄壁筒计算公式来求：从以上计算可以看出，对于中小型低压(D150mm,pn6.3MPa)液压缸，按强度计算出来的缸壁厚尺寸是比较小的。从所以一般先不计算而直接按机械结构尺寸的需要直接绘图，然后再进行强度校核，一般情况下，均可满足强度要求。对于缸盖、活塞杆、连接件，鉴于与上相同的原因，强度计算一般亦可以放在结构设计后的强度校核中专进行。4.3. 完成液压缸的结构设计和部分零件图液压缸在活塞宽度一般可取b同时应该考虑到密封圈安装时的必要几何尺寸。缸盖应该考虑到进油及加工工艺的要求，缸盖连接处应考虑必要的导向与支承结构尺寸。小型定位、夹紧液压缸与传动液压缸在结构与安装方法上也不尽相同。总之要使结构设计达到结构简单，工艺性好，安装方便，取材便利，强度足够等要求，输出力、位移和功率也要能达到设计要求。4.4. 选择装配方案本设计采用集成块组合方案，用集成块的设计原理与方法自行设计与制造。4.5. 绘制部件装配图现选取阀组合部件，采用阀板式装配方式，根据上述液压缸的结构特点及内径、杆径、行程要求，完成该部件的装配图，进给液压缸的结构设计见部件装配图。主要零件图见部件零件图之活塞杆、部件零件图缸体和部件零件图之前端盖。4.6. 结构设计的强度校核对于中低压系统，结构的强度一般都不成问题。强度校核主要是针对以下几个重要部位工零件进行的：（1） 液压缸的缸体、缸盖及缸体与机体之间连接处的螺栓，活塞与活塞杆连接处以及活塞杆各连接处；（2） 油管与管接头；（3） 阀板组合螺钉。以上提到的各部位或零件中的主要部分已进行强度校核，其余部件或零件因其强度一般都满足，所以不必校核。5. 液压系统验算已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为：AB=0.3m，AC=1.7m，AD=1.7m，DE=2m。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15，查得该温度时液压油的运动粘度v=150cst=1.5c/s,油的密度（1） 压力损失的验算由于定位、夹紧回路在夹紧后的流量几乎为零，所以管路系统的压力损失主要应在工作台液压缸回路中时行估算，为可靠起见，按快进时最大流量来估算压力损失。总压力损失其中，p沿管路中沿程阻力损失之和； p局管路中的局部阻力损失与各阀类元件的阻力损失之和。一般，在简单的低压金属机床液压系统中p值可按经验取为（0.10.3）pn,(pn为系统调整压力)。（2） 系统温升的验算在整个工作循环中，工进阶段占的时间比较长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大最小的发热量，然后加以比较取大值。当v=2cm/min时 此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为3.5MPa，则有 此时的功率损失为 0.092kW当v=12cm/min时，q=0.942L/min,总效率 此时的功率损失为 0.0305kW可见，在工进速度低时，功率损失为0.092kW，发热量最大。假定系统在散热状况一般，取K油箱在散热面积A为 系统的温升为 验算表明系统在温升在许可范围内。6. 本次