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机械毕业设计全套

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XYY01-154@镗孔液压站CAD技术的研究,机械毕业设计全套

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CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目 ： 镗孔液压站 CAD技术的研究 二级学院（直属学部）： 机电学院 专业： 机械设计制造及其 自 动化 班级： 01机本一 学生姓名： 徐凯峰 学号： 01010120 指导教师姓名： 周堃敏 职称： 教授 评阅教师姓名： 周英杰 职称： 讲师 2005年 6月 nts设 计 说 明 书 镗孔液压站 CAD 技术的研究 The process bore liquid presses the technical research of the station CAD 摘要 :本次课题来源于常州飞天集团，所设计的液压站运用于 变速箱左齿轮箱 镗孔专机。 液压站采用 CAD 技术设计 。 集成块设计进行了 创新 展开法 设计 的研究 ，使液压站计算机辅助设计达到了正确、快捷、可视和高效的阶段，为 CAD研究和工程应用提供了佐证。并对液压站进行三维造型设计及零件虚拟设计。 关键词 :专用机床 液压站 CAD 技术 三维造 型 虚拟制造 Summary: The topic come from the ChangZhou Feitian group. The liquid design presses the station usage in become soon a left wheel gear box processes the special airplane. The liquid presses the station adoption CAD technique design. Gather the whole piece design carries on the innovation to launch the research of the method design， make the liquid press the station the calculator assistance the design come to a right, fast, can see and efficiently of stage， studied for the CAD to provide the substantial evidence with the engineering application. Press the station to carry on the 3Ds shape design and the spare parts conjecture designs to the liquid also. Keyword: the number calculation the sketch designs technique of CAD 3Ds shapes conjecture manufacturing nts设 计 说 明 书 目 录 一、前言 - 1 二、设计目标 - 2 三、工况分析 - 2 1、对本次设计的镗孔专机进行分析 - 2 2、工况分析 - 3 四、机床液压系统的设计 - 5 1、执行机构的选择 - 5 2、调速方案的选择和“快、慢、快”动作循环的实现 - 5 3、夹紧回路的选择 - 5 4、快速运动的实现 - 5 5、供油部分的设计 - 5 五 、液压系统的计算和选择液压元件 - 7 1、液压缸主要尺寸的确定 - 7 2、确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 - 8 3、 液压阀的选择 - 11 4、确定管道尺寸 - 12 六、液压系统的验算 - 13 七、液压缸的设计 - 14 1、液压缸主要尺寸的确定 - 14 2、液压缸的结构设计 - 18 八、集成油路的设计 - 20 （一）液压集成块结构与设计 - 21 九、液压站的设计 - 27 （一）液压油箱的设计 - 27 （二）液压站的结构设计 - 31 十、虚拟制造 - 32 （一） 活塞、液压站的三维设计 - 32 （二）活塞的虚拟制造 - 34 十一、设计小结 - 35 十二、致谢 - 36 十三、 参考文献 - 37 十四、 外文资料 - 38 十五、 外文翻译 - 40 nts 1 前 言 近五十年来，在工业中有两个学科分支发展极快。其一是电子学中的计算 机技术；其二是机械学中的液压 控制与传动 技术。 这两门 技术的互相渗透和融合，使现代机械的设计、制造和使用突飞猛进。 计算机系统便于“控制信号”的产生、放大、调制和转换，是机器的神经系统，故又叫“电脑系统”。液压技术单位质量输出的功率大，可输出大的功率，对“控制信号”反应灵敏，和机械系统结合，可形成各种复杂的机械运动，便于控制工作机构的运动方式、运动速度和输出的力。 因此可把它看成机器的“筋肉系统” 。如此类推机械系统自然就是机器的“躯体” 、“四肢”和“骨骼系统”。 诚然，计算机发展很快，普及很广 。但只有聪明的头脑，没有强劲而灵活的四肢，仍然不能完成所需的动作而做“功”。 这就是液压技术得以存在和发展的原因。 液压传动在防漏、治污、降噪、减震、节能和材质研究等各个方面都有长足的进步，它和电子技术的结合也由拼装、混合到整合，步步深入。时至今日，在尽可能小的空间内传出尽可能大的功率并加以精确控制这一点上，液压传动已稳居各种传动方式之首，无可替代。这种情况使液压传动的元件类型、油路结构、系统设计和制作工艺 等都发生了深刻的变化，也改变了人们对它的认识、 分析和综合的方式方法。 本次毕业设计 的课题来源于常州飞天集团 ，在周堃敏教授的带领下，对镗孔专机进行了液压系统的设计， 而且对集成块进行了创新设计，大大节省了繁琐的画图工作量， 并对液压站进行了三维造型设计和零件的虚拟制造，使 我对液压CAD技术和工程软件应用 的知识也有了更进一步的认识、了解 和实践 。在此，特别感谢周老师的热心指导！ 徐凯峰 2005 年 6月 nts 2 一 、设计目标 要求设计一镗孔专机的液压系统，并进行 CAD技术的研究。该镗孔专机要求完成加工变速箱左齿轮箱上的孔系， 孔的直径分别为 、 62m m2472 mm mm92 。 要求孔的加工精度为 六 级。加工完成的工作循环是快进、一工进、二工进、快退、原位停止。 二 、指标要求 1、满足 镗孔专机液压夹紧和进给的要求； 2、采用 CAD技术技术进行液压站设计； 3、对零件进行虚拟制造 。 三、工况分析 1、 对本次设计的镗孔专机进行分析 查 切削加工简明实用手册 P470表 8-87卧式镗床的镗削用量。 加工 方式 刀具 材料 刀具 类型 铸铁 钢（包括铸钢） 直径上mmap1/V smc1/ rmmf 1/V smc1/ rmmf 半 精 镗 高 速 钢 刀头 0.42 0.66 0.2 0.8 0.5 0.8 0.2 0.8 1.5 3 镗刀块 0.5 0.66 0.2 0.6 粗绞刀 0.25 0.42 2.0 5.0 0.16 0.3 0.5 3.0 0.3 0.8 硬质合金 刀头 1 1.6 0.2 0.8 1.32 2 0.2 0.8 1.5 3 镗刀块 0.8 1.32 0.2 0.6 粗绞刀 0.5 0.8 3.0 5.0 0.3 0.8 精 镗 高 速 钢 刀头 0.25 0.5 0.15 0.5 0.3 0.6 0.1 0.6 0.6 1.2 镗刀 块 0.13 0.25 1.0 4.0 0.1 0.2 1.0 4.0 粗绞刀 0.16 0.3 2.0 6.0 0.16 0.3 0.5 3.0 1.0 4.0 硬质合金 刀头 0.8 1.32 0.15 0.5 1 1.6 0.15 0.5 0.6 1.2 镗刀块 0.3 0.66 1.0 4.0 0.13 0.3 1.0 4.0 粗绞刀 0.5 0.8 2.5 5.0 0.1 0.4 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 故一工进（半精镗）时 NHBfaF HHpx 2006.05.251.051.0 65.02.165.02.1 即 NFx 373NHBfaF pz 55.065.055.075.0 2006.05.24.514.51 即 NFz 1699 则第一次工进食的镗削力为 NFFFzxe 1 8 0 0 022 一工进（半精镗）时 NFx 373 NFz 1699 NFe 800 nts 3 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 第二次工进（精镗）时 同理可得 7500eFN 第二次工进（精镗）时 7500eF N 本次设计的镗孔专机情况 （根据所给零件图计算得出） ： 动力头自重为： 9800N 快进、快退速度为 ： 8m/min 一工进速度为： 72mm/min 二工进速度为： 20mm/min 最大行程为： 630mm 其中工进行程为： 40mm 最大切削力为： 18000N 夹紧 缸 行程为： 20mm 夹紧时间为： 1s 2、 工况分析 1） 负载分析 惯性负载： NtvgGF m 2.060 68.99 8 0 0 即 NFm 500阻力负载：静摩擦阻力：fsF=0.2 9800N=1960N 动摩擦阻力：fdF=0.1 9800=980N 由此得出液压缸在各工作阶段的负载情况如表（ 1）所示。 表 1 液压缸在各工作阶段的负载值 工况 计算公式 外负载 (N) 说明 启动 nsfs FF 1960 因第一工进与第二工进之间速度变化量很小，故不考虑换接中的惯性负载。 加速 mfd FF 1480 快进 fdF 980 第一工进 fde FF 18980 第二工进 fde FF 8480 NFm 500 fsF=0.2 9800N=1960N fdF=0.1 9800=980N nts 4 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 工况 计算公式 外负载 (N) 说明 反向启动 fsF1960 加速 mfd FF 1480 快退 fdF980 注： 1、液压缸的机械效率取 =0.9。 2、不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。 2） 负载图和速度图的绘制 根据上述计算，可绘制出速度循环图与负载循环图分别如下图 (a)与图 (b)所示。 图（ a） 速度循环图 图（ b） 负载循环图 nts 5 四、设计机床液压系统并绘制原理工作图 1、选择执行机构 本专机完成镗孔加工工艺，进给运动要求完成直线往复运动，故采用液压缸最为方便。单出杆式液压缸的无杆腔工作面积大，在同样的供油压力的条件下，液压缸的输出力量较大，而且可以得到较低的稳定运动速度，这对于获得低的进给速度以便满足精加工要求具有很大的意义。考虑专机的力量和速度的要求，选用单出杆式液压缸作为专机的执行机构。同 时，考虑了工作部件的结构安排，决定采用活塞杆固定而液压缸筒与动力部件固结完成 进给运动的形式，进出油管穿过活塞杆（工作行程时活塞杆受压力，因此直径较粗，结构上允许油管通过），直接使用硬管与液压泵站连接。这样避免了由于较长软管的弹性变形引起系统运动转换中产生“前冲”、“后坐”等现象。 定位、夹紧液压缸采用单出杆式液压缸，缸筒固定。 2、 调速方案的选择和“快、慢、快”动作循环的实现。 钻、镗 类专机工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，因此决定采用调速阀进行调速，调速阀组成的调速系统速度负载特性较硬，在切削 负载变化时进给速度可以保持平稳。该专机属于半自动化专机 ，退回的转换可以通过压力继电器实现，由于快进转为工进时有平稳性的要求，决定采用行程滑阀来实现。基于上述分析，本专机采用由单向、行程、调速阀组成进油路调速的方案。为了满足专机调整时中途停顿的要求，换向阀采用三位五通电 液 换向阀。利用三位阀的滑阀机能停止主轴头。 3、夹紧回路的选择 用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电 夹紧方式。 定位、夹紧的顺序动作可通过利用单向 阀与电磁 阀来实现。 4、快速运动的实现 为了达 到机床所要求的快进和快退速度的要求，而又使泵的流量小，以减小整个油路系统的功率消耗，最好采用液压缸差动连接。三位五通电 液 换向阀有两个回油口，如果配以单向阀和液控顺序阀就可以很方便地得到一种快速差动的油路方案。 5、供油部分的设计 对于技术改造时设计的专机，通常采用双泵供油基本回路，它与单泵供油相比效率较高、系统发热小，而与变量泵相比工作可靠、方便经济。由于采用液压夹具夹紧工件，故所用的双泵供油系统 不必在停止时卸荷，故三位五通阀的滑阀机能选用中位不卸荷型。 nts 6 最后把所选择的液压回路组合起来，既可组成如下图 1所示 的液压系统原理图。 图 1 液压系统原理图 nts 7 五、 液压系统的 计算和选择液压元件 1、 液压缸主要尺寸的确定 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 1） 工作压力 P的确定 工作压力 p可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参阅 P10 表 2-1 选p=4MPa p=4MPa 2)计算液压缸内径 D和活塞杆直径 d 由负载图可知最大负载 F=18980N，查 P10表 2-2可取 P2=0.8MPa， 95.0cm 。考虑到快进、快退速度等，取 d/D=0.8，则 )(1142121 DdPPPFDcm 即 )8.0(148.0195.0104014.3189 80425 Dm =79.3 mm ； 参阅 P11表 2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=80mm；活塞杆直径 d,按d/D=0.8及 P11表 2-5活塞杆直径系列取 d=70mm. 按工作要求，定位与夹紧分别由定位油缸与夹紧油缸控制，本次设计中 定位油缸与夹紧油缸相同。 考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压 力应低于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为 P=3.5 MPa，95.0cm ，则 mD 95.0103514.3 150004 5 即 D=63mm 参阅 P11表 2-4及表 2-5液压缸和活塞杆的尺寸系列，取夹紧液压缸和定位液压 滑台液压缸 P2=0.8MPa， 95.0cmd/D=0.8 D=80mm d=70mm 夹紧液压缸与定位液压缸 P=3.5 MPa， 95.0cmd/D=5/7 D=63mm nts 8 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 缸的 D和 d分别为 63mm及 45mm。 按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度 223m i nm i nm i n 510 1005.0 cmcmVqA 式中 minq 是由产品样本查得 GE 系列调速阀 AQF3-E10B的最小稳定流量为 0.05L/min。 本次设计 中调速阀是安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积为 222222 1.193.6844 cmcmdDA 即 minAA 可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。 D=45mm 2min 5cmA A=19.1cm2 AAmin 液压缸能满足要求 3） 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 快进快进 vdq 24即 m in/7.18m in/6106 .34 322 Lmq 快进一工进一工进 vDq 24即 m in/6 .0 2m in/1 .20 .0 84 32 Lmq 一工进二工进二工进 vDq 24即 m in/4 .0 2m in/0 .80 .0 84 32 Lmq 二工进 快退快退 vdDq 224 即 m in/5.11m in/60 .0 6 30 .0 84 322 Lmq 快退夹夹夹 vDq 24m in/3 .7 4m in/6010200 .0 6 34 33-2 Lmq 夹 min/18.7 Lq 快进 min/6.02 Lq 一工进 min/4.02 Lq 二工进 min/11.5 Lq 快退 min/3.74 Lq 夹 2、 确定液压泵 的流量、压力和选择泵的规格 nts 9 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 1）泵的工作压力的确定。 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失 以泵的工作压力为 pppp 1（） 式中 pp 液压泵最大工作压力； 1p 执行元件最大工作压力； p 进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取 0.20.5MPa，复杂系统取 0.51.5MPa，本例取 0.5MPa 则 aap MPMPp 5.45.04 上述计算所得的pp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储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力 np 应满足 pn pp 6.125.1。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中apn MPpp 9.53.1 an MPp 9.52）泵的流量确定。 液压泵的最大流量应为 max qKq Lp 式中 pq 液压泵的最大流量； maxq 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量 23L/min； LK 系 统 泄 漏 系 数 ， 一 般 取2.13.11.1 LL KK ，现取 。 则 m in/44.227.182.1 Lqp min/44.22 Lq p nts 10 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 3)选择液压泵的规格 比较上述计算结果，查 18P表 5-11常用叶片泵主要参数 选择双联叶片泵 16/3.61 YB ，工进时用 6.3L/min的泵单独供油，快速时，两个泵同时供油，其流量为7+13=20（ L/min） 选 择 双 联 叶 片 泵16/3.61 YB 4)与液压泵匹配的电动机的选定 首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在 0.21L/min范围内时，可取 14.003.0 。同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特 性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即 npB Pqp 2（） 式中 nP 所选电动机额定功率； Bp 限压式变量泵的限定压力； pq 压力为 Bp 时，泵的输出流量。 首先计算快进时的功率，快进时的外负载为2500N，进油路的压力损失定为 0.3aMP，由式（）可得 aap MPMPp 62.03.010063.04980 62 快进时所需电动机功率为 KWKWqpP pp 28.07.060 7.1862.0 一工进时所需电动机功率为 ap MPp 62.0KWP 28.0 KWP 65.0 nts 11 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 KWKWqpP pp 65.07.060 02.65.4 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 选用 Y90S-4 型电动机，其额定功率为1.1KW ， 额 定 转 速 为1400r/min 3、 液压阀的选择 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的实际流量，可选出这些元件的型号及规格，本次设计中均采用 GE系列阀，如下表所示： 序号 元件名称 型号 通过流量 (L/min) 1 双联叶片泵 YB1-6.3/16 31.2 2 溢流阀 YF3-10B 6.3 3 二位二通电磁阀 22EF3-E10B 6.3 4 单向阀 AF3-Ea10B 16 5 顺序阀 XFF3-10B 16 6 单向阀 AF3-Ea10B 6.3 7 溢流阀 YF3-10B 6.3 8 顺序阀 XFF3-10B 6.3 9 单向阀 AF3-Ea10B 16 10 三位五通电液换向阀 35EYF3O-10B 22.3 11 调速阀 QFF3-E10aB 6.3 12 调速阀 QFF3-E10aB 6.3 13 二位二通电磁阀 22EF3-E10B 6.3 14 压力继电器 DP1-63B 6.3 15 单向行 程阀 AXF3-E10 22.3 16 减压阀 JF3-10B 6 17 单向阀 AF3-Ea10B 6 18 二位四通电磁阀 24EF3-E10B 6 19 单向阀 AF3-Ea10B 6 20 二位二通电磁阀 22EF3-E10B 6 nts 12 序号 元件名称 型号 通过流量 (L/min) 21 压力继电器 DP1-63B 6 22 压力表 Y-10 23 压力表开关 KF3-E6B 24 滤油器 10032 BXU 22.3 4、 确定管道尺寸 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 1) 油管内径 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=40L/min，压油管的允许流速取v=4m/s，则内径 d 为 mmmmvqd 5.144/406.4/6.4 若系统主油路按快退时取 q=20L/min，则可算得油管内径 d=10.3mm。 综合诸因素，现取油管的内径 d为 12mm。 d=12mm 2） 油管壁厚 液压泵最高工作压力 p=6.3MPa=63 公斤力厘米 ；无缝钢管的许用应力 2/420 厘米公斤力 mmmmpd 1.14202 12632 管mm1.1 3)液压油箱容积的确定 本次设计为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的 57 倍来确定 (参阅 P56表 4-1),现选用容量为 160L的油箱。 选用容量为 160L 的油箱 nts 13 六、液压系统的验算 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 （一）回路压力损失验算 由于系统的具体管路布置尚未确定，整个回路的压力损失无法估算，仅只阀类元件对压力损 失所造成的影响可以看得出来，供调定系统中某些压力值时参考，这里估算从略。 （二）油液温升验算 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，达96%左右。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， 故只在第一次工进进行发热量的计算，然后取其值进行分析 。 当 v=72mm/min 时 m in/10502.0m in/072.01.044 3322 mmvDq 即 min/502.0 Lq 此时泵的效率为 0.7，泵的出口压力为aMP5.4，则有 KWKWP 054.00 .760 0 .5 0 24 .5 输入 KWFvP 33 101060721 8 9 8 0 输出 即 KWP 0.023输出此时的功率损失为： KWKWPPP 031.0023.00 .0 5 4 输出输入 假 定 系 统 的 散 热 状 况 一 般 ，取 CcmKWK 23 /1010 ，油箱的散热面积 A为 223 23 2 46.1135065.0065.0 mmVA 系统的温升为 min/502.0 Lq KWP 054.0输入 KWP 0.023输出 KWP 031.0 246.1 mA Ct 12.2 系统的温升在许可范围内 nts 14 CCKA Pt 12.246.11010 031.0 3 验算表明系统的温升在许可范围内。 七 、 液压缸的设计 1、 液压缸主要尺寸的确定 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 1) 液压缸壁厚和外经的计算 （滑台） 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄 处的厚度。从材料力学可知， 承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径 D 与其壁厚 的比值 10/ D 的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 2 Dpy式中 液压缸壁厚 (m)； D 液压缸内 径 (m)； yp 试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍 aMP； 缸筒材料的许用应力。无缝钢管： aMP110100 。 则 mmmmDp y53.3200 08.019.82取用无缝钢管材料 mm5取 在中低压液压系统中，按上 式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按滑台液压缸缸体外径为 : mmD 901 nts 15 上式进行校核。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经 1D 为 mmDD 90528021 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 同理 夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为： mmmmDp y46.20 0 2 6.0200 063.03.63.12取壁厚 缸体外径 mmDD 71426321 夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为： mm4 mmD 711 2) 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅 P12表 2-6中的系列尺寸来选取标准值。 滑台液压缸工作行程选 mml 630 夹紧与定位液压缸选 mml 20 滑台液压缸工作行程选 mml 630 夹紧与定位液压缸选 mml 20 3) 缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。 无孔时 ypDt 2433.0有孔时 02 22433.0 dD DpDt y 式中 t 缸盖有效厚度 (m)； 2D 缸盖止口内径 (m)； 0d 缸盖孔的直径 (m)。 滑台液压缸： 无孔时 mmmt 2.192519.81078433.0 3 取 t=20mm 滑台液压缸： t=20mm nts 16 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 有孔时 mmmt 6.4912257819.81078433.0 3 取 t=50mm 夹紧与定位液压缸： 无孔时mmmt 12.1525 3.63.11061433.0 3 取 t=17mm 有孔时： mmmt 56.311425 613.63.11061433.0 3 取 t=35mm t=50mm 夹紧与定位液压缸： t=17mm t=35mm 4)最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H称为最小导向长度（如下图 2所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 nts 17 图 2 液压缸的导向长度 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足以下要求： 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 220 DLH 式中 L 液压缸的最大行程； D 液压缸的内径。 活塞的宽度 B 一般取 B=(0.610)D；缸盖滑动支承面的长度 1l ，根据液压缸内径 D而定； 当 D80mm时，取 dl 0.16.01 。 为保证最小导向长度 H，若过分增大 1l 和 B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套 K 来增加 H 的值。隔套的长度 C 由需要的最小导向长度 H决定，即 BlHC 121 滑台液压缸： 最小导向长度： mmH 5.7128020630 取 H=72mm 活塞宽度： B=0.8D=64mm 缸盖滑动支承面长度： mmDl 567.01 隔套长度： mmC 1264562172 夹紧与定位液压缸： 最小导向长度： mmH 5.322632020 取 H=47mm 活塞宽度： B=0.8D=50.4mm 滑台液压缸： H=72mm B=64mm mmDl 567.01 C=12mm 夹紧与定位液压缸： H=47mm B=50mm nts 18 取 B=50mm 缸盖滑动支承面长度： 设计计算过程 计 算 结 果 mmDl 447.01 隔套长度： 050442147 CmmDl 447.01 C=0 5)缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的 行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的 2030 倍。 滑台液压缸： 缸体内部长度 mmmmlBL 69463064 夹紧与定位液压缸： 缸体内部长度 mmmmlBL 705020 滑台液压缸： mmL 694内 夹紧与定位液压缸： mmL 70内 2、 液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部 分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 1) 缸体与缸盖的连接形式 缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下图 3 所示： 采用外半环连接 nts 19 图 3 缸体与缸盖外半环连接方式 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 优点： (1)结构较简单 (2)加工装配方便 缺点： (1)外型尺寸大 (2)缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚 2)活塞杆与活塞的连接结构 参阅 P15表 2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下图 4所示： 图 4 活塞杆与活塞螺纹连接方式 特点： 结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 活塞杆与活塞采用螺纹连接方式 nts 20 2) 活塞杆导向部分的结构 (1)活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 张开，以提高密封性能。 参阅 P16表 2-9，在本次设计中，采用导向套导向的结构形式，其特点为： (1) 导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。 (2) 盖与杆的密封常采用 Y形、 V形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸。 防尘方式常用 J形或三角形防尘装置。 活塞杆导向部分采用导向套导向的结构形式 3) 活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 参阅 P17表 2-10，在本次设计中采用 O形密封圈。 活塞及 活塞杆处采用 O形密封圈 八 、 集成油路的设计 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构越复杂，系统压力损失越nts 21 大，占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。 板式元件固定在板件上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠加阀连接。把一个液压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则地固定在一 块液压阀板上，元件之间由液压油路板上的孔道勾通。板式元件的液压系统安装 、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其结构标准化程度差， 设 计 计 算 过 程 计算结果 互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到限制。此外，还可以把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性能好，维修、拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业化生产，其质量好、性能可靠而且设计生产周期短。使用近年来在液压油路板和集成块基础上 发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件，由叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。 本次设计采用系统由集成块组成，液压阀采用广州机床研究所的 GE系列阀。 本次设计采用系统由集成块组成，液压阀采用广州机床研究所的GE系列阀。 (一 )液压集成块结构与设计 1、液压集成回路设计 1）把液压回路划分为若干单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采用通用的压力油路 P和回油路 T，这样的单元回路称 液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。 2）把个液压单元集成回路连接起来， 组成液压集成回路，下图 5 所示即为本次所设计的专用机床的液压集成回路。一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作原理是否相同，否则说明液压集成回路出了差错。 nts 22 2、 液压集成块及其设计 图 6是镗孔专机集成块装配总图， 它由底板、方向调速块、压力块、夹紧 块和顶盖等组成， 由四个紧固螺栓把它们连接起来，再由四个螺钉将其紧固在液压油箱上，液压泵通过油管与底板连接，组成液压站，液压元件分别固定在各集成块上，组成一个完整的液压系统。 本次设计时，在指导老师的带领下， 对集成块进行了创新研究，改变了以往传统的 设计方法 ，把集成块设计成展开的形式。这样不仅绘图时方便，而且容易理解。 采用集成块展开法的设计方法不但能正确反映集成块中孔道的深度及连通情况，而且在此基础上通过一定程序，可以很方便地将其变为三维立体图，具有可视性。这种设计方法使设计达到了正确、快捷、可视和高效的高度， 在国内尚属首例。 1)底板及供油块设计 下图 7为底板块及供油块，其作用是连接集成块组。液压泵供应的压力油 P由底板引入各集成块 ， 液压系统回油路 T及泄漏油路 L经底板引入液压油箱冷却沉淀。 nts 23 图 5 镗孔专机液压集成回路 nts 24 图 6 镗孔专机液压集成块装配图 nts 25 图 7 底板块及供油块 2)顶盖及测压块设计 下图 8是顶盖及测压块。顶盖的主要用途是封闭主油路，安装压力表开光及压力表来观察液压泵及系统各部分工 作压力的。设计顶盖时，要充分利用顶盖的有效空间，也可把测压回路、卸荷回路 以及定位夹紧回路等布置在顶盖上。 图 8 顶盖及测压块 nts 26 3）集成块设计 下图 9所示是专用机床集成块中的一块，集成块上布置了三个液压元件，采用 GE系列液压阀。在系统中，此块回路的作用是速度调节，所以称之为调速块。其余的集成块设计方法类似。 若液压单元集成块回路中液压元件较多或者不好安排时，可以采用过渡板把阀与集成块连接起来。 集成块设计步骤为： （ 1）制作液压元件样板 （ 2）决定通道的孔径。 集成块 上的公用通道，即压力油孔 P、回油孔 T、泄漏孔 L（有时不用）及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油孔一般不得小于压力油孔。 直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格决定。孔与孔之间的连接孔（即工艺孔）用螺塞在集成块表面堵死。 与液压油管连接的液压油孔可采用米制细牙螺纹或英制管螺纹。 （ 3）集成块上液压元件的布置。把制作好的液压元件样板放在 集成块各视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。 电磁阀应布置在集成块的前、后面上，要避免电磁换向阀两端的电磁铁与其他部分相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好 。孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面，或在直径 d的范围内，否则要钻垂直中间油孔，不通孔道之间的最小壁厚必须进行强度校核。按照经验，通常 交错孔最小距离大于等于 3mm，平行孔最小距离大于等于 5mm。 液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相通，则应尽可能地布置在同一垂直位置或在孔径 d 范围内，否则要钻中间孔道，集成块前后与左右连接的孔道应互相垂直，不然也要钻中间孔道。 设计 专用集成块时，要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大 2mm，以避免上下集成块上的液压元件相碰，影响集成块紧固。 nts 27 图 9 专用机床 集成块（调速块） （ 4） 集成块上液压元件布置程序。电磁换向阀布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免电磁换向阀的固定螺孔与阀口通道、集成块固定螺孔 相通。液压元件泄漏孔可考虑与回油孔合并。水平位置可分三层进行布置。根据水平孔道布置的需要，液压元件可以上下左右移动一段距离。溢流阀的先导阀部分可以伸出集成块外，有的元件如单向阀，可以横向布置。 4）集成块零件图的绘制 集成块的六个面都是加工面，其中有三个侧面要装液压元件，一个侧面引出管道。 孔系的位置精度要求较高，因此尺寸、公差 及表面粗糙度均应标注清楚，技术要求也应予以说明。 为了便于检查和装配集成块，应把单向集成回路图和集成块上液压元件布置简图绘在旁边 。而且应将各孔道编上号，列表说明各个孔的尺寸、深度以及与哪些孔相交等情况。（详细情况见集成块零件图） 关于液压集成块，按照广州机床研究所推出的 GE 系列模块的联系尺寸设计专用集成块。 nts 28 九、 液压站的设计 液压站是由液压油箱、液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器、滤油器、液面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压 泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。 机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。 （ 1）集中式 这种 型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动 、发热都与机床隔开，缺点是液压站增加了占地面积。 （ 2）分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如，利用机床床身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优 点是结构紧凑，泄漏油易回收，节省占地面积，但安装维修不方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。 （一）液压油箱的设计 液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热的作用。 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 1、 液压油箱有效容积的确定 液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量 V 可概略地确定为： 在低压系统中 aMPp 5.2可取： pqV 42 在中压系统中 aMPp 3.6可取： pqV 75在中高压或高压大功率系统中 aMPp 3.6可取： pqV 126式中 V 液压油箱有效容量； pq 液压泵额定 流量。 由于 aMPp 3.6故 V 可取 pq75现取 LqV p 1 3 55.2266 LV 135 nts 29 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱 。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的 80% 。 2、 液压油箱外形尺寸 液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比（长：宽：高）为 3:2:11:1:1 。为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大。 参阅 P56表 4-1，选用 BEX系列液压油箱，其型号为 BEX-160。 下图 10所示为液压油箱的简图，在箱的上盖或侧面可以安装液压泵、电动机以及其它液压元件。 图 10 液压油箱结构简图 1 紧固螺钉 2 密封垫 3 清洗口端盖 4 紧固螺钉 5 放油塞 6 配电箱 7 吊钩 8 油标 9 空气滤清器 选用 BEX 系列液压油箱，其型号为BEX-160。 nts 30 设 计 计 算 结 果 计 算 结 果 3、 液压油箱的结构设计 在 一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱，很少采用机床床身底座作为液压油箱。 （ 1） 隔板 1）作用 增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动 。 2）安装型式 隔板的安装型式有多种，可以设计成高出液压油面，使液压 油从隔板侧面流过；还可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面的 2/3，使液压油从隔板上方流过。（见下图 11所示） 图 11 隔板的安装型式 3）过滤网的配置 过滤网可以设计成将液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤 （见下图 12）。过滤网通常使用 50100目左右的 金属网。 图 12 过滤网的配置 把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低 油面的 2/3，使液压油从隔板上方流过。 nts 31 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 （ 2）吸油管与回油管 1）回油管出口 回油管出口型式有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种型式，斜口应用较多，一般为 45 斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。回油管必须放置在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于 300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。 本次设计采用斜口型式。 2）回油集管 单独设置回油管 当然是理想的，但不得以时则应使用回油集管。对 溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。 3）泄漏油管的配置 管子直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为好，尽量避免与回油管集流配管的方法。 4）吸油管与回油管的方向 为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板隔开。为了不使 回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着的。 （ 3）防止杂质侵入 为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封型的。在结构上应注意以下几点： 1）不要将配管简单地插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免将液压泵及马达直接安装在液压油箱顶盖上。 2）在接合面上需 衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的密封性。 3）为保证液压油箱通大气并净化抽取空气，需配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。 （ 4）顶盖及清洗孔 1）顶盖 在液压油箱顶盖上装置泵、马达、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的接合 回油管出口型式采用斜口型式 吸油管及回油 管的斜口方向应一致 nts 32 设 计 计 算 过 程 计 算 结 果 面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封垫圈及液态密封胶衬入其间，以防杂质、水和空气侵入，并防止漏油。 液压泵及液压马达的底座要与上盖分开，另行制作。 2）清洗孔 液压油箱上的清洗孔应最大限度地易于清扫液压油箱内的各个角落和取出箱内的元件。 3）杂质和污油的排放 为了便于排放污油，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。 （ 5）液面指示 为观察液压油箱内的液面情况，应在箱的侧面安装液面指示计，指示最高、最低油位。 （ 6）液压油箱的起吊 对液压装置而言，从工厂装配开始，到最终送到用户，要经反复装卸，所以在液压装置整体上或阀块上应装设吊钩、吊环螺钉或吊耳环。 （ 7）液压油箱的防锈 为了防止液压油箱内部生锈，应