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机械毕业设计论文
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机械机床毕业设计208专用铣床液压系统设计,机械毕业设计论文
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毕 业 设 计 (论 文 ) 专用铣床液压系统设计 Special milling machine hydraulic system design 系 名： 机械系 专业班级： 机电 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 讲师 年 六 月 nts 1 目 录 引 言 . 5 第一章 概述 . 6 1.1 设计的目的 . 6 1.2 设计的要求 . 6 1.3 设计题目 . 7 第二章 工况分析 . 8 2.1 工作负 载 . 8 2.2 摩擦阻力 . 8 2.3 惯性负载 . 8 第三章 绘制负载图、速度图和动作循环图 . 9 第四章 初步确定液压缸的参数 . 11 4.1 初步确定液压缸的参数 . 11 4.2 计算液压缸的尺寸 . 11 4.3 液压缸工况 . 11 第五章 拟定液压原理图 . 14 5.1 选择液压基本回路 . 14 5.2 组成系统图 . 16 第六章 选择液压元件 . 18 6.1 液压传动系统 . 18 6.2 液压装置的结构设计，绘制工作图及编译技术文件 . 18 6.3 液压传动系统参数及元件选择 . 18 6.4 确定系统工作压力 . 19 6.5 执行元件控制方案拟定 . 19 6.6 确定执行元件的主要参数 . 19 6.7 确定液压泵的工作压力和流量计算 . 20 6.8 控制阀的选 择 . 20 6.9 确定油箱直径 . 20 第七章 液压系统的性能验算 . 21 结 论 . 23 致 谢 . 24 nts 2 参考文献： . 25 nts 3 专用铣床液压系统设计 摘要 液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动 作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的 。 关键词 液压传动、 稳定性 、液压系统 Special milling machine hydraulic system design Abstract The special milling machines, hydraulic system design in the design programme and the hydraulic system shall be able to finish the work into fast forward, and backed out when the milling machine architecture to understand and grasp for the hydraulic knowledge on the basis of from a given conditions, and the value analysis of the theory with practice, the work of drawing in autocad software diagram of the hydraulic system, the principle of the assembly drawing and analyzing the parts, the process, Set down to a time too short, the time of the short, at the start of the larger, slow down a short time will result in oscillatory too much, so damage to equipment, make failure of the jug, the main argument is based on innovation innovation power, the motor drivers head first, revolution speed and work in the process of the maximum load and the itinerary for design nts 4 calculations. Friction factor is also a need to think of it. although friction of the relatively small, but will also be affected. the design of the difficulty is mainly the principle of the analysis and design purpose is to achieve appropriate control, and to choose a relative rationality, high precision, economically affordable hydraulic components, and design talents widely used. Key words hydraulic transmission, control system, hydraulic system. nts 5 引 言 目前，随着电 子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多样化，世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。 因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面 。 近年来，我国的工程机械取得了蓬勃的发展，其中，液压传动技术起到了至关重要的作用。而且，随着液压传动技术的快速发展和广泛应用， 它已成为 农 业机械、 工 程建筑机械等行业 不 可缺少的重要技术 。 然而，尽管液压技术在机械能与压力能的转换方而 ， 已取得很大进展，但它在能量损失和传动效率上仍然存在着问题。因为，在液压系统中，随着油液的流动，有相当多的液体能量损失掉，这种能量损失不仅体现在油液流动过程中的内摩擦损失上，还反映在系统的容积损失上，使系统能量利用率降低，传动效率无法提高。高能耗和低效率又使油液发热增加，使性能达小到理想的状况，给液压技术的进一步发展带来障。因此，探索和研究高效液压传动技术，提高其综合性能就成为了液压技术领域研 究的重点之一 nts 6 第一章 概述 1.1 设计的目的 液压传动 系统 设计是本 设计 的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的 ； 1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、 CAD技术等方 面的 基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 1.2 设计的要求 1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济； 2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭； 3.在设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原 理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不 能直接向老师索取答案； 4.液压传动设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后； 5.液压传动设计一般要求学生完成以下工作： （ 1）液压系统原理图及速度循环图，负载图，电磁发动工作循环表 一张nts 7 A1 （ 2）液压缸装配图 一张 A1 （ 3）液压缸主要零件的零件图 五张（ A3） （ 4）设计计算说明书，字数不少于 5000 字 （ 5）以上资料打印稿和电子版（图纸用 AutoCAD2004 版本存盘，说明书及任务书用 Word2003 存盘）各一份。 1.3 设计题目 一台专 用铣床的铣头驱动电机的功率 N= 7.5KW ，铣刀直径 D=120mm，转速 n=350rpm，工作台重量 G1=4000N，工件及夹具重量 G2=1500N，工作台行程L=400mm，（快进 300mm，工进 100mm）快进速度为 4.5m/min，工金速度为 601000mm/min，其往复运动和加速（减速）时间 t=0.05s，工作台用平导轨，静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fd=0.1。设计其液压控制系统。 nts 8 第二章 工况分析 2.1 工作负载 661 0 0 0 1 0 0 0 6 0 1 0 6 0 7 . 5 1 03 4 1 0 . 4 63 5 0 1 2 06 0 1 0 0 0WP P PF N NDnv D n 2.2 摩擦阻力 ( 1 2 ) 0 . 2 ( 4 0 0 0 1 5 0 0 ) 1 1 0 0f j jF f G G N N ( 1 2 ) 0 . 1 ( 4 0 0 0 1 5 0 0 ) 5 5 0f d dF f G G N N 2.3 惯性负载 查液压缸的机械效率 0.9cm ，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表所示： 液压缸各阶段的负载情况 表 工 况 负载计算公式 液压缸负载 /FN 液压缸推力 /N 启 动 fjFF1100 1222.22 加 速 fd gFFF1390.98 1545.53 快 进 fdFF550 611.11 工 进 fd wFFF3960.46 4400.51 快 退 fdFF550 611.11 1 2 4 0 0 0 1 5 0 0 4 . 5( ) ( ) 8 4 0 . 9 89 . 8 1 0 . 0 5 6 0gG G vF N Ngt nts 9 第三章 绘制负载图、 速度图 和动作循环图 根据工况负载和以知速度1v和2v及行程 S，可绘制负载图和速度图，如下图所示： 400300200100F / Ns / m m4 4 0 0 . 5 1负载 循环 图 nts 10 64 . 542400300200100v / ( m / m i n )s / m m速度 循环 图 快进工进快退停止动作循环图 nts 11 第四章 初步确定液压缸的参数 4.1初步确定液压缸的参数 查各类液压设备常用工作压力初选， Pap 61 102 4.2 计算液压缸的尺寸 选用差动液压缸，无杆腔与有杆腔的有效面积为122AA；回油路上有背压阀或调压阀，取背压 52 8 1 0p P a;回油管路压力损失 55 1 0p Pa 。 9.3310)2817(51.4 4 0 02125211 mppFA 57.614 AD 按 JB2183 77取标准值 D=70mm 活塞杆的直径 d 为： mmDd 49707.07.0 取标准值 d=50mm 由此求得液压缸的实际有效工作面积 22 2215 1 9 . 6 344DA c m c m 2 2 2 2 22 ( ) ( 5 3 . 5 ) 1 0 . 0 144A D d c m 4.3 液压缸工况 nts 12 液压缸各工作循环的负载、压力、流量和功率数值 表 工况 负载/FN 回油腔压力510 /p Pa 进油腔压力510 /p Pa 输入流量/JQ （ L/min）输入功率/P kW 计算公式 快进 启动 1222.22 12.7 2112F A Pp AA 1 2 1Qv（ A -A ）1P p Q加速 1545.53 1p p p 5p 21.27 恒速 611.11 5p 11.56 4.33 0.08 工进 4400.51 8 26.5 1.960.12 0.086 2211F p Ap A 12Q Av1P p Q快退 启动 1222.22 12.2 2112F p Ap A2Q Av1P p Q加速 1545.53 5p25.24 恒速 611.11 5p 15.91 4.5 0.119 绘制液压缸的工况图 nts 13 工况图 nts 14 第五章 拟定液压原理图 5.1选择液压基本回路 从工况图可知：该系统的流量、压力较小，可选用定量泵和溢流阀组成的供油源，如图 a所示。铣床加工有 顺锉和逆锉之分，宜采用出口节流调速，具有承受负切削的能力，如图 b所示。考虑到工作进给时负载大、速度低，而快进、快退行程中负载小、速度快，所以采用由换向阀联通的差动快速回路，如图 c所示。根据一般专用铣床的要求不高，采用电磁阀的快慢换接回路，其特点是结构简单。选用简便的电气行程开关和挡铁控制行程方式，如图 d所示。 （ a） (b) (c) (d) 按下 SB1工作台快进压下 2工作台工进压下 SP1工作台快退压下 1S工作台停止。 电液联合控制如下： （ 1） 工作台快进 按下按钮 SB1，中间继电器 K1得电动作并自锁，其常开触点闭合，使电磁铁 YV1nts 15 得电。 YV1得电使三位五通电液换向阀左位动作，工作台向前快进移动。 （ 2） 电磁铁 YV1得电。 YV1得电使三位五通电液换向阀左位动作， 工作台向前快速移动。 （ 3） 工作台工进 当工作台快进到 2 档被挡块压下时，其常开触点闭合，使中间继电器 K2得电并自锁， K2的常闭触点断开，二位二通机械换向阀关闭油液经过调速阀实现工进。 （ 4） 工作台快退 当工作台工进到压力继电器压下 SP1闭合，其常开触点闭合，使 K3 得电动作并自锁。 K3的常闭触点断开，工作台停止工进；其常开触点闭合 ，使 YV2得电。二位五通电液换向阀右位工作，工作台快速退回。 （ 5） 循环动作 当工作台退到行程开关 1S接通时，其常开触点闭合，使 K3断开， YV1得电，工作台停止。 电磁铁 动作 顺序表图如下 电磁铁 动作 顺序表 nts 16 5.2 组成系统图 为了实现工作台快退选用具单向阀的调速阀，图为所设计的液压系统图。 nts 17 液压系统原理图 nts 18 第六章 选择液压元件 6.1液压传动系统 液压元件的选择，主要是计算它们的主要参数（如压力和流量）来确定。一般先计算工 作负载，再根据工作负载和工作要求的速度计算液压缸的注意啊尺寸、工作压力和流量或液压马达的排量，然后计算液压 泵的压力，流量和液压系统性能的验算。 确定了各个液压元件之后，要对液压系统进行验算。验算内容一般包括系统的压力损失、发热温度、运动平稳性和泄露量等。 6.2 液压装置的结构设计，绘制工作图及编译技术文件 根据拟定的液压系统原理图绘制正式工作图。正式工作图包括 a. 液压泵的型号 、压力、流量、转速以及变量泵的调节范围。 执行元件的运转速度，输出的最大转矩或推力、工作压力以及工作行程等。 b. 所有执行元件及辅 助设备的型号及性能参数。 c. 管路元件的规格与型号。 d. 在绘制时，各元件的方向和位置，尽量与实际装配时一致。 e. 设计该机床的液压传动系统 6.3 液压传动系统参数及元件选择 对液压系统进行分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工作过程中的运nts 19 动速度和负载的变化规律。 这是满足设备规定的动作要求和承载能力所必须具备的。液压系统承受的负载可由设备的规格规定，由样机通过实验测定。也可以有理论分析确定。当用理论分析确定系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目，例如工作负载（切削力、挤压力、 弹性塑性变形抗力、重力等 ） 、惯性负载和阻力负载（摩擦力、背压力）等，并把它们绘制成图，同样地，液压执行元件在各动作阶段内的运动速度也须相应地绘制成图，设计简单的液压系统时，这两种图可以省略不画。 6.4 确定系统工作压力 系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定。系统工作压力高，则省材料，机构紧凑，重量轻，是液压系统的发展方向；但要注意泄露、噪音控制和可靠性问题的妥善处理。系统工作压力可根据负载来选取，也可根据设备类型选取。 6.5 执行元件控制方案拟定 根据已订的液压执行元件、速度图或动作线路图，选 择适当的压力控制、方向控制、速度换接、差动连接回路，以实现对执行元件的方向、出力及速度的控制。需要无级调速或无级变速时，可选择的方案。有级变速比无级调速使用方便，适用于速度控制精度低，但要求速度能够预置，以及在动作循环过程中有多重速度自动变换的场合。具体参见基本回路一章内容。完成上述的选择，所需液压泵的类型就基本确定了。 6.6 确定执行元件的主要参数 根据液压系统载荷图和已确定的系统工作压力，计算出液压缸内径、活塞杆直径，柱塞缸的柱塞直径、柱塞杆 直径；根据液压缸缸径内径、活塞杆直径 、活塞杆直径及行程 的国家标准系列，确定主要参数。如采用液压马达，还需计算出液压马达的排量。 nts 20 6.7 确定液压泵的 工作压力和流量计算 进油路的压力损失取 53 1 0p Pa ，回路泄露系数取 1.1K ，则液压泵的最高工作压力和流量为： 551 ( 2 6 . 5 3 ) 1 0 2 9 . 5 1 0Bp p p P a P a m a x 1 . 1 4 . 5 / m i n 5 / m i nBQ K Q L L 根据上述计算数据查泵的产品目录，选用型定量叶片泵。 6.8 控制阀的选择 根据泵的工作压力和通 过 各阀的实际流量，选取各元件的规 格，如表所示。 各元件的规 格 表 序号 元件名称 最大通流量 /（ L/min） 型号规格 1 定量叶片泵 6 63 2 溢流阀 Y 10B 10 63 3 三位四通电磁阀 34D 10B 4 单向调速阀 QI 10B 5 二位三通电磁阀 23D 10B 6 单向阀 I 10B 7 过滤器 XU B16 100 6.9 确定油箱直径 进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为 2Q 所以管道流量 Q 按 12 / minL 计算。取压油管流速 3/v m s 124 . 6 1 4 . 6 1 9 . 2 23Qd m m m mv ，取内径为 10mm 的管道。 吸油管的流速 1/v m s ，通过流量为 6 / minL ，则 64 . 6 1 1 1 . 2 91d m m m m，取内径为 12mm 管道。 确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。 nts 21 第七章 液压系统的性能验算 7.1 液压系统的效率 （经计算 51 0 . 6 3 1 0p P a ， 52 2 . 6 2 5 1 0p P a ） 取泵的效率 0.75，液压缸的机械效率 0.9G ，回路效率为： 11CBBpQpQ 22111455453 9 6 0 . 4 6 6 . 2 6 5 1 0 . 0 1 1 0 1 0( 0 . 6 3 1 0 )1 9 . 6 3 1 02 4 1 0F A pppAPaPa 当工进速度为 1 / minm 时， 551 . 9 6 2 4 1 0 0 . 2 96 2 7 1 0c 当工进速度为 60 / minmm 时， 550 . 1 2 2 4 1 0 0 . 0 1 7 86 2 7 1 0c 0 . 7 5 0 . 9 ( 0 . 2 9 0 . 0 1 7 8 ) 0 . 1 9 6 0 . 0 1 2 7.2 液压系统的温升 （只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为： 532 7 1 0 6 0 . 3 60 . 7 5 6 0 1 0yBpQP k W k W 工进时系统的效率 0.012 ，系统发热量为： nts 22 ( 1 ) 0 . 3 6 ( 1 0 . 0 1 2 ) 0 . 3 6P k W k W 取散热系数 321 5 1 0 /K k W m C ，油箱散热面积 3 2 2Vm O
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