液压传动课程设计计算说明书.docx

34液压传动课程设计计算说明书学院：机械学院班级：机电02班姓名：赵宇轩学号：20112948计算任务分配这次课程设计中，我们小组成员采用每个人主要负责一个方向，然后其他人给予配合工作的工作方法：液压系统的主要参数确定：陈石负责液压系统的工作参数计算及验算：彭上负责液压系统的原理确定：赵宇轩负责，彭上辅助液压系统的原理图绘制：赵宇轩负责液压系统的仿真：李宇齐负责液压缸的数据计算与方案选用：陈石负责，刘宗嘉辅助液压缸的装配图绘制：刘宗嘉负责目录计算任务分配21.工作液压缸设计说明51.1设计参数51.2摩擦负载51.3 惯性负载51.4 运动时间61.5负载图61.6确定系统工作压力71.7计算元件主要参数71.8制定基本方案81.8.1制定调速方案81.8.2制定压力控制方案81.8.3制定动作顺序方案81.8.4选择液压动力源91.9草拟液压系统原理图91.10液压元件的选择与专用设计101.10.1液压泵的选择101.10.2液压阀的选择111.10.3确定油管121.11液压系统性能验算141.11.1液压系统压力损失141.11.2 验算系统发热与温升162.工作缸回路设计与仿真172.1工作缸回路设计172.1.1选择调速回路172.1.2选择油源形式182.1.3选择快速运动和换向回路182.1.4选择速度环节回路192.1.5选择调压和卸荷回路192.2液压回路仿真213.液压缸设计243.1液压缸类型确定243.2液压缸基本参数243.2.1液压缸主要参数243.3液压缸缸筒部分计算263.3.1缸筒结构263.3.2缸筒材料263.3.3缸筒计算263.4液压缸活塞部分283.4.1活塞结构283.4.2活塞与活塞杆连接283.4.3活塞的密封283.4.4活塞材料283.4.5活塞尺寸及公差283.5活塞杆283.5.1活塞杆结构形式283.5.2活塞杆的材料以及技术要求283.5.3活塞杆的导向套、密封及防尘294.夹紧缸的计算说明304.1夹紧缸工作计算304.1.1工况分析304.1.2确定液压系统方案304.1.3确定液压系统的主要参数304.2夹紧缸的液压原理图及分析314.2.1夹紧缸原理图分析314.2.2夹紧缸仿真分析325.心得体会33参考资料331.工作液压缸设计说明1.1设计参数工作负载压力FL=8800N液压缸移动件重力 G=1500N快进、快退速度V1=4.5M/MIN工进速度V2=45MM/MIN快进行程L1=350MM工进行程L2=80MM导轨面静摩擦系数s=0.2导轨面动摩擦系数d=0.11.2摩擦负载即导轨的摩擦阻力静摩擦阻力： Ffs=sG=0.21500=300N动摩擦阻力： Ffd=dG=0.11500=150N1.3 惯性负载 Fa=G*vg*Dt=15000.0759.80.5=23.0N1.4 运动时间快进： t1=L1v1=35010-34.5=0.078min=4.68s工进： t2=L2v2=804.545=1.8min=108s快退： t3=L1+L2v3=350+8010-34.5=0.096min=5.76s取机械效率m=0.90表一工况负载组成液压缸负载 F/N液压缸推力Fm=F/m /N启动F= Ffs300333加速F= Ffd +Fa173192快进F= Ffd150167工进F= FL +Ffd89509944反向启动F= Ffs300333加速F= Ffd +Fa173192快退F= Ffd1501671.5负载图根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-t和速度循环图V=t，如下图所示其中t1=4.86S,t2=108S,t3=5.76S1.6确定系统工作压力根据2-4选取工作压力为P1=2MPa1.7计算元件主要参数根据液压系统载荷图、已确定的系统工作压力，计算出各阶段液压缸流量，如下表表二工况推力 Fm/N回油腔压力 P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量qx10-3/m3/s输入功率P/kw快进启动333/0.60/加速1921.060.56/恒速1671.040.540.240.121工进99440.61.710.00480.008快退启动333/1.10/加速1920.51.06/恒速1670.51.050.240.252其中取P=0.5MPa1.8制定基本方案1.8.1制定调速方案设计拟采用定量泵节流调速回路。量泵节流调速回路因调节方式简单，一次性投资少，在中小型液压设备特别是机床中得到了广泛应用。节流调速回路中的进、回油路调速为恒定系统，系统的刚性较好;旁油路调速为变压系统，系统刚性较差。用调速阀或旁通调速阀的节流调速回路可提高系统的速度刚性，但会增加少量的功率损失。1.8.2制定压力控制方案本设计拟采用溢流阀调压。溢流阀装在液压泵出口处用来保证系统压力恒定，在其他场合则为安全阀，限制系统的最高压力。一般选普通溢流阀。1.8.3制定动作顺序方案 本设计采用行程控制法，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀来控制接续动作。1.8.4选择液压动力源考虑到流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵。液压系统有多个执行元件，各工作循环所需的流量相差很大，应选用多泵供油实现分级调节。1.9草拟液压系统原理图如下图所示1.10液压元件的选择与专用设计1.10.1液压泵的选择（1）液压泵最大工作压力由表二可知，液压缸在工进时压力最大，最大工作压力为p1=1.71MPa, 在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失p=0.8MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为pp1p1+p+pe=1.71+0.8+0.5=3.01MPa大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表二可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.10MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为pp2p2+p=1.1+0.3=1.4MPa(2)确定液压泵流量由表二可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.2410-3 m3/s=14.4L/min，若取回路泄漏系数K=1.1，则两个泵的总流量为pqkq1=14.4x1.1=15.84L/min考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0. 0048m3/s =0.3L/min，则小流量泵的流量最少应为3.3L/min。（3）确定泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和33mL/r，当液压泵的转速np=940r/min时，其理论流量分别为5.6 L/min和31L/min，若取液压泵容积效率v=0.9则液压泵的实际输出流量为pq=pq1+pq2=14.693L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为pppqpp=1.510614.693/600.8103=0.477KW根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为0.5KW，额定转速为940r/min。1.10.2液压阀的选择 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件盒辅件规格如下表所示。其中，溢流阀9按小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用Q-6B型，其最小稳定流量为0.03L/min,小于本系统共进时的流量0.5L/min。表三序号元件名称通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力pe/Mpa额定压降pn/Mpa1双联叶片泵/PV2R12-6/335.1/27.916/2三位五通电液换向阀7035DY-100BY1006.30.33行程阀62.322C-100BH1006.30.34调速阀1Q-6B66.3/5单向阀70I-100B1006.30.26单向阀29.3I-100B1006.30.27液控顺序阀28.1XY-63B636.30.38背向阀0附：仿真图片仿真原理图快进状态工进状态快退状态停止状态3.液压缸设计附：下文所提及的表及公式均选自液压传动与控制课程设计指导书。3.1液压缸类型确定由工作状况，选择差动液压缸。初步的估算，液压缸工作负载较小，所以选择方便的拉杆型液压缸。液压缸安装方式采用轴向底座。3.2液压缸基本参数3.2.1液压缸主要参数1）由前计算可得工作压力为1.71MP，由表3-5选取，液压缸公称压力选取2.5MP。2）由式P1A1-P2A2=Fm A1=Fm(p1-p22)=89500.9(2-0.62)106=5.810-3mD=4A1=45.810-3=0.086m=86mm查表3-5 取D=90mmA1=6.410-3mA2=3.210-3m又A2=4（D2-d2)所以 d=63mm查表取d=63mm其中 d为活塞直径 D为液压缸内径3）行程选取，由于要求工作行程为L1+L2=350+80=430MM，故选取450MM行程。4）速度比：=D2(D2-d2)=2.05）流量：各阶段流量如下表快进工进快退=66L/min=0.3L/min=14.693L/min=26.5L/min=0.15L/min=65L/min=0.072m/s=0.00075m/s=0.098m/s=5.01s=108s=5.32s各工况实际运动速度、时间和流量6）行程时间：快进时间T1=4.7S工进时间T2=107S快退时间T3=5.8S7）活塞最大行程验算由Lk=192.4d2Dp得Lk=6000mm根据R10优先数系，取Lk=5000mm活塞实际工作行程：L=350+80=430mmpD2p=20.092122=0.74mm取0=3mm取缸筒外径公差C1=1mm取缸筒腐蚀余量C2=1mm=0+C1+C2=5mmD=0.060.08. 成立故缸筒壁厚选取5MM。3）缸底厚度取底部为平面无孔10.433D2Pp取D2=86mm所以1=4.8mm4）拉杆连接部分拉应力 =KF4d12Z取K=2.5 Z=2 d1=16mm=2.5994440.01622=64.3MPa则合成应力 a=1.3=84.6MPap=122MPa5）加工要求：1.内径采用H8配合，Ra取0.32m，都进行研磨2.热处理：调质，硬度HB2453.缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半。4.缸筒直线公差在500MM长度上不大于0.03MM。5.缸筒端面T对内径的垂直度在直径100MM上不大于0.04MM。6.通往油口、排气阀孔的内孔口必须倒角，不允许有飞边，毛刺，以免划伤密封件。为了便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒角15。3.4液压缸活塞部分3.4.1活塞结构选择整体式活塞。3.4.2活塞与活塞杆连接选用螺母型连接。3.4.3活塞的密封选用O型密封圈。3.4.4活塞材料选用45号钢。3.4.5活塞尺寸及公差活塞宽度选取B=D。外径配合采用f9，外径对孔的同轴度公差不大于0.02MM，端面与轴线的垂直度公差不大于每0.04MM/100MM，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度选0.32m。3.5活塞杆3.5.1活塞杆结构形式1.采用实心杆。2.密封方式采用O型密封圈。3.外部端头连接方式采用小螺栓头，尺寸为M42X2，长度为56MM。3.5.2活塞杆的材料以及技术要求活塞杆选用45号钢，不用调质。活塞杆在导向套中滑动，采用H8/h7配合。活塞杆外圆粗糙度选用Ra=0.3m，进行镀铬处理，镀层厚度选取0.05MM。活塞杆的计算：1. 强度计算=F10-64d2=895010-640.0632=2.9p=120MPa2.稳定性验算Fk=2E1I10-6k2LB2E1=1.8105MPaI=d464查表3-20取K=0.5取LB=12d=0.756m=756mmFk=2.4106取nk=6有F=35800NFknk=400000N故，稳定性在允许范围内。3.5.3活塞杆的导向套、密封及防尘1.导向套：选择端盖式一体导向套，材料为球墨铸铁。2.长度确定：由前面计算可得H=70MM。3.中隔圈：由于行程较短，可以不设定中隔圈，所以设置一个长度为20MM的中隔圈来满足行程要求降低冲击。4缓冲装置：活塞运动速度低于0.1M/S，不用缓冲装置。5排气阀：采用整体式排气阀，选用45号钢。6.油口：采用螺孔油口，选用M27X2。7单向阀：由于没有缓冲装置，故不用单向阀。9：密封件，防尘圈选用：活塞与缸体，活塞与活塞杆采用O型密封圈，活塞杆与前端盖采用Y型密封圈，防尘采用J型防尘。4.夹紧缸的计算说明4.1夹紧缸工作计算4.1.1工况分析工作负载 Ft=Fc+Ffs=3800+0.180=3808N4.1.2确定液压系统方案（1）回路方式的选择一般选用开式回路。由于铣床二输出要求高精度控制，因此应对输出量进行检查然后反馈控制液压系统和流量。即构成系统的大 闭环控制。（2）液压介质的选择普通液压系统选用矿物型液压油作为工作介质，由于本课程在室内进行加工，所以选用汽轮机油和普通液压油。再设计与选用液压系统元件时，应考虑它们与介质的相容性和耐腐蚀性。4.1.3确定液压系统的主要参数（1）根据负载选择液压缸的执行压力p=1MPaA=m2D= =69.7mm根据GBXT2348-1993规定，D取80mm。根据稳定性校核Lc/d10时，液压缸能满足稳定性条件，Lc=10mm,取D=40液压缸的有效作用面积有杆腔：A1=3.7710-3m2无杆腔： 此时实际工作压力为：1MPa所以选取工作压力1MPa符合要求（2）稳定性校核由于夹紧缸的活塞杆直径是利用稳定性校核来计算的所以不需要进行校核（3）液压缸各运动阶段的压力、流量和功率回油背压为0.5MPa放松时：流量 压力 功率夹紧时：流量 压力 功率 4.2夹紧缸的液压原理图及分析4.2.1夹紧缸原理图分析考虑到夹紧缸的负载只有5kg，工进速度要求不高，所以选择单量泵作为油源。而且夹紧工件所需的工进速度不大，所以可以忽略换向阀换向时