液压设计说明书-设计一台卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统

机械制造与自动化专业液压传动课程设计说明书班级：学号：姓名：一、液压传动课程设计的目的1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。4、提高学生使用计算机绘图软件（如 AUTOCAD、PRO/E 等）进行实际工程设计的能力。二、液压课程设计题目题目（一）设计一台卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统，要求完成如下的动作循环：夹紧快进工进死挡铁停留快退松开原位停止；机床有 16 个主轴，钻削加工13.9mm 的孔 14 个，8.5mm 的孔 2 个，工件材料为铸铁，硬度 HB240。动力滑台采用平导轨，工进速度要求无级调速，如用高速刚钻头进行加工，其他参数如下表所示。数 据数 参 据数 I II III IV V运动部件自重（N） 9810 10000 9990 9500 11000快进快退速度（m/min） 7 7.5 6.5 7.8 8快进行程（mm） 100 120 110 95 120工进行程（mm） 50 60 65 70 60工进速度（mm/min） 3090 3090 3090 3090 3090静摩擦系数 fg 0.2 0.15 0.2 0.18 0.15动摩擦系数 fd 0.1 0.08 0.09 0.12 0.14启动制动时间 t（s） 0.2 0.25 0.21 0.23 0.3试完成以下工作：1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图（A3 ） 。3、计算液压系统，选择标准液压元件。4、绘制液压缸装配图（A1） 。5、编写液压课程设计说明书。机床加工示意图如下：- 2 -图 1 卧式动力滑台加工示意图目 录第 1 章 组合机床工况分析 1第 2 章 液压缸的主要参数的确定 4第 3 章 拟定液压系统图 7 第 4 章 液压缸的机构设计 11设计总结 17参考资料 18附录 A液压系统原理图 附录 B 液压缸结构液压传动课程设计说明书1第 1 章 组合机床工况分析1.1 外负载分析高速钢钻头钻铸铁孔的轴向切削力 Fc 6.08.0)(52HBSDs式中，D钻头直径，单位为 mm；s每转进给量，单位为 mm/r；HBS铸件硬度，HBS=240。根据组合机床的加工特点,钻孔时主轴转速 n 和每转进给量 s 按“组合机床设计手册”取当钻13.9mm 的孔时，主轴转速 ，每转进给量 ,min/3601rnrms/147.0当钻8.5mm 孔时，主轴转速 ，每转进给量, 则 52 96.2NHBSsDHBSsDFc30468 4096.8.4017.95.21 )()( 6.8.6.8. .0.02.0 1.2 惯性负载分析机床运动部件自重为 11000N，则 NtgvGmaF9.5832.068.971式中，m运动部件的质量，单位为 Kg；a运动部件的加速度，单位为 m/s2；G运动部件的重力，单位为 N；g重力加速度，单位为 m/s2；v速度的变化量，单位为 m/s；液压传动课程设计说明书2t速度变化所需时间，单位为 s。1.3 阻力负载分析液压缸驱动工作部件时要克服机床导轨处的摩擦阻力。表达式为Ff=fFN式中，F N运动部件及外负载对支撑面的正压力，单位为 N；f摩擦系数，分为静摩擦系数 fg=0.2 和动摩擦系数 fd=0.1则 静摩擦阻力 GfFg1962802.动摩擦阻力 Nfd.1.4 根据以上分析计算各工况负载 (见表 1-1)表 1-1 液压缸在各工作阶段的负载 F工况 计算公式 液压缸负载 F/N 液压缸驱动力 F/ m/N启动 GfFg1962 2180正向加速 tvfd1564.9 1738.8快进 fFd981 1090工进 Gfdc31449 34943快退 fd981 1090制动 tgvfFd397.1 441.2注:表中取液压缸的机械效率 cm=0.9液压传动课程设计说明书31.5 负载图和速度图的绘制负载图按表 1-1 绘制，如图所示。负载图速度图按已知数值 、 、 、快退行程m/in7v31m10ll502,工进速度取工进时的最大速度 90mm/min 即mll15023 sm/1.3由此可绘制出速度图如图。液压传动课程设计说明书4速度图第 2 章 液压缸的主要参数的确定2.1 初定液压缸工作压力鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式的，并在快进时做差动连接。这种情况下液压缸无杆腔的工作面积 A1应为有杆腔工作面积 A2的两倍，即 =A 1/A2=2。由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算,选 ,本机床为钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲Pap5104现象，液压缸回油腔应有背压，取背压 ， 假定快进、快退的回油Pap52106压力损失为 。P572.2 液压缸尺寸的计算 由式 得cmApF)(21液压传动课程设计说明书52325211 104.910649.03mpFAcm 因为 A1=2A2， A2= m237.4液压缸直径 cD94.101由于快进、快退速度相等，则 mDd36.72取标准直径 ， d=80mm。m10则，液压缸有效面积 2221 9541cA2224mdD经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。2.3 液压缸的流量的计算液压缸的快进流量 min35107)459(212 LvAq 快 进液压缸的工进流量 i8.0.21工 进液压缸的工进流量 in5.31745212 LvAq快 退2.4 液压缸工作腔压力的计算液压缸的快进压力 MpaAFpm85.021快 进液压缸的工进压力 m96.312工 进液压传动课程设计说明书6液压缸的快退压力 MpaAFpm51.21快 退液压缸在工作循环中各阶段压力、流量和功率工作阶段 负载 N/Fm工作腔压力 Pap/1回油腔压力 ap/2输入流量 qmin/L输入功率 kwP/快进 1090 0.85 1.55 35 0.5工进 34943 3.96 0.6 0.855 0.06快退 1090 1.51 0.7 31.5 0.793L/mmq/L/min35050 100 15031.50.855流量图液压传动课程设计说明书7L/mmF/Mpa0.8501.513.9650 100 150压力图L/mmP/kw0.500.790.0650 100 150功率图液压传动课程设计说明书8第 3 章 拟定液压系统图3.1 选择液压回路(1)调速方式的选择液压系统的调速方式可分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三种形式。由工况得知，该液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进油路节流调速回路，为防止钻通孔时负载突然消失引起运动部件的前冲现象，在回油路上加背压阀。(2)液压泵形式的选择 系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量的时间之比 。根据该情况，本方案决定采用大、小两个液压泵9.3812t自动并联供油的油源方案。(3)速度换接方式的选择因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。动作可靠，转换精度较高。(4)快速回路与工进转快退控制方式的选择 为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。(5)调压和卸荷回路的选择 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。(6)夹紧油路的选择液压传动课程设计说明书9夹紧油路中串接减压阀，可根据工件夹紧力的需要调节并稳定其压力，即使主油路压力低于减压阀所调压力，因为有单向阀的存在，夹紧系统也能维持其压力(保压)。二位四通电磁换向阀的常态位置是夹紧工件，保证了操作安全可靠。3.2 组成系统系统原理图3.3 液压系统工作分析工件夹紧：电液换向阀处于中位状态，液压泵输出的压力油进入夹紧缸的左腔，右腔回油，活塞杆向右移动，将工件夹紧。夹紧后，液压缸左腔的压力升高，当油压超过压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号指令使电磁铁 1YA 通电，液压缸 8 动作。液压传动课程设计说明书10快速前进：电磁铁 1YA 通电，电液换向阀左位接入系统，溢流阀 17 因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸 8 作差动连接，液压泵 18 输出最大量。系统中油液流动的情况为：进油路：液压泵 18单向阀 16换向阀 10（左位）行程阀 7（左位）液压缸 8 左腔 回油路：液压缸 8 右腔换向阀 10（左位）单向阀 3行程阀 7（左位）液压缸 8 左腔工进阶段：工进在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀 7 时开始，这时系统压力升高，溢流阀 17 打开，液压泵单泵供油，系统中油液流动情况为：进油路：液压泵 18单向阀 16换向阀 10（左位）调速阀 4液压缸 8 左腔回油路：液压缸 8 右腔换向阀 10（左位）溢流阀 2顺序阀 1油箱停留阶段：停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始，并在系统压力进一步升高，压力继电器 9 发出信号后终止。快退阶段：快退在压力继电器 9 发出信号后，电磁铁 1YA 断电、2YA 通电时开始，这时系统压力下降，液压泵供油量增加，系统中油液的流动情况为：进油路：液压泵 18单向阀 16换向阀 10 右位液压缸 8 右腔回油路：液压缸 8 左腔单向阀 6换向阀 10 右位油箱液压传动课程设计说明书11松开 ：松开在挡块压下终点开关时 3YA 通电，夹紧缸松开。其油液流动情况为：进油路：液压泵 18单向阀 16减压阀 15单向阀 14换向阀13（右位）夹紧缸右腔回油路：夹紧缸左腔换向阀 13（右位）油箱停止停止在滑台快速退回到原位，挡块压下终点开关，电磁铁 2YA 断电、换向阀 10 处于中位，液压泵卸荷，滑台停止运动。油路：液压泵 18单向阀 16换向阀 10（中位）油箱第 4 章 液压缸的结构设计4.1 为满足本题目中液压系统 快进工进快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸。1）液压缸的组成：液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。2）液压缸组件的连接方式：缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。 液压传动课程设计说明书123）活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择 O 型的密封 圈。4）液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。5）液压缸排气装置 对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。6）密封装置的选择选 0 形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点。4.2 液压缸设计需要注意的事项1）尽量使液压缸在不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。4.3 液压缸主要零件的材料和技术要求1）缸体 材料-灰铸铁: HT200,HT350。液压传动课程设计说明书13粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为 mRa4.02技术要求：a 内径用 H8-H9 的配合b 缸体与端盖采用螺纹连接，采用 6H 精度2）缸盖材料-35 钢粗糙度-导向表面粗糙度为 mRa6.180技术要求：同轴度不大于 3.分析： 缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度，以承受活塞频繁的往复摩擦，保证活塞密封件的可靠密封，缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料与工作压力有关，当工作压力 p10Mpa 时使用铸铁，当工作压力10Mpap20Mpa 时使用铸刚或锻刚，本题目中工作压力的最大值为3.96Mpa，故选用铸铁缸筒。缸盖的材料常用 35 号，40 钢号锻件，或 ZG 270-500.ZG310-570 及 HT250. HT 300 等灰铸铁。3）活塞材料-灰铸铁：HT300粗糙度-活塞外圆柱粗糙度 mRa6.180技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取 f7f9 的配合，内孔与活塞杆的配合可取 H8。4）活塞杆材料-实心：45 钢，调质处理，粗糙度-杆外圆柱粗糙度为 mRa8.04技术要求：a 调质 2025HRCb 活塞与导向套用 的配合，与活塞的连接可用7fH8hH分析：活塞组件主要包括活塞，活塞杆，连接件等 。活塞杆是液压传力的主要零件，由于液压缸被用于不同的条件，因此要求活塞杆能经受压缩，拉液压传动课程设计说明书14伸，弯曲，振动，冲击等载荷作用，还必须具有耐磨，耐腐蚀性能，故活塞杆材料可用 35 号钢，45 号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆 ，为提高耐磨和防锈能力，可在活塞杆表面镀铬并抛光，活塞材料通常采用钢. 耐磨铸铁，有时也用黄铜或铝合金。5）导向套材料-青铜，球墨铸铁粗糙度-导向表面粗糙度为 mRa8.0技术要求：a 导向套的长度一般取活塞杆直径的 60%80%b 外径 D 内孔的同轴度不大于内孔公差之半分析：导向套按材料分为金属型和非金属型两种，金属型一般选用摩擦系数小耐磨好的青铜材料制造，非金属型导向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。4.4 液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径 D，活塞杆直径 d，液压缸筒的长度 L，1）液压缸内径 D 的计算，根据最大负载和选取的工作压力来确定内径 D=110mm，2）活塞杆直径 d 的计算在前面的计算中已经确定 d=80 mm，3）液压缸筒长度 L 的计算液压缸筒长度 L 由活塞最大行程 L，活塞宽度 B，活塞杆导向长度 H 和有特殊要求的其他长度确定。查手册选取活塞行程 L=160mm，活塞宽度 B=（0.61.0）D，选 B=88 mm，导向套长度 H=（0.61.0）d，选 H=0.8 d=64 mm，且液压缸筒长度不超过内径110 mm 的 20 倍，综上所述，得液压缸筒长度 L=426 mm。6）液压缸参数的计算液压传动课程设计说明书15液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度1）壁厚的计算查表取缸筒外径为 133 mm，则壁厚 = mm5.12032）液压缸油口直径在计算设定液压缸油口液流速度为 1.0m/s,则液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度 V 和油口最高液流速度 Vo 而定Do=0.13D =0.130.11 =38mmov0.17式中，Do液压缸油口直径D-液压缸内径V液压缸最高输出速度V