设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床.doc

液压传动设计题目备注一、设计任务半自动液压专用铣床液压系统1设计要求：设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。2设计参数设计参数见表1。其中：工作台液压缸负载力（KN）：FL夹紧液压缸负载力（KN）Fc 工作台液压缸移动件重力（KN）：G夹紧液压缸负移动件重力（N）：Gc 工作台快进、快退速度（m/min）：V1=V3 夹紧液压缸行程（mm）：Lc 工作台工进速度（mm/min）：V2 夹紧液压缸运动时间（S）：tc 工作台液压缸快进行程（mm）：L1 导轨面静摩擦系数：s=0.2工作台液压缸工进行程（mm）：L2 导轨面动摩擦系数：d=0.1工作台启动时间（S）：Dt=0.5 表1FLFLGGcV1V2L1L2c Lctc2.86.82.2745.445260901023完成工作量：液压系统原理图（A3）；零件图和部件装配图各1张（A3）；设计说明书1份，零部件目录表1份。注：在进行零部件设计时，集成块和油箱部件可以任选二负载与运动分析 1、工作负载 工作负载即为切削阻力FL=2800N。2、摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力 动摩擦阻力 3、 惯性负载 4、 运动时间 快进工进快退设液压缸的机械效率cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表2所示 表2液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/cm/N启 动440490加 速261290快 进220245工 进30203356反向启动440489加 速261290快 退220245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 -t，如图1所示。三、 确定液压系统主要参数1初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表3和4，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。夹紧工作压力=2MPa表3 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表4各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.823528810101820322计算液压缸主要尺寸（1）、鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。液压缸的回油腔应有背压，参考表5选此背压为p2=0.5MPa。表5执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计由式 得:则活塞直径考表6及表7，得d 0.71D =32mm，圆整后取标准数值得 D=40mm， d=32mm。表6 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表7按速比要求确定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71由此求得液压缸两腔的实际有效面积为根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表8所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示表8液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动4900.61加速290p1+p0.38恒速245p1+p0.310.0730.023工进33560.62.890.0028快退启动4891.08加速2900.52.03恒速2450.51.930.0410.079（p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取p=0.5MPa。快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。）(2).夹紧缸，鉴于夹紧时速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸所以夹紧缸运行的快进与快退时有 (无杆腔进油时活塞运动速度；有杆腔进油时活塞运动速度。)工作负载 工作负载即为切削阻力FL=6800N。摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力 动摩擦阻力，则活塞直径d 0.71D =49.3mm，圆整后取标准数值得 D=80mm， d=50mm。因为夹紧缸的质量很小，同时行程也很短，可以忽略启动、快速等过程。四、拟定液压系统原理图1选择基本回路(1) 选择调速回路和动力源由图2可知，液压系统在快速进退阶段，负载压力较低，流量较小，且持续时间较短，而系统共进阶段，负载压力较高，流量较小，持续时间较长。同时注意到铣销加工过程中铣销力的变化和顺铣及逆铣两种情况，为此，采用回油路调整阀节流调速回路。由于采用差动连接，所以所需动力源的流量较小，从简单经济观点，此处选用单变量泵供油(2) 油路循环方式由于上己选用节流调整回路，故系统必然为开式循环方式。(3) 换向与调速换接回路选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀（4）为保证夹紧力可靠，且能单独调节，在支路上串接减压阀和单向阀；为保证顺序动作，在进入夹紧缸的油路上接单向顺序阀来控制;为保证工件确定夹紧后进给缸才能动作，在夹紧缸进口处安一压力继电器，只有当夹紧力达到压力继电器的调节压力时，才能发出信号，使进给缸油路的三位五通电磁换向阀电磁特通电，进给缸才能开始快进。2组成液压系统在主回路初步选定基础上，只要在增添一些必要的辅助回路便可以组成完整的液压系统。例如在液压泵进口设置一过滤器；出口设一压力表及压力表开关，以便观测泵的压力。表9液压系统动作顺序表信号来源动作名称电磁铁工作状态1YA2YA按下启动按钮工作台快进 +-压下工进行程开关工作台工进+-压下快退行程开关工作台快退-+压下液压泵卸载开关液压泵卸载 - 图3液压系统原理图五、计算和选择液压件1确定液压泵的规格和电动机功率(1) 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表8可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=2.89MPa，如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=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表8可见，快退时液压缸的工作压力为p1=2.03MPa，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(2) 计算液压泵的流量由表7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.07310-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1，则泵的总流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0.9510-6 m3/s =0.057L/min，则小流量泵的流量最少应为3.1L/min。 (3) 确定液压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YBX-A N型变量叶片泵。其泵最大排量为16mL/r，当液压泵的转速np=910r/min时，其理论流量分别为14.56L/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。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根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y90L6型电动机，其额定功率为2.0KW，额定转速为910r/min。2确定其它元件及辅件(1) 确定阀类元件及辅件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，选出的阀类元件和辅件规格如表9所列 (2) 确定油管在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表10所示表10液压元件规格及型号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Pn/MPa额定压降Pn/MPa1变量泵YBX-A N16162三位五通电液换向阀5035DYF3Y-100BY80160.33行程阀62.322C100BH1006.30.34调速阀1Q6B66.35单向阀70I100B1006.30.26单向阀29.3I100B1006.30.27液控顺序阀28.1XY63B636.30.38背压阀1B10B106.39溢流阀5.1Y10B106.310节流阀27.9I100B1006.30.211滤油器36.6XU80200806.30.0212压力表开关K6B13单向阀70I100B1006.30.214压力继电器PFB8L1415减压阀30J-636.34.516单向阀30I-636.317二位四通电磁阀3024D-406.318单向顺序阀30DP-636.319压力继电器PFB8L6.3表11各工况实际运动速度、时间和流量工作 阶段流量速度(m/s)时间（s）无杆腔有杆腔快进工进快退由表11可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求表12允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 根据表11数值，按表12推荐的管道内允许速度取 =3 m/s，由式 计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径8mm、外径12mm冷拔钢管(3) 确定油箱油箱的容量按式 估算，其中为经验系数，低压系统，=24；中压系统，=57；高压系统，=612。现取=5，得六、验算液压系统性能1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为l=2m，油液的运动粘度取 =110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。(1) 判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快退时回油流量q2=70L/min为最大，此时，油液流动的雷诺数也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（2000），故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。(2) 计算系统压力损失和油液在管道内流速同时代入沿程压力损失计算公式 ，并将已知数据代入后，得可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的Dpn由产品样本查出，qn和q数值由表9和表10列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀3进入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为在回油路上，压力损失分别为此值比预先设定的0.5MPa小。所以在快进时系统是偏向安全的。.工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀2、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为0.8MPa。在回油路上总的压力损失为该值即为液压缸的回油腔压力p2=0.86MPa，可见此值与初算时参考表4选取的背压值基本相符。所以按表8的公式重新计算液压缸的工作压力为此略高于表10数值。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的工作压力为此值与估算值基本相符，是调整溢流阀9的调整压力的主要参考数据。快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀5、电液换向阀2和单向阀13返回油箱。在进油路上总的压力损失为此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为此值与表8的估计数值0.6基本相符，故不必重算。泵的工作压力为此值是调整液控顺序阀7的调整压力的主要参考数据。（4）夹紧缸在夹紧时液压油通过15 16 17 18。回油时通过17 20。在进油路上的损失为由此可以得到15减压阀的压力为2+0.143=2.143Mpa2验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占96%（夹紧缸动作的时间很短，可以不计算）所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，大流量泵经顺序阀7卸荷，其出口压力即为油液通过液控顺序阀的压力损失液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率液压系统输出的有效功率即为液压缸输出的有效功率由此可计算出系统的发热功率为按式 计算工进时系统中的油液温升，即C其中传热系数K=15 W/（m2C）。设环境温T2=25C，则热平衡温度为C 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。七、参考文献 液压传动章宏甲、王积伟、黄谊 机械工业出版社 2006年 液压传动与控制张平格 冶金工业出版社 2004年 机械设计手册 成