汽车液压与气压传动课程设计论文.docx

汽车液压与气压传动课程设计目 录一、 明确液压系统的设计要求4二、 负载分析4三、 负载图和速度图的绘制5四、 液压缸主要参数的确定6五、 液压系统图的拟定8六、 液压元件的选择12七、 液压系统的性能验算14小结16参考书目 16 引言 液压传动是用液体作为介质来传递能量的，液压传动有以下优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。 液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其所具有的压力及力流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量，因此液压基本回路的作用就是三个方面：控制压力、控制流量的大小、控制流动方向。所以基本回路可以按照这三方面作用而分成三大类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。 液压系统已经在各个部门得到广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。 一、明确液压系统的设计要求 单面多轴钻孔组合机床，动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止。液压系统的主要性能参数要求如下，轴向切削力为24000N；滑台移动部件总质量为510kg；加、减速时间为0.2s；采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1；快进行程为200mm，工进行程为100mm，快进与快退速度相等，均为3.5m/min，工进速度为3040mm/min。工作时要求运动平稳，且可随时停止运动。试设计动力滑台的液压系统。二、负载分析(1)工作负载 Ft=24000N (2)惯性负载 Fm=（G/g）（v/t）=510（3.5/600.2）N=149N （3）阻力负载静摩擦阻力 Ffs=0.25100N=1020N动摩擦阻力 Ffd=0.15100N=510N 由此得出液压缸在各工作阶段的负载，见表1表1 液压缸在各工作阶段的负载值工况负载组成负载值F/N推力（F/m）/N起动F=Ffs10201133加速F=Ffd +Fm659732快进F=Ffd510567工进F=Ffd +Ft2451027233快退F=Ffd510567注：1.液压缸的机械效率0.9；2.不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。三、负载图和速度图的绘制负载图按上述值绘制，如下图所示。速度图按已知数值v1=v3=3.5m/min,l1=200mm,l2=100mm,快退行程l3=l1+l2=300mm和工进速度v2等绘制，如下图所示。四、液压缸主要参数的确定 由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为25kN时，宜取p1=3.5MPa表2 各类设备常用的工作压力设备类型工作压力/MPa压力等级说明机床、压铸机、汽车31.5超高压追求大作用、减轻质量表3 按负载选取执行元件工作压力负载F/KN50工作压力p/MPa0.811.522.53344557 由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求来考虑，应采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积A1是有杆腔工作面积A2两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定得被压（通过设置背压阀的方式），根据液压设计手册选取此背压值为为p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接，但连接管路中不可避免地存在着压降p，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算是可取p=0.5MPa；快退时回油腔中是有背压的，这时p2=亦可按0.5MPa估算。由工进时的推力计算液压缸面积，即F/m=A1p1-A2p2= A1p1-（A1/2）p2代入数值求得 A1=87.85cm2 D=10.58cm 根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后，取标准值得D=11cm、d=8cm。由此求得液压缸两腔的有效面积为A1=95.03cm2，A2=44.77cm2。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。 根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量、和功率，见表4。表4 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量qv/(L/min)输入功率p/kW计算式快进起动1133P2=00.225 -P1=(F+A2p)/(A1-A2)qv =(A1-A2)v1P=p1qv加速732P2=p1+p(p=0.5MPa)0.591-恒速5670.55817.590.164工进272330.83.2430.330.018P1=(F+p2A2)/A1qv =A1v2P=p1qv快退起动1133P2=00.253-P1=(F+p2A2)/A2qv =A2v3P=p1qv加速7320.51.225-恒速5681.18815.670.31据此绘出工况图，如下图所示。组合机床液压缸工况图 五、液压系统图的拟定(1)液压回路的选择 首先选择调速回路。由工况图中的一些曲线得知，这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调速形式。为解决进口节流调速回路在孔钻通时的滑台突然前冲现象，回油路上要设置背阀由于液压系统选用了节流速度的方式，系统中油液的循环必然是开始的。 从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸交替地要求油源提供低压、大流量和高压、小流量的油液。最大流量与最小流量之比约为53，而快进快退所需的时间t1和工进所需的时间t2分别为 t1 = （l1/v1） + （l3/v3） =8.57s t2 =l2/v2=171.5s 亦即t2/t1=20。因此，从提高系统效率、节省能量的角度上来看，采用单个定量泵作为油油源显然是不合适的，宜选用国内比较成熟的产品双联式定量叶片泵作为油源，如下图所示。 其次是选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路应采用下图所示形式。 再次是选择速度环换接回路。由工况图得知，当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量由17.59L/min降到0.33L/min，滑台速度变化较大，宜选用二位二通行程阀来控制速度换接，以减小液压冲击，如下图所示。由于工作压力低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大。为了保证换向平稳起见，可采用电液换向阀式换接回路。由于这一回路要实现液压缸的差动连接，换向阀必须是五通的。最后再考虑压力控制回路。系统的调压问题已在油源中解决。对于卸荷问题，如采用中位机能为Y型的三位换向阀来实现，就不须再设置专业的元件或回路。（2）液压回路的综合把上面选出来的各种回路组合画在一起，就可以得到下图所示的形状。将此图仔细检查一遍可以发现，这个图形在工作中还存在问题，必须进行如下修改和整理： 1）为了解决滑台工进时图中进油路、回油路相互接通而无法建立压力的问题，必须在液动换向回路中串联一个单向阀，将工进时进油路、回油路隔断。2）为了解决滑台快速前进时回油路接通油箱而无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串联一个液控顺序阀，以阻止油液在快进阶段返回油箱。3）为了解决机床停止工作时系统中的油液流回油箱，导致空气进入系统，从而影响滑台运动平稳性的问题，必须在电液换向阀的出口处增设一个单向阀。4）为了便于系统自动发出快速退回信号起见，在调速阀输出端须增设一个压力继电器。5）如果将顺序阀和背压阀的位置对调一下，就可以将顺序阀与油源处的卸荷阀合并。经过这样一番修改、整理后的液压系统在各方面都比较合理、完善了。要实现系统的动作，即要求实现的动作顺序为：启动加速快进减速工进快退停止。则可得住液压系统中各电磁铁的动作顺序如表5所示。表中“+”号表示电磁铁通电或行程阀压下；“-”号表示电磁铁断电或行程阀复位。表5 电磁动作表动作1YA2YA行程阀快进+-工进+-+快退-+停止-六、液压元件的选择(1) 液压泵液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为3.243MPa，如取进油路上的总压力损失为0.8MPa，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为0.5MPa，则最小流量泵的最大工作压力为 Pp1 = (3.243+0.8+0.5) MPa = 4.543MPa大流量泵是在快速运动时才向液压缸输油的，由工况图可知，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，取进油路上的总压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为 Pp2 = （1.188+0.5） MPa = 1.688MPa两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为17.59L/min，若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估计，则两个泵的总流量应为 q Vp =1.117.59L/min=19.35L/min 由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流量为0.33L/min，所以小流量泵的流量规格最少应为3.33L/min。根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取PV2R12型双联叶片泵，其中小泵的排量为6mL/r，大泵的排量为17mL/min。若取液压泵的容积效率为0.9，则当泵的转速为940r/min时，液压泵的实际输出流量为 qvp =（6+17）9400.9/1000L/min =19.458L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，这相当于液压泵输出压力1.688MPa、流量20L/min时的情况。如取双联叶片泵的总效率为0.75，则液压泵驱动电动机所需要的功率为 P =ppqp/p=（1.68820/600.75）kW =0.75kW根据此数据值查阅电机产品目录，最后选定Y90L-6型电动机，其额定功率为1.1kW，额定转速为910r/min。（2）阀类元件及辅助元件 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，如表6所示。表6 元件的型号及规格序号元件名称估计通过的流量/(L/min)规格型号额定流量qn/(L/min)额定压力Pn/MPa1过滤器20XU-25200256.182双联叶片泵_PV2R1216.5+3.5143溢流阀3.5YF3-E10B63164单向阀16AF3-Ea10B63165压力表开关_KF3-E3B 3测点_166顺序阀16XF3-E10B63167背压阀1YF3-E10B63168单向阀24AF3-Ea10B63169单向阀36AF3-Ea10B631610三位五通电液阀3635DYF3Y-E10B801611单向阀36AXQF-E10B631612调速阀1AXQF-E10B61613行程阀44AXQF-E10B631614压力继电器_PF-B8C_14(3) 油管 各元件间连接管路的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后，液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算，见表7.表7 液压缸进、出流量快进工进快退输入流量/(L/min)qv 1=(A1qvp)/(A1-A2)=(9520)/(95-44.77)=37.83qv 1=0.33qv 1=qvp=20排出流量/(L/min)qv =(A2qv1)/A1=17.83qv =(A2qv1)/A1=0.16qv =(A1qv1)/A2=42.44运动速度/(m/min)V1=qvp/(A1-A2)=3.98V1=qv1/A1=0.035V1=qv1/A2=4.47根据这些数值，当油液在压力管中流速取3m/min时，计算液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径为 d =2（37.83106）/蟺310360mm=16.4mm d=2（20106）/蟺310360mm=11.9mm因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用公称通径为18和12的无缝钢管或高压软管。（4）油箱 油箱容积按式V =qvp 进行估算。为经验系数，低压系统取24；中压系统取57；高压系统取612。qvp 为液压泵的额定流量。经计算后得油箱的容积为140L,查机械设计手册，取最靠近的标准值V =120L。七、液压系统的性能验算（1）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，截止型阀类元件对压力损失所造成的影响可以在有关设计手册中查得，供调定系统中某些压力值时参考，这里估算从略。（2）油液温升验算 工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%，所以系统发热和油液温升可用工进时的情况来计算。 工进时液压缸的有效功率为 P0 =p2qv2 =Fv =(245100.035/10360) =0.0143Kw这时大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵在高压下供油，所以两个泵的总输出功率为 Pi =（pp1qVp1+pp2qVp2）/=0.3106(16/63)216/6010-3 +4.5431064/6010-3/0.75103 =0.47Kw由此得液压系统的发热量为 Hi =Pi P0=(0.47-0.0143)kW=0.46kW按式T =（Hi/ 3V2） 103 计算油液温升近似值为T= （0.46/ 31202） 103 =19C温升没有超出允许范围，液压系统中不须设置冷却器。小结1、通过本次课程设计，我们将理论知识与实际设计相结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何综合去运用所学的知识。它使我们对所学的知识有了更深刻的认识和了解，让我们受益匪浅。 2、这次课程设计，让我们每个人都再一次切身体验了课程设计的基本模式和相关流程。 3、本次设计也让我们体验到了团队合作的重要性和必要性。参考书目(1)机械设计手册单行本 减（变）速器电机与电器 （第四版）（2）机械设计手册单行本 液压传动 （第四版）（3）AutoCAD实用教程（第四版）（4）液压设计手册(5)画法几何及工程制图（第六版）(6)汽车液压与气压传动（第二版）袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁