液压与气压传动课程设计范例2解读

1、液压与气压传动课程设计说明书院系：专业：班级：姓名：学号：指导老师：目录一、设计题目3二、负载分析42.1负载与运动分析42.2负载图和速度图的绘制4三、设计方案拟定63.1选择液压基本回路73.2组成液压系统原理图73.3系统图的原理8四、参数计算84.1 液压缸参数计算84.2 液压泵的参数计算124.3 电动机的选择.12五、元件选择145.1确定阀类元件及辅件145.2 油管的选择145.3 油箱容积的确定15六、液压系统性能验算156.1验算系统压力损失156.2验算系统发热与温升17七、小结18八、参考文献18液 压 与 气 压 课 程 设 计 任 务 书题目：卧式单面多轴钻孔组合

2、机床动力滑台液压系统设计姓名黄一鸣专业机械设计制造及其自动化班级 0985 学号 200913090504指导老师胡竟湘钟定清一、基本任务及要求：一台卧式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30 40mm 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。课程设计时间为一周，其

3、具体要求为：1）液压系统原理图（图中应附有液压元件明细表，各执行元件的动作顺序工作循环图和电器元件动作顺序表）；2 ）液压缸装配图一张 （ a1）；3）液压缸活塞零件图一张（a3）； 4）设计计算说明书一份。二、进度安排及完成时间：1宣布设计任务，明确课题任务及要求，收集阅读有关设计资料0.5 天2液压与气压系统的设计与计算：1 天1）液压与气压系统工况分析和负载计算；2）执行元件主要参数的计算与确定；3）液压系统方案的确定、液压系统原理图的拟订；4）液压元件的计算和选择、液压系统性能的验算；3详细设计：2.5 天1）液压系统原理图设计2）液压缸装配图设计及零件图设计4撰写设计、计算说明书0.

4、5 天5设计总结和答辩0.5 天二、负载分析2.1 负载与运动分析1工作负载：工作负载即为轴向切削力ff=24000 。2摩擦负载：摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力ffs=0.2 5100=1020.动摩擦阻力ffd=01 5100=5103惯性负载 :取重力加速度，则有移动部件质量为 m=510kg 。fm=m v t=510 3.5 60 0.2=148.75n=149n取 =0.95 。启动：=1020nft=f/ =1020/0.95=1073.7n加速 :=1020+149=1169nft=f/ =1169/0.95=1230.5n快进 :=510nft=f/ =510/0.9

5、5536.8n工进 :=1020+25800=245100nft=f/ =245100/0.95=25800n快退 :=510nft=f/ =510/0.95=536.8n表 1 液压缸各阶段的负载和推力 ( 液压缸的机械效率取 =0.95 )工况负载组成液压缸负载液压缸推力(ft)f/ 启动10201073.7加速11691230.5快进510536.8工进24510025800快退510536.8注：不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。2.2 负载图和速度图的绘制负载图按表 1 中所示数据绘制，如下图1 所示。4图 1 负载循环图速度图按如下已知数值绘制:快进速度与快退速度分别为： v1=v2

6、=3.5/min快进行程： l1=200mm工进行程： l2=100mm快退行程： l3=l1+l2=300mm工进速度： v2=0.030.04m/min速度图如下图 2 所示图 2 速度循环图5三、设计方案拟定1：确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油，调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定压阀。 为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲， 在回路上加背压阀，初定背压值 pb=0.8mpa.2 选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积 a 1 等于有杆腔面积 a 2 的二倍

7、。3：快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求，采用差动连接和双泵供油二种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上， 且能实现自动化控制， 由工作台的行程开关控制，管路较简单， 行程大小也容易调整， 另外采用液压顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程阀与压力联合控制形式。4：换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换想阀的换向回路。为便于实现差动连接，所以选用三位五通电磁换向阀。为提高换向的位置精度，采用死挡铁铁和压力继电

8、器的行程终点返程控制。5：组成液压系统绘原理图将上述选出的液压基本回路组合在一起，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图 4-1 所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处，背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点， 并设置多点压力表开关。 这样只需一个压力表即能观测各点压力。6图 2-1 组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 2-2 所示1y2y3y快进+-工进+-+快退-+-停止-表 2-2 电磁铁动作顺序表7四、参数计算（一）液压缸参数计算1：初选液压缸的工作压力，所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不太高，参考表15pa。2 和表 3 初

9、定液压缸的工作压力 p =4010表 2 按负载选择工作压力、负载 /kn50工作压力 p/mpa816mpa高压系统 1632mpa背压力 /mpa简单系统和一般轻载的节流调速系统0.2 0.5回油路带调速阀的调速系统0.5 0.8回油路带背压阀0.5 1.5采用带补液压泵的闭式回路0.8 1.5同上比中低压系统高50%100%如锻压机械等初算时背压可忽略不计8由前面的表格知最大负载为工进阶段的负载f=25800n，按此计算 a1. 则a1f2580071.7 10 3 m2 液压缸直径p11 pb40 10 5 18 105224 a1471.7dcm 95.5mm由 a1 =2 a 2

10、，可知活塞杆直径 d= 2d ，d=0.707d=0.70795.5mm=67.55mm按 gb/t2348-1993 将所计算的 d与 d 值分别圆整到相近的标准直径， 以便采用标准的密封装置。圆整后得d=100mm d=70mm按标准直径算出a1d4a2( d42102 cm278.54cm 242d 2 )(10 2702 )cm240.05cm24按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q min =0.05 l /min ，因工进速度 v=0.03m/min 为最小速度，则有3a1qmin0.05102cm216.67cm2vmin0.031022a1 =78.5

11、4cm 16.67cm , 满足最低速度的要求。3：计算液压缸各阶段的工作压力，流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力，流量和功率，在计算工进时背压按 pb=8 105pa 代入，快退时背压按 pb=5 105pa 代人计算公式和计算结果于下表中9表 3-1 ：液压缸所需的实际流量，压力和功率工作负载进油压力 pj循环fnpajfpa2p =a1a2差动536.8pj = 536 .8n0.5mpa x 40. 05cm 2快78.54 cm 21 40.05cm 2进=6.65 105 papj=fpb a2a1工进25800pj= 25

12、8000.8mpa x 40.05cm278.54cm2=36.9105 pa回油压力 pb所需流量 qpal/minq=v( a 1-a 2)pb = pj + pq=3.5m/min =11.65 105( 78.54cm 2 - 40.05cm2)=13.475 l/minq=va 15pb=810 paq=0.03m/min 78.54cm2=0.314 l/min输入功率 pkwp= pjqp= 6.65105pa 13.475 l/min =0.149 kwp=pj q5p=36.910 pa 0.314 l/min =0.0193 kwfpb a1q=va 2pj=q=a23.5

13、m/min快 536.8p =536.8n0.5mpa x 78.54cm2pb=5105 pa40.05cm2退j40.05cm2=14.0 l/min=11.2 105pap=pj qp=11.2 105 pa 14.0 l/min =0.2613 kw注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失p=5 105 pa, 而 pb= pj + p。2：快退时，液压缸有杆腔进油，压力为pj , 无杆腔回油，压力为pb . 退时回油腔中有背压，这时pb 也可按 5 10 5 pa 估算 .10各阶段压力图各阶段流量图11液压缸的工况图（二）液压泵的参数计算由表 3-1 可知工进阶段液

14、压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失p=5105，压力继电器可靠动作需要压力差为5 pa，则液压泵最高工作压pa510力可按式下式算出pp = p1 + p+5 105 =(36.9+5+5 ) 105 pa=46.9 105 par55pa因此泵的额定压力可取 p 1.25 46.9 10 pa=58.625 10由表 3-1 可知，工进时所需流量最小是0.314/min ，设溢流阀最小溢流为2.5l/min 。取泄露系数 k=1.1, 则小流量泵的流量应为q p1(1.1 0.314+2.5)l/min=2.8454l/min快进快退时液压缸所需的最大流量是14.0l/min ，则泵的总

15、流量为q p =1.1 14.0l/min=15.4l/min即大流量泵的流量 qp 2q pq p1 =15.4-2.8454=12.5546l/min。根据上面计算的压力和流量， 并考虑液压泵存在容积损失， 查液压元件及选用，选用 yb1-10/2.5 型的双联叶片泵，该泵额定压力为 6.3mpa.额定转速为 1450r/min.（三）电动机的选择系统为双泵供油系统，其中小泵 1 的流量q p 1 =(3.62510 3 / 60)m3 / s =0.06010 3 m 3 / s , 大泵流量q p 2 (14.510 3 / 60)m3 / s=0.24210 3 m 3 /s 。差动

16、快进，快退时两个泵同时向12系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需的电动机功率 p。1：差动连接差动快进时，大泵 2 的出口压力经单向阀 11 与小泵 1 汇合，然后经单向阀 2，三位五通阀 3，二位二通阀 4 进入液压缸大腔，大腔的压力p1 p j6.65105 pa , 由样本可知，小泵的出口压力损失 p1 =4.5 105pa，大泵出口到小泵的压力损失 p2 1.5 105 pa 。于是计算得小泵的出口压力pp111 .1510 5 pa ( 总效率 1 =0.5) ，大泵出口压力 pp2 12.65 105 pa( 总效率2 =0.5).电动机功率：p p

17、1 q1pp 2q21.115 1060.060 10 31.265 1060.242 10 3p10.5746.1w120.52: 工进考虑到调速阀所需最小压力差 p1 5 105 pa 。压力继电器可靠动作需要压力差 p2 5 105 pa 因此工进时小泵的出口压力p p 1p 1p 1p 2. 而大泵的卸载压力取5pa.46 . 9105 papp 2 =2 10（小泵的总效率1 =0.565 ，大泵总效率2 =0.3 ）。电动机功率：p p 1q1pp 2 q246.5 10 50.06 10 32 1050.242 10 3p10.565655.3w120.33：快退类似差动快进分析

18、知：小泵的出口压力pp 1pp1=15.7 105pa(总效率1 =0.5) ，大泵出口压力pp2=17.2 105pa(总效率2 =0.51).电动机功率：p p 1q1pq215 .7 10 50 .060 10 3p1p 20.51217 .2 10 50 .24210 3. 5w0 .511004综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用y90s-4 异步电动机，电动机13功率 1.1kw。额定转速 1400r/min 。五、元件选择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的实际流量， 查阅产品样本， 选出的阀类元件和辅助规格如下表所示。 其中溢流阀 12 按小流

19、量泵的额定流量选取。过滤器按液压泵额定流量的 2 倍选取吸油用线隙式过滤器。 表中序号与系统原理图的序号一致。表五：液压元件明细表序元件名称最大通型号备注号过流量/l.min-11双联叶片泵19yb1-10/2.5查液压元件及选用表 2-582单向阀19i-25b查液压元件及选用表 4-1463三位五通电磁3835d1 -63by查液压元件及选用阀表 4-1704二位二通电磁3822d1 -63bh查机械设计手册单行阀本表 20-7-1645调速阀3.82q-10h8查机械设计手册单行6dp-63b本表 20-7-124压力继电器查液压元件及选用1表 4-967单向阀19i-25b查液压元件及

20、选用表 4-1468液控顺序阀0.16xy-25b查液压元件及选用表 4-819背压阀0.16b-10b查机械设计手册单行本表 20-7-8410液控顺序阀（卸12xy-25b查液压元件及选用载用）表 4-8111单向阀12i-25b查液压元件及选用表 4-14612溢流阀4y-10b查液压元件及选用表 4-1413过滤器38xu-b32查液压元件及选用100表 5-1714压力表开关k-6b价格 厂家clair 昌林生产厂家 900 元clair 昌林生产厂家 50 元cclair 昌林生产厂家 630 元clair 昌林生产厂家 110 元2：油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管

21、道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。 由于本系统液压缸差动连接快进快退时， 油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达 38l/min ，液压缸进、出油管直径由下表可知。14为统一规格，按产品样本选取所有油管均为内径15mm,外径 19mm的 10 号冷拔管。3：油箱容积的确定中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的5 7 倍，现取 7 倍，故油箱容积为v=(719)l=133l六、液压系统性能验算（一）压力损失的验算及泵压力的调整1：工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时管路中的流量仅为 0.314l/min, 因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失

22、都非常小， 可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失，p15 105 pa 回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时的液压缸的工作压力p 加上进油路压差p ，并考虑压力继电器动作需要，11则ppp1p15105 pa =（36.9+5+5 ） 10 5 pa=46.910 5 pa即小流量泵的溢流阀12 应按此压力调整。2：快退时的压力损失验算和大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的 2 倍，其压力损失比快进时的要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失， 以便确定大流量泵的卸载压力。由于系统管路布局尚未确定，所以只能估算系统压力损失

23、。估算时，首先确定管道内液体的流动状态。现取进，回油路管道长为l=1.8m ，油管直径 d=1510 3 m，通过的流量为进油路 q1 =19l/min=0.317 103m3 /s ，回油路q 2 =38l/min=0.633 10 3 m3 /s ，油的运动粘度取v=1.5cm 2 /s ，油的密度=900kg/m3 , 液压系统元件采用集成块式的配置形式。（ 1）确定油流的流动状态按式（ 2-19 ）经单位换算为re= vd104 1.2732q 10 4dv式中 v 平均流速（ m/s）；d 油管内径（ m）；油的运动粘度（ cm3 /s ）q 通过的流量（ m3 /s ）则进油路中的

24、液流雷诺数为re1 = 1.27320.317 10310 4179 23001510 31.5回油路中的液流雷诺数为15re2=1.27320.633 10 310 4358 23001510 31.5由上可知，进油路中的流动都是层流。（ 2）沿程压力损失p1由式（ 2-33 ）可算出进油路和回油路的压力损失。4q140.31710在进油路上，流速 v23.1415210d则压力损失为361.79m / s p 164lv 264 1.89001.7920.62105 pare1d2179 1510 32在回油路上，流速为进油路流速的 2 倍即 v=3.58m/s则压力损失为 p 264lv

25、 264 1.89003.5821.24105 pare2d2358 15 10 32（ 3）局部压力损失由于采用集成块式的液压装置， 所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失，通过各阀的局部压力损失按式（1-39 ）计算，结果于表五中。表六：阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过的流额定压力损实际压力损失量失qn /l.min1q/l.min15p /( 105pa)pn ( 10 pa)单向阀 2251620.82三位五通电磁6316/3240.26/1.03阀 3单向阀 11251241.03二位二通电磁633241.03阀 4注：快退时经过三位五通阀的两油道流量不同，压力损失也

26、不同若取集成块进油路的压力损失p j1 =0.3 105 pa, 回油路压力损失为p j 2 =0.5 10 5 pa，则进油路和回油路总的压力损失为p1p10 5 pap2p1pp j 1 =（0.62+0.82+0.26+0.46+0.3） 105 pa=2.462pp2 =（1.24+1.03+1.03+0.5 ）10 5 pa =3.26 10 5 pa前面已算出快退时液压缸负载f=536.8n；则快退时液压缸的工作压力为16p1=(536.8+ p2 a1 )/ a2 =(536.8+3.2610 5 78.54 10 4 )/40.05 10 4 pa=7.733 105 pa可算出快退时泵的工作压力为pp = p 1+p1 =(7.733+2.46)105 pa =10.193 105pa因此，大流量泵卸载阀10 的调整压力应大于10.193 105pa。从以上验算结果可以看出， 各个工况下的实际压力损失都小于