卧式双面铣削组合机床液压传动系统

1、液压与气压传动课程设计说明书题目：卧式双面铣削组合机床液压系统目录一：课题意义及要求 3二：设计过程 42.1 工况分析 42.2 拟定液压系统工作原理图 4三：计算和选择液压元件 73.1 设计步聚 73.2 猾台受力分析及计算 8四：液压缸设计 114.1 液压缸参数计算 114.2 夹紧缸参数设计 14五：管件设计 17六：油箱设计 17七：计算液压系统技术性能 177.1 计算系统压力损失 187.2 验算 20八：参考文献 21一 . 课题意义一、设计目的液压与气压传动课程设计是机械工程专业教学中重要的实践性教学环 节，也是整个专业教学计划中的重要组成部分， 是培养学生运用所学有关理

2、论知 识来解决一般 gon 工程实际问题能力的初步训练。课程设计过程不仅要全面运用 液压与气压传动 课程有关知识， 还要根据 具体情况综合运用有关基础课、 技术基础课和专业课的知识， 深化和扩大知识领 域，培养独立工作能力。通过课程设计， 使学生在系统设计方案的拟定、 设计计算、 工程语言的使用 过程中熟悉和有效地使用各类有关技术手册、 技术规范和技术资料， 并得到设计 构思、方案拟定、系统构成、元件选择、结构工艺、综合运算、编写技术文件等 方面的综合训练，使之树立正确的设计思想，掌握基本设计方法。二、设计内容1液压与气压传动系统图，包括以下内容：1）液压与气压传动系统工作原理图；2）系统工作

3、特性曲线；3）系统动作循环表；4）元、器件规格明细表。2设计计算说明书设计计算说明书用以论证设计方案的正确性， 是整个设计的依据。 要求设计 计算正确，论据充分，条理清晰。运算过程应用三列式缮写，单位量纲统一，采 用 ISO 制，并附上相应图表。具体包括以下内容：1）绘制工作循环周期图；2）负载分析，作执行元件负载、速度图；3）确定执行元件主参数：确定系统最大工作压力，液压缸主要结构尺寸， 计算各液压缸工作阶段流量，压力和功率，作工况图；4）方案分析、拟定液压系统；5）选择液压元件；6）验算液压系统性能；7）绘制液压系统工作原理图，阐述系统工作原理。液压传动的基本原理是在密闭的容器内， 利用有

4、压力的油液作为工作介质来 实现能量转换和传递动力的。 其中的液体称为工作介质， 一般为矿物油， 它的作 用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中， 液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统， 分析它 的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理 .液压传动系统的组成： 液压系统主要由：动力元件（油泵） 、执行元件（油缸或 液压马达）、控制元件（各种阀） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。1 ）动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能； 是液压传动中的动力部分。2 ）执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中， 油缸做

5、直线运动，马达做旋转运动。3 ）控制元件 包括压力阀、 流量阀和方向阀等。 它们的作用是根据需要无级调 节液动机 的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控 制。4 ）辅助元件 除上述三部分以外的其它元件， 包括压力表、 滤油器、蓄能装置、 冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。5 ）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液， 它经过油泵和 液动机实现能量转换二. 设计过程2.1 工况分析根据加工要求， 工件夹紧装置及滑台的快进工进快进停止， 工件循环 拟定采用液压传动方式来实现，故决定选取油缸做执行机构。考虑到进给系统传动功率不大， 且要求低速稳定性好， 以及滑

6、台的速度 调节，故拟定选用调速阀，单向阀组成的节流阀调速方式。为了自动实现上述工作循环并保证滑台的行程在最大行程内 （该行程并无过高的精度要求）拟定采用行程开关及电磁换向阀的控制顺序动作2.2 拟定液压系统工作原理图图 2-1 双面铣削组合机床液压原理图表 2.1 动作顺序表1 夹紧工件按下启动按钮， 5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀 7 切换至左位，主油 路的进油路：过滤器 4-泵2- 单向阀 15电磁阀 14左端单项节流阀 12液 压缸左腔。液压缸右腔回油单项节流阀 13电磁阀 14 左端油箱。液压推动 火塞向右移动至 5J2 滑台快速趋近铣削头1DT,3DT,4DT ， 5DT得电，

7、电磁阀 6 接通，在电磁阀 6 切换至左端主油路 进油路： 过滤器 4泵 2电磁阀 6 左端二位二通换向阀 7双杆活塞缸左腔。 液压缸右腔回油二位二通换向阀 11电磁阀 6 左端油箱。液压缸移动至 1J 3 滑台工进1DT,4DT ，5DT得电，电磁阀 6左端接通；主油路进油路：过滤器 4泵 2电磁阀 6 左端调速阀 8双杆活塞缸左腔。 液压缸右腔回油二位二通换向 阀 11电磁阀 6 左端油箱。液压缸移动至 2J4 滑台快速离开铣削头1DT,3DT,4DT，5DT得电，电磁阀 6 接通，在电磁阀 6切换至左端主油路进 油路：过滤器 4泵 2电磁阀 6 左端二位二通换向阀 7双杆活塞缸左腔。 液

8、压缸右腔回油二位二通换向阀 11电磁阀 6 左端油箱。5 滑台停止夹松6DT得电，电磁阀 14右端通电，主油路的进油路：过滤器 4泵 2单向阀 15电磁阀 14 右端单向节流阀 13液压缸右腔。 液压缸左腔回油单向节流 阀 12电磁阀 14 右端油箱。滑台松开工件6 夹紧工件5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀 7 切换至左位，主油路的进油路：过 滤器 4- 泵 2- 单向阀 15电磁阀 14 左端单项节流阀 12液压缸左腔。液压 缸右腔回油单项节流阀 13电磁阀 14左端油箱。 液压推动火塞向右移动至 5J7 滑台反向快进铣头2DT,3DT，4DT,5DT得电，电磁阀 6 接通，在电磁阀 6

9、切换至右端主油路进 油路：过滤器 4泵 2电磁阀 6 右端电磁换向阀 7双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通换向阀 7三位四通电磁阀 6右端油箱。 液压缸移动至3J8 滑台反向工进2DT,3DT，4DT，5DT得电，电磁阀 6 右端接通；主油路进油路：过滤器 4 泵 2 电磁阀 6 右端调速阀 11 双杆活塞缸右腔。 液压缸左腔回油二位二通 电磁阀 7-三位四通电磁阀 6右端- 油箱液压缸移动至 4J9 滑台反向快离铣头2DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀 6 接通，在电磁阀 3 切换至右端主油路进油 路：过滤器 4泵 2电磁阀 6 右端二位二通电磁阀 11双杆活塞缸右腔。液 压缸左腔

10、回油二位二通电磁阀 7电磁阀 6 右端油箱。10 滑台停止夹松6DT得电，电磁阀 14右端通电，主油路的进油路：过滤器 4泵 2单向阀15电磁阀 14 右端单向节流阀 13液压缸右腔。 液压缸左腔回油单向节流 阀 12电磁阀 14 右端油箱。滑台松开工件11 卸荷1DT,2DT,5DT,6DT 断电，阀 6阀 14处于中立，泵 2卸载三 计算和选择液压元件3.1 设计步骤3.1.1 铣刀选择工件材料：灰铸铁 HBS=19，0 铣刀类型：端面铣刀，刀具材料：高速钢（不用切削液）铣刀参数；查 1 p9-105 公式V= Tma xv a T ap v afCV D0qvyvuv pvv aw v

11、z vkv (3-1)查 1 表 9.4-8 得CV =23qv =0.2x0 =0.1yv =0.4uv =0.1pv =0.1m=0.15kv =1.0查表1 9.4-1得： a f =0.12mm/z查1 表 9.2-11得：铣刀直径：铣刀直径：D=250mm Z=26aw =ap =4.7mm代入公式3-1)V=V=2400.15 4.70.123 2500.20.120.4 4.7 0.1 260.11.0 =37.78m/min3.1.2 铣刀转速计算查 2p53 n= 1000v (3-2)代入（ 3-2 ）计算：1000v 1000 n= =D37.78=30.08r/min4

12、003.1.3 铣削力计算查1表 P9-109 公式得：F CFapxf afyf FauwfzFzqf w d0 nkfz （3-3）查1表 9.4-10CF = 294XF =1.0YF = 0.65UF =0.83WF =0QF =0.83又 Z=26ap=aw =4.7mm af =0.12mmk fv =1.0 n=30.08r/min代入公式( 3-3 )得：294 4.71.0 0.120.65 4.70.83 26 F=Fz =2500.83 30.081.0 =467.61N铣削力 FZ与FH 的关系：逆铣:FH F =1.0-1.2顺铣：=0.8-0.9逆铣时，取 FH1

13、F =1.1 ；顺铣时，取FH2FZ =0.8FH 1=1.1 467.61=514.37NFH2 =0.8 467.61=374.09N铣削力 Fv与 Fz 的关系：=0.2-0.3=0.75-0.80逆铣时，取FV1FZ=0.25顺铣时，取 FV2 F =0.775Fv1=0.25 467.61=116.90NFV2 =0.775 467.61=362.40N3.2 滑台受力分析及其计算a, 运动部件滑台和夹具及工件的最大总和质量 M=700(kg)b, 液压动力滑台为矩凹槽平导轨 , 静摩擦系数 f 1=0.27 ；动摩擦系数 f 2=0.18c, 运动过程速度切换的加、减速度时间 t=

14、0.05(s)滑台受力情况。见 图 3-1图 3-1 滑台受力分析系统功能设计 ：1) 工况分析摩擦力 Ffs= f1 Mg=0.2 4000=800NFf d = f2 Mg=0.1 4000=400N工进，工退时所需推动FI退= fd (Mg-FV1)=0.1 (4000-116.90 )=388.31(逆铣)F工进 = fd (Mg+FV2 )=0.1 (4000+362.40)=436.24 (顺铣)V 4.1F快退 =M=4000 =5466.67Nt60 0.05 60F快进 =4666.67F工进 = M V =4000t 60V1= V23.5 =4666.67N0.05 60

15、F工进F工退 =4666.67N惯性力 F m=m v = 4000*4 / 60 =54.432N9.8*0.5=0.95m工作台液压缸外负载计算结果见表 3-1 ，设液压缸的机械效率为表 3-1 液压缸各运动阶段负载表工况计算公式液压缸负载（ N）启动F=f s/ m842.1加速F=( F fd +Fm)/ m478.34快进F=Ffd / m421.05工进F=( F w+ Ff d ) / m13052.63快退F= Ff d / m m421.05根据负载计算结果和已知的各阶段的速度， 可绘出负载图（F-l ）和速度图（v-l ），见下图所示， 横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，

16、 以下为活塞缸退回时的曲13.52.63842.1150421.05350842.1l/mm图 3-2 液压缸 F-l 图 v-l 图和 F-t 图根据图 3-2 所示，可知： V2 =V5 =0.12*26*30.08=93.85mm/min 恰好满足设计要 求工作时运动速度范围 80-300mm/min四、液压缸的设计4.1 液压缸参数计算由前面的计算知，液压缸的最大负载为工进阶段的负载 F=13052.63N，当=0.95 时，液压缸的推动 F/ =13739.61N查2p188 ，表 8-1 ，初定液压缸的工作压力为 P1 =3MPa4.1.1 确定液压缸的主要结构尺寸，初选油缸的工作

17、压力表 4-1 按负载选择工作压力负载 / KN50工作压力0.811.522.5334455/Mpa表 4-2 各种机械常用的系统工作压力（背压）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/MPa0.82352881010182032查3 p127，见表 4-1 ，可选双杆活塞缸，活塞固定，缸移动即两缸的工作面积相等，在端面加工时，液压缸回路油上必须有背压 Pb ，为防止在铣削时滑台突 然前冲，有表 4-2 ，可取 Pb =0.5MPa根据活塞受力平衡得：查 4p24 公式： P1 A= Pb A+4-1）

18、2 A=47.47 cm 2A= （D2 d2）/4取 d=D/ 2D=110mm d=77.78mm按 GB/T2348-1993将所计算的 D与 d 值分别圆整到相似的标准直径， 以便采 用标准的密封装置。圆整后得：D=110MM d=80MM液压缸的实际有效面积为22A1=A2=A= （ 1102- 802 ）=4476.77mm=44.8CM4当活塞缸自然稳定状态下仅承受轴向载荷时， 活塞杆直径按简单拉压强度计算：查2p52 d=4F （4-2 ）取 110MPa代入（ 4-2 ）得：d=4 13052.636 =0.0123m=12.3mm110 106查2p52PyD （4-3）

19、Py =1.5 P1 =1.53.0=4.5MPa代入公式（ 4-3 ）4.5 10 110 610 =0.225mm2 110 106取整 4mm由于活塞杆是固定的，所以活塞杆强度和稳定性符合要求。 根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力， 流量和功率（见 表 4-1 ），并绘出其工况图（图 4-1）表 4-1 液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率工负载 F(N)回油腔进油腔输入流输入公计算公式况压力 p 2压力量Q率（mpa）P1(MPa)( L min )P(W)p1 F P2 AQ=AV1 =A1 V3Q=AV2 ,P= P1Q顺启动842.1N00.187-加速4

20、78.34N0.50.605-快进421.05N0.50.59317.92122.6铣工进13052.63N0.53.390.172.8快进421.050.50.5936.51122.6启动842.1N00.187-F AP2P12逆加速478.34N0.51.60-AQ=AV4 =AV6Q=AV5 ,P= P1Q快进421.05N0.50.5937.6143.1铣工进13052.63N0.53.390.174.02快退421.05N0.50.5937.6143.1注 A=16.8cm=16.8* 10 4m V 1= V3 =3.5m/min ， V 4= V6=4.1m/minv2 v5

21、v f =0.094m/m4.2 夹紧缸参数的设计（1）液压缸直径及活塞杆直径设计参数取 p1=3MPaP2 =0.5MPa 最小夹紧力 N=2800N2p1 4D2-P2 4(D222d22 ) 2800取d22 D2 0.036M查 GB/T2348-1993取D2=40mm， d2=32mm22 A2 = D2 d22 4 2 2=4.54cm2）活塞杆直径按简单拉压强度计算：查4p15 d=4F （4-1 ）取 110MPa代入公式（ 4-1 ）得： d4 28006 =0.01m=10mm110 106已求得 d=12mm故满足要求。PyD查4p15y（4-2 ）2 Py =1.5

22、P1 =1.5 3=4.5MPa4.5 106 100 10 3代入公式（ 4-2 ）得：6 =0.002mm2 110 106取 =3mm由以上校核知液压缸及活塞杆的强度均满足要求的选择取压力损失 0.5MPa,p=1.6Mpa由液压的工况图可知液压缸的最高工作压力出现在快进上泵的最大工作压力P泵 =1.6+0.5=2.1MPa液压缸最大流量为 6.51L/min泵的总流量为： Q泵 =1.17.6=8.3L/min查5p87 选择：YB1-6.3 型单级叶片泵能满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的额定压力为 6.3Mpa，公称排量 V=6.3mL/min 额定转速为n=1450r/mi

23、n. 估计泵的容积效率为 v =0.85 ，当选用 n=1400r/min 的驱动电动机 时，泵的流量为qp=Vn v =6.3*1400*0.85=7.41L/min 由工况图可知， 最大功率出现在逆铣的快进，快退阶段，查 5 p87 取泵的总效率为 b =0.75 则P=ppqq b631.03 106 7.4 10 3= =169.38w0.75 60查5p175 表 1-99 选用电机型号： Y90s-4 型封闭式三相异步电动机满足上述要求，其转速为 1400r/min 额定功率为 1.1KW根据所选择的液压泵规格及系统工作情况， 可算出液压缸在各阶段实际 进出流量，运动速度和持续时间

24、（见表 4-2 ），从而为其他液压元件的选择及系 统的性能计算奠定 基础。表 4-2 液压缸在各阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间工作阶段流量（L/min ）速度（ m/s）时间（ s）顺快进6.5V=qp /A=6.5 104=0.p 18.6 10 4 60 05t L1 = (1.05 0.8) / 2 =0.035 t1= =0.0351 V13.5min铣工进0.1730.17 10 3V=qp /A=4 =0.p 18.6 10 4 60002t2 L2 = 0.8 =8.5min2 V2 0.094快进6.5V1= qp /A=0.05t3 t1 =0.035min逆快退7.

25、637.6 10 3 V=qp /A=4 =0.18.6 10 4 60068L1 （1.05 0.8）/2t4 1 = =0.03m V44.1in铣工退0.1730.17 10 3V=qp /A=4 =0.p 18.6 10 4 60002t5 t 2 =8.5min快退7.6V=qp/A=0.068t6 t4 =0.03min3）液压控制阀和部分液压辅助元件根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分元件的最大流量， 查5 所选择的 元件型号规格如表 4-3 所示表 4-3 铣床在液压系统中控制阀和部分元件的型号规格序号名称通过流量额定流量压力损失型号规格（L/min ）（ L/min ）1

26、过滤器7.6160.2XU-B16*1002二位二通换向7.6150.14WE5YD 6.0/A阀3三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A4溢流阀7.6150.2D型直动式溢流阀5单项阀7.6150.2S10P06压力蓄电器-0.3-4-DP-40B7单向节流阀7.6100.2SRCG038三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A9调速阀6.5100.52FRM5五、管件的设计由表 4-3 知油管的实际最大流量为 7.6L/min, 查5 表 5-2 可取油管的允许流量为 4m/min查4p17 （ 1-10）可算出油管的管径 d可取内径为 10mm，外径为 18mm根据

27、推荐可选 10 号无缝钢管，查 6p352 可得钢管的抗拉强度为 412MPa 安全系数 n=8查4p17 （ 1-11）对管子进行校核：63pdn 2.11 106 （18 2 26） 10 3 8 0.0005m 0.5mm2 b 2 412 106所选的管子管厚安全。其他油管，可直接按所连接的液压元， 辅件的接口尺寸决定其管径大小。六、油箱查4p18 公式 1-12 取 =6，按式算的液压系统中的邮箱容量为V= q=6*7.6=45.6L七、计算液压系统技术性能由于本系统的油管布局尚未确定，故只能估算阀类元件的压力损失。估算时，首先确定管道内液体流动状态， 然后根据公式计算各种工况下的压

28、 力损失，现取进，回油管的长为 l=2mm，油液运动黏度去 v=1 10 4m2 /s 油液 的密度取 0.9174 103 kg/m3判断流量状态在逆铣时的，快进快退时回油量最大 q=7.6L/min ，此时的油液雷诺数 查7p175 Re VD （7-1 ）v3代入公式（ 7-1 ）得： Re VD 4q 4 7.6 3 10 4 =506.6vdv 60 10 10 3 1 10 4也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺 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7.1 计算系统的压力损失将层流动状态沿程阻力系数75 =75 dv Re 4q和油液在管道内流速4q

29、d2同时代人沿程压力损失计算公式得：p14 75 vl34 75 0.9174 1031*102 3.14 (10 * 10 3)42q 0.879109 q可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是有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 0.1p1即 pvpnqqn计算各工况下的阀类元件的局部压力损失液压系统在快进，工进和快退工况下的压力损失计算如下：7.1.1快进3pli =0.87 10 9 q=0.87 109 7.6 10 10 6 =0.11MPa li 60pi0.1* pli =0.1 0.11MPa=0.011MPapvi = 0.27.6150

30、.17.615=0.101MPapi =pli + p +pvi=0.11+0.011+0.101=0.323MPa在回油路上，压力损失分别为pli =0.87 109 q=0.87 10937.6 10 36010 6 =0.11MPap i 0.1 pli =0.011MPapvi =0.56.5100.27.615=0.262MPap0 =pli + p + pvi =0.11+0.011+0.262=0.482MPap=pi +p0=0.323+0.482 =0.805MPa此值与上面计算的数值基本相符，故不必重算7.1.2 工进油液通过电磁阀 3，调速阀 8，调速阀 9 进入液压缸，