液压传动课程设计指导书

1、1概述1.1 课程设计的目的 本课程是机械设计制造及其自动化专业的主要专业基础课和必修课，是在完成液压传动课程理论教学以后所进行的重要综合实践性教学环节。本课程的学习目的在于使学生巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；熟悉系统电气控制线路的工作原理并进行设计；熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。1.2 课程设计的要求(

2、1) 机电液综合课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。(2) 机电液综合课程设计应在教师指导下独立完成。教师的指导作用是指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题，按设计进度进行阶段审查，学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。(3) 设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。任何设计都不能凭空想象出来，利用已有资料可以避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证。另外任何新的设计任务又总有其特定的设计要求和具体工作条件，因而不

3、能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。(4) 学生应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。1.3 课程设计的内容机电液综合课程设计一般包括以下内容：(1) 明确设计要求进行工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；(3) 拟定液压系统原理图；(4) 计算和选择液压件；(5) 验算液压系统性能；(6) 结构设计及绘制电气控制线路图、零部件工作图；(7) 编制技术文件。学生应完成的工作量：(1) 液压系统原理图1张（A1）；(2) 部件（液压缸）工作图1张（A1）； （3）系统电气控制线路图1张（A1）；(4) 设计计算说明书1份。 机电液综合课程设计的时间为2周。1.4 课程设计的安排阶段

4、主要内容时间安排1设计准备(1) 阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件；(2) 收集有关资料并进一步熟悉课题。102液压系统设计计算(1) 明确设计要求进行工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；(3) 拟定液压系统原理图；(4) 计算和选择液压件；(5) 验算液压系统性能；203绘制工作图(1) 绘制零、部件图；(2) 绘制正式的液压原理图；(3)绘制电气控制线路图。404编制技术文件(1) 编写设计计算说明书；(2) 编写零部件目录表。205答辩整理资料，答辩。102.液压系统设计计算举例 液压系统设计计算是机电液综合课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况

5、分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。现以一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统为例，介绍液压系统的设计计算方法。2.1设计要求及工况分析1设计要求 要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进、工进、快退、停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力FL=30468N；运动部件所受重力G=9800N；快进、快退速度 V1=V3=0.1m/s，工进速度 V2=0.88×10-3m/s；快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm；往复运动的加速时间t=0.2s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数s=0.2，动摩擦系数d=0.1。液压系

6、统执行元件选为液压缸,液压缸的机械效率cm=0.9。2负载与运动分析(1) 工作负载：工作负载即为切削阻力FL=30468N；(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： 为垂直于导轨的工作负载；为静摩擦系数；为动摩擦系数；为运动部件的重力；如为V形导轨面，为导轨面夹角，则公式变为：(3) 惯性负载： (4) 运动时间：快进 工进 快退 为快进行程；为工进速度；为快进速度；为快退行程；为工进行程；为快退速度；液压缸各个主要工作阶段的机械总负载F可按下列公式计算：启动阶段：加速阶段：快进快退阶段：工进阶段：反向启动：将液压缸在各阶段的速度和负载值列于表中，液压缸的机械效

7、率cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。表1液压缸各阶段的负载和推力工况液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/cm/N启 动19602178加 速14801644快 进9801089工 进3144834942反向启动19602178加 速14801644快 退9801089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-l 和速度循环图v -l，如图1所示。图1 F-l与v-l图2.2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2和表3，初选液压缸的工作压力p1=4MPa。2计算液压缸主要尺寸鉴

8、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。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p2=0.6MPa。表2 按负载选择工作压力负载/ KN<55-1010-2020-3030-50>50工作压力/MPa<0.8-11.5-22.5-33-44-55表3 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/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32表4 执

9、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0.2-0.5回油路带调速阀的系统0.4-0.6回油路设置有背压阀的系统0.5-1.5用补油泵的闭式回路0.8-1.5回油路较复杂的工程机械1.2-3回油路较短且直接回油可忽略不计表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.0-7.07.0d/D0.5-0.550.62-0.700.7表6 按速比要求确定d/DV1/ V21.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：V1无杆腔进油时活塞运动速度；V2有杆腔进油时活塞运动速度。由式得：则活塞直径为10.97cm。 参考表5及表6，

10、得，根据表7、表8圆整后取标准数值得,。表7 液压缸内径尺寸系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500表8 活塞杆直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:无杆腔面积：有杆腔面积：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9所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示。表9液压缸在各阶段的压力、流量和

11、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q×10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动21780.43加速1644p1+p0.77恒速1089p1+p0.660.50.33工进349420.63.960.84×10-20.033快退启动21780.49加速16440.51.43恒速10890.51.300.450.59注: 1.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。2快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。图2 液压缸工况图2.3 拟定液压系统原理图1选择基本回路(1) 选择调

12、速回路 由图2可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止工进后期负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。(2) 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比:其相应的时间之比:这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压

13、冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图3（a）所示。(3) 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，如图3（b）所示。(4) 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大,因为：为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如图2c所示。(5) 选择调压和卸荷回路 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

14、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。（a） (b) (c)图3 选择的基本回路2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图4所示。图4 整理后的液压系统原理图电磁铁动作循环表如下： 元件动作1YA2YA行程阀压力继电器快进+-工进+-+-（+）快退-+（-）-停止-在图4中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。为了避免机床停止工作时

15、回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。2.4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7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=3.96MPa，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（一般取0.5-1.5Mpa），考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0

16、.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7可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.43MPa，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0.5×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1（一般取1.1-1.3），则两个泵的总流量为：考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0.84×10-5 m3/s =0.5L/min，则小流量泵的流量最少应为

17、3.5L/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机械设计手册4（新版）23-88页，并考虑液压泵存在容积损失，并且泵的额定压力应选得比上述最大工作压力高20%-60%，以便留有一定的压力储备，这里：额定流量则只须满足上述最大流量即可。最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片泵。其额定压力为14MPa,小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和33mL/r，当液压泵的转速np=940r/min时，其理论流量分别为5.64L/min和31.02L/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5.08L/min和27.92L/min。选择电动机的

18、主要依据是电动机功率，但要注意电动机的转速应与所选液压泵规定转速范围和所需流量相适应。由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.75,液压泵的总效率一般见表10所示。表10 液压泵的总效率液压泵的类型齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵总效率0.6-0.70.6-0.750.8-0.850.65-0.8这时液压泵的驱动电动机功率为：根据此数值查阅机械设计手册5（新版）35-11页，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/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

19、元件和辅件规格如表11所列。其中，溢流阀9按小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用Q6B型，其最小稳定流量为0.03L/min，小于本系统工进时的流量0.5L/min。表11液压元件规格及型号序号元件名称规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa1双联叶片泵PV2R12-6/335.1/27.9*142三位五通电液换向阀E35ZY63636.33行程阀22C63BH636.34调速阀Q6B66.35单向阀I100B1006.36单向阀I100B1006.37液控顺序阀XY63B636.38背压阀B10B106.39溢流阀Y10B106.310单向阀I100B1006.311滤油器XU8

20、0×200806.312压力表开关K6B13单向阀I100B1006.314压力继电器PFB8L14*注：此为电动机额定转速为940r/min时的流量。(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以及输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12所示。表12各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退输入流量（L/min）排出流量（L/min）移动速度（m/min）由表12可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表12数值，按表13推荐的管道内允许速度取V =4 m/s，为了统一规格，选取所有管子均为内径18mm的冷拔

21、钢管。表13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 (3) 确定油箱油箱的容量按式v=Qp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=6，得v=198L。根据表14确定油箱容量为250L。表14 油箱容量JB/T7938-1999(L)46.310254063100160250315400500630800100012501600200031504000500063002.5 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

22、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。阀类元件的额定压力损失pvn由产品样本上查得：电液换向阀和行程阀为0.3MPa,单向阀为0.2MPa。1)快进时的回路压力损失经检验,这时进油管中是层流，因为:。进油管的沿程损失按式为:在尚未确定出管道的结构的情况下，进油管的局部损失按下式暂作如下估计：同样，可以检验这时回油管中亦是层流（并计算得其压力损失为：快进时，进油路中的油液通过电液换向阀2和行程阀3，但是通过换向阀2的流量为33Lmin、通过行程阀3的流量为62.39L/min,因此它们那里的压力损失分别为：于是进油路在

23、这方面的损失按下式为：同样，快进时回油路总中的油液由于通过电液换向阀2、单向阀6和行程阀3，且其流量前两者为29.39L/min,后者为62.39L/min,故回油路在这方面的压力损失为：由此得进油路上的总压力损失为：回油路上的总压力损失为：将回油路上的压力损失折算到进油路上，就可求出快进时回路中的整个压力损失为: 2)工进时的回路压力损失 工进时进入液压缸的流量极少，进油路和回油路上的压力损失计算值很小，可以略去不计。 工进时进油路上的油液通过调速阀4，回油路上的油液通过顺序阀7和背压阀8。为了保证工进时速度稳定，应使调速阀上有0.5MPa的压降，背压阀上有0.8MPa的压降为此工进时回路中

24、的整个压力损失为：1) 快退时的回路压力损失 快退时，进油路和回油路上经检验都是层流，其压力损失计算值分别为0.075MPa和0.08MPa。 快退时，进油路上的油液只通过电液换向阀2；回油路上的油液通过单向阀5和换向阀2，因此，它们在阀类元件上的局部压力损失分别为0.082MPa和0.247MPa。快退时回路中的整个压力损失为: 2液压泵的工作压力小流量泵在工进时的工作压力可以按求出，液压缸最高工作压力，总的管路损失（一般取0.2-0.5MPa,管路复杂取0.5-1.5MPa）。由于中已将背压折算在内，故这里的只须单纯考虑进油路的损失。此值是溢流阀9调压时的重要参考数据。 大流量泵以快退时的

25、工作压力为最高，根据与上相同的考虑，估出其工作压力最大值为，此是顺序阀7调整时的重要参考数据。 3液压回路和液压系统的效率 在本例题中，快进、工进和快退所占用的时间分别为：快进工进快退在整个循环周期中，快进、快退仅占4%，而工进占96%。所以系统的效率以及下面要计算的发热和温升等都可以用工进时的情况来代表。工进时,按下式计算回路效率。而。在这里，经顺序阀7卸荷的大流量泵在通过该阀的压力损失按：估计，故故有：，系统总效率为：。二液压系统发热与温升的验算系统在工进时的发热和温升最大，因此只需验证此时的发热和温升。工进时，液压缸的负载 为F=31448N,移动速度为v=0.00088m/s,故输出功

26、率为：输入功率是：由此得液压系统的发热量：系统中油液温升的近似值按下式、计算,在温升的许可范围内，不用采取冷却措施。温升的许可范围如表15所示：表15 机床许可温升一般机床数控机床粗加工机械、工程机械、机车车辆许可温升（摄氏度）25303545液压缸设计计算参阅教材和机械设计手册（略）液压缸装配图图纸样本：21答辩提纲：1、 设计液压系统时，确定液压泵的规格型号是根据哪两个参数？2、 齿轮泵、叶片泵、柱塞泵中，作机械设备的辅助装置，如送料、夹紧等要求不太高的地方，可使用价廉的哪种泵？3、 在泵安装前，应按有关规定彻底清洗管道，并用油液将泵充满，通过泵的轴伸转动主动齿轮，以使油液进入泵内各配合表面，对不对？4、 泵的性能参数中，理论流量和什么有关，如何计算？5、 泵的容积效率和什么有关，如何计算？6、 泵的机械效率和什么有关，如何计算？7、 泵的输入功率，