液压传动课程设计指导书

液压传动课程设计指导书.液压传动课程设计指导书.液压传动课程设计指导书.液压传动课程设计指导书1．归纳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《液压与气压传动》课程理论授课今后所进行的重要实践授课环节。本课程的学习目的在于使学生综合运用《液压与气压传动》课程及其他先修课程的理论知识和生产实质知识，进行液压传动的设计实践，使理论知识和生产实质知识亲密结合起来，从而使这些知识获取进一步的牢固、加深和扩展。经过设计实质训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下优异的基础。课程设计的要求液压传动课程设计是一项全面的设计训练，它不但能够牢固所学的理论知识，也可以为今后的设计工作打好基础。在设计过程中必定严肃认真，刻苦研究，谨言慎行，精益求精。液压传动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，启发学生独立思虑，解答疑难问题，按设计进度进行阶段审查，学生必定发挥主观能动性，积极思虑问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。设计中要正确办理参照已有资料与创新的关系。任何设计都不能够凭想象象出来，利用已有资料能够防范好多重复工作，加速设计进度，同时也是提高设计质量的保证。别的任何新的设计任务又总有其特定的设计要求和详尽工作条件，所以不能够盲目地抄袭资料，详尽解析，创立性地设计。

必定学生应按设计进度要求保质保量的完成设计任务。课程设计的内容液压传动课程设计一般包括以下内容：明确设计要求进行工况解析；确定液压系统主要参数；拟订液压系统原理图；计算和选择液压件；验算液压系统性能；结构设计及绘制零部件工作图；编制技术文件。学生应完成的工作量：液压系统原理图1张；部件工作图和部件工作图若干张；设计计算说明书1份。液压传动课程设计的时间一般为2周。学生进行结构设计时，可依照时间安排，在液压集成块、液压缸或液压泵装置中任选其一。课程设计的安排阶段主要内容时间安排1．设计准备(1)阅读、研究设计任务书，明确10％设计内容和要求，认识原始数据和工作条件；(2)收集有关资料并进一步熟悉课题。2．液压系统设计计算(1)明确设计要求进行工况解析；20％(2)确定液压系统主要参数；(3)拟订液压系统原理图；(4)计算和选择液压件；(5)验算液压系统性能；3．绘制工作图(1)绘制零、部件图；40％(2)绘制正式的液压原理图。4．编制技术文件(1)编写设计计算说明书；20％(2)编写零部件目录表。5．争辩整理资料，争辩10％液压系统设计计算举例液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况解析、确定液压系统主要参数、拟订液压系统原理图、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。设计要求及工况解析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以下：切削阻力FL=30468N；运动部件所受重力G=9800N；快进、快退速度1=3，工进速度2×10-3m/s；快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm；往来运动的加速时间；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数μs，动摩擦系数μd。液压系统执行元件选为液压缸。2．负载与运动解析工作负载工作负载即为切削阻力FL=30468N。摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力FfssG0.298001960N动摩擦阻力FfddG0.19800980N惯性负载FiG98000.1N500Ngt运动时间t1L1100103s1s快进1L250103工进t220.88103st3L1L2(10050)103s快退3设液压缸的机械效率ηcm，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负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/ηcm/N启动FFfs19602180FFfdFi加速14801650FFfd快进9801090工进FFfdFL3144834942FFfs反向启动19602180FFfdFi加速14801650FFfd快退9801090依照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。确定液压系统主要参数．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，在其他工况负载都不太高，参照表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于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可采用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防范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，参照表4选此背图1F-t与-t图压为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<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5表3各种机械常用的系统工作压力机床农业机械液压机磨床组合机床龙门刨床拉床小型工程机械大中型挖掘机机械种类建筑机械重型机械液压凿岩机起重运输机械工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32表4执行元件背压力系统种类背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统回油路带调速阀的系统回油路设置有背压阀的系统用补油泵的闭式回路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按工作压力采用d/D工作压力/MPa≤≥d/D表6按速比要求确定d/D2/12d/D注：1—无杆腔进油时活塞运动速度；2—有杆腔进油时活塞运动速度。由式p1A1p2A2F得cmA1F31448m294104m2cm(p1p2)0.9(40.6)10622D4A1494104m0.109m109mm则活塞直径参照表5及表6，得d=77mm，圆整后取标准数值得D=110mm，d=80mm。由此求得液压缸两腔的实质有效面积为A1D22295104m244mA2(D2d2)422)m244.7104m24依照计算出的液压缸的尺寸，可估计出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表7所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示。表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力回油腔压进油腔压输入流量输入功计算公式F0/N力力q×10-3/m3/s率p2/MPap1/MPaP/KW启2180———F0A2P动p1A1A2快加1650p1+p——A2)1Pp1q进速q(A1恒1090p1+p速p1F0p2A2A1工进34942×10-2qA12Pp1q启2180———p1F0p2A1动A2快加1650——qA23退速Pp1q恒1090速注：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

。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。拟订液压系统原理图1．选择基本回路(1)选择调速回路由图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，故可采归进口节流调速回路。为防范孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统采用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。(2)选择油源形式从工况图能够清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源供应快进、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qmax/qmin×-260；其相应的时间之图2液压缸工况图10)比(t1+t3)/t2=(1+1.5)/56.8=0.044。这表示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、节约能量角度来看，采用单定量泵油源显然是不合理的，为此可采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，最后确定采用双联叶片泵方案，如图2a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，应采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，所以采用三位五通电液换向阀，如图2b所示。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1/2×10-3)114），为减少速度换接时的液压冲击，采用行程阀控制的换接回路，如图2c所示。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，低压大流量泵经过液控序次阀卸荷，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。图2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，并经更正和完满，即可获取完满的液压系统工作原理图，如图3所示。在图3中，为认识决滑台工进时进、回油路串连使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。为了防范机床停止工作时回路中的油液流回油箱，以致空气进入系统，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，对地址定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力高升，它发出快退信号，控制电液换向阀换向。2.4计算和选择液压件图3整理后的液压系统原理图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，采用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pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估计为pp1p1ppe0.5MPa5.06MPa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经过调速阀，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计为pp2p1p0.3MPa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×10-3m3/s，若取回路泄漏系数，则两个泵的总流量为qpKq10.5103m3/s103m3/s33L/min考虑到溢流阀的最小牢固流量为3L/min，工进时的流量为×10-5m3/s，则小流量泵的流量最少应为。确定液压泵的规格和电动机功率依照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，最后确定采用PV2R12-6/33型双联叶片泵。其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5.6L/min和31L/min，若取液压泵容积效率ηv，则液压泵的实质输出流量为qpqp1qp29400.9/1000339400.9/1000L/min5.127.9L/min33L/min由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率ηp，这时液压泵的驱动电动机功率为ppqp1.7310633103P103p依照此数值查阅产品样本，采用规格周边的Y100L—6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。2．确定其他元件及辅件确定阀类元件及辅件依照系统的最高工作压力和经过各阀类元件及辅件的实质流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表8所列。其中，溢流阀9按小流量泵的额定流量采用，调速阀4采用Q—6B型，其最小牢固流量为0.03L/min，小于本系统工进时的流量。表8液压元件规格及型号经过的最大流量规格序号元件名称型号额定流量额定压力额定压降q/L/minqn/L/minPn/MPa?Pn/MPa1双联叶片泵—PV2R12-6/33*16—2三位五通电7035DY—100液换向阀100BY3行程阀22C—100BH1004调速阀<1Q—6B6—5单向阀70I—100B1006单向阀I—100B1007液控序次阀XY—63B638背压阀<1B—10B10—9溢流阀Y—10B10—10单向阀I—100B10011滤油器XU—80×8020012压力表开关—K—6B———13单向阀70I—100B10014压力继电器—PF—B8L—14—*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，液压缸在实质快进、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，与原定数值不同样，重新计算的结果如表9所列。表9各工况实质运动速度、时间和流量快进A1(qp1qp2)q1A1A29527.9)L/min62.3L/min

工进q10.5L/min

快退q1qp1qp227.9)L/min33L/minq2q1A2A1

q2q1A2A1

q2q1

A2A144.7L/min95qp1qp21A2A127.9)10360(9544.7)104m/s0.109m/s

2

44.7L/min950.24L/minq1A110395104m/s0.88103m/s

95L/min70L/minq13A2331036044.7104m/s100103t1s表10赞同流速介绍值

t250103s103

t3150103s管道吸油管道压油管道回油管道

介绍流速/(m/s)5～，一般取1以下3～6，压力高，管道短，粘度小取大值1.5～3由表9能够看出，液压缸在各阶段的实质运动速度吻合设计要求。d

4q依照表9数值，按表10介绍的管道内赞同速度取=4m/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d4q462.3103103mm18.2mm604d4q470103103604为了一致规格，按产品样本采用所有管子均为内径20mm、外径28mm的10号冷拔钢管。确定油箱油箱的容量按式Vqpn估计，其中α为经验系数，低压系统，α=2～4；中压系统，α=5～7；高压系统，α=6～12。现取α=6，得Vqpn631)L220L验算液压系统性能1．验算系统压力损失由于系统管路部署还没有确定，所以只能估计系统压力损失。估计时，第一确定管道内液体的流动状态，尔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=0.9174103kg/m3。判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所经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Red4q470103743d60201031104也为最大。由于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)计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数7575dRe4q和油液在管道内流速4qd2l2pl同时代入沿程压力损失计算公式d2，并将已知数据代入后，得p1475lq4751031104282d42(20103)410q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。在管道结构还没有确定的情况下，管道的局部压力损失?pζ常按下式作经验计算pζ0.1pl各工况下的阀类元件的局部压力损失可依照下式计算2qpvpnqn其中的pn由产品样本查出，qn和q数值由表8和表9列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算以下：1．快进滑台快进时，液压缸经过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液经过单向阀10、电液换向阀2，尔后与液压缸有杆腔的回油会合经过行程阀3进入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为pli0.5478108q0.547810862.3103106MPa0.05688MPa60pζi0.1pli23322pviMPa0.1647MPa100100100piplipζipvi在回油路上，压力损失分别为plo108q1081036MPa0.02675MPa1060pζo0.1plo222pvoMPa0.1594MPa100100100poplopζopvo将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失pMPa0.316MPa952．工进滑台工进时，在进油路上，油液经过电液换向阀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，油液经过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控序次阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为0.6MPa。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为2pipvi0.5MPa100此值略小于估计值。在回油路上总的压力损失为22popvoMPa0.66MPa63100该值即为液压缸的回油腔压力p2，可见此值与初算时参照表4采用的背压值基本吻合。按表7的公式重新计算液压缸的工作压力为p1F0p2A23494210644.7104MPa3.99MPaA195104106此略高于表7数值。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差pe=0.5MPa，则小流量泵的工作压力为pp1p1pipe此值与估计值基真吻合，是调整溢流阀10的调整压力的主要参照数据。3．快退滑台快退时，在进油路上，油液经过单向阀10、电液换向阀2进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液经过单向阀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22pipvi33MPa0.048MPa100100此值远小于估计值，所以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70222popvo7070100100100此值与表7的数值基真吻合，故不用重算。大流量泵的工作压力为pp2p1pi1.48MPa此值是调整液控序次阀7的调整压力的主要参照数据。2．验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占96%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，大流量泵经液控序次阀7卸荷，其出口压力即为油液经过液控序次阀的压力损失22qpp2ppnqn63MPa0.0588MPa液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率pp1qp1pp2qp2Prp1061031061036060W564.4W液压系统输出的有效功率即为液压缸输出的有效功率PcF2314480.88103W27.7W由此可计算出系统的发热功率为HPrPc27.7W536.7WT

H按式KA计算工进时系统中的油液温升，即HT150.065K3V20.0651532202C其中传热系数K=15W/（m2·C）。V:油箱体积，当油箱的3个边长之比在1:1:1~1:2:3范围内，且油位高占油箱高80%时，其散热面积A3V2设环境温T2=25C，则热平衡温度为T1T2T2515T155C油温在赞同范围内，油箱散热面积吻合要求，不用设置冷却器。3．课程设计题目举例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11和表12。其中：工作台液压缸负载力（KN）：FL夹紧液压缸负载力（KN）：Fc工作台液压缸搬动件重力（KN）：G夹紧液压缸负搬动件重力（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：μs工作台液压缸工进行程（mm）：L2导轨面动摩擦系数：μd工作台启动时间（S）：3．完成工作量液压系统原理图（A3）；部件图和部件装置图各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，集成块和油箱部件能够任选。表11设计参数（I组）序号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表12设计参数（II组）序号FLFcGGcV1V2L1L2Lctc15040320100101250403