液压课程设计-卧式钻、镗组合机床液压系统设计

1、目录设计任务书11. 参数确定22. 载荷组成及计算22.1载荷组成22.2各个阶段负载确定33. 液压缸主动参数的确定43.1初选液压缸的工作压力43.2 计算液压缸尺寸43.3 液压缸各阶段工况计算54. 液压系统的拟定64.1 选择液压回路64.2 液压元件的选择74.2.2阀类元件及辅助元件的选择95. 液压系统性能验算115.1 回路压力损失115.2 油液温升验算136. 液压缸的设计146.1 液压缸的类型选择146.2 液压缸安装方式选择146.3 液压缸主要参数计算146.4 液压缸的结构设计177. 其他装置设计207.1缓冲装置207.2 导向套及支撑环217.3 排气阀

2、的设计217.4 密封装置及防尘218. 心得体会239. 参考文献24附录 液压系统工作流程图25设计任务书题 目：卧式钻、镗组合机床液压系统题目要求：该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10KN，液压缸机械效率为0.9，加工时最大切削力为12KN，工作循环为：“快进工进死挡铁停留快退原位停止”。行程长度为0.4m，工进行程为0.1m。快进和快退速度为100mm/s，工过速度范围为35mm/s，采用平导轨，启动时间为0.2s。要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。全套图纸加扣 3346389411或3012250582设计要求：1） 查阅文献，了解并熟悉设计工况；2）

3、 确定液压系统及主油缸的主要参数；3） 绘制系统原理图；4） 计算选择各液压元件；5） 验算系统性能；6） 绘制主油缸装配图；7） 编制技术文件，撰写课程设计说明书；卧式钻、镗组合机床液压系统设计任务说明书1. 参数确定1）行程总工作行程=400mm，快速进给运动行程=300mm，工进行程=100mm,快退行程=400mm。2）速度快速运动速度=100mm/s，工作速度=4mm/s。3）时间启动时间t=0.2s。4）摩擦系数静摩擦f=0.2，动摩擦f=0.12. 载荷组成及计算 2.1载荷组成1）工作负载 由于该系统为卧式钻、镗组合机床液压系统，则工作负载为刀具的切削力，即工作负载=12KN。

4、2）阻力负载因为液压油缸在在执行动作的过程中，活塞会与缸壁、活塞杆会与导向套产生密封阻力。同时，对于平导轨来说-摩擦系数；G-运动部件所受重力（N）；-外载荷作用于导轨上的正压力（N）；因该系统为卧式车床，则外载荷作用于导轨上的正压力为0N。当未产生相对移动时：静摩擦力=当产生相对移动时：动摩擦力=3）惯性负载有N4）重力负载由于该机床为卧式机床，则2.2各个阶段负载确定由工作循环条件可知，机床的动作顺序分为“启动1-加速-快进-工进-启动2-加速-快退-减速”七个阶段，其具体负载如下：启动1：液压缸推力加速：，快进：工进：，启动2：加速：快退： 制动：图 2：负载循环图2.3 负载循环图的绘

5、制图 1：速度图3. 液压缸主动参数的确定3.1初选液压缸的工作压力 由前面的负载计算可知液压缸的最大推力查表液压缸不同负载时的工作压力可知，该负载范围为1000020000N，则工作压力范围为再根据表各类设备常用的系统压力，应选，初选液压缸工作压力。3.2 计算液压缸尺寸由于是钻、镗孔组合机床，为了使钻孔完毕后不致于使刀具前冲，在回油路上要装背压阀或者采用节流调速，按表执行元件的回油背压选定背压力。同时，由工作循环图以及工作速度要求可知，最大负载发生在工作进给阶段，采用无杆腔进油，并且有（即），以便采用差动连接时，快退和快进的速度相等。所以，液压缸活塞的受力平衡式为(其中) 按标准取D=10

6、0mm,则d=0.7D=70mm按标准取d=70mm液压缸无杆腔和有杆腔的实际工作面积为3.3 液压缸各阶段工况计算 按照相应公式和经验参数计算出表中值，见表1表格 1：液压缸工作循环中各个阶段的压力、流量和功率的实际使用值工况负载/N液压缸计算公式回油腔压力输入流量进油腔压力输入功率快进启动2222.2/5.77/加速1677.4()/9.56/恒速1111.123.18.090.31工进14444.4101.88523.50.074快退启动2222.2/5.55/ 加速1677.40.5/5.17/恒速1111.124.043.75 0.15 根据液压缸工作循环中各个阶段的压力、流量和功率

7、的实际使用值绘制液压缸工况如图3所示：图 3：液压缸工况图4. 液压系统的拟定4.1 选择液压回路液压回路的选择，首先选择调速回路，由工况图中的曲线可知，这台组合的钻、镗组合机床液压系统的功率小，最大为0.31KW，且出现在快进工程中，同时，该液压系统的执行元件速度小（快进与快退为100mm/s,工进为4mm/s），宜采用节流调速。同时，由于钻、镗孔时负载变化小，而且是正值负载，故采用进口节流调速，且在回油路中设置背压阀，以保证整个行程运动的平稳性。由工况图中的曲线可知，液压系统的工作主要是由抵押大流量和高压小流量两个阶段组成，其最大流量与最小流量之比，而工进与快进的时间之比为。因此，从提高系

8、统效率、节省能量的角度来看，采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，宜采用双泵供油系统或者变量叶片泵供油系统作为对比方案，待比较后选定其中一种方案。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，必须有单独的油路通向液压缸以实现快速运动，又由于快进与快退速度相同，液压缸又采用单杠活塞缸，因此快进时液压缸应采用差动连接的方式。选择速度换接回路，由工况图中的q-L曲线可知，当液压系统从快进转为工进时，系统的流量变化很大，执行元件的速度变化比较大，为了减小速度换接时的液压冲击，保证运动的平稳性，从而应当选用行程阀来实现速度的换接，当执行元件的速度由工进转为快退时，回路中通过的流量很大，为了保证

9、换向平稳，宜采用电液换向阀换向，由于这一回路要实现液压缸的差动连接，换向阀应当采用三位五通阀。4.2 液压元件的选择 4.2.1液压泵及电机选择1） 确定液压泵的最大工作压力由液压缸的最大工作压力为，是在液压缸进行工进的时候出现的，按系统图工作原理，此时由小量泵提供油源，在采用节流调速阀进口节流调速时，如取进油路上的压力损失，则小量泵的最大工作压力为大流量泵是在快进、快退运动时才向液压缸供油的，由液压缸工况图知，快进时的工作压力高于快退时的工作压力，其值为，取进油路上的压力损失为，则大流量泵的最高工作压力为2） 确定液压泵的流量多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量为 由液压缸的工况图

10、知，在快速运动时，两个液压泵应向液压缸提供最大流 为24.04L/min，由于系统存在泄漏，取泄漏量为，即K=1.3；又由大小两个流量泵不在同时工作，同时，由工况图可知 且此时为大流量泵供油，则由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，工进时的流量为1.885L/min，因而小流量泵的最小流量根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取YB-6.3/32双联叶片泵。因大流量泵比实际算出值大，因而液压缸实际快速运动速度较要求的略高。由于选取的泵型号为YB-6.3/32，其额定压力为6.3MPa，小泵排量V1=6ml/r，大泵排量V2=32ml/r，泵的额定转速为n=960r/min，容积效

11、率取v=0.9,总效率取p=0.75,所以小流量泵和大流量泵的输出流量为Qp1出= V1*v*n=60.9960=5.184(L/min)Qp2出= V2*v*n=320.9960=27.648(L/min)双泵流量输出为Qp出= Qp1+ Qp2=5.184+27.648=32.832(L/min) 3）确定液压泵的驱动功率及电机规格和型号由工况图知，系统的最大功率出现在快进阶段，而泵的总效率取p=0.75，则液压泵快进时的所需驱动功率为Pp需=P* Qp出/p =0.59KW查机械设计手册得，选用Y系列的Y90S-6型电动机，额定功率Pe=0.75kw，转速为910r/min。用此电动机驱

12、动液压泵时，各泵的实际输出流量为：小流量泵Qp1=4.914 L/min；大流量泵Qp2=26.208 L/min；双泵总流量Qp=31.122 L/min且Qp1Qmin，任满足系统对流量的要求。表格 2：液压缸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无杆腔有杆腔快进q进=A1Qp/(A1-A2)=67.01q出= q进A2/A1=67.01 =34.18v1= Qp /A=0.135t1=L1/v1=0.30.135=2.2工进q进=1.89q出= q进A2/A1=1.89=0.96v2= q进/A1=4.01t2=L2/v2=0.14.

13、011000=24.9快退q出= q进A1/A2=31.122 =61.02q进= Qp=31.122v3= q进/A2=0.13t3=L3/v3=0.40.13=3.074.2.2阀类元件及辅助元件的选择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选出元件的型号规格如下所示：表格 3：所选液压元件型号序号元件名称型号规格1双联叶片泵YB-6.3/322三位五通电液阀35EY-63BYZ 3行程阀22C-63BH 4调速阀Q-4B 5单向阀1-63B 6单向阀1-63B 7顺序阀XY-25B 8背压阀B-10B 9滤油器XU-10压力表开关K6B11溢流阀Y-10B 12单向阀

14、1-25B 4.2.3管道尺寸确定1）内径计算 通过公式进行粗略计算，公式如下式中Q通过管道流量；管内允许速度。因为所选取的管道既是压油管道也是回油管道，所以按照压油管道选取参数，此时取最大流量Q=67.01 L/min，因为处于快进阶段，所以压力不高，按指导书选取液压系统的压油流速为4m/s，计算出结果为d=19mm。2）管壁厚度计算 通过公式进行粗略计算，公式如下 式中p管道中最高压力，取工进时进油腔压力2.35MP；d管道内径，取19mm；s管道许用应力，s= ，取=215MP，n=8通过计算，得出壁厚=0.83mm，所以参照（GB/T 2351-1993）选取硬管外径20mm。4.2.

15、4确定邮箱容量按经验公式计算，由于是低压系统，所以系数a为24 V=（24）Qp=432.832=132L5. 液压系统性能验算5.1 回路压力损失回路的压力损失主要来自于管路的沿程损失和液压阀的压力损失。5.1.1沿程损失计算 对于管路压力损失，管道直径为d=18mm，进油和回油的管长取l=1.5m，取油液的运动粘度=1，油液密度为。最大流量在快进时q=67.01 L/min,计算出雷诺数小于临界雷诺数Rec=2300,所以各工况下进油和回油路中液体为层流。Re=790根据流体力学中相关知识，沿程阻力系数=64/Re和流速v=4q/(d2)带入计算公式（1）快进时进油路 =0.596回油路

16、=0.304（2）工进时进油路 =0.0168回油路 =0.008544（3）快退时进油路 =0.543回油路 =0.2775.1.2 局部压力损失由于管道具体结构不知，管道局部压力损失按照经验公式计算5.1.3 阀类元件的局部压力损失按公式计算式中阀在公称流量下的最大压力损失，顺序阀、换向阀、行程阀取0.3MPa，单向阀取0.2MPa，调速阀取0.5MPa。q流过阀的实际流量qs阀的公称流量（1）快进时进油路，通过单向阀12的流量26.208 L/min，通过换向阀2的流量32.832，通过行程阀的流量67.01 L/min，总压降为 =0.0346112+0.0732108+0.13471

17、0203 =0.2425MPa回油路，通过换向阀和单向阀的流量都是34.18 L/min，总压降为 =0.058869861+0.088304792 =0.1472 MPa将回油路上的压力损失折算到进油路，得到阀造成的压力损失=0.3176 MPa（2）工进时进油路，通过换向阀的流量为4.91 L/min，流量较小，压力损失忽略不计；而通过调速阀的压力损失为0.5MPa。 MPa回油路，背压阀的压力损失为1MPa，通过顺序阀的流量为（26.208+0.96）L/min，所以总的压力损失为 =1.0558 MPa将回油路上的压力损失折算到进油路，得到阀造成的压力损失=1.038 MPa（3）快退

18、时进油路，通过单向阀的流量为26.208 L/min，通过换向阀的流量为31.122 L/min，所以总的压力损失为 =0.1078 MPa回油路，通过单向阀和换向阀的流量是61.02 L/min，所以压力损失为 =0.4691 MPa将回油路上的压力损失折算到进油路，得到阀造成的压力损失=1.0275 MPa经过上述计算，得到各部分压力损失绘制如下表：表格 4：各部分压力损失管道压力损失/105Pa工况快进工进快退进油管道P0.5960.01680.543P0.05960.001680.0543P2.42551.078P3.08065.018481.6753回油管道P0.3040.00854

19、40.277P0.03040.00085440.0277P1.47210.5584.691P1.806410.5673984.9957P折4.00210.4084811.4697系统的最大工作压力为2.35MPa，结合上述压力损失，所选泵的额定压力6.3 MPa，所以系统还是安全的。5.2 油液温升验算由于工进时间为24.9s，所占的时间比例较大，所以系统的发热和油液温升按照工进的情况进行计算，近似认为损失的功率转化为热量。工进时液压缸的有效功率为=0.0579Kw由于大流量阀通过顺序阀卸荷，小流量阀供油，所以总输入功率 =0.5373Kw所以液压泵的发热量为H=Pi-Po=0.5373-0.

20、0579=0.4794 Kw油液温升近似值为=18.49参考各种机械允许油温，一般机床正常工作温度3055，所以不需要冷却装置。6. 液压缸的设计6.1 液压缸的类型选择根据钻、镗组合液压传动系统的特点，即需要往复循环运动，同时运动部件质量不大、运动速度低，惯性力较大，所以选用缓冲式双作用单活塞杆液压缸。它具有活塞双向运动时产生推力和拉力（且二者不相等），在活塞行程终了时减速制动，减速值不变，有利于减小系统的冲击性。6.2 液压缸安装方式选择根据卧式车床的布局空间特点，同时考虑到其要求的基本特性，运行平稳、振动冲击小，采用底座型安装连接中的切向底座安装方式，该方式能使液压缸受到的倾翻力矩小、保

21、证受力的稳定性。6.3 液压缸主要参数计算1）活塞 （1）活塞的密封结构由于该液压缸为中小型，对工作压力要求不大，泄漏量也不大，同时我们要求活塞与缸筒间的密封装置结构简单、密封性好、符合活塞运动速度要求，同时便于更换，初步选用O形橡胶密封圈，那么活塞的结构型式选用整体活塞。（2）活塞的结构型式根据活塞采用的密封结构，选择整体式活塞。（3）活塞的材料由于该液压缸的尺寸不大，故不需要选用导向环活塞，选用灰铸铁（4）活塞尺寸及加工公差 活塞尺寸根据缸内直径确定以及与活塞杆的连接方式确定其相关尺寸。加工技术要求：活塞外径对内径的径向跳动公差值按7级精度选取；端面对内孔的轴线的垂直度公差值按7级精度选取

22、；外径的圆柱度公差值按9级精度选取。2）活塞杆（1）活塞杆结构型式。该液压缸的尺寸不大，为中小型液压缸，活塞杆可做成实心杆。外部端头连接型式：缸工作时，轴线固定不动，故采用大螺栓头型式。（2）活塞杆的材料与技术要求采用材料45钢。且活塞杆粗加工后调质到硬度为229285HB。（3）活塞与活塞杆的连接由于活塞缸中的压力不大，同时缸内直径也不大，所以选用常用的连接方式：螺纹连接 （4）活塞杆与活塞的静密封方式 由于所受压力不大，对密封方式无特殊要求，故采用O形密封圈。（5）活塞杆的计算由前面计算可知，活塞杆的直径d=70mm。（6）活塞杆的校核a. 活塞杆的强度计算：由于只受轴向推力和拉力，可以近

23、似的用直杆承受的拉力载荷的简单强度计算公式进行计算：又因为最大推力或者拉力为故满足。b. 对于存在退刀槽等结构：此时=1111.1N，为活塞杆最大拉力故满足。c. 活塞杆弯曲稳定性校核由于该活塞杆满足，所以不用校核，满足稳定性要求。（6）活塞杆的技术要求技术要求附图1）活塞杆d和d1的圆度公差值按9级精度选取2）活塞杆d的圆柱度公差值应按8级精度选取3）活塞杆d和d1的径向跳动公差值为0.01mm4）端面T的垂直度公差值应按7级精度选取5）活塞杆上的螺纹按6级精度加工6）活塞杆上工作表面的粗糙度为Ra0.63m，必要时，可以镀厚度约为0.05mm的铬，镀后抛光。3）油口的设计按公式计算出直径为

24、11.2mm，按标准取。油口各部分其尺寸如下表所示：表格 5：油口各部分参数D（螺纹精度6H）JminK0.40Emin0.10minZ111.52.416.014.01.513.822.0154）许用行程S与计算长度L的关系由前面可知，选用的是切向底座安装方式，固液压缸为两端刚性固定，刚性导向n=4，由欧拉公式确定的值5.443m在此处取，所以，同时取所以6.4 液压缸的结构设计6.4.1确定缸筒和缸盖组件1）确定缸筒和缸盖的连接形式根据该液压系统的要求，我们可以得知液压缸是固定不动的，同时对于重量没有特殊要求，可用于安装的空间较大，我们选择拉杆连接的连接形式，其具有通用性好，缸体容易加工、

25、装卸方便，、应用较广的特点。2）选择缸筒和缸盖的材料（1）缸筒材料要求：液压缸的缸筒一般要求具有足够的强度和冲击韧性。选材：根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源，选择缸筒的材料为45钢其机械性能如下：，缸筒毛坯：采用退火的冷拔。（2）缸盖为了便于取材以及根据材料性能的要求，方便铸造，采用HT150。6.4.2 计算缸筒和缸盖的结构参数1）缸筒相关参数（1） 缸筒结构常用的缸筒结构有八类，由于此次设计采用的是拉杆型液压缸，所以油缸缸筒与端盖的连接方式选用拉杆连接。（2） 缸筒材料缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，根据之前计算得到的液压缸参数、用途、目前国内缸筒毛坯材料的来源，我们选用了45号

26、钢作为缸筒材料。（3） 缸筒的计算a. 缸筒内经根据之前计算得到液压缸的参数可知，缸筒内经D=100mm。b. 缸筒壁厚当D/16（或低压系统）时，缸筒壁厚采用薄壁筒计算：Py为试验压力，因液压缸工作压力P为2.35Mpa，P16Mpa，则Py=1.5P=3.525Mpa。D为缸筒内经，D=100mm。p=b/n。n为安全系数，一般取n=5；45号钢b=610Mpa；则p=122Mpa。1.44mm6.25mm将上述数据代入，解得：1.44mm。又D/16，则: 6.25mm。取壁厚=6mm。c.缸筒壁厚验算：额定工作压力应与完全属性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生:0.35又2

27、.3lg，其中=360Mpa，=112mm，D=100mm：代入式中解得：40.75Mpa14.26Mpa又=2.35Mpa，则，则合格。（4）缸筒底部厚度当缸筒有油孔，计算公式为：其中，代入上述数据得：h7.85mm取缸底厚度为h=8mm。2）拉杆连接的强度计算螺纹连接处得拉应力：其中，代入上述数据解得：合成应力：即拉杆连接处合格。3）缸筒与缸盖的加工技术要求项目技术要求缸筒内径D配合精度采用H8、H9级技术配合内表面粗糙度采用橡胶密封圈密封，缸筒内径D的圆度、锥度和圆柱度，缸筒端面T的垂直度缸筒内径D的圆度、锥度和圆柱度公差值不大于内径公差只半。缸筒端面T的垂直度公差值可按7级精度选取其他

28、为了防止腐蚀和提高寿命，缸筒内表面应镀以厚度为3040m的铬层，并在镀后进行珩磨或抛光。通往油口、排气阀孔的内孔口必须倒角，不得有飞边、毛刺，以免划伤密封件缸盖端面与轴线的垂直度公差度应按7级精度选取。导向孔的表面粗糙度为7. 其他装置设计7.1缓冲装置由于该液压系统在快退阶段存在速度大、质量大的特点，即快退时有，导致了活塞的惯性比较大，同时，为了避免产生机械冲撞导致严重影响液压缸和整个液压系统的强度及正常工作，所以，需要设计缓冲装置。考虑到结构加工及成本问题，同时有惯性力的大小问题，此处选用恒节流面积缓冲装置，相关设计如下：其中，, 所以同时有：其中取d=30mm7.2 导向套及支撑环（1）

29、 结构型式由于该液压缸为低速低载，并且行程S=400mm，为中小型液压缸，故采用轴套式导向套。（2） 导向套材料轴套式导向套一般采用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作，初选材料为青铜。（3） 长度确定为了避免导向长度过短，导致缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此需满足最小导向长度确定：（4） 加工要求导向套外圆与端盖内孔的配合取为H8/f7，内孔与活塞杆外圆的配合取为H8/f9，外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm,圆度和圆柱度公差不大于直径公差一半，内孔的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。7.3 排气阀的设计为了将初始装配时以及后面长时间工作渗入缸

30、内的空气排掉，避免造成液压缸和整个液压系统在工作中颤抖和爬行，从而在端盖的最上方设置排气阀，从而有利于气体的完全排除。初步选用整体式排气阀装置，材料选用45号碳素钢，锥部采用热处理硬度3844HRC，其具体尺寸参见液压缸装配图。7.4 密封装置及防尘（1）密封装置由于避免有杆腔与无杆腔之间的液压油的流动，造成液压系统运行的振动及不流畅，以及避免液压油渗出液压缸，需要在活塞杆与活塞之间、活塞与缸筒之间、活塞杆与缸盖之间添加密封装置，同时考虑到各种密封型式的特点，初步选用通用性好、容易更换、成本低、容易加工的O形密封圈，其具体型号选择根据具体尺寸选取。（2） 防尘装置为了避免空气中的灰尘等杂质进入液压缸中，导致影响液压系统的正常工作，损坏液压系统的寿命，故需要在活塞杆与缸盖之间添加防尘圈。8. 心得体会通过这次液