黄建斌液压传动

1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：卧式单面多轴钻孔组合机床的液压传动设计学生姓名： 黄 建 斌 学 号：200810601043 所在院(系)： 机 电 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 2008 机 制 5 班 指 导 教 师： 张 勇 职称： 副教授 2011年5月25日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统1、课程设计的目的1. 让学生学会运用液压知道解决一些简单的液压设计2. 学会理解并能熟练运用液压知识2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）主机要求的工作循环是：动力滑台快速接近工件，

2、然后以工资进给速度钻孔，钻削完毕后快速退回原位，最后自动停止。快速前进行程为；工作进给行程为；快速进给、退回速度为；根据切削用量计算出来的最大钻削力；工作进给速度无级调节；运动部件所受重力;动力滑台平导轨的静、动摩察系数分别为；往复运动中的加速、减速时间为0.2s；直线往复运动由液压缸实现。3、主要参考文献1 章宏甲主编.液压传动.2版.北京：机械工业出版社，2007.2 成大先主编.机械设计手册：第4、5卷.4版.北京：化学工业出版社，2002.3 席伟光主编.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社，2006.4 机械设计手册编委会.机械设计手册：第4卷.新版.北京：机械工业出版社，2004

3、.5 陆元章.现代机械设备设计手册.北京：机械工业出版社，1996.6 王春行.液压控制系统.北京：机械工业出版社，20054、课程设计工作进度计划内容学时明确主机对液压系统的要求，进行工作过程分析2初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统的方案，拟定液压系统图4确定液压系统零件的类型，并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能运算4集成块的结构设计和制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。 课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评

4、价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据

5、正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要组合机床以其独特的优

6、点在机械设计中占有重要的地位。它以通用部件为基础，根据工件加工需要，配以少量的专用部件组成一种机床，它具有低成、高效率的优点。以现在的发展趋势来看，组合机床的多工为加工如果加入柔性系统则发展成今天的加工中心。在今天的发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺过程，这时往往把几台机床布置成流水线，大大缩短了加工时间。以单面多轴钻孔组合机床为对象，根据主机的用途、主要结构及其工作循环确定液压执行元件的运动方式及其工作范围，并确定液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。根据这些工况确定液压执行元件的主要参数，再依据液压系统设计的基本原理，确定系统类型和选择液压回路，将所初选的基本回路组合

7、起来，再检查系统在工作中还存在的问题进行修改和整理，最后拟出合理的液压系统原理图，通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格，验算液压系统性能，既回路压力损失验算和发热温升验算，最后判断出液压系统的设计质量。 关键词 组合机床，液压系统，性能，回路压力损失，发热温升ABSTRACTAdvantage of its unique combination of machine tools in the mechanical design plays an important role. It is based general components, according to workpiece n

8、eeds, together with the parts make up a small amount of special machine tools, it has a low-cost, high efficiency advantages. To the current development trend, combined multiple machines for the processing system is flexible if the adding machining centers developed into today. In todays development

9、 trend, a combination of tools if they can not complete the process, when several machine tools are arranged into lines, greatly reducing the processing time. Combination of multi-axis drilling machine to one side as the object, according to the host of uses, the main structure and its duty cycle to

10、 determine the movement of hydraulic actuator means and scope of work, and to determine the load of hydraulic actuators and velocity changes in the size and range. Under these conditions determine the main parameters of hydraulic actuators, and then based on the basic principles of hydraulic system

11、design, determine the type and choice of hydraulic circuit system, the basic circuit will be the combined primary, and then check the system at work in the problems still exist modification and finishing, and finally to be a reasonable hydraulic system diagram, calculated by the system to determine

12、the main parameters of the hydraulic components of the specification, checking hydraulic system performance, both the circuit pressure loss and heat checking temperature checking, determine the final design of the hydraulic system quality.Keywords Machine Tool， Hdraulic System，Performance，Loop press

13、ure loss，Heating temperature目 录摘 要ABSTRACT1液压系统的设计要求42负载分析5 2.1工作负载4 2.2惯性负载42.3阻力负载53 负载图和速度图的绘制74压缸主要参数的确定8 4.1液压缸参数的确定8 4.2各阶段压力、流量、功率 8 4.2.1快进8 4.2.2工进9 4.2.3快退95液压系统图的拟定11 5.1液压回路的选择11 5.2液压回路的综合126液压元件的选择15 6.1液压泵15 6.2阀类元件级辅助元件15 6.3油管16 6.4油箱177液压系统性能的验算17 7.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值17 7.1.1快进17

14、7.1.2工进17 7.1.3快退18 7.2油液温升验算188油箱的设计19 8.1壁厚、箱顶及箱顶元件的设计19 8.2箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计19 8.3箱底、放油塞及支架的设计20 8.4油箱内隔板及除气网的设置20 8.5油箱的装配图及零件图的绘制20参考文献211 液压系统的设计要求设计一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统主机要求的工作循环是：动力滑台快速接近工件，然后以工资进给速度钻孔，钻削完毕后快速退回原位，最后自动停止。快速前进行程为；工作进给行程为；快速进给、退回速度为；根据切削用量计算出来的最大钻削力；工作进给速度无级调节；运动部件所受重力;动力滑台平导轨的静、动

15、摩察系数分别为；往复运动中的加速、减速时间为0.2s；直线往复运动由液压缸实现。2 负载分析2.1工作负载首先根据主机要求画出动作循环图（图2-1）：高速钢钻头钻孔时轴向切削力：2.2惯性负载2.3阻力负载静摩擦阻力：动摩擦阻力：取液压缸的机械效率为，不考虑动力滑台的颠覆力矩作用。由此得到压缸各工作阶段的负载如表2-1所示。表2-1 液压缸各个工作阶段的负载值工 况负载组成液压缸负载F/N液压缸总推力F/启 动19602178加 速980+588=15681742快 进9801089工 进980+22468=2344826053快 退98010893 负载图和速度图的绘制速度图按已知数值快进、

16、快退速度、工进速度、快进距离、工进距离、快退距离绘制，如图3-1所示，负载图按照上面的数值绘制，如图3-2所示： 图3-1 速度循环图图3-2 速度与路程的工况图4 液压缸主要参数的确定4.1液压缸参数的确定由表1-2可知，组合机床液压系统的最大负载约26053N时，宜选鉴于动力滑台要求快进，快退速度相等，这里选用液压缸可以选单杆式，并在快进时作差动连接。这种情况下无杆腔面积应为有杆腔面积的两倍，即，活塞杆直径d与缸筒直径D呈的关系。在钻孔时液压缸回路必须具有背压，以防止孔被钻穿时滑台突然前冲。根据现代机械设备设计手册第二卷第十一篇中推荐的数据，可取=0.8MPa。快进时液压缸作差动连接，但是

17、由于油管中的压降的存在，有杆腔压力必须大于无杆腔的压力，估算可取=0.5MPa。快退时回油腔中是有背压的，这时可按0.6MPa估算。由工进时的推力式（5-3）计算液压缸的面积：则：，按照将直径圆整成标准值得：。由此求得液压缸的两腔实际有效面积为：4.2、各阶段压力、流量、功率的计算4.2.1快进（1）启动阶段 故（2）加速阶段 （3）恒速阶段又因为：故输入功率为：4.2.2工进 故输入功率为：4.2.3快退（1）启动阶段 故（2）加速阶段 （3）恒速阶段 因为故输入功率为：根据上述计算各参数值列入下表4-1所示。表4-1液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值工况推力F/N回油腔压力进油腔压力输入

18、流量q /L/min输入功率P/kw计算公式快进（差动）起动217800.57加速17420.97恒速10890.8027.70.369工进260530.83.730.3930.048快退起动217800.54加速17420.61.61恒速10891.4528.80.6965 液压系统图的拟定5.1液压回路的选择首先选择调速回路，由表4-1中的数据可得知，这台机床液压系统功率很小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可以采用进口节流调速回路的形式。为了解决进口调速回路在钻孔时的突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中的油液循环必定是开式的。从系统压力流量表4-1

19、中可以看到，在液压系统的工作循环内，液压缸要求压力变化不大。快进、快退所需的时间和工进所需的时间分别为：所以工进时间占总时间的比率为： 因此从节能和节约成本的角度考虑，采用单个液压泵作为油源显然是不对的，而易选用大，小二个油压泵自动并联供油的油源方案就可以满足系统的工作要求。（图5-1a） （a） (b) (c)图5-1液压回路的选择a）油源 b）换向回路 c）速度换接回路其次是选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调速后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸的两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以他的快退快进换向回路应采用图5-1b所示的形式。再次选择

20、速度换接回路。由表4-1中的流量变化关系得知，当滑台从快速转为工进时，输入液压缸的流量由27.7L/min降低为0.393/min，滑台速度变化较大，宜选用行程阀来控制速度换接，以减小液压冲击（见图5-1c）。当滑台由工进转为快退时，回油中通过的流量较大输入流量为28.8L/min，回油流量为28.8（78.50/40.04）L/min=56.5L/min。为了换向平稳，可采用电磁换向阀式换接回路即可满足要求（见图5-1b）,由于这一回路要实现差动连接，换向阀必须是五通的。最后再考虑压力控制回路。系统的调压问题和卸荷问题已经在油源中解决（见图5-1a）。5.2液压回路的综合把上面选出的各种回路

21、组合在一起，就可以得到图5-2 a所示的液压回路，并对存在的问题进行必要的如下修改和整理：(1)为了解决滑台工进时图中进油路、回由路相互接通，系统无法建立压力的问题，必须在换向回路中A处串接一个单向阀，将工进时的进油路和回油路隔断。(2)为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现差动连接的问题，必须在回路中C处串联一个液控顺序阀，以阻止油液在快进阶段返回油箱。(3)为了解决机床停止工作时系统中的油液回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性问题，必须在电磁阀的出口B处增设一个单向阀。(4)为了便于系统自动发出快退信号，在调速阀输出端D处须增设一个压力继电器。经过上述修改、整理后的液压系统如

22、图5-2 b所示，它的各方面都比较合理、完善了。图5-2 a 液压回路的综合和整理1双联叶片泵 2三位五通电磁阀 3单向节流阀 4溢流阀 5背压阀 6行程阀 7过滤器图5-2 b 整理后的液压系统图1双联叶片泵 2三位五通电磁阀 3单向阀 4溢流阀5单向阀 6节流阀 7行程阀 8背压阀9压力继电器 10过滤器 11液控顺序阀 12单向阀6 液压元件的选择6.1液压泵液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为3.73MPa，如取进油路上的压力损失为0.8MPa（见教材表11-4），压力继电器调整压力高出系统最大压力值为0.5MPa，则小流量泵的最大工作压力应为：大流量泵是在快速运动时才向液压缸输油的

23、，由图可知，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5 MP，则大流量泵的最高工作压力为：P=1.45+0.5=1.95MP泵向液压缸提供的最大流量为27.7/min（见表4-1），若回路中的泄露按照液压缸输入流量的10%估计，则泵的流量为。根据以上压力和流量是数值查阅产品样本，最后确定选取YB1-40型叶片泵，若取液压泵的容积效率,则当泵的转速时，液压泵的实际输出流量为:由于液压缸在快退时的输入功率最大，这时液压泵工作压力小于工进时的压力，现取工进时的压力来计算一定可以满足要求，这时液压泵的压力为5.03MPa、流量为24.86L/min。取泵的总效率，则液压泵的驱动

24、电机的所需功率为：根据此数值按JB/T8680.11998，查阅电动机产品样本选取Y90L-4型电动机，其额定功率为，额定转速。6.2阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所在的油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表6-1。表中序号与图5-2B中标号相同。表6-1元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量L/min额定流量/L/min额定压力/MPa额定压降/MPa型号、规格1双联叶片泵406.3YB1-402三位五通电磁阀3080160.535YF3Y-E10B3单向阀3380160.05AF3-Ea10B4溢流阀20806.3YF3-10B5单向阀3

25、390160.2AXQF-E10B6节流阀0.190167行程阀3390160.38背压阀16806.3YF3-10B9压力继电器5HED1OA/510过滤器20256.180.06XU-2520011液控顺序阀22806.30.3XF3-C10B12单向阀3380160.05AF3-Ea10B6.3油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出口油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定的数值不同，所以要重新计算如表6-2所示。表中数据说明液压缸快进、快退速度与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号、规格是适合的。表6-2 液压缸

26、的进、出流量和运动速度流量、速度快 进工 进快 退输入流量L/min排除流量L/min运动速度m/min根据表62中的数据，当油液在压力管中的流速取4m/min时，算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为:这两根油管都按照GB/T2351-2005选用内径为，外径为的无缝钢管。6.4油箱油箱容积按照式（7-8）估算，当取为7时，求得其容积为:按JB/T7938-1999规定，取标准值V=250L。7 液压系统性能的验算7.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统的油路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算,故只能先按式3-46估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，

27、加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。7.1.1快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表6-1和表6-2可知，进油路上油液通过电磁换向阀2的流量是24.86L/min，然后与有杆腔的回油汇合。以流量65.94L/min通过行程阀7并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为此值不大，不会使压力阀开启，故能保证泵的流量全部进入液压缸。回油路上，油压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀12的流量都是25.88L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀7流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力之

28、差。此值小于原估计值0.5MPa（见表4-1），所以是偏安全的。7.1.2工进工进时，油液在油路上通过电液换向阀2的流量为0.393L/min，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa;油液在回路上通过换向阀2的流量是0.2L/min，在背压阀8处的压力损失为0.5MPa，通过顺序阀7的流量为（0.2+22）L/min，因此这时液压缸回油腔的压力为:可见此值略小于原估计值0.8MPa。故可按表4-1中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力，即:此值与表4-1中数值3.73MPa相近。考虑到压力继电器可靠动作需要压差，故溢流阀4的调压应为:7.1.3快退快退时，油液在进油路上通过换向阀2的流量为22L/

29、min，油液在回路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀3的流量都48.73L/min。因此进油路上总压降为:此值与表4-1中的估计值相近，故不必重新计算。所以，快退时液压泵的最大工作压力应为：因此顺序阀11的调节压力应大于1.648Mpa。7.2油液温升验算工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%，所以系统发热和油液温升可用进时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率（系统输出功率）为液压泵的输出功率（系统输入功率）为：由此得液压系统的发热量为：按式11-2求出油液温升近似值：温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。8 油箱的设计由前面计算可知，该液压系统所需油箱的内内体积为：V=250L

30、 L，且选择开式油箱，考虑到油箱的整体美观大方,将其设计成为带支撑脚的长方体形油箱。根据有关手册及资料初步确定其外形尺寸为如表8.1所示：表8.1 油箱的轮廓参数公称容量B1L1H近似油深最小壁厚250L650mm570mm680mm350mm3mm基于上表中数据设计油箱如附录B。8.1壁厚、箱顶及箱顶元件的设计由表中数据分析可采取钢板焊接而成，故取油箱的壁厚为：，并采用将液压泵安装在油箱的上表面的方式，故上表面应比其壁要厚，同时为避免产生振动，则顶扳的厚度应为壁厚的4倍以上，所以取：，并在液压泵与箱顶之间设置隔振垫。在箱顶设置回油管、泄油管、吸油管、通气器并附带注油口，即取下通气帽时便可以进行注油，当放回通气帽地就构成通气过滤器，其注油过滤器的滤网的网眼小于，过流量应大于20L/min。另外，由于要将液压泵安装在油箱的顶部，为了防止污物落入油箱内，在油箱顶部的各螺纹孔均采用盲孔形式，其具体结构见油箱的结构图。8.2箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计在此次设计中采用箱顶与箱壁为不可拆的连接方式，由于油箱的体积也相对不大，采用在油箱壁上开设一个清洗孔，在法兰盖板中配以可重复使用的弹性密封件。法兰盖板的结构尺寸根据油箱的