專用銑床液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（本科）</p><p>　　《液壓氣動(dòng)控制技術(shù) 》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　班級(jí)： </p><p>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　姓名： <

2、/p><p>　　日期： 2016-11-13 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、題目 …………………………………………………………………………（3）</p><p>　　專用銑床動(dòng)力滑臺(tái)的設(shè)計(jì) ………………………………………………（3）</p>

3、<p>　　二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………（3）</p><p>　　（一）設(shè)計(jì)要求及工況分析 ……………………………………………（3）</p><p>　　1、設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………（3）</p><p>　　2、負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 ……………………………

4、………………（3）</p><p>　?。?）工作負(fù)載 …………………………………………………（1）</p><p>　　（2）摩擦負(fù)載 ……………………………………………………（1）</p><p>　　（3）慣性負(fù)載 ………………………………………………………（4）</p><p>　?。?）液壓缸在工作過(guò)程中各階段的負(fù)

5、載…………………………… (4)</p><p>　　( 5 ) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 ……………………………………………………（4）</p><p>　　（二）確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ………………………………………………（6）</p><p>　　1、初選液壓缸工作壓力 ……………………………………………（6）</p><p>　　2、計(jì)

6、算液壓缸主要尺寸 ……………………………………………（6）</p><p>　?。ㄈM定液壓系統(tǒng)原理圖 …………………………………………………（10）</p><p>　　1、選擇基本回路 …………………………………………………（10）</p><p>　?。?）選擇調(diào)速回路 …………………………………………………（10）</p>

7、<p>　?。?）選擇油源形式 …………………………………………………（11）</p><p>　?。?）選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 ……………………………………（11）</p><p>　　（4）選擇速度換接回路 …………………………………………（11）</p><p>　?。?）選擇調(diào)壓和卸荷回路 ………………………………………（11）

8、</p><p>　　2、組成液壓系統(tǒng) ……………………………………………………（12）</p><p>　?。ㄋ模┯?jì)算和選擇液壓元件 …………………………………………………（13）</p><p>　　1、確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 …………………………………（13）</p><p>　?。?）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力

9、………………………………（13）</p><p>　?。?）計(jì)算液壓泵的流量 …………………………………………（14）</p><p>　　（3）確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 ……………………………（14）</p><p><b>　　一、題目</b></p><p>　　要求設(shè)計(jì)一專用銑床，工作臺(tái)要求完成快進(jìn)→

10、工作進(jìn)給→快退→停止的自動(dòng)工作循環(huán)。銑床工作臺(tái)總重量為4000N，工件夾具重量為1500N，銑削阻力最大為9000N，工作臺(tái)快進(jìn)、快退速度為4.5m/min、工進(jìn)速度為0.06～1m/min，往復(fù)運(yùn)動(dòng)加、減速時(shí)間為0.05s，工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌、靜摩擦分別為 fs ＝0.2，fd＝0.1，工作臺(tái)快進(jìn)行程為0.3m。工進(jìn)行程為0.1m，試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。</p><p>　　二、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p&g

11、t;<p>　　(一)、設(shè)計(jì)要求及工況分析</p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　其動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止。主要參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL=9000N；運(yùn)動(dòng)部件所受重力G=5500N；快進(jìn)、快退速度1= 3 =0.075m/min，工進(jìn)速度2 =1000mm/min；快進(jìn)行程L1=0.3mm

12、，工進(jìn)行程L2=0.1mm；往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間Δt=0.05s；工作臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)μs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)μd=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p><p><b>　　2．負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力FL=9000N。</p><p>　　(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載

13、即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：</p><p>　　靜摩擦阻力 </p><p><b>　　動(dòng)摩擦阻力 </b></p><p><b>　　(3) 慣性負(fù)載 </b></p><p><b>　　(4) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 </b></p><p><b&

14、gt;　　快進(jìn) </b></p><p>　　工進(jìn) </p><p>　　快退 </p><p>　　設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηcm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。</p><p>　　表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力</p>

15、<p>　　根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖F-t 和速度循環(huán)圖-t，如下圖所示。</p><p>　?。ǘ?確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)</p><p>　　1．初選液壓缸工作壓力</p><p>　　所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。</p&g

16、t;<p>　　2．計(jì)算液壓缸主要尺寸</p><p>　　鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止車銑時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。</p><p>　　表2 負(fù)載和工作壓力之間的關(guān)系</p><p>　　表3

17、 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　表4 執(zhí)行元件背壓力的估計(jì)值</p><p>　　表5 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表6 按速比要求確定d/D</p><p>　　注：1—無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；</p><p>　　2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。</p><p&g

18、t;<b>　　由式 </b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　則活塞直徑 </b></p><p>　　參考表5及表6，得d 0.5D =35.35mm，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=71mm， d=36mm。</p><p>　　由此求得液壓缸

19、兩腔的實(shí)際有效面積為:</p><p>　　A1=πD2/4=3.96×10-3m2</p><p>　　A2=π(D2-d2)/4=2.94×10-3m2</p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2所示。</p><p>　　

20、表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2． 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無(wú)桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　?。ㄈ?擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　1．選擇基本回路

21、</b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　(1) 選擇調(diào)速回路 由圖1可知，這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止銑完工件時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p

22、>　　(2) 選擇油源形式 從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.22/(0.396×10-2)56；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3)/t2=(4+5.33)/100=0.0933。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此

23、可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。</p><p>　　(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以

24、選用三位五通電液換向閥，如圖2b所示。</p><p>　　(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大（1/2=0.075/0.00175），為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。</p><p>　　(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問(wèn)題都已基本解決。即滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流

25、閥調(diào)定，無(wú)需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓大流量泵通過(guò)液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。</p><p><b>　　2．組成液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系

26、統(tǒng)壓力無(wú)法建立的問(wèn)題，增設(shè)了單向閥6。為了避免機(jī)床停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥13。圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)滑臺(tái)碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。</p><p>　　（四）計(jì)算和選擇液壓件</p><p>　　1．確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　

27、(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為p1=2.68MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 </p><p>　　≧p1+∑△p+△ =2.68+0

28、.6+0.5=3.78 MPa</p><p>　　大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見(jiàn)，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為p1=2.7MPa，比快進(jìn)時(shí)大?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過(guò)調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為 </p><p>　　≧p1+∑△p=2.7+0.3=3 MPa</p><p

29、>　　(2) 計(jì)算液壓泵的流量</p><p>　　由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.4×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為 </p><p>　　≧K =1.1×0.2×10-3 m3/s =0.22×10-3 m3/s =13.2L/min</p><p>　　考慮

30、到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.396×10-5 m3/s =0.2L/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.2L/min。</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和3

31、3mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)，其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為</p><p>　　由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為9

32、40r/min。</p><p>　　2.確定其他元件及輔件</p><p>　　（1）確定閥類元件及輔件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q-6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min,小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/m

33、in。</p><p>　　表8液壓元件規(guī)格及型號(hào)</p><p>　　*此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940時(shí)的流量r/min</p><p><b>　?。?）確定油管</b></p><p>　　在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如

34、表9所列。</p><p>　　表9各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量</p><p>　　表10允許流速推薦值</p><p>　　由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　根據(jù)表9的數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取V=4m/s，由式d=計(jì)算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</p>