液壓與氣壓傳動課程設(shè)計--臥式單面多軸鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床動力滑臺的液壓系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計任務(wù)與要求 ………………………................................…………….1</p><p>　　1.1設(shè)計任務(wù) …………………………………………………..........................……..1 </p>&l

2、t;p>　　1.2工作要求要求 ……………………….....................……………….……....…..2</p><p>　　1.3原始數(shù)據(jù) …………………….........................……………………………....…..2 </p><p>　　第二章 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 ……...........………….........

3、......……....….3</p><p>　　2.1明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析 ...........................3</p><p>　　2.1.1運動分析 ..................................3</p><p>　　2.1.2動力分析 ..................................4&l

4、t;/p><p>　　2.2確定執(zhí)行元件主要參數(shù) ...............................7</p><p>　　2.2.1執(zhí)行原件的結(jié)構(gòu)形式 ........................7</p><p>　　2.2.2初選液壓缸工作壓力 ........................7</p><p>　　2.2.

5、3液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ........................9</p><p>　　第三章 確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 ..........................12</p><p>　　3.1選擇液壓回路 ............................................................................1

6、2</p><p>　　3.2選擇快速運動和換向回路.............................12</p><p>　　3.3選擇速度換向回路 ....................................................................12</p><p>　　3.4選擇調(diào)壓和卸載回路 ..........

7、......................................................13</p><p>　　3.5繪制液壓系統(tǒng)原理圖 ................................................................14</p><p>　　第四章 液壓元件的選擇 ...........................

8、..........................................15</p><p>　　4.1確定液壓泵的最大工作壓力 ...................................................15</p><p>　　4.2確定液壓泵的流量 .................................................

9、...................15</p><p>　　4.3選擇液壓泵的規(guī)格 ...................................................................15</p><p>　　4.4確定驅(qū)動液壓泵電機(jī)的功率 ..........................16</p><p>　　4.5閥類

10、元件及輔助元件 ................................16</p><p>　　第五章 驗算液壓系統(tǒng)性能...................................................................19</p><p>　　5.1驗算系統(tǒng)壓力損失 ..................................19<

11、;/p><p>　　5.2驗算油液溫升 ......................................21</p><p>　　參考文獻(xiàn) ...............................................................................................22</p><p>　　第一

12、章 設(shè)計任務(wù)與要求</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　設(shè)計題目：</b></p><p>　　臥式單面多軸鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床動力滑臺的液壓系統(tǒng) </p><p><b>　　機(jī)床加工示意如圖。</b></p><p>

13、<b>　　圖1-1</b></p><p><b>　　二、工作要求</b></p><p>　　動力滑臺為有縱橫兩向進(jìn)給系統(tǒng)，機(jī)床有主軸8根，鉆4個φ12mm的通孔，孔長80mm，并把該4個孔進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔尺寸為φ20mm，深50 mm。 </p><p>　　工作循環(huán)是：上滑臺快速接近工件，然后以工作速度1鉆孔，加

14、工完畢后上滑臺快速退回，下滑臺快速左移，到擴(kuò)孔位置停，上滑臺快速接近工件，然后以工作速度2擴(kuò)孔，死擋鐵定位，加工完畢后上滑臺快速退回，然后下滑臺快速右移到原始位置，最后自動停止。 </p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　工件材料：鑄鐵，硬度HB為240； </p><p>　　假設(shè)主軸箱部件質(zhì)量G1＝1000kg；

15、</p><p>　　上滑臺部件質(zhì)量G2＝500kg； </p><p>　　快進(jìn)速度v3和快退速度v4為0.1m/s； </p><p>　　動力滑臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦因數(shù)μs=0.2；動摩擦因數(shù)μd=0.1； </p><p>　　往復(fù)運動的加速、減速時間均小于0.2s； </p><p>　　刀具距工件距離A=1

16、00mm、B=150mm；鉆頭與擴(kuò)孔鉆之間距離C＝120mm； </p><p>　　刀具在距離工件3 mm時應(yīng)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)，鉆削時刀具應(yīng)伸出工件5 mm。 </p><p>　　第二章 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 </p><p>　　第一節(jié)、明確設(shè)計要求進(jìn)行工況分析</p><p><b>　　一、運動分析</b>&l

17、t;/p><p>　　1、選擇和確定各運動量</p><p><b>　　選擇切削用量：</b></p><p>　　鉆φ12mm孔時，主軸轉(zhuǎn)速n1＝420r/min，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量S1=0.15mm/r；</p><p>　　擴(kuò)φ20mm孔時，主軸轉(zhuǎn)速n2＝300r/min，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量S2=0.1mm/r。 </p>

18、;<p><b>　　2、計算工進(jìn)速度</b></p><p>　　鉆φ12mm孔時，工進(jìn)速度V1=n1*S1=63mm/min=1.05mm/s</p><p>　　擴(kuò)φ20mm孔時，工進(jìn)速度V2=n2*S1=30mm/min=0.5mm/s</p><p>　　3、計算快進(jìn)、工進(jìn)時間和快退時間</p><p

19、>　　鉆φ12mm孔時，快進(jìn)時間t1=（A-3）/V3=0.97s</p><p>　　工進(jìn)時間t2=（3+80+5）/V1=83.8s</p><p>　　快退時間t3=（100+80+5）/V4=1.85s</p><p>　　擴(kuò)φ20mm孔時，快進(jìn)時間T1=（B+C-3）/V3=2.67s</p><p>　　工進(jìn)時間T2=（3+

20、50）/V2=106s</p><p>　　快退時間T3=(50+150+120)/v4=3.2S </p><p>　?。▽嶋H工作計算要考慮鉆削進(jìn)刀時和加工后要各留一定的工作進(jìn)給量。）</p><p>　　4、畫位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖(v—L)表示，并對運動規(guī)律進(jìn)行分析。</p><p>&

21、lt;b>　　圖2-1-1</b></p><p><b>　　二、動力分析</b></p><p>　　1、計算工作負(fù)載（軸向切削阻力）</p><p>　　鉆鑄鐵孔時，其軸向切削阻力為：</p><p>　　Fc=4×25.5×9.81×D×S0.8×

22、; (HBS)0.6 (N)= 70542（N）</p><p>　　擴(kuò)鑄鐵孔時，其軸向切削阻力為：</p><p>　　Fe=4×25.5×9.81×D×S0.8× (HBS)0.6 (N)=59500(N)</p><p>　　式中：D為鉆頭直徑(mm)；</p><p>　

23、　S為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)；</p><p>　　HBS鑄鐵硬度，HBS＝240。</p><p>　　擴(kuò)孔時近似用D=D1-D2/2。其中D1擴(kuò)孔直徑；D2已鉆孔直徑。</p><p><b>　　2、計算摩擦阻力</b></p><p>　　機(jī)床工作部件對動力滑臺的法向力為：</p><p>

24、;<b>　　靜摩擦阻力</b></p><p><b>　　動摩擦阻力</b></p><p><b>　　3、計算慣性阻力</b></p><p>　　機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=G1+G2=1500kg</p><p>　　4、把以上分析計算各工況負(fù)載列表。</p>

25、;<p><b>　　表2-1-1</b></p><p>　　5、作F—t液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖</p><p><b>　　表2-1-2</b></p><p>　　第二節(jié)、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)</p><p>　　一、執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　易

26、知組合機(jī)床最大負(fù)載約為72012N時液壓系統(tǒng)宜取壓力P=8MPa。鑒于動力滑臺要求快進(jìn)、快推速度相等，這里液壓缸可選取單活塞式桿的，并在快進(jìn)時做差動連接。在這種情況下液壓有桿腔的工作面積應(yīng)為無桿腔面積的兩倍，即，而活塞桿直徑 d與缸筒直徑D成d=0.707D的關(guān)系。</p><p>　　二、初選液壓缸工作壓力 </p><p>　　液壓缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來確定

27、。</p><p>　　表2-2-1 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力 </p><p>　　表2-2-2 按機(jī)械類型選執(zhí)行文件的工作壓力 </p><p>　　三、液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　1確定缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d。</p><p>　　在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具備有背壓力，以防止鉆孔鉆

28、通時滑臺突然前沖，取?？爝M(jìn)時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力略大于無桿腔，但其差值較小，則先取。快退時回油腔中是有背壓的，這時也可按估算。計算如下：</p><p>　　將這些直徑按GB—80圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)得 </p><p>　　由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為 </p><p>　　由上述計算結(jié)果可知，流量控制閥無論放在進(jìn)油路上還是回油路上

29、，有效工作面積A1、A2都能滿足動力滑臺的最低速速要求，同時活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也均符合要求。</p><p>　　2復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力。</p><p>　　根據(jù)上述假定條件經(jīng)計算得液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率。</p><p><b>　　表2-2-3</b></p><p>　　3、繪制液壓缸工況圖

30、</p><p><b>　　圖2-2-1</b></p><p>　　第三章 確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　一、選擇液壓回路</b></p><p>　　1、動力元件形式。從工況圖可以看出，該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成。其最大流量和最小流量之比qm

31、ax/qmin=/=105.3;</p><p>　　鉆孔時工進(jìn)與快進(jìn)之比為83.8/1.85=45.3,擴(kuò)孔時工進(jìn)與快進(jìn)之比為106/2.67=39.7。為了節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的效率，因此采用雙聯(lián)式定量葉片泵供油，如圖</p><p>　　二、選擇快速運動和換向回路</p><p>　　系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不論采用何種油源形式都必須有單</p>

32、<p>　　獨的油路直接通向液壓缸兩腔，以實現(xiàn)快速運動，在本系統(tǒng)中，</p><p>　　快進(jìn)，快退換向回路應(yīng)采用圖3b所示形式。</p><p>　　三、選擇速度換接回路</p><p>　　由于工況圖（圖2）中的Q-L曲線可知，當(dāng)滑臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)換為</p><p>　　工進(jìn)時，輸入液壓缸的流量 降至 （擴(kuò)孔時降</p>

33、;<p>　　到 ，滑臺的速度變化較大，可選用行程閥來控制</p><p>　　速度的轉(zhuǎn)換，以減少液壓沖擊 （見圖3c）。當(dāng)滑臺由工進(jìn)轉(zhuǎn)</p><p>　　為快退時，回路中通過的流量很大。為了保證換向平穩(wěn)起見，</p><p>　　宜采用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換接回路（見圖3b），由</p><p>　　于這一回路還要實現(xiàn)

34、液壓缸的差動連接，所以換向閥必須是五通的</p><p>　　四、選擇調(diào)壓和卸荷回路</p><p>　　油源中有溢流閥（見圖3a），調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓問題已在油源中解決，無須再設(shè)置調(diào)壓回路。而且，系統(tǒng)采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，故溢流閥常開，即使滑臺被卡住，系統(tǒng)壓力也不會超過溢流閥的調(diào)定值，所以又起安全作用。</p><p>　　a) 液壓源 b)

35、換向回路 c) 速度換向回路</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　五、繪制液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　第四章 液壓元件的選擇</p><p>　　確定液壓泵的最大工

36、作壓力。</p><p>　　液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為7.86MPa， 如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa即為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力0．5MPa則小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為</p><p>　　大流量液壓泵在快進(jìn)／快退運動時才向液壓缸輸油，由圖2可知，快退時液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時大，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.5MPa（因為此時進(jìn)油

37、不經(jīng)調(diào)速間故壓力損失減小人 則大流量液壓泵的最高工作壓力為</p><p><b>　　確定液壓泵的流量。</b></p><p>　　由圖2可知，兩個液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為30L／min,因系統(tǒng)較簡單，取泄漏系數(shù)=1.05，則兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為</p><p>　　L/min=31.5L/min</p><

38、p><b>　　選擇液壓泵的規(guī)格。</b></p><p>　　由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L／min，而工進(jìn)時輸人液壓缸的流量為0.6L／min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為3.6L／min.</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別

39、為 6mL/r和 26mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=1400r／min時該液壓泵的理論流量為42L／min則若取液壓泵的容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為</p><p>　　L／min=28.8L／min</p><p>　　四、確定驅(qū)動液壓泵電機(jī)的功率</p><p>　　由于液壓缸在快退時輸人功率最大，這時液壓泵工作壓力為1.6MPa、流量為28.

40、8L／min。查表 取液壓泵的總效率=0.7 5，則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為</p><p>　　= (228.8)/(600.75)=1.28KW</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y90L—4型電動機(jī)，其額定功率Pn=1.5kw，額定轉(zhuǎn)速nn=1400r／min。</p><p>　　五、閥類元件及輔助元件</p><p

41、>　　(一)、根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表 3。表3中序號與圖5 的元件標(biāo)號相同。</p><p>　　表4-1 元件的型號及規(guī)格</p><p>　　注：此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=1400r/min時液壓泵輸出的實際流量。</p><p><b>　?。ǘ┯凸?lt;/b>

42、;</p><p>　　各元件間連接管路的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)出管則按輸入排出的最大流量計算。由于液壓泵的選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算如表4所示。</p><p>　　表 4-2 液壓缸的進(jìn)出流量</p><p>　　由表4-2可以看出，液壓缸在各個工作階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。</p>

43、<p>　　查表可知，取油液在壓油管的流速v=3m/s，計算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</p><p>　　這兩根油管都按YB 2 31—7 0選用內(nèi)徑Φ15mm、外徑Φ18.2mm的15號冷拔無縫鋼管。</p><p><b>　?。ㄈ┯拖?lt;/b></p><p>　　油箱容積估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)ξ=7，故其容積

44、為</p><p>　　=728.8L=201.6L</p><p>　　按GB2876—8l規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V＝250L。</p><p>　　第五章 驗算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　一、驗算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能估算閥類元

45、件的壓力損失，待設(shè)計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。壓力損失的驗算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。</p><p><b>　?。?）快進(jìn)</b></p><p>　　滑臺快進(jìn)時，液壓缸差動連接，查表可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥2的流量是23.4L／min 通過電液換向閥2的流量是28.8L／min,然后與液壓缸無桿腔的回油匯合，以流量54.45

46、L／min通過行程閥3并進(jìn)人無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為</p><p>　　回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥 2和單向閥 6的流量都是25.7L／min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流人無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有桿腔壓力機(jī)與無桿腔壓力p1之差。</p><p>　　此值與估計值基本相符。</p><p><b>　?。?）工進(jìn)<

47、/b></p><p>　　鉆孔時，油液在進(jìn)油路上通過換向閥3的流量為0.6L/min,在調(diào)速閥5處的壓力損失為0.5MPa;油液在回油路上通過換向閥3的流量是0.283L/min,在背壓閥9處的壓力損失為0.6MPa，通過順序閥8的流量是（0.283+23.4）L/min=23.683L/min,因此這時折算到進(jìn)油路上因閥類元件造成的總壓力損失為</p><p>　　液壓缸回油控的

48、壓力p2為</p><p>　　可見此值略大于原估計值。故可重新計算公進(jìn)時液壓缸進(jìn)油腔壓力p1,即</p><p>　　此值略高于查表中數(shù)值。</p><p>　　考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓力差Δpe=0.5MPa,估鉆孔時溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)</p><p>　　擴(kuò)孔時，進(jìn)油路上因閥類元件造成的總壓力損失為</p><p

49、>　　液壓缸回油控的壓力p2為</p><p>　　可見此值略大于原估計值。故可重新計算公進(jìn)時液壓缸進(jìn)油腔壓力p1,即</p><p>　　此值略高于查表中數(shù)值。</p><p>　　考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓力差Δpe=0.5MPa,估鉆孔時溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)</p><p><b>　?。?）快退</b>&l

50、t;/p><p>　　快退時，油液在進(jìn)油路上通過單向閥2的流量為23.4L/min、通過換向閥3的流量為28.8L/min；油液在回油路上通過換向閥3流量是54.45L/min。因此進(jìn)油路上總壓降為</p><p><b>　　二、驗算油液溫升</b></p><p>　　工進(jìn)在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例達(dá)95%（見前），所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫

51、升可按工作時的工況來計算。</p><p>　　鉆孔時液壓缸的有效功率為</p><p>　　這時大流量液壓泵經(jīng)順序閥8卸荷，小流量液壓在高壓下供油。大液壓泵通過順序閥8的流量為=23.4L/min，由表查得該閥在額定流量=63L/min時的壓力損失Δ=0.3MPa，故此閥在工作時的壓力損失</p><p>　　小液壓泵工作時的工作壓力=9.16MPa，流量=5.4

52、L/min，所以兩個液壓泵的總輸入功率為</p><p>　　計算得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　計算出油箱的散熱面積為</p><p>　　由表查得油箱的散熱系數(shù)K=15W/（），則求出油液溫升為</p><p>　　查表知，此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。</p><p><

53、b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 路甬祥，等.液壓氣動技術(shù)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[2] 李壯云，葛宜遠(yuǎn)，液壓元件與系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[3] 馬恩，液壓與氣壓傳動.北京：電子工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[4