機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)---組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)課題：臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　適用：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)</p><p><b>　　2009年</b></p><p><b>　　前言</b></p&

2、gt;<p>　　液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會(huì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要的。</p><p>　　液壓傳動(dòng)在國(guó)

3、民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了廣泛的應(yīng)用，但是各部門采用液壓傳動(dòng)的處發(fā)點(diǎn)不盡相同：例如，工程機(jī)械、壓力機(jī)械采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其重量輕、體積??；機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)的主要原因則是取其在工作過程中能無級(jí)變速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能實(shí)現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。為此，液壓傳動(dòng)常在機(jī)床的如下一些裝置中使用：</p><p><b>　　進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置<

4、/b></p><p>　　這項(xiàng)應(yīng)用在機(jī)床上最為廣泛，磨床的砂輪架，車床、自動(dòng)車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架，磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺(tái)或主軸箱，組合機(jī)床的動(dòng)力頭或滑臺(tái)等，都可采用液壓傳動(dòng)。</p><p>　　往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置</p><p>　　龍門刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床或插床的滑枕，都可以采用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)其所需的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，前者的速度可達(dá)60～90m/

5、min，后者的速度可達(dá)30～50m/min。這些情況下采用液壓傳動(dòng)，在減少換向沖擊、降低能量消耗，縮短換向時(shí)間等方面都很有利。</p><p>　　回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置</p><p>　　車床主軸可以采用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)，但是這一應(yīng)用目前還不普遍。</p><p><b>　　仿形裝置</b></p><

6、;p>　　車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其精度最高可達(dá)0.01～0.02mm。此外，磨床上的成型砂輪修正裝置和標(biāo)準(zhǔn)四缸校正裝置亦可采用這種系統(tǒng)。</p><p><b>　　5.輔助裝置</b></p><p>　　機(jī)床上的夾緊裝置，變速裝置、絲杠螺母間隙消除裝置，垂直移動(dòng)部件的平衡裝置，分度裝置，工件和刀具的裝卸、輸送、儲(chǔ)存裝置等，都

7、可以采用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，這樣做有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)化的程度。</p><p>　　液壓動(dòng)力滑臺(tái)是利用液壓缸將泵站提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)榛_(tái)運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)械能，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并完成一定得動(dòng)作循環(huán)，是一種以速度變換為主的中、低壓液壓系統(tǒng)，在高效、專用、自動(dòng)化程度較高的機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。因此，在液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中具有綜合性和代表性，通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)可以全面的應(yīng)用和鞏固所學(xué)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)

8、能力和繪圖能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)、獲取信息和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，特別是使學(xué)生在液壓傳動(dòng)與控制的基本理論和應(yīng)用方面得到進(jìn)一步的提高。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，每人要完成《臥式單面多軸鉆鏜組合機(jī)床液壓設(shè)計(jì)與說明書》一份，設(shè)計(jì)圖紙六張。在撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算與說明書和設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，要嚴(yán)格遵守以下要求：</p><p>　　撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算與說明書要求：</p><p>　　

9、計(jì)算過程、步驟。清晰，層次分明，根據(jù)充分，數(shù)據(jù)和結(jié)果準(zhǔn)確。</p><p>　　分析說明要重點(diǎn)突出，觀點(diǎn)明確，論理正確，邏輯性強(qiáng)，有說服力。</p><p>　　提倡合理運(yùn)用必要的附圖、表格、曲線等分析說明問題。</p><p>　　文理通順，語(yǔ)言確切，論述清晰，文字簡(jiǎn)練。</p><p>　　序碼編號(hào)要層次清楚、合理。</p>

10、<p>　　內(nèi)容要在個(gè)人獨(dú)立思考、分析理解的基礎(chǔ)上，自行計(jì)算說明和加工整理。不得盲目抄錄參考資料，嚴(yán)禁抄襲他人的設(shè)計(jì)內(nèi)容。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)圖紙要求</b></p><p>　　繪制零件圖、裝配圖時(shí)，必須先搞清零件的作用功能、結(jié)構(gòu)、相關(guān)件的裝配連接關(guān)系等，明確圖紙需要表達(dá)的部分和內(nèi)容。</p><p>　　根據(jù)零件的

11、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按規(guī)定確定圖幅、比例，合理選擇和布置基本視圖和剖視、剖面圖等。</p><p>　　繪制每一條圖線，標(biāo)注每一個(gè)符號(hào)都有弄懂道理，獨(dú)立繪制圖樣，不得拷貝他人圖紙。</p><p>　　圖紙內(nèi)容要完整，應(yīng)包括：視圖、尺寸、加工裝配符號(hào)、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和零件表等。</p><p>　　圖紙要嚴(yán)格按照機(jī)械制圖等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范繪制，圖樣表達(dá)、尺寸標(biāo)注、公差配合、表面

12、粗糙度和材質(zhì)等，一律采用新標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　第一部分 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計(jì)算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟一般如

13、下：</p><p><b>　　一、明確設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。具體內(nèi)容包括：</p><p>　　主機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、總體布局；</p><p>　　主機(jī)要求液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作順序或互鎖要求；</p><p>　　主機(jī)采用液壓系統(tǒng)的各執(zhí)

14、行元件在力和運(yùn)動(dòng)方面的要求；</p><p>　　對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求；</p><p>　　液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件等；</p><p>　　液壓裝置的重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)工況分析</b></p><p>

15、;<b>　　1．運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　按設(shè)備的工藝要求，把所研究的執(zhí)行元件在完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用圖表示出來，一般用速度——時(shí)間（v—t）或速度——位移（v—s）曲線表示，稱執(zhí)行元件的速度循環(huán)圖（速度圖）。</p><p><b>　　2．負(fù)載分析</b></p><p>　　按設(shè)備的工藝要求，把

16、執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線表示出來，稱執(zhí)行元件的負(fù)載——位移（時(shí)間）曲線圖（負(fù)載圖）。由此圖可直接的看出在運(yùn)動(dòng)過程充何時(shí)受力最大，何時(shí)受力最小等各種情況，以此作為以后的設(shè)計(jì)依據(jù)。F</p><p>　　液壓缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的負(fù)載為</p><p>　　F=Ft+Ff+Fa （1-1）</p><p&g

17、t;<b>　　工作負(fù)載Ft</b></p><p>　　工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同，對(duì)于機(jī)床，切削力是工作負(fù)載。工作負(fù)載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值，也可能是負(fù)值，負(fù)載的方向與液壓缸（或活塞）的運(yùn)動(dòng)方向相反者為正，相同者為負(fù)。</p><p>　　由切削原理可知：高速鋼鉆頭鉆鑄鐵時(shí)的軸向切

18、削力Ft與鉆頭直徑D、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s和鑄鐵硬度HB之間的經(jīng)驗(yàn)算式為：</p><p>　　Ft =25.5Ds0.8（HB）0.6 （1-2）</p><p>　　根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n和進(jìn)給量s可選用下列數(shù)值：</p><p>　　對(duì)φ=13.9mm的孔來說 n1=360r/min s1=0.147mm/r

19、</p><p>　　對(duì)φ=8.5mm的孔來說 n2=550r/min s1=0.096mm/r</p><p><b>　　摩擦阻力負(fù)載</b></p><p>　　摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力，其值恒為正值。</p><p>　　Ff=fFN

20、 （1-3）</p><p>　　式中：FN——運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支撐面的正壓力；</p><p>　　f——摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（fs≤0.2～0.3）和動(dòng)摩擦系數(shù)（fd≤0.05～0.1）。</p><p><b>　?。?）慣性負(fù)載Fm</b></p><p>　　慣性負(fù)載是指運(yùn)動(dòng)部件在啟

21、動(dòng)或制動(dòng)過程中，因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可由牛頓第二定律計(jì)算。</p><p>　　Fs=ma=G/g×△v/△t （1-4）</p><p>　　式中：m——運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，Kg；</p><p>　　a——運(yùn)動(dòng)部件的加速度，m/s2；</p><p>　　G——運(yùn)動(dòng)部件的重力N<

22、/p><p>　　g——重力加速度，m/s2；</p><p>　　△v——速度的變化量，m/s；</p><p>　　△t——速度變化所需要的時(shí)間，s。</p><p>　　除此之外，液壓缸的受力還有活塞和活塞桿處的密封裝置的摩擦阻力，其計(jì)算方法和密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，由于詳細(xì)計(jì)算比較麻煩，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般將其考慮在

23、液壓缸的機(jī)械效率中，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取ηm=0.85～0.97，另外，還有背壓力，可在最后計(jì)算時(shí)確定。</p><p>　　液壓缸主要參數(shù)的確定</p><p><b>　　1．確定工作壓力</b></p><p>　　液壓缸工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器設(shè)備的類型來確定。一般來說，工作壓力選大些，可以減少液壓缸內(nèi)徑及液壓系統(tǒng)其它元件的尺寸，使整個(gè)系

24、統(tǒng)緊湊，重量輕，但是要用價(jià)格較貴的高壓泵，并使密封復(fù)雜化，而且會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向沖擊大等缺點(diǎn)；若工作壓力選的過小，就會(huì)增大液壓缸的內(nèi)徑和其它液壓元件的尺寸，但密封簡(jiǎn)單。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?，設(shè)計(jì)時(shí)可用類比法來確定，參考下表。</p><p>　　表一 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　表二 按主機(jī)類型選擇系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　2．確

25、定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d</p><p>　　鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)作循環(huán)是快進(jìn)——工進(jìn)——快退，且要求快進(jìn)和快退的速度相等，這里的液壓缸需選用單杠式的，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。這種情況下的液壓缸無桿腔工作面積A1取為有桿腔工作面積A2的兩倍，即活塞桿直徑d與液壓缸缸筒直徑D的關(guān)系是d=0.707D。</p><p>　　在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須有背壓p2，取p2=0.8Mpa，

26、以防止被鉆孔時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)突然前沖。</p><p>　　由工進(jìn)時(shí)的推力，列出活塞的力平衡方程式，計(jì)算液壓缸面積：</p><p>　　F/ηm=A1p1-A2p2=A1p1-（A1/2）p2</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　D=

27、 （1-7）</p><p>　　式中 p1——液壓缸的工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力；</p><p>　　p2——液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無法準(zhǔn)確計(jì)算，可先根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行估計(jì)；（本設(shè)計(jì)可參考以下選擇：在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須有背壓p2，取p2=0.8Mpa，以防止被鉆孔時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)突然前沖?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，油管中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于

28、無桿腔，但其差值較小，可先按0.5MPa考慮。快退時(shí)回油腔中是有背壓的，這是也可按p2=0.5MPa考慮。）</p><p>　　F——工作循環(huán)中的最大外負(fù)載；</p><p>　　Fc——液壓缸密封處的摩擦力，它的精確值不易求出，常用液壓缸的機(jī)械效率ηm進(jìn)行估算，F(xiàn)+Fc=F/ηm； </p><p>　　ηm——液壓缸的機(jī)械效率，一般ηm=0.85～

29、0.97；</p><p>　　由計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d值應(yīng)按GB2348—1993圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件。</p><p>　　表3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-1993）</p><p>　　表4 活塞桿直徑系列（GB2348-1993）</p><p>　　液壓缸最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算：對(duì)選定后的液

30、壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算，要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即A＞Amin。</p><p>　　Amin=qmin/vmin （1-8）</p><p>　　式中 qmin——流量閥的最小穩(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得；</p><p>

31、　　vmin——液壓缸的最低速度，由設(shè)計(jì)要求給定。</p><p>　　3．確定液壓缸所需的最大流量</p><p>　　液壓缸所需的最大流量qmax等于液壓缸有效面積A和液壓缸最大移動(dòng)速度vmax的乘積，即</p><p>　　qmax=Avmax （1-9）</p><p>　　如果液

32、壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A不大于計(jì)算所得的最小有效面積Amin，則說明液壓缸不能保證最小穩(wěn)定速度，此時(shí)必須增大液壓缸內(nèi)徑，以滿足速度穩(wěn)定的要求。</p><p>　　4．繪制液壓執(zhí)行元件的工況圖</p><p>　　液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖，流量圖和功率圖。</p><p><b>　　（1）工況圖的繪制</b></p>

33、<p>　　按照上面所確定的液壓執(zhí)行元件的工作面積和工作循環(huán)中各階段的負(fù)載，即可繪制出壓力圖；根據(jù)執(zhí)行元件的工作面積以及工作循環(huán)中各階段所要求的運(yùn)動(dòng)速度，即可繪制流量圖；根據(jù)所繪制的壓力圖和流量圖，即可計(jì)算出各階段所需的功率，繪制功率圖。</p><p><b>　?。?）工況圖的作用</b></p><p>　　從工況圖上可以直觀的、方便的找出最大工作壓力

34、、最大流量和最大功率，根據(jù)這些參數(shù)即可選擇液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)是系統(tǒng)中所有液壓元件的選擇的依據(jù)，對(duì)擬定液壓基本回路也具有指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　擬定液壓系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)，它的好壞從根本上影響整個(gè)液壓系統(tǒng)。</p><p>　　擬定液壓系統(tǒng)原理圖一般應(yīng)考慮

35、以下幾個(gè)問題：</p><p>　　采用何種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行元件；</p><p><b>　　確定供油方式；</b></p><p><b>　　調(diào)速方式的選擇；</b></p><p>　　快速回路和速度換接方式的選擇；</p><p>　　如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循環(huán)和順序動(dòng)作

36、；</p><p>　　系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求；</p><p>　　壓力測(cè)量點(diǎn)的合理選擇。</p><p>　　根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路歸并、整理，在增加一些必要的元件或輔助油路，使之成為完整的液壓系統(tǒng)，進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)還必須注意一下幾點(diǎn)：</p><p>　　盡可能省去不必要的元件，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

37、；</p><p>　　最終綜合出來的液壓系統(tǒng)應(yīng)保證其工作循環(huán)中的每個(gè)動(dòng)作都安全可靠，互相無干擾；</p><p>　　盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件，減少自行設(shè)計(jì)的專用件；</p><p>　　盡可能使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理，便于維修檢測(cè)。</p><p>　　初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后，應(yīng)檢查其動(dòng)作循環(huán)，并制定系統(tǒng)工作循環(huán)表（電磁鐵動(dòng)作順序表）。</p>

38、;<p>　　液壓元件的計(jì)算和選擇</p><p>　　所謂液壓元件的計(jì)算，是要計(jì)算該元件在工作中承受的壓力和通過的流量，以便來選擇液壓泵的規(guī)格。</p><p>　　確定液壓泵的型號(hào)和電機(jī)功率</p><p>　　先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵類型，然后根據(jù)液壓泵的最高供油量來選擇液壓泵的規(guī)格。</p><p>　　確定液

39、壓泵的最高工作壓力pp</p><p>　　液壓泵的最高工作壓力就是在系統(tǒng)正常工作時(shí)所能提供的最高壓力，對(duì)于定量泵系統(tǒng)來說，這個(gè)壓力是由溢流閥調(diào)定的；對(duì)于變量泵系統(tǒng)來說，這個(gè)工作壓力是與泵的特性曲線上的流量相對(duì)應(yīng)的，液壓泵的最高工作壓力是選擇液壓泵型號(hào)的重要依據(jù)。</p><p>　　考慮到正常工作時(shí)，進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為：</p><p>

40、　　pp≥p1+∑△p1 （1-10）</p><p>　　式中： pp——液壓泵最大工作壓力</p><p>　　p1——執(zhí)行元件最大工作壓力</p><p>　　∑△p1——進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)一般有節(jié)流調(diào)速和管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng)取=0.2～0.5MPa，有調(diào)速閥和管路較復(fù)雜的系統(tǒng)取=0.5～1.5 MP

41、a。</p><p>　　確定液壓泵的最大流量</p><p>　　液壓泵的最大流量qp按執(zhí)行元件工況圖上的最大工作流量及系統(tǒng)中的泄漏量來確定。即</p><p>　　qp≥KL∑qmax （1-11）</p><p>　　式中 qp——液壓泵的最大流量，L/min；</p&g

42、t;<p>　　∑qmax——同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這是溢流閥正在進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量2～3L/min。</p><p>　　KL——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1～1.3。</p><p><b>　　選擇液壓泵的規(guī)格</b></p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算的值，即可從產(chǎn)品樣本中選擇合適的液壓

43、泵的型號(hào)和規(guī)格。</p><p>　　為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲(chǔ)備，通常泵的額定壓力應(yīng)滿足：</p><p>　　pn≥（1.25～1.60）pp （1-12）</p><p>　　泵的額定流量則宜與qp相當(dāng)，不要超過太多，以免造成過大的功率損失。</p><p>　　確定液壓泵

44、的驅(qū)動(dòng)功率</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)中使用定量泵時(shí)，其驅(qū)動(dòng)功率可按下式計(jì)算：</p><p>　　P= pnqn /ηp （1-13）</p><p>　　式中 P——電機(jī)功率，W；</p><p>　　pn——泵的額定壓力，Mpa；</p><p>

45、　　qn——泵的額定流量，L/min；</p><p><b>　　閥類元件的選擇</b></p><p>　　閥類元件的選擇是根據(jù)閥的最大工作壓力和流經(jīng)閥的最大流量來選擇閥的規(guī)格。即所選用的閥類元件的額定壓力和額定流量要大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實(shí)際通過閥的最大流量。在條件不允許時(shí)，可適當(dāng)增大通過閥的流量，但不得超過閥的額定流量的20%，否則會(huì)引起壓力損失過大。具體地

46、講選擇壓力閥時(shí)應(yīng)考慮調(diào)壓范圍，選擇流量閥時(shí)應(yīng)注意其最小穩(wěn)定流量，選擇換向閥時(shí)除應(yīng)考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能及操作方式。</p><p>　　液壓閥的型號(hào)規(guī)格見液壓手冊(cè)。</p><p><b>　　確定管路尺寸</b></p><p>　　液壓缸進(jìn)、出油管的管徑應(yīng)按輸入、輸出的最大流量計(jì)算，由于液壓泵具體選定之后，液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)

47、、出流量以與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算。管路內(nèi)徑的選擇是以降低流動(dòng)造成的壓力損失為前提的，液壓管路中流體的流動(dòng)多為層流，壓力損失正比于油液在管路中的平均流速，因此根據(jù)流速確定管徑是常用的簡(jiǎn)便方法。</p><p>　　管路內(nèi)徑d按下式計(jì)算：</p><p>　　d= （mm） （1-14）</p><p>

48、;　　式中：q——通過油管的流速；</p><p>　　v——油管中允許的流速，一般對(duì)吸油管取0.5～1.5m/s，壓油管取2.5～5m/s，（壓力高時(shí)取大值，壓力低時(shí)取小值），回油管取1.5～2m/s。</p><p>　　由上式計(jì)算出的管徑應(yīng)按JB827-66，將其圓整到標(biāo)準(zhǔn)管徑，參見液壓手冊(cè)。</p><p>　　油管管壁一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查

49、液壓傳動(dòng)手冊(cè)確定。</p><p>　　各元件間連接管路的規(guī)格按元件接口尺寸確定。</p><p><b>　　液壓油箱容積的確定</b></p><p>　　油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的80%的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、散熱平衡的原則來計(jì)算，但這只是在系統(tǒng)負(fù)載較大、長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)采用必要進(jìn)行，一般只需按液壓泵的額定流量qn估算即可。&

50、lt;/p><p>　　低壓系統(tǒng)中（p≤2.5MPa）：V=（2～4）qn</p><p>　　中壓系統(tǒng)中（p≤6.3MPa）：V=（5～7）qn （1-15）</p><p>　　高壓系統(tǒng)中（p＞6.3MPa）：V=（6～12）qn</p><p>　　液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一

51、般尺寸比（長(zhǎng)、寬、高）為1：1：1～1：2：3。為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將油箱的容量予以增大。</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算</b></p><p>　　必要時(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行驗(yàn)算，如果有經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類設(shè)備可供類比參考，或有可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么液壓可以不再進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p>

52、;　　1. 壓力損失的驗(yàn)算</p><p>　　在前面確定液壓泵的最高工作壓力時(shí)，關(guān)于壓力損失是進(jìn)行估算的?，F(xiàn)在系統(tǒng)的元件、管道直徑、管接頭等都確定下來了，所以需要驗(yàn)算一下管路系統(tǒng)的壓力損失，看其是否在假設(shè)范圍內(nèi)，借此可以較準(zhǔn)確地確定液壓泵的工作壓力，并可確定各種壓力閥的調(diào)定壓力值，保證系統(tǒng)的工作性能。</p><p>　　液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲(chǔ)備量，如果計(jì)算出的系統(tǒng)調(diào)整壓力大于液壓泵的額

53、定壓力的75%，則應(yīng)該重新選擇元件規(guī)格和管道尺寸，以減小壓力損失，或者另選額定壓力較高的液壓泵。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的的壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件的局部損失三項(xiàng)。計(jì)算系統(tǒng)壓力損失時(shí)，不同的工作階段要分開來計(jì)算?；赜吐飞系膲毫p失要折算到進(jìn)油路上。因此，某一工作階段液壓系統(tǒng)的總的壓力損失為</p><p><b>　?。?-16）</b>

54、;</p><p>　　式中 ——系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失；</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　——進(jìn)油路總的沿程壓力損失</p><p>　　——進(jìn)油路總的局部損失</p><p>　　——進(jìn)油路上閥的總損失</p><p><b

55、>　?。?-18）</b></p><p>　　——閥的額定壓力損失，由產(chǎn)品樣本中查到；</p><p><b>　　——閥的額定流量；</b></p><p>　　——通過閥的實(shí)際流量；</p><p>　　——系統(tǒng)回油路的總壓力損失；</p><p><b>　?。?/p>

56、1-19）</b></p><p>　　——回油路總的沿程損失；</p><p>　　——回油路總的局部損傷；</p><p>　　——回油路上閥的總損失，計(jì)算方法同進(jìn)油路；</p><p>　　——液壓缸進(jìn)油腔的面積；</p><p>　　——液壓缸回油腔的面積。</p><p>

57、<b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中 ——液壓缸工作腔的壓力。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算</b></p><p>　　液流經(jīng)液壓泵、執(zhí)行元件、溢流閥或其它閥及管道的功率損失都將轉(zhuǎn)化為熱能，使系統(tǒng)發(fā)熱，油溫升高。油溫升高過多，會(huì)造成系統(tǒng)的泄漏增加，運(yùn)動(dòng)件動(dòng)作失靈，油液變質(zhì)，縮

58、短橡膠圈的壽命等不良后果，所以，為了使液壓缸保持正常工作，應(yīng)使油溫保持在許可的范圍之內(nèi)。</p><p>　　（1）系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算</p><p>　　在單位時(shí)間內(nèi)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（即損失功率）可由下式計(jì)算。</p><p>　　=Pp-Pe （1-21） </p&g

59、t;<p>　　式中 ——液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量（W）；</p><p>　　Pp——液壓泵的輸入功率（W），Pp =pq/η；</p><p>　　Pe——執(zhí)行元件的有效功率（W），P=Fv。</p><p><b>　?。?）散熱面積計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)之比為1：1：1到1

60、：2：3范圍內(nèi)，且油位是油箱高度的0.8時(shí)，其散熱面積可用下式計(jì)算。</p><p>　　A= (m2) （1-22）</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)的溫升</b></p><p><b>　　(1-23)</b></p><p>　　——系統(tǒng)

61、的散熱功率，KW；</p><p>　　——油液的溫升，℃；</p><p>　　——油箱散熱系數(shù)，見表</p><p>　　——油箱散熱面積，m2。</p><p>　　表5 油箱散熱系數(shù)</p><p>　　在液壓系統(tǒng)中，工作介質(zhì)溫度一般不應(yīng)超過70℃，因此在進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算時(shí)，工作介質(zhì)溫度不應(yīng)超過65℃，如果計(jì)算

62、溫度過高，就必須采取增大油箱散熱面積或增加冷卻器等措施。</p><p>　　第二部分 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓缸的結(jié)構(gòu)主要分為缸筒組件、活塞組件、密封組件、緩沖組件、排氣裝置及安裝方式。在設(shè)計(jì)液壓缸結(jié)構(gòu)時(shí)，主要涉及各部分結(jié)構(gòu)的選擇、強(qiáng)度計(jì)算和主要零件的材料及工藝要求。</p><p>　　液壓缸主要尺寸的確定</p><

63、p><b>　　液壓缸內(nèi)徑D</b></p><p><b>　　D=</b></p><p><b>　　活塞桿的直徑d</b></p><p>　　d=0.707D（差動(dòng)連接）</p><p>　　缸筒壁厚和外徑的計(jì)算</p><p>　　液壓

64、缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。其值δ由液壓缸的強(qiáng)度條件來確定。</p><p>　?。?）對(duì)于薄壁缸筒（D/δ≥10）：</p><p>　　δ≥ （2-1）</p><p>　　式中：D——液壓缸直徑（mm）；</p><p>　　py——缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)液壓缸額定工

65、作壓力p≤16MPa時(shí)。取py =1.5p，當(dāng)p＞16MPa時(shí)，取py =1.25p；</p><p>　　〔σ〕——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：〔σ〕=110～120Mpa；鑄鐵：〔σ〕=100～110Mpa；無縫鋼管：〔σ〕=110～120Mpa，高強(qiáng)度鑄鐵：〔σ〕=60Mpa；灰鑄鐵：〔σ〕=25Mpa。</p><p>　　在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算出的液壓缸的壁厚往往很

66、小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削加工過程的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p>　?。?）對(duì)于厚壁缸筒（D/δ＜10），應(yīng)按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。</p><p>　　對(duì)于脆性及塑性材料：δ＞ （2-2）</p><p>　　式中符號(hào)意義

67、同前。液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1為</p><p>　　D1≥D+2δ （2-3）</p><p>　　式中D1應(yīng)按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。</p><p><b>　　4．缸蓋厚度的確定</b></p><p>　　一般液壓缸多為平底缸蓋，其有

68、效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算。</p><p>　　無孔時(shí)： （2-4）</p><p>　　有孔時(shí)： （2-5）</p><p>　　式中：t——缸蓋有效厚度（m）</p><p>　　

69、D2——缸蓋止口內(nèi)徑（m）</p><p>　　d2——缸蓋孔的直徑（m）</p><p><b>　　最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定</b></p><p>　　當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)軸承支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。見圖。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有

70、一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。</p><p>　　對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求：</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　式中： L——液壓缸的最大行程；</p><p>　　D——液壓缸的內(nèi)徑；</p><p>　　活塞的寬度B：一般取B=（0.6～1.0）D

71、；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定；</p><p>　　當(dāng)D＜80mm時(shí)，取l1=（0.6～1.0）D；</p><p>　　當(dāng)D＞80mm時(shí)，取l1=（0.6～1.0）d；</p><p>　　為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，若過分增大l1和B都是不適宜的，必要是可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H覺得，即</p

72、><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　6.缸筒長(zhǎng)度的確定</b></p><p>　　缸筒的長(zhǎng)度L0由最大工作行程及結(jié)構(gòu)上的需要決定,一般不大于缸筒內(nèi)徑的20～30倍?？砂聪率竭M(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　L0=L+B+H+S (mm)

73、 （2-8）</p><p>　　式中 L——活塞最大行程；</p><p><b>　　B——活塞寬度；</b></p><p>　　H——活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度；</p><p>　　S——其他長(zhǎng)度，指一些特殊裝置所需的長(zhǎng)度。</p><p>　　7.密封件的

74、溝槽尺寸確定</p><p><b>　　二、強(qiáng)調(diào)計(jì)算</b></p><p>　　1.缸筒端部連接強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　因采用的鏈接方式不同，故連接強(qiáng)度的計(jì)算內(nèi)容與公式不同，具體見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表19-6-12。給出液壓缸缸體與端蓋連接形式圖見表2-7。</p><p><b>　　2.缸筒壁厚驗(yàn)

75、算</b></p><p>　　計(jì)算求得缸筒壁厚δ的值后，應(yīng)作強(qiáng)度驗(yàn)算，即液壓缸額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全。</p><p><b>　?。∕Pa）</b></p><p>　　式中 σs=缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MPa）</p><p>　　3.活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算</p>&l

76、t;p>　　液壓缸的支承長(zhǎng)度LB是指活塞桿全部外伸時(shí)，液壓缸支承點(diǎn)與活塞桿前端連接之間的距離。</p><p>　　當(dāng)LB≤10d時(shí)，液壓缸為短行程型，主要須驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度，即</p><p><b>　?。╩）</b></p><p>　　式中 F——液壓缸的最大推力（N）；</p><p>　　

77、σs——材料的屈服強(qiáng)度（）；</p><p>　　ns——安全系數(shù)，一般ns=2～4；</p><p>　　d——活塞桿直徑（m）。</p><p>　　當(dāng)液壓缸支承長(zhǎng)度LB≥（10～15）d時(shí)，需要考慮活塞桿的穩(wěn)定性并進(jìn)行驗(yàn)算?；钊麠U彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷FK，可按下式計(jì)算，即</p><p><b>　　(N)</b>&l

78、t;/p><p>　　在彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷FK時(shí)，活塞桿將縱向彎曲。因此，活塞桿最大工作負(fù)荷F應(yīng)按下式驗(yàn)算，即</p><p><b>　　(N)</b></p><p>　　式中 E——活塞桿材料的彈性模數(shù)（MPa），對(duì)于鋼材，=210×103（MPa）</p><p>　　J——活塞桿橫截慣性矩（m4）&l

79、t;/p><p>　　K——安裝及導(dǎo)向系數(shù)</p><p>　　nk——安全系數(shù)，一般取nk =3.5；</p><p>　　LB——安裝距，（m）。</p><p>　　三、液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓缸主要尺寸確定以后，就要進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞

80、桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。</p><p>　　1．缸體與端蓋的連接形式</p><p>　　缸體端部和端蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件等因素有關(guān)。下表為常見的缸蓋連接形式。</p><p>　　2．活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p>

81、<p>　　下表為活塞缸與活塞的幾種常用的連接形式。分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。</p><p>　　3．活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)</p><p>　　活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便與更換，所以

82、應(yīng)用較為普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，已可以安裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑。</p><p>　　活塞桿處的密封形式有O形、V形、Y形和YS形密封圈。為了清除活塞桿處外露部分沾附的灰塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無骨架防塵圈和J形橡膠密封圈，也可以用毛氈圈防塵。具體結(jié)構(gòu)參看表中的圖例。</p><p>　　活塞及

83、活塞桿處密封圈的選用</p><p>　　活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選側(cè)不同類型的密封圈。下表為幾種常用的密封圈及使用參數(shù)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。（插入圖表）</p><p><b>　　液壓缸的緩沖裝置</b></p><p>　　液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度較高，

84、則在到達(dá)行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。先介紹幾種常用的緩沖結(jié)構(gòu)。</p><p>　　環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置</p><p>　　三角槽式節(jié)流緩沖裝置</p><p><b>　　可調(diào)節(jié)流緩沖裝置</b></p><p><b>

85、　　液壓缸的排氣裝置</b></p><p>　　對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床液壓缸和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。</p><p>　　排氣裝置的結(jié)構(gòu)有多種形式。常用的如圖所示兩種結(jié)果。</p><p>　　液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸進(jìn)出油口的連接

86、等。</p><p><b>　　液壓缸的安裝形式</b></p><p>　　根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等。</p><p>　　液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定</p><p>　　液壓缸的進(jìn)、出油口，可不置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)置活塞