液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)---臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　液壓與氣壓傳動(dòng)</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（本科）</p><p>　　《 液壓與氣壓傳動(dòng) 》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　姓 名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　辦學(xué)單位 </p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　姓名： 課題名稱：多軸組合機(jī)床

3、滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 辦學(xué)單位： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： 職稱： 工作單位： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、負(fù)載分析..................................................

4、..3</p><p>　　2.1 負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析..............................................3</p><p>　　2.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制........................................4</p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案擬定...........................

5、.....................5</p><p>　　3.1 選擇液壓基本回路............................................5</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)原理圖..........................................5</p><p>　　3.3 系統(tǒng)圖的原理......

6、..........................................6</p><p>　　三、參數(shù)計(jì)算....................................................7</p><p>　　4.1液壓缸參數(shù)計(jì)算...............................................7</p>&l

7、t;p>　　4.2液壓泵的參數(shù)計(jì)算............................................11</p><p>　　4.3電動(dòng)機(jī)的選擇.... ............ ....... .......................12</p><p>　　四、元件選擇..........................................

8、..........13</p><p>　　5.1 確定閥類元件及輔件 ........................................13</p><p>　　5.2油管的選擇..................................................13</p><p>　　5.3油箱容積的確定.............

9、.................................14</p><p>　　五、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算...........................................15</p><p>　　6.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失...........................................15</p><p>　　6.2

10、驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升.........................................16</p><p>　　六、小結(jié).......................................................18</p><p>　　七、參考文獻(xiàn)...................................................18&l

11、t;/p><p><b>　　一、負(fù)載分析</b></p><p>　　2.1負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　1．工作負(fù)載：工作負(fù)載即為軸向切削力Ff=24000。</p><p>　　2．摩擦負(fù)載：摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：</p><p>　　靜摩擦阻力Ffs=0.2 ×5100=

12、1020.</p><p>　　動(dòng)摩擦阻力 Ffd=01 × 5100=510</p><p><b>　　3．慣性負(fù)載:</b></p><p>　　取重力加速度，則有移動(dòng)部件質(zhì)量為m=510kg。</p><p>　　Fm=M×△v÷△t=510×3.5÷60

13、47;0.2=148.75N=149N</p><p><b>　　取η=0.95。</b></p><p>　　啟動(dòng)：=1020N Ft=F/η=1020/0.95=1073.7N</p><p>　　加速: =1020+149=1169N Ft=F/η=1169/0.95=1230.5N</p

14、><p>　　快進(jìn): =510N Ft=F/η=510/0.95536.8N</p><p>　　工進(jìn): =1020+25800=245100NFt=F/η=245100/0.95=25800N</p><p>　　快退: =510N Ft=F/η=510/0.95=536.8N</p&g

15、t;<p>　　表1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力</p><p>　　(液壓缸的機(jī)械效率取η=0.95)</p><p>　　注：不考慮動(dòng)力滑臺(tái)上顛覆力矩的作用。</p><p>　　2.2負(fù)載圖和速度圖的繪制</p><p>　　負(fù)載圖按表1中所示數(shù)據(jù)繪制，如下圖1所示。</p><p><b&g

16、t;　　圖1 負(fù)載循環(huán)圖</b></p><p>　　速度圖按如下已知數(shù)值繪制:</p><p>　　快進(jìn)速度與快退速度分別為：v1=v2=3.5/min</p><p>　　快進(jìn)行程：L1=200mm</p><p>　　工進(jìn)行程：L2=100mm</p><p>　　快退行程：L3=L1+L2=300m

17、m</p><p>　　工進(jìn)速度：v2=0.03~0.04m/min</p><p><b>　　速度圖如下圖2所示</b></p><p><b>　　圖2 速度循環(huán)圖</b></p><p><b>　　二、計(jì)方案擬定</b></p><p>　　1

18、：確定液壓泵類型及調(diào)速方式</p><p>　　參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥做定壓閥。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回路上加背壓閥，初定背壓值Pb=0.8Mpa.</p><p><b>　　2選用執(zhí)行元件</b></p><p>　　因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退

19、，且快進(jìn)快退速度相等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積A1等于有桿腔面積A2的二倍。</p><p>　　3：快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路</p><p>　　根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接和雙泵供油二種快速運(yùn)動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。</p><p>　　采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為

20、工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，由工作臺(tái)的行程開關(guān)控制，管路較簡(jiǎn)單，行程大小也容易調(diào)整，另外采用液壓順序閥與單向閥來切斷差動(dòng)油路。因此速度換接回路為行程閥與壓力聯(lián)合控制形式。</p><p><b>　　4：換向回路的選擇</b></p><p>　　本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換想閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差

21、動(dòng)連接，所以選用三位五通電磁換向閥。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。</p><p>　　5：組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 </p><p>　　將上述選出的液壓基本回路組合在一起，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如圖4-1所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處，背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀

22、測(cè)各點(diǎn)壓力。</p><p>　　圖2-1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如表2-2所示</p><p>　　表2-2電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p><b>　　三、參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　液壓缸參數(shù)計(jì)算</

23、b></p><p>　　1：初選液壓缸的工作壓力</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，在其他工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3初定液壓缸的工作壓力P1=40×105Pa。</p><p>　　表2 按負(fù)載選擇工作壓力、</p><p>　　表3 液壓常用設(shè)備的工作壓力</p><p>

24、;　　2：確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)，快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸。快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無(wú)桿腔有效面積A等于有桿腔有效面積 A的二倍</p><p>　　即A =2 A。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，按表8-2，初選背壓閥 =8×105Pa?？爝M(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接，但是由于油管中有壓降存在，有

25、桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估算時(shí)可取。快退時(shí)回油腔中有背壓，這時(shí)也可按5Pa 估算。</p><p>　　表4 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值</p><p>　　由前面的表格知最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=25800N，按此計(jì)算A1.則</p><p><b>　　液壓缸直徑</b></p><p>　　由A =2 A，可知活塞桿

26、直徑D=，d=0.707D=0.707×95.5mm=67.55mm</p><p>　　按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 D=100mm d=70mm</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 </p><p>　　按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最

27、小穩(wěn)定流量q=0.05/min，因工進(jìn)速度V=0.03m/min為最小速度，則有</p><p>　　A=78.54cm2＞16.67cm2,滿足最低速度的要求。</p><p>　　3：計(jì)算液壓缸各階段的工作壓力，流量和功率</p><p>　　根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力，流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按Pb=

28、8×105Pa代入，快退時(shí)背壓按Pb=5×105Pa代人計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果于下表中</p><p>　　表3-1：液壓缸所需的實(shí)際流量，壓力和功率</p><p>　　注：1.差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失△P=5×Pa,而 = +△P。</p><p>　　2：快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為,無(wú)桿腔回油，壓力為.退

29、時(shí)回油腔中有背壓，這時(shí)也可按5Pa 估算.</p><p><b>　　各階段壓力圖</b></p><p><b>　　各階段流量圖</b></p><p><b>　　液壓缸的工況圖</b></p><p><b>　　液壓泵的參數(shù)計(jì)算</b><

30、/p><p>　　由表3-1可知工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失∑△P=5×Pa，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為5×105Pa，則液壓泵最高工作壓力可按式下式算出</p><p>　　= +∑△P+5×=(36.9+5+5)×Pa=46.9×Pa </p><p>　　因此泵的額定壓力可取Pr1.25&#

31、215;46.9×105Pa=58.625×Pa</p><p>　　由表3-1可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.314/min，設(shè)溢流閥最小溢流為2.5L/min。</p><p>　　取泄露系數(shù)K=1.1,則小流量泵的流量應(yīng)為</p><p>　　(1.1×0.314+2.5)L/min=2.8454L/min</p>&

32、lt;p>　　快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量是14.0L/min，則泵的總流量為</p><p>　　=1.1×14.0L/min=15.4L/min</p><p>　　即大流量泵的流量=15.4-2.8454=12.5546L/min。</p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，并考慮液壓泵存在容積損失，查《液壓元件及選用》，選用YB1-10

33、/2.5型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為6.3MPa.額定轉(zhuǎn)速為1450r/min.</p><p><b>　?。ㄈ╇妱?dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量==0.060, 大泵流量=0.242 m/s。差動(dòng)快進(jìn)，快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需的電動(dòng)機(jī)功率P。</p

34、><p><b>　　1：差動(dòng)連接</b></p><p>　　差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力經(jīng)單向閥11與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通閥3，二位二通閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力,由樣本可知，小泵的出口壓力損失△P=4.5×105Pa，大泵出口到小泵的壓力損失。于是計(jì)算得小泵的出口壓力 (總效率=0.5)，大泵出口壓力 (總效率=0.5).</p&

35、gt;<p><b>　　電動(dòng)機(jī)功率：</b></p><p><b>　　2:工進(jìn)</b></p><p>　　考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差。壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力.而大泵的卸載壓力取=2×105Pa.（小泵的總效率=0.565，大泵總效率=0.3）。</p><p>

36、<b>　　電動(dòng)機(jī)功率：</b></p><p><b>　　3：快退</b></p><p>　　類似差動(dòng)快進(jìn)分析知：小泵的出口壓力Pp1=15.7×105Pa(總效率=0.5)，大泵出口壓力Pp2=17.2×105Pa(總效率=0.51).</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)功率：<

37、/b></p><p>　　綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。據(jù)此查樣本選用Y90s-4異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率1.1KW。額定轉(zhuǎn)速1400r/min。</p><p><b>　　四、元件選擇</b></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各閥類元件的實(shí)際流量，查閱

38、產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔助規(guī)格如下表所示。其中溢流閥12按小流量泵的額定流量選取。過濾器按液壓泵額定流量的2倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖的序號(hào)一致。</p><p>　　表五：液壓元件明細(xì)表</p><p><b>　　2：油管的選擇</b></p><p>　　根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油

39、管按輸入、排出的最大流量來計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)38L/min ，液壓缸進(jìn)、出油管直徑由下表可知。</p><p>　　為統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有油管均為內(nèi)徑15mm,外徑19mm的10號(hào)冷拔管。</p><p><b>　　3：油箱容積的確定</b></p><p>　

40、　中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5～7倍，現(xiàn)取7倍，故油箱容積為</p><p>　　V=(7×19)L=133L</p><p>　　五、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算</p><p>　　壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整</p><p>　　1：工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整</p><p>　　工進(jìn)時(shí)

41、管路中的流量?jī)H為0.314L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失，回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)的液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則</p><p>　　=（36.9+5+5）×10Pa=46.9×10Pa</p><p>　　即小流量泵的

42、溢流閥12應(yīng)按此壓力調(diào)整。</p><p>　　2：快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和大流量泵卸載壓力的調(diào)整</p><p>　　因快退時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的2倍，其壓力損失比快進(jìn)時(shí)的要大，因此必須計(jì)算快退時(shí)的進(jìn)油路與回油路的壓力損失，以便確定大流量泵的卸載壓力。</p><p>　　由于系統(tǒng)管路布局尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流

43、動(dòng)狀態(tài)?，F(xiàn)取進(jìn)，回油路管道長(zhǎng)為l=1.8m，油管直徑d=15×10m，通過的流量為進(jìn)油路q=19L/min=0.317×10m/s，回油路q=38L/min=0.633×10m/s，油的運(yùn)動(dòng)粘度取v=1.5cm/s，油的密度ρ=900kg/m,液壓系統(tǒng)元件采用集成塊式的配置形式。</p><p>　?。?）確定油流的流動(dòng)狀態(tài) 按式（2-19）經(jīng)單位換算為</p>&

44、lt;p><b>　　Re= </b></p><p>　　式中 v——平均流速（m/s）；</p><p>　　D——油管內(nèi)徑（m）；</p><p>　　——油的運(yùn)動(dòng)粘度（cm/s）</p><p>　　q—— 通過的流量（m/s）</p><p>　　則進(jìn)油路中的液流雷諾數(shù)為<

45、;/p><p><b>　　R=</b></p><p>　　回油路中的液流雷諾數(shù)為</p><p><b>　　R=</b></p><p>　　由上可知，進(jìn)油路中的流動(dòng)都是層流。</p><p>　?。?）沿程壓力損失∑ 由式（2-33）可算出進(jìn)油路和回油路的壓力損失。&l

46、t;/p><p><b>　　在進(jìn)油路上，流速</b></p><p><b>　　則壓力損失為</b></p><p><b>　　∑</b></p><p>　　在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的2倍即V=3.58m/s</p><p><b>　

47、　則壓力損失為</b></p><p><b>　　∑</b></p><p>　?。?）局部壓力損失 由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失，通過各閥的局部壓力損失按式（1-39）計(jì)算，結(jié)果于表五中。</p><p>　　表六：閥類元件局部壓力損失</p><p>　

48、　注：快退時(shí)經(jīng)過三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同</p><p>　　若取集成塊進(jìn)油路的壓力損失=0.3×10Pa,回油路壓力損失為=0.5×10Pa，則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為</p><p>　　=（0.62+0.82+0.26+0.46+0.3）×10Pa=2.46×10Pa</p><p>　　=（1.2

49、4+1.03+1.03+0.5）×10Pa =3.26×10Pa</p><p>　　前面已算出快退時(shí)液壓缸負(fù)載F=536.8N；則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為</p><p>　　P=(536.8+∑)/ =[(536.8+3.26×10×78.54×)/40.05×]Pa=7.733×Pa</p><

50、p>　　可算出快退時(shí)泵的工作壓力為</p><p>　　= P+∑=(7.733+2.46) ×10Pa =10.193×105Pa</p><p>　　因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于10.193×105Pa。</p><p>　　從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各個(gè)工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，說明液壓系統(tǒng)的油路

51、結(jié)構(gòu)，元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和升溫驗(yàn)算</p><p>　　在整個(gè)工作循環(huán)中。工進(jìn)階段所占用的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段造成的，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)升溫。</p><p>　　工進(jìn)時(shí)液壓泵的輸入功率如前面計(jì)算 P=655.3W</p><p>　　工進(jìn)時(shí)液壓缸的輸出功率</p&

52、gt;<p>　　=FV=(25800×0.03/60)W=12.9W</p><p>　　系統(tǒng)總的發(fā)熱功率Ф為： </p><p>　　Ф= P-=(655.3-12.9)W=642.4W</p><p>　　已知郵箱容積V=133L=133×10m,則郵箱近似散熱面積A為</p><p>　　A=0.06

53、5=1.6913</p><p>　　假定通風(fēng)良好，取郵箱散熱系數(shù),則可得油液升溫為</p><p>　　設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為</p><p>　　所以油箱散熱基本可達(dá)到要求。</p><p><b>　　六、小結(jié)</b></p><p>　　為期一周的液壓課程設(shè)計(jì)是結(jié)束了，雖然經(jīng)歷的時(shí)間不

54、多，也感覺時(shí)間不夠用，學(xué)到的東西還是蠻多的。液壓我們是上學(xué)期學(xué)的，課程設(shè)計(jì)拉到這個(gè)學(xué)期，還是起到一個(gè)蠻好的復(fù)習(xí)作用。自己剛開始做的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)自己都忘得差不多了，也是參考著前輩們做的課程設(shè)計(jì)才略微的撿起一些液壓知識(shí)。其次，理論終究是歸理論，液壓課本知識(shí)學(xué)得再好，當(dāng)然自己也沒學(xué)好，做起設(shè)計(jì)起來還是蠻吃力的。又要考慮理論部分，還得結(jié)合現(xiàn)實(shí)的實(shí)際情況。我想這就是為什么很多公司比較重視工作經(jīng)驗(yàn)的原因吧。以后還是得勁量珍惜這為數(shù)不少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。最后

55、，因?yàn)樽约菏亲咦x生住在外面，這課程設(shè)計(jì)是一個(gè)人悶著搞啊。好多東西都沒弄清，去公寓走了一趟，頓然開朗啊。這或許就是集體的智慧還是更偉大些，這也說明自己的那種合作理念不行啊?？傊@次課程設(shè)計(jì)受益匪淺，希望學(xué)校還多增加一些實(shí)踐環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】王守城　段俊勇.《液壓元件及選用》. </p>&l