液压课程设计-平面磨床工作台往复运动液压系统.doc

液压课程设计平面磨床工作台往复运动液压系统学校：广西科技大学院系：机械工程学院班级：学号：指导老师：目 录引言3设计内容及要求6液压系统的设计与计算7液压系统油箱容量与结构设计与计算 10结束语 17参考文献 18引言 磨床工作台的运动是一种连续往复直线运动，它对调速、运动平稳性、换向精度、换向频率都有较高的要求，因广泛采用液压传动。磨床是一种精密加工机床，对液压系统有着较高的要求。磨床中的平面磨床为精加工机床，磨削力及变化量不大，工作台往复速度较高，调速范围较广，要求换向灵敏迅速，冲击小换向精度要求不高。液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量较轻，结构尺寸小，在同等的功率下，起重量的尺寸仅为直流电机的10%20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便的实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛的应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。液压传动设备一般由四大元件组成，及动力元件液压泵；执行元件液压缸和液压马达；控制元件各种液压阀；辅助元件邮箱、蓄能器等。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以及控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。（一）现今液压系统的优缺点液压传动的特点：液压传动技术与传统的机械传动相比，液压传动操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动，具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。液压传动系统可以灵活的布置各个元件，由于工作介质为矿物油，良好的润滑条件延长了元件的使用寿命。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，因而沿程、局部阻力损失和泄露较大，泄露的矿物油将直接对环境造成污染，有时候还容易引发各种安全事故。液压油受温度影响很大，因而不能在很高或很低的温度条件下工作。因为液压油存在一定的压缩性，所以液压传动的传动比不恒定，不能保证很高的传动精度。密封状况的好坏对液压传动影响很大，因而液压元件必须具有较高的制造精度。液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因此对维护人员有较高的技术水平要求。近年来，国内磨床制造水平虽然有了明显的提高，但不可否认的是无论是高档的多轴联动数控、强力成型磨床、磨削加工中心和中档的数控平磨还是普通平磨或是传统的手动平磨，与国外先进水平相比仍有不晓得差距。（二）课题研究目的及范围该课题从分析研究平面磨床液压系统的角度入手，深度剖析了当代液压系统的优缺点。旨在有针对的提出当代液压系统进行逐步完善的方法。要求通过对各种机床液压系统的分析，设计出平面磨床的动作循环，并根据动作循环图了解磨床液压系统的原理特点，对当代液压系统有较清楚明白的认识。（三）液压系统分析与设计平面磨床是磨床的一种。可分为矩形工作台和圆形工作台主要用砂轮旋转研磨工件使其可达到要求的平整度，根据工作台形状两种，矩形工作台平面磨床的主参数为工作台宽度及长度，圆台平面磨床的主参数为工作台直径。根据轴类的不同可分为卧轴及立轴磨床之分。（四）平面磨床动作循环分析一般的历史卧轴平面磨床，轴的线性运动具有：1、 工作台的左右移动；2、 砂轮座的上下运动；3、 砂轮座的前后运动。由于片面磨床的工作台左右移动一般要求高速运动以及平稳，因此大部分平面磨床此轴通常采用液压控制。本设计中只研究平面磨床的液压系统。因此，设计中只分析液压泵带动液压缸的左右运动。平面磨床工作循环运动设计为：快进工进快退。其中，快进与快退均设计为12m/min。（五）液压传动的目的液压传动于机械传动、电气传动并列为当代三大传动形式，是现代发展起来的一门新技术。“液压传动”课程是工科机械类各专业的一门重要课程。它既是一门理论课，又与实际有着密切的联系。因此，在教学中安排有课程设计或毕业设计，其目的为：（1） 综合运用液压传动课程及其它有关先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实际结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深、和扩展。（2） 在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和解决实际问题的能力。为今后的设计工作打下初步基础。（3） 通过设计，学生应在计算、绘图、运用并熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行经验估算等方面得到实际的训练。一 设计内容及要求设计一平面磨床工作台往复运动的液压系统，已知工作台最大运动速度为12m/min，最小运动速度为0.5m/min，最大切削力为800n，工作台及运动件重量为20000n，液压缸总行程为700毫米，启动时间为：0.1s，导轨面的摩擦系数为f=0.2，节流阀装在液压缸的回油路上，回油背压为0.3mpa。设计要求：折合1号图纸1张,：说明书20页以上。（图纸：油缸，邮箱，阀块等）指导教师：韦建军本组成员：班级 学号 姓名 性别机自092 200900101041 董秋婷女机自092 200900101043 孙效益男机自092 200900101044 马伟男机自092 200900101045 梁东杰男 二 液压系统的设计与计算1、 分析工况及设计要求，绘制液压系统草图。机床工况由题可知为根据设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会太大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵、非卸荷式供油系统，阀选用溢流阀、三位四通换向阀、二位二通电磁阀、节流调速阀各一个。其节流阀装在液压缸的回油路上，系统中采用y型三位四通是为了使得工作太在任意位置停留，并使得换向平稳，二位二通电磁阀在1dt失电时，油路处于断开状态，这样可以提高安全性，并可以延长电磁阀的寿命。考虑到磨削是可能有负的负载力产生，故采用回流节流调速度的方法。综上考虑，绘制出下图所示的液压传动系统草图。2、液压缸工作压力的确定（1） 工作负载的计算 r=r+rrr=r+r式中， r液压缸轴线方向上的外作用力（n）； r 液压缸轴线方向上的重力（n）；r运动部件的摩擦力（n）； r运动部件的惯性力（n）； r液压缸工作负载（n）。对工作台液压缸的外作用力r=800 n摩擦力由液压缸的密封负载与滑台运动时的摩擦阻力组成，当密封阻力按5%有效作用力估算时，总的摩擦阻力r=0.05 r+fg=0.05800+0.21500=4040 n惯性力r=ma=(-0)/0.1=4081.6 n总负载力为：r= r+ r+r=800+4081.6+4040=8921.6 n3、确定系统的工作压力 (p- p)由计算所得的总负载来选定系统的压力，查表3-可初定取系统压力为：1.52.0 mpa，又由表9-3为使液压缸体积紧凑，可取系统压力为p=2mp4、确定液压缸的几何参数因为采用双出杆式液压缸，所以d=由表3-6按工作压力取杆径d=0.5d,代入上式得：由d= 0.0944m = 94.4mmd=0.5d=94.40.5 = 47.2mm按表3-4，表3-7取d=100mm , d=50mm。5、确定液压泵的规格和电动机的功率型号（1）确定液压泵的规格（a）确定理论流量液压泵最大流量：q=av=0.0707 m/min=70.7l/min(b) 确定液压泵的流量由题知，进给缸的最大流量即是系统的最大理论供油流量，由于考虑到泄露流量和溢流阀的溢流流量，可以取液压泵流量为系统最大理论流量的1.11.3倍。现取1.2倍值计算，则有 q=1.2q=1.270.7=84.84l/min由p173采用低压齿轮泵，由表5-3则可选取cb-b100为系统的供油泵。其额定流量为100l/min，额定压力为2.5mpa，额定转速为1450rpm。由液压与气压传动第九章液压传动系统的设计与计算中表9-7“液压泵的总效率可得齿轮泵的总效率为0.600.70，我们取0.65。（c）确定电动机的功率及型号：电动机功率 p= = 6.41 kw按cb-b100型齿轮泵技术规格，查得的驱动油机功率为5.1kw，现选取电动机的型号为y132m4。6、确定各类控制阀系统工作压力为2.0mpa,油泵额定最高压力为2.5mpa，所以，可以选取额定压力大于或等于2.5mpa的各种元件，其流量按实际请况分别选取。目前中低压液压系统的液压元件，多按6.3mpa系列的元件选取，所以，可以选取：溢流阀的型号为：y-100b，工作台液压缸换向阀的型号为：34d-100by，快进二位二通电磁阀的型号为：22d-100b；调速阀的型号为：q-10b，背压节流阀的型号为：l-100b，过滤器的型号为：wu-100180j的网式滤油器，过滤精度为180um。管道通经与材料：阀类一经选定，管道的通经基本上已经决定，这是标准化设计的一大方便，只有在特殊的情况需要时才按管内平均流速的要求计算管道直径，按标准：100l/min流量处，选通经的管道。10l/min流量处，选通经的管道。7、确定油箱的容量与结构因为是低压系统，油箱容积按经验公式计算：油箱容积v=(24)q现取v=4q=4100=400l结构可以采用开式、分立、电动机垂直安置式标准油箱。8、选择液压油该系统为一般金属切削机床液压传动，所以在环境温度为-535之间时，一般可选用20号或30号机械油。冷天用20号机械油，热天用30号机械油。三 液压系统油箱容量与结构设计与计算在开式传动中，油箱是不可少的，它的作用是：贮存油液，净化油液，使油液的温度保持在一定范围内，以减少吸油区油液中的气泡的含量，因此，进行油箱设计时，要考虑油箱的容积，油液在油箱中的冷却和加热、油箱内的装置和防噪声等问题1、 油箱有效容积的确定。（1）油箱的有效容积。油箱应存储液压装置所需的液压油，液压油的储存量与液压泵的流量有关，在一般情况下，油箱容积按照经验公式计算：油箱容积v=kq式中v油箱的有效容积 q油泵而定流量（l/min） k系数 低压系统 k=24 中压系统 k=57高压系统 k=612现在取v=kq，k取4金属切削机床的液压泵装置，主要有两种结构形式：集中式和分散式。集中式液压装置是在机床之外另外设单独的液压站，油箱的结构尺寸不受床身结构尺寸的限制，安装、维修都很方便，并且，油源的振动及发热对机床几乎没有影响，但是它增大了机床的占地面积。分散式液压装置，是利用床身的一个或者几个空腔作为油箱，它的主要优点是结构紧凑，泄漏油易于回收，但是油源的振动、发热对机床的工作精度将产生不利影响。液压站由油箱、液压泵装置和液压连接装置三部分组成，目前国内机床用液压站，有yz系列，ygf系列等，这部分内容可以参阅机械零件设计手册（续编）液压传动和气压传动（以下简称零件手册）。目前国内组合机床用的液压站，可以参阅大连组合机床研究所的产品系列。下面概括介绍油箱及液压泵装置的设计要点及常见的结构形式。由前面算得d=100mm，d=50mm，进给缸最大流量是q=a2v=/4 （d2-d2）v=70.7l/minq泵=1.2q=1.270.7=84.8l/min，由设计零件手册表5-3得得，取q泵=100l/minv=4100=400l油箱有效容积确定后，还需要根据油温升高的允许值，进行油箱容积的验算。(2) 油箱容积的验算。油路系统的功率损失时造成油路系统发热的主要原因，当液压油温度升高后，会引起油液粘度下降，从而导致液压元件性能变化，寿命降低以及液压油老化。因此，液压油必须在油箱中得到冷却，以保证液压系统正常工作。系统的总发热功率h可以用式（3-47）和（3-48）进行估算：h=n-n0 (kw） （3-47）式子中，n液压泵输入功率（kw）； n0执行元件的有效功率（kw).若一个工作循环中有几种情况，则应求出其总平均有效功率，则n0为： n0=i/tps式子中，t工作周期（s） p缸的有效推力 s在推力p时缸的行程。或h=n（1-） （kw）式子中， 系统的总效率对于本此次设计，n=5.1kw，n=pq=2.510(10010/60) 10=0.93kw 油路系统的散热，主要靠油箱表面散热，油箱的散热功率h0，可以用下式进行估算： h0=kat (kw)式子中， k油箱的散热系数(kw/m) a油箱散热面积(m) t系统温度升高值()油箱的散热系数和周围环境有关，取值范围大致为：通风差时 k=（89）10-3；通风差时 k=(1517.5)10-3用风扇冷却时 k=2310-3用循环水冷却时 k=(110175)10-3系统温升值指的是油路系统达到热平衡时，油温和周围环境温度的差值。为了保证油路系统正常工作，对油温有一定的限制（见表3-32）。 表3-32 各种机械的允许油温液压设备名称正常工作温度最高允许温度油及油箱的温升机 床305555773055工程、矿山机械508070903540数控机床3050557025技术粗加工机床40706090机车车辆40607080船舶30608090油箱的结构尺寸即油箱三个边的比例，不但要保证油箱的有效容积，还必须考虑油箱在机械设备中的位置，当两者发生矛盾时，后者是确定尺寸的主要影响因素。当油箱单独放置时，油箱三边尺寸比例一般为1:1:11:2:3之间，为了避免油液外溢，油面的高度应为油箱高度的0.8左右，此时，可用下列式子估算油箱的散热面积。a=0.0653 v2 (m2)式中， v油箱的有效容积(l)。液压系统的热平衡条件机器在长期连续工作条件下，应保持系统的热平衡，其热平衡式为： h-h0=0 h-kat=0 t=h/ka计算出的温升应符合表3-32所给的允许值，若超过允许值，必须采取增加油箱容量或者增设冷却设备等措施。计算过程分析：h=n-n0 =0.93kwh0=kat, 其中k取1510-3 估算散热面积a=0.0653 v2 =0.065400=3.53m2则有t=h/ka= 0.93/(1510-33.53)=17.56()符合要求，在所给出的表3-32所允许的范围值之内。2油箱的冷却和加热现代机械准备的液压系统，要求结构紧凑，占地面积小，但这又常常使得散热面积不能满足发热的要求（尤其在高压系统）；另一方面，气候寒冷时又应考虑防止油温过低的面积，因此，必须重视油液的冷却和加热的问题。油液的冷却方式有风冷和水冷两大类。风冷式冷却器不需要水源或者循环水装置，但他的传热系数小常见如汽车散热器。水冷式冷却器又分为蛇形管式（俗称冷却水管）、板式、多管式等三种形式，其中，第一种形式结构简单，体积小，停用最为普遍。但是冷却效果差，。当冷却水管用铜管时，传热系数为110175w/m,板式冷却器的效果最好，传热系数可达465 wm，多管冷却器的传热系数为116w/m,电加热器一般呈水平状态安装于邮箱侧面，并且使发热部分全部浸在油中。为安装方便起见，当安装gyy型管加热器时，在油箱侧面开通孔。电加热器的规格及外形尺寸可参考零件手册。3油箱的结构设计进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，其次要考虑便于换油和清洗油箱以及安装和拆卸油泵装置，当然，油箱的结构应该是尽量简单，以利于密封和降低造价。（1） 油箱体。油箱体一般由a3 钢板焊接而成，取钢板厚度36mm，箱体大者取大值。油箱分为固定式和移动式两种，前者应用较多。油箱侧壁上安装油位指示器，电加热器和冷却器，油箱底面与基础面的距离一般为150200mm，油箱下部焊接底脚，其厚度为油箱侧壁厚度的23倍。中小型油箱箱体侧壁为整体钢板，大型油箱在与隔板垂直的一个侧壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。（2） 油箱底部，油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低处有排油口，要注意排油口与基础面的距离一般不得小于150mm 焊接结构油箱，箱底用a3钢板，其厚度等于或稍微大于箱体侧壁钢板的厚度。（3） 油箱隔板，为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中常设置隔板，隔板的安装方式主要有两种，回油区的油液按照一定方向流动，即有利于回油中的杂质和气泡的分离，又有利于散热。回油经过隔板上方溢流到吸油区，或者经过金属网进入吸油区，更有利于杂质和气泡的分离。 隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的1/21/3，隔板的高度，约为最低游油面的1/2（或油液面的3/4）。隔板的厚度等与或者大于油箱侧壁厚度。（4） 油箱盖。油箱盖大多用铸铁或者钢板两种材料制造，在油箱盖上应该考虑有下列通孔：吸油管孔，回油管孔，通大气孔（孔口应有空气滤清器或气体过滤装置），测温孔，带有滤油网的注油口，以及安装液压集成装置的安装孔。目前使用较多的泵站系统，往往将液压泵，液压泵电机及集成块装置安装在油箱盖上，这种油箱结构紧凑，但是产生的噪音较大，当箱盖上安装油泵和电机时，箱盖的厚度应该是油箱侧壁厚度的34倍。如上图为油箱结构示意图，其中1吸油管；2、10滤油器；3空气过滤器；4回油管；5上盖；6液位计；7、9隔板；8放油阀4.油箱的防噪音问题防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一，油路系统的噪音源，以泵站为首，因此，进行油箱设计，应从下面几个方面着手减轻噪音：（1） 箱体及箱盖的材质，在条件允许的情况下，用铸铁代替钢板，以利于吸振；（2） 箱体和箱盖间增加防震橡皮垫（3） 用地