液压学习课程设计方案

1、目录1.广东工业大学机电液综合设计项目任务书- 22.摘要 -53.设计要求和概述 -63.1设计内容、要求说明 -63.2液压传动系统的主要优点：-73.3.半自动组合机床液压系统特点：-74液压系统的工况分析 -84.1工作缸的负载及负载循环图-84.2夹紧缸的负载 -105拟定液压系统原理图 -125.1确定供油方式 -125.2调速方式的选择 -125.3速度换接方式的选择 -125.4夹紧回路的选择 -125.5系统工作原理 -135.6电磁铁动作顺序表 -146液压系统的计算和选择液压元件 -156.1液压缸主要尺寸的确定-156.2.确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格-176.

2、3.液压阀的选择 -196.4.确定管道尺寸 -206.5.液压油箱容积的确定 -217.液压系统的验算 -227.1.压力损失的验算 -227.2.系统温升的验算 -258.液压回路的验证 -259.液压集成块结构与设计 -279.1.液压集成回路设计 -279.2.液压集成块的设计 -289.3.集成块设计步骤 -289.4.集成块零件图的绘制 -3010. 设计总结 -3011. 参考文献 -31综合设计项目任务书题目名称学生学院半自动液压专用铣床液压系统设计机电工程学院专业班级姓名学号一、设计内容设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快

3、进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。主要工作内容：(1) 明确设计要求进行工况分析； (2) 确定液压系统主要参数； (3) 拟定液压系统原理图及验证设计方案； (4) 计算和选择液压件； (5) 验算液压系统性能； (6) 绘制工作图及编制技术文件。二、设计要求与数据工作台液压缸负载力（ KN ）： FL夹紧液压缸负载力（KN ）： Fc工作台液压缸移动件重力（KN ）：G夹紧液压缸移动件重力（N）： Gc工作台快进、快退速度（m/min ）： V1=V3夹紧液压缸行程（ mm）：L c工作台工进速度（mm/min ）： V2夹紧液压缸运动时间（ S）： tc工作台液压缸快进行程（mm）：

4、 L 1导轨面静摩擦系数：s=0.2工作台液压缸工进行程（mm）： L2导轨面动摩擦系数：d=0.1工作台启动时间（S）： t=0.5数据表姓名F LF cGGcV1V2L1L 2L ctc张荣晋27.5KN24KN18KN172N4.5m/min 75mm/min 450mm90mm25mm2s2三、设计应完成的工作液压系统工作原理图（A4 ）；零件图（ A3 ）；部件装配图（A3 ）；设计说明书1 份。注：在进行零、部件设计时，集成块和油箱零、部件可以任选。四、设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期123456(1) 阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件；教

5、一 30211.28 11.29(2) 收集有关资料并进一步熟悉课题。(1) 明确设计要求进行工况分析；(2) 确定液压系统主要参数；教一 30211.30 12.7(3) 拟定液压系统原理图及验证设计方案(1) 计算和选择液压件；宿舍12.812.9(2) 验算液压系统性能；(1) 绘制零部件图；宿舍12.10 12.14(2) 绘制正式的液压原理图。(1) 编写设计计算说明书；宿舍12.15 12.18(2) 编写零部件目录表。整理资料，答辩工 2 73112.19 12.20五、应收集的资料及主要参考文献 1李笑 吴冉泉主编，液压与气压传动 ，国防工业出版社， 2006 2杨培元 朱福元

6、主编，液压系统设计简明手册 ，机械工业出版社， 1998 3成大先主编， 机械设计手册 （第四版，第四卷） ，化学工业出版社， 2002 4雷天觉主编， 新编液压工程手册 ，机械工业出版社， 1998 5张利平主编， 液压与气压设计手册 ，机械工业出版社， 1997发出任务书日期： 2011年11月28日指导教师签名：计划完成日期： 2011年11月28日基层教学单位责任人签章：3主管院长签章：42. 摘要液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比，液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小，传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定，液压传动容易实现自动化。 本次设计主要针对半

7、自动组合铣床液压系统及其有关装置设计， 根据给定条件和需要而设计的一个液压系统，对液压传动的基本原理进行分析，涉及到集成块的设计、必要的计算、分析和验算，以及各类元件（尤其阀类元件）的选择，系统的改进方法。半自动组合铣床液压系统及其有关装置设计综合应用机械设计、计算机制图、液压传动、机械制图、结构力学等课程，完成卧式半自动组合机床的液压系统的原理设计、 液压系统的设计计算、 液压系统的元部件的选择、液压集成油路的设计、液压集成块的设计等， 并绘制了液压系统的原理图和集成块液压集成回路图，利用 UG绘制了压力块的三维立体图和零件图。关键词 ： 液压集成块液压阀工程图半自动铣床53. 设计要求和概

8、述设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环： 手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。3.1 设计内容、要求说明3.1.1. 液压系统设计根据设备的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理进行工况分析，拟定合理、完善的液压系统原理图，需要写出详细的系统工作原理，给出电磁铁动作顺序表。再经过必要的计算确定液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、介质、相关设备的规格型号 （或进行结构设计） 、对系统有关参数进行验算等。3.1.2. 液压装置结构设计液压装置包括集成块、液压站等，进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、外连管道少，装卸、调试方便

9、，集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少，加工容易、加工工作量尽可能少。3.1.3. 绘制工程图、编写设计说明书绘制液压系统原理图( 系统总油路、 集成块集成回路) 、液压装置工程图 （集成块结构图、集成块元件装配图） ，图纸必须按国家标准要求打印，按照老师要求上交一定数量的图纸；编写设计说明书。63.2 液压传动系统的主要优点：液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要优点：(1) 由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。 例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动， 以克服长驱动轴效率低的缺点。 由

10、于液压缸的推力很大， 又加之极易布置， 在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。(2) 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的 12% 13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W( 牛 / 瓦), 发电机和电动机则约为0.03N/W 。(3) 可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达 1 2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。(4) 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，

11、金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。(5) 液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。(6) 液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。(7)液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。3.3. 半自动组合机床液压系统特点：1. 采用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路，保证了稳定的低速运动，有较好的速度刚性和较大的调速范围。2. 采用了限压式变量泵和液压缸的差动连接实现快进，能量利用合理。3. 采用了三位四通 M型中位机能的电

12、液换向阀换向， 提高了换向平稳性， 减少了能量损失。74 液压系统的工况分析4.1 工作缸的负载及负载循环图根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图所示。速度循环图计算各阶段的外负载并绘制负载图。工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的外负载为F = FL +Ff + Fi(4-1)式中FL工作负载(N) ；Ff 摩擦负载(N) ；Fi 惯性负载(N) 。（ 1）工作负载：工作负载与机器的工作性质有关，有恒值负载与变值负载。工作负载又可分为阻力负载和超越负载，阻止液压缸运动的负载称为阻力负载，又称正值负载；助长液压缸运动的负载称为超越负载，也称负值负载。(2)摩擦负载： 摩擦负载是指液压

13、缸驱动工作机构工作时所要克服的机械摩擦阻力。对于机床来说，即导轨的摩擦阻力。启动时为静摩擦阻力，可按下式计算：Ffs =s(G +Fn )(4-2)8启动后变为动摩擦阻力，可按下式计算：Ffd =d(G +Fn )(4-3)式中G运动部件所受重力(N) ；Fn外负载作用于导轨的正压力(N) ；Ffs 、 Ffd 静、动摩擦阻力(N) ； s、 d静、动摩擦系数。(3)惯性负载惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均惯性力可按下式计算：Fi = G(4-4)gt式中g重力加速度，g=9.8m/s 2；速度变化量（m/s ）；t 启动或制动时间（s）。一般机械可取t =0.010.5s

14、 ，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速运动部件取大值，本设计中取t =0.5s 。在本设计中工作负载： FL=27.5KN摩擦负载及惯性负载：Ffss ( GFn )s G0. 2180003600 NFfdd ( G Fn )d G0 . 1180001800 NFiG180004 .5276 Ngt9. 80. 560（4）运动时间：快进：工进：快退：tttL10. 4561V14.5/60s2L20. 0972sV20. 075 / 60L1L20. 450. 093V34.5/7. 2s609设液压缸的机械效率=0.9 ，则液压缸推力：FF1. 11cm0cmF根据上述计算结果，列出

15、各工作阶段所受的外负载：工作缸负载列表持续时间（ s）工况负载组成液压缸负载 (N)液压缸推力 (N)行程（ mm）启动F fs360040000.5Ffd + Fi30763418加速6快进Ffd1800200045072工进Ffd +FL293003255690反向启动F fs360040000.5Ffd + Fi30763418加速7.2快退Ff画出如图所示负载循环图：4.2 夹紧缸的负载工进速度： vcLC0. 0250. 0125m / st c2静摩擦力： Ffsgs Gc 0. 2 172 34. 4N10动摩擦力： FfdgdGc 0. 1172 17

16、. 2NFC24000工进时液压缸推力：F0C26667NGM0. 9113 所示的液压系统原理图。5 拟定液压系统原理图5.1 确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、 快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。5.2 调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点， 决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。 这种调速回路具有效率高、 发热小和速度刚好的特点， 并且调速阀装在回

17、油路上，具有承受负切削力的能力。5.3 速度换接方式的选择本系统用电磁阀的快慢速换接回路， 它的特点是结构简单、 调节行程比较方便， 阀的安装也较容易， 但速度换接的平稳性较差。 若要提高系统的换接平稳性， 则可改用行程阀切换的速度换接回路。5.4 夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电松开，应采用失电夹紧方式。 考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力， 所以接入节流阀调节和单向阀保压。 在该回路中还装有减压阀， 用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成如图液压系统原理图125.5 系统工作

18、原理第一步，启动液压泵，夹紧缸的无杆腔进油，夹紧缸工作，夹紧工件。夹紧力的大小由单向节流阀 12 调定。第二步，夹紧工件后压力继电器 11 发出信号使 1YA得电，换向阀 4 工作在左位，工进缸差动连接，动力头（工作台）快进。第三步，工作台碰到行程开关1SQ，使 3YA 得电，工进缸无杆腔进油，工作台慢速工进，形成容积回油节流调速回路，速度由单向调速阀6 调定。第四步，工作台碰到行程开关 3SQ，使 2YA得电， 1YA 失电，换向阀 4 工作在右位，工进缸有杆腔进油，工作台快退。第五步，工作台快退到原位后，碰到2SQ，发出信号使1YA和 2YA 失电，工作台停止。第六步，同时，4YA 得电，

19、夹紧缸有杆腔进油，松开工件。第七步，松开工件后，碰到行程开关 4SQ， 4YA 失电，夹紧缸停止工作，油路关闭，停止工作，完成一个工作周期。135.6 电磁铁动作顺序表1YA2YA3YA4YA夹紧工件-工进缸快进+-慢速工进+-+-工进缸快退-+-松开工件-+系统停止-146 液压系统的计算和选择液压元件6.1 液压缸主要尺寸的确定6.1.1 工作压力 P 的确定工作压力 P 可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定，表 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力 /MPa0.811.522.533445 5表 各种机械常用的系统工作压力机床农业机械液压机磨床组合机床龙门刨床拉床小型工程机械大

20、中型挖掘机机械类型建筑机械重型机械液压凿岩机起重运输机械工作压力 /MPa0.82352881010182032可知，取液压缸的工作压力为。P1=4MPa又由下表确定背压力：系统类型背压力 /MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计取 P2=0.6MPa。6.1.2 计算液压缸内径圆D 和活塞直径 d由负载图知道最大负载F 为 29300N ，由表 按速比要求确定d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.

21、40.50.550.620.71注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。，又知 P 2 为 0.6MPa，机械效率 cm为 0.95 ，考虑到快进、 快退速度相等， 取 d/D=0.7 。15有D4F（6-1 ）2p1 cm 1p21dp1D则工作4293000. 1206mD0.61 0.7 0. 95 13. 14 4 10624查表可知，将液压缸内径圆取整为标准系列直径D=125mm，杆直径 d，按 d/D=0.7 ，活塞杆直径系列取d=90mm。按工作要求夹紧力由夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应该低于工进夹紧缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为3.

22、5MPa，回油背压为零， cm 为 0.95 ，可知，D夹紧424000m 0. 0959m3. 51063. 140. 95可知，查液压缸和活塞的尺寸系列，取夹紧液压缸的D和 d 分别为 100mm和 70mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度：Aqmin50 cm26. 7cm2（6-2 ）v min75式中， qmin 是由产品样本查得GE系列调速阀 AQF3-E10B的最小稳定流量为 0.05L/min 。本设计中调速阀是安装在回油路上， 故液压缸节流有效工作面积应该选取液压缸有杆腔的实际面积，即A（ D2d 2）( 12. 5292 )cm2259. 10cm2 6.7cm44

23、可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。6.1.3. 计算在各工作阶段液压缸所需的流量由 q Av（6-3 ）得：16q快进d 2v快进0. 0924. 5m3 / min28. 6 10 3 m3 / min28. 6L / min44q工进D2v工进0. 12520. 075m3 / min0. 92 10 3 m3 / min0. 92L / min44q快退（ D2d 2） v 快退（0. 12520. 09 2） 4. 5m3 / min26. 6L / min44q夹20. 1212.5 10 360m3 / min5. 9 10 3 m3 / min5. 9L / minD夹

24、 v夹446.2. 确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格6.2.1. 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为p pp1p（6-4 ）式中 ， p p 泵的最大工作压力；p1 - 执行元件最大工作压力；p -进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2 0.5MPa，复杂系统取0.5 1.5 ，本设计中取 0.5MPappp1p =（4+0.5 ）MPa=4.5MPa上述计算所得的p p 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的进度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储存量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力 Pn 应该满足Pn(1.

25、25-1.6)p p 。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本设计中Pn=1.3 p p =5.85 MPa 。6.2.2. 泵的流量确定。液压泵的最大流量应为q p K L ( q) max（6-5 ）17式中， q p - 液压泵的最大流量；（）如果这时溢流阀正在进q max - 同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值。行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23L/min ；K L - 系统泄露系数，一般取KL=1.1 1.3 ，现取 KL=1.1 。q p（）=K Lq max=1.2 28.6L/min=34.32L/min6.2.3. 选择液压泵的规格根据以上算得的Pp 和 qp，查阅

26、手册P81，选用 YBX-25 限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：型号q (mL/r)p (MPa)n (r/min)vonHYBX-25256.313900.850.76.2.4.与液压泵匹配的电动机的选定首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在工进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.2-1L/min范围内时，可取=0.03 0.14 。同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不至停转，需进行验算，即p B qp2 pn（6-6 ）式中， Pn- 所选电动机额定功率；pB - 限压式变量泵的限定

27、压力qp - 压力为 p B 时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，快进时的外负载为1800N，进油路的压力损失定为0.5MPa，由式（ 1-4 ）得： Pp1800410 60. 5 MPa 0. 78Mpa3. 140. 092快进时所需电动机功率为：18ppqp0. 7828. 6kw 0. 53KWP600. 7工进时所需电动机功率P 为：4. 50.920. 1P0.kwKW607查得，选用 Y802- 4 型电动机，其额定功率为0.75kW，额定转速为 1390 r/min 。由相关资料可知YBX-25的流量压力特性曲线。再由已知的快进时流量为 34.32L/min，工进时的流量

28、为1.1L/min ，压力为4.5MPa，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，如图所示：液压泵特性曲线由相关资料可知该曲线拐点处的流量为34L/min ，压力为 2.4MPa，该工作点对应的功率为342. 4P1. 94kw 20.75=1.5KW600. 7不满足式 （ 6-6 ），故另选型号为 Y90S-4 的电机，其额定功率为1.1KW，满载转速 1400r/min，满足上述要求，在拐点处能正常工作。6.3. 液压阀的选择本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。 本设计方案中均选用GE系列阀。根据所19拟定的液压系统图， 按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。 选定的液压元件如

29、表所示。序号元件名称方案通过流量（ L/min ）1滤油器XU-B50 10034.322液压泵YBX-2534.323压力表开关KF3-EA10B4三位四通换向阀34EF30-E10B26.65二位三通换向阀23EF3B-E10B26.66单向调速阀AQF3-E10B26.67减压阀JF3-10B5.98压力表开关与3共用9单向阀AF3-EA10B5.910二位四通换向阀24EF3-E10B5.911压力继电器DP1-63B5.912单向节流阀ALF-E10B5.9液压元件明细表6.4. 确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流

30、量为差动时流量q=26.6 (125/90)2=55.06L/min ，压油管的允许流速取v=4m/s ，则内径d 为d4. 6 q / v4. 6 55. 06 / 4mm17. 1mm（ 6-7 ）若系统主油路流量按快退时取q=28.6L/min ，则可算得油管内径d=12.3mm。综合诸因素，现取油管的内径d 为 14mm。吸油管同样可按上式计算（q=34.32L/min 、v=0.9m/s ），可知，参照YBX-25 变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d 为 30mm。206.5. 液压油箱容积的确定本设计为中压液压系统，由手册P55 可知，液压油箱有效容量按泵的流量的5-7 倍来确定，现选用型号为BEX-160 油箱，容量为160L。217. 液压系统的验算已知该液压系统中进、回油路的内径为18mm，各段油管的长度分别为：AB=0.3m，AC=1.7m， AD=1.7m，DE=2m。选用 L-HL32液压油，考虑油的最低温度为15，查得 15时该液压油的运动粘度v=150cst=1.523。cm /s，油的密度 =920kg/ m7.1. 压力损失的验算7.1.1. 工作进给时，进油路压力损失运动部件工进时速度为75mm/min，进给时的最大流量为0.92L/min ，则液压油在管内流速 V1为Vq4 0.921