液压与气压传动课程设计

1、液压与气压传动课程设计 学 院 ： 机电工程学院指导老师 ： 曾 红 兵学生姓名 ： 班 级 ： 学 号 ： 时 间 ： 2013.06 .24 目录（一）、课程设计要求 - （3）（二）、设计计算、元件选择及验算 - （3）1. 运动分析 - （4）2. 负载分析 - （4）3. 负载图和速度图的绘制 - （5）4. 液压缸主要参数的确定 - （6）5. 液压系统图的拟定 - （8）6. 液压元件的选择 - （9）7. 液压系统的性能验算 - （10）（三）、液压缸的装配图 - （11）（四）、各类阀零件图 - （13）（五）、集成块及装配图 - （14）（六）、个人设计小结 - （24）（

2、七）、个人设计说明 - （24）（八）、参考文献 - （25）一、课程设计要求：1、以小组为单位（每小组3人）按进度完成全部设计任务，设计思想，技术路线正确，计算，说明完整。2、设计步骤（1）明确设计要求（2）分析油缸在往复运动过程中负载、运动速度的变化，画出系统工况图（3）确定执行元件的主要参数：根据最大负载确定系统的工作压力，油缸的面积，活塞及活塞杆的直径等，画出执行元件工况图（4）确定液压系统方案及拟订液压系统原理图（5）选择液压元件：包括液压泵、控制阀、油管（软管、硬管）、油箱的容量等（6）验算液压系统性能（7）液压集成块设计（8）绘制工作图和编制技术文件3、设计计算说明书（技术文件）

3、要求设计计算说明书采用A4纸，5号字体，单倍行距，不少于25页。内容包括：（1）设计要求（2）设计计算、元件选择、验算。（3）液压系统原理图一张。按机械制图装配图要求绘制，标出元件的序号，列出所有元件的明细表，画出工作循环图，电磁铁动作顺序表。（4）液压缸的装配图。（5）非标零件的零件图。（6）液压集成块零件图。（7）液压集成块装配图。（8）相关的电气控制原理图。（9）设计总结。（10）参考文献。二设计计算，元件选择及验算课题： 一台加工铸铁变速箱箱体的多轴钻孔组合机床，动力滑台的动作顺序为快速趋进工件、工进、加工结束快退、原位停止。滑台移动部件的总重量为7000N，加减速时间为0.3s.采用

4、平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1.快进行程为200mm，快进与快退速度相等均为4m/min.工进行程为100mm，工进速度为80-100mm/min，轴向工作负载为1700N。工作性能要求运动平稳，设计动力滑台的液压系统。1. 运动分析：根据已知条件，运动部件的工作循环为快进-工进-快退-停止。工作循环图如下所示： 图1 工作循环图完成一次工作循环的速度-位移曲线如下图所示：图2 速度位移图2.负载分析：（1） 工作负载：工作负载即为工进时的轴向工作负载，本题中为1700N。即工进时，Fw=1700N，而在其余的时间里，Fw=0.（2） 摩擦负载：静摩擦负载：Ffs=0.2700

5、0N=1400N动摩擦负载：Ffd=0.17000N=700N（3） 惯性负载： 起动阶段：F=Ffs=1400N加速阶段（从起动到达到快进速度的过程）：Fa1=mv/t=Gv/gt即为 Fa1=70004/(9.8600.3)=158.7N快进阶段：F=Ffd=700N减速阶段（由快进速度减到工进速度的过程）：Fa2=mv/t=Gv/gt即为 Fa2=7000（4/60-100/60/1000）/(9.80.3)=154.8N 工进阶段：F=Fw+Ffd=1400N+700N=2100N制动阶段（由工进速度到速度为零的过程）：Fa3=Gv/gt即为 Fa3=7000100/(9.860100

6、00.3)=0.36N反向起动阶段：F=Ffs=1400N反向加速阶段（由停止到达到快退速度的过程）：Fa4=Gv/gt即为 Fa4=70004/(9.8600.3)=158.7N反向制动阶段（由快退速度到原位停止的过程）：Fa5=Fa4=158.7N由此可得出液压缸在各工作阶段的负载如下表所示：(查液压元件手册得，液压缸的机械效率一般为0.9-0.95，此处选取0.9。)工况负载组成负载值F/N液压缸推力F/N起动F=Ffs14001555.6加速F=Ffd+Fa1 858.7954.1快进F=Ffd700777.8减速F=Ffd-Fa2545.2605.8工进F=Ffd+Fw2100233

7、3.3制动F=Ffd-Fa3 699.6777.3反向起动F=Ffs14001555.6反向加速F=Ffd+Fa4858.7954.1快退F=Ffd700777.8反向制动F=Ffd-Fa5541.3601.4表2.2.13.负载图和速度图的绘制图3 负载随行程的变化图图4 工作循环中各阶段速度变化图4.液压缸主要参数的确定：a. 选择系统工作压力根据计算，此液压缸的负载值小于5KN，由液压元件手册第二章液压缸的设计计算（130页）表2-3-2（即下表）可初选液压缸的工作压力为0.5Mpa. 表2-3-2 不同负载下液压缸常用的工作压力负载/KN55101020工作压力/Mpa50工作压力/M

8、pa344557b.确定液压缸的型式、规格及尺寸A=F/P=2333.3/(0.5106)=4.666710-3m D=（4A/）0.5=0.0771m=77.1mm查液压元件手册表2-1-4缸筒内径尺寸系列（下表），取D=80mm.由于快进快退速度相等，故可以得知D=(2d)0.5.所以可得d=56.57mm,按标准值取d=56mm.则液压缸无杆腔面积：A1=D /4=5026.55mm 有杆腔面积：A2=（D -d ）/4=2563.54mm c.检验活塞杆的强度和稳定性查液压元件手册第140页表2-3-12末端条件系数可得一端固定，一端铰接时末端系数n取2，活塞杆材料选用中碳钢，根据下表

9、可查得材料强度实验值fc=490Mpa,柔性系数m=85，实验常数a=1/5000。计算求得对实心杆，活塞杆截面的回转半径K=d/4=14mm。选取活塞杆长度为800mm。因为L/k=800/14=57.11555.6N，所以活塞杆满足强度稳定性条件。d.计算液压缸的最大流量快进时，q1=(A1-A2)v=2463.01mm 4000/60mm/s=9.852L/min；工进时，q2=A1v=5026.55mm 100mm/min=0.5027L/min；快退时，q3=A2v=2563.54mm 4000/60mm/s=10.254L/min。e.工况分析快进时，进油腔压力p=F/(A1-A2

10、)=0.3158 Mpa，功率P=pq=51.85W；工进时，进油腔压力p=F/A1=0.4642Mpa,功率P=pq=3.889W；快退时，进油腔压力p=F/A2=0.3034Mpa,功率P=pq=51.851W。表2.4.1 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率工况推力F/N进油腔压力p1/Mpa回油腔压力p2/Mpa输入流量q/L/min输入功率P/W快进777.80.31580.31589.85251.85工进2333.30.464200.50273.889快退777.80.3034010.25451.8515.液压系统原理图的拟定a.从提高系统效率、节约能源角度考虑，采用双联叶片

11、泵作为油源，流量突变时液压冲击时较小，工作平稳性较好，且双泵可同时向液压缸供油实现快速运动，有利于降低能耗，节约成本。b.由工况图可知，该系统在慢速时速度需要调节，而且系统功率较小，工作负载变化较大，所以采用换向调速回路。c.由于快进和工进之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制 。经过以上的分析可得出液压系统原理图拟定如下：图5 液压系统原理图电磁铁的工作顺序表如下所示：工况1YA2YA3YA快进工进快退原位停止表2.5.1 电磁铁工作顺序表6.液压元件的选择a.确定液压泵型号液压缸在工作循环过程中的最大工作压力为0.4642Mpa，考虑到正常工作中进油管路有一定

12、的压力损失，进油管路中的压力损失，简单系统可取0.20.5MPa，复杂系统取0.51.5MPa，此处取0.5MPa。压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值，取0.5MPa。则高压小流量的最大工作压力Pp=0.4642MPa+0.5MPa+0.5MPA=1.4642MPa。上述所得的压力Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡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贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn（1.251.6）Pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。此处取Pn=1.5 Pp。所以Pn=1.51.4642MPa=2.1963MPa。两个液压泵

13、应向液压缸提供的最大流量值为10.254L/min，回路中的泄露按输入流量的10计算，则两个泵的总流量值为q=10.254L/min1.1=11.279L/min。由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流量为0.503/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少为3.503L/min。根据以上的功率和流量，查阅机械设计手册，可选用YB1-3/6型双联叶片泵。其额定压力为6.3MPa，转速为960r/min，容积效率0.9，总效率0.85。所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量来决定。b. 液压阀以及辅助元件的选择根据所拟定的液压系统原理图，

14、按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如下液压元件明细表所示。序号元件名称通过最大流量q/L/min型号1过滤器16WU16*1802双联叶片泵11.52YB1-123二位二通电磁换向阀11.52WE6A50-50/AW220-50Z44三位四通电磁换向阀11.524WE6E50-50/BW110RN5单向阀11.52SV-106溢流阀12DBW-107节流阀14DRVP6S3-10表2.6.1 液压元件明细表（1）.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。由管道内径公式，其中q=10.25L/min，v=2m/s，由此求得

15、内径d=14.8mm。由液压元件手册510页表6-4-1可查得出油口采用通径15mm，钢管外径22mm的紫铜管。（2）.油箱容积的确定液压油箱有效容积按泵的流量的37倍来确定，故可选用容量为100L的油箱。7.液压系统性能验算(1).压力损失a.工进时进油路的压力损失工进时主要压力损失为调速阀两端的压降，此时功率损失最大，而在快进，快退时系统工作压力很低，故可不验算。因而必须以工进为依据来计算卸荷阀的调定压力。运动部件工进时的最大速度为100mm/min，最大流量为0.5027L/min，则液压油在进油管内流速为V1=q1/A=10.0cm/s管道内液流的雷诺数为Re=vd/，采用N32液压油

16、，室温为20时，液体的运动粘度 =0.0001m/s，由此可得Re=10015/100=15已知光滑的金属圆管的临界雷诺数为2000-2300，很显然，Re=152300，液压油在管道中为层流。计算层流中的沿程压力损失公式为Pf=其中，称为沿程阻力系数，液压油在金属圆管中作层流流动时，常取=75/Re=2.2。若取进出口油管长度约为2m,油液的密度=890kg/m3 由此可得液压油在进油路上的沿程压力损失为Pf1=528900.1 /(0.012)=0.0045MPa查得三位四通电磁换向阀4WE6E50-50/BW110RN的压力损失P1=0.05MPa，忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压

17、力损失，则进油路总压力损失P为P进=Pf+P1=0.0545MPab.工进时回油路的压力损失由于选用单活塞杆液压缸，则回油管道的流量为q2=0.06L/min，液压油在出油管内流速为V2=q2/A=1.2cm/s同理，可得出油管道内液流的雷诺数为Re=1210/100=1.2，沿程阻力系数=62.5，回油管道上的沿程压力损失为Pf2= 即 Pf2=62.528900.012/(0.012)=0.0008MPa查阅资料可以得二位二通电磁换向阀WE6A50-50/AW220-50Z4的压力损失为P2=0.025MPa，三位四通电磁换向阀4WE6E50-50/BW110RN的压力损失由上可知为P1=

18、0.05MPa，所以回油路总的压力损失为P回=Pf2+P1+P2代入即得Pf回=0.0008MPa+0.05MPa+0.025MPa=0.0758MPac.变量泵出口处的压力PpPp=（F/+A2P进）/A1+P进代入可得 Pp=(2100/0.9+2463.010.0545)/5026.55+0.0545=0.55MPa(2).系统温升验算因为在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，近似为快进、快退阶段所占时间的5倍，所以计算时可以主要考虑工作阶段时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差比较大，所以分别计算最大、最小的发热量，然后加以比较，取数

19、值大者进行分析。工进速度v=80mm/min时，q=A1v=5026.5580/106=0.402L/min此时泵的效率为0.8，泵的出口压力为0.55MPa,则有P输入=0.550.402/(600.8)=0.0046KWP输出=Fv=210080/6010-3=2.8W此时的功率损失P=P输入-P输出=0.0018KW工进速度v=100mm/min时，Q=A1v=5026.55100/106=0.5026L/min此时泵的效率为1，泵的出口压力0.55MPa，则有P输入=0.550.5026/(601)=0.00461KWP输出=Fv=2100100/6010-3=3.5W此时的功率损失为

20、P=P输入-P输出=0.0011KW由此可见，工进速度低时，发热量大。假定系统的散热状况一般取K=1010-3kW/(m2. )，只考虑油箱的散热，其中油箱散热面积A按式估算：A=0.065其中V是油箱有效容积，此处V=100L,所以油箱的散热面积A=1.4m 。系统的温升为 t = P/(KA) =1.02查阅资料得知，对于一般机械，允许温升25-30，数控机床油液温升应该小于25，工程机械等允许的温升为35-40。验算结果表明，该系统的温升在许可范围内，不必采取其他的冷却装置。三、液压缸的装配图图6 液压缸装配图序号名称数量材料备注25连接螺钉8中碳钢24无杆端缓冲套1橡胶23O型封圈2硅

21、胶22Yx密封圈1聚氨21活塞1铝合20Yx密封圈2聚氨19护环2HT25018缸头1铸钢17Y型密封圈2橡胶16防尘圈2聚氨15斯特圈密封2酯14缸盖1铸钢13O型封圈2硅胶12导向圈1Q34511缓冲节流阀1钢10法兰1304L9O型封圈2硅胶8活塞杆135号钢7缸桶1铸钢6缓冲套1橡胶5导向环2聚四4格来圈密封1橡胶3法兰1304L2单向阀1钢1缸底1铸钢表3.1四、 各类阀零件图及其它元件 图7 YB1-12型双联叶片泵 图8 SV-10型单向阀图9 DBW-10型先导式溢流阀图10 4WE6E50-50/BW110RN型三位四通电磁换向阀图11 WE6A50-50/AW220-50Z

22、4型两位两通电磁换向阀图13 DRVP6S3-10型节流阀五、液压集成块及装配图图14 液压集成块图15 集成块管路图图16 集成块六视图图17 主视图图18 左视图图19 俯视图图20 右视图图21 后视图仰视图图22 装配图六、个人设计说明此次课程实践，我们组内共有三人，、林海光组长，组员有曹乐、韦意轩。先期的计算以曹乐为主，各组员协助完成，随后组长林海光对后面工作进行细致分工，由韦意轩负责各类阀零件图、集成块及装配图，由曹乐负责绘制液压系统原理图、液压缸装配图及速度负载曲线。最后由组长林海光统稿完成报告。七设计小结。 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发

23、、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。 在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。 一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用