液压与气压传动课程设计二工大

1、液压与气压传动课程设计目录一、课程设计任务书3二、负载分析3三、负载图和速度图的绘制4四、液压缸主要参数的确定11. 选用液乐缸的工作方式2. 初选液压缸的工作压力3. 计算液压缸的尺寸4. 计算液压缸各个工作阶段的工作压力、流量和功率五、液压系统图的拟定51. 供油方式2. 调速回路3. 速度换接回路4. 换向回路的选择5. 液压系统原理阁六、液压元件的选择81. 确定液压泵的型号2. 电动机的功率3. 选用阀类元件及辅助元件4. 管接头的选川5. 油管的选择6. 油箱容积的确定七、液压系统的性能验算10八、液压缸装配图1113九、液压零件图16222223十、液压集成块设计h、液压总装配图

2、十二、参考文献十三、个人小结卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统一、课程设计任务书设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统，动力滑台的工作循环是：快进 工进一快退一停止。液压系统的主耍参数与性能耍求如下：轴向切削力为21000n,移动 部件总重力为10000n，快进行程为100mm，快进与快退速度均为4. 2m/niin，工进行程为20mm, 工进速度为0.05m/min,加速、减速吋间为0.2秒，利川平导轨，静摩擦系数为0. 2,动摩擦 系数为0.1，动力消台可以随时在中途停止运动。二、负载分析负载分析屮，暂不考虑回汕腔的背压力，液压缸的密封装ffi产屯的摩擦阻力。在效率屮 加

3、以说明。因工什为卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力、导轨 摩擦力、惯性力等。导轨的正压力等于动力部件的重力。1. 工作负载fl=fg=10000n2. 摩檫负载静序檫负载 ffs = fs fn = 0.2x 10000n = 2000 n动摩擦负载 ffd = fd fn = o.lx 10000n = 1000 n3. 惯性负载加速fal = ma = = n = 357 n减速fa2 = = n = 353 n制动 fa3 = = n=42n （制动负载数位相比较之下过于小，实际操作屮可以忽 略不计）反向加速 fa4= = n = 357 n反向制动fa5= = n

4、 = 357 n除此之外，液压缸的受力还有密封阻力、竹压力等，故设液压缸的机械效率h =0.9,则 液压缸在各个工作阶段的负载如表1。表1液压缸各运动阶段负载表工况计算公式总机械负载f/n启动f=ffs/ n2222加速f=(ffd + fal)/n1507快进f=ffd / n1111减速f=(ffd-fa2)/n720工进f=(ffd + ft)/n24444制动反向加速f= (ffd + fa4) / n1507快退f=ffd / n1111制动f= (ffd- fas) / n714三、负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和己知的各阶段的速度，可绘制出负载图(f-i)和速度图 见图1。

5、横华标以上为液压缸活塞前进吋的iih线，横啤标以卜'为液压缸活塞退回吋的曲线。阁1液压缸的负载阁及速度阁24444150722221111501111100 1:02222l/mm四、液压缸主要参数的确定1. 选用液压缸的工作方式因系统循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进、快退速度相等。实现快进快退速 度相等有以下几种方法：(1) 单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔刖积等于有杆腔而积的两倍。(2) 采用双活塞杆液fr缸，因两腔有效面积相等，即可满足快进、快退速度相等的要 求。由于差动连接可降低整个系统工作压力，同吋可选川更小规格的汕泵。而且组合机床对 工作压力要求的供汕压力并不

6、高，所以选择方案一。4.初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属于机床类。初选m类型组合机床，初定液压缸的 工作压力为p = 4xlo6pa o3. 计算液压缸的尺寸快进吋液压缸里然作差动连接，但是接管路屮不可避免的存在着压降，且有杆腔的压力 必须大于无杆腔，佔算时取apzsxlospa快退时，为了防止钻孔钻通时滑台突然失去负载 h'd前冲，在卜1汕路上设置背压阀，初选背压位p2 = 8xlo5pa。工进吋液压缸的推力计算公式为f =aipi- a2p2 = (aipi- a!z2)p2 因此，根据己知参数，液压缸无杆腔的有效面积可计算为ax=/(p1-p2/2)=244

7、44/(4-0.) x 106= 6.79 x io'3 m2d= = x io'2 = 9.3 x io'2 m按 gb/t2348-1993 标准取：d=10cm根据选择快进差动连接的方式，则収x杆腔有效面积等干有杆腔有效面积a2的两倍， 即a1=2a2。从而确定活塞杆的直径：d =(d)/2 = 6.57 cm按 gb/t2348-1993 标准取：d = 7 cm 则液压缸的有效作用面积为：无杆腔面积a1= d2/4 = 78.5 cm2 有杆腔面识 a2= (d2- d2) /4 = 40.1 cm2按最低工进速度校核液压缸尺寸，查询产品样本，调速阀最小稳定流

8、景qmin = 0.05 l /min ,因工进速度v = 0.05 m/min为最小速度，则ai>qmin/vmin =(0.05 xlo3) / (0.05 x 102 ) cm2= 10 cm2 上述计算中ai=78.5 cm2 >10 cm2 ,满足最低速度要求。4. 计算液压缸各个工作阶段的工作压力、流s和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的旮效面积，可以算出液压缸工作过柷屮各个阶段的压力、流量和功率。代入计算公式和计算结果如表2所示。表2液压缸各工作阶段的压力、流量和功率工况负载f进汕压力pj回汕压力pb所需流量q输入功率pnpapal/minkws1111 xl

9、o57.96x 10512.96 xlo516.10.174工进24444 x 10533.6 x 1058 xlo50.390.021快退1111 xlo512.42 x 1055 xlo516.80.281注：1.差动连接吋，液压缸的回油门到进油口之间的压力损失=5xlospa,而pb = pj+ ;2. 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为pj,无杆腔回油，压力为pb。由表2可绘制出液压缸工况阁，如阁2所示。五、液压系统图的拟定1. 供油方式供油方式参考同类纟ii合机床，同吋根据本题要求。选用双作川叶片泵双泵供汕，同吋使川调速阀 进汕调速的丌式m路来满足快进、快退和工进的功能。快进或快退时双

10、泵进行供汕，工进时， 小泵单独供油，同时利用节流阀调速保证工进速度。从提高系统的效率、节约能源的角度考 虑，采用单个定跫泵的供油方式敁然是不合适，所以选用双作用叶片泵作为油源。整个冋路 采用溢流阀作定压阀，起安全阀作用。为防止钻孔钻通吋滑台突然失去负载向前冲，回油路 上没s背压阀，初定背压值为pb = 8xl05pa。阁2液压缸丄况阁p/mpi3.36进油压力1.240.79t/sp/mpi油压力16.116.80 39t/sp/kw0.2810.1740.021t/s2. 调速回路由工况阁可知，该系统在丄进时速度较慢，需耍调节，考虑到系统功率小，猾台运动速 度低，工作负载变化小，所以采用进汕

11、节流调速回路。3. 速度换接回路采用二位二通电磁阀的速度冋路，控制由快进转为工进。由工作台的行程开关发讯控制，管 路较简单，行程大小也容易调整，：w外采川液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度 换接回路为行程与压力联合控制形式。4. 换向回路的选择木系统对换向的平稳性没冇严格的要求，所以采用价格比较低电磁换向阀的换向回路。 为了便于实现差动连接，换向阀采用一个三位五通电磁换向阀。5. 液压系统原理图将上述所选定的液压回路进行组合，外根据要求作必要的修改补充，即飢成如图3所示 的液压系统阁。为便于观察凋整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设 置测压点并设置多点压力表丌关。这样

12、只盂一个压力表即能观测各点压力。表3为电磁铁动 作表。阁3组合机冰动力滑台液压系统原理i冬i表3电磁铁动作表1y2y3y快进+工进+-+快退+停止-六、液压元件的选择1.确定液压泵的型号由表2讨知，工进阶段液压缸丄作压力最大为33.6xlo5mpa，由于系统比较简雄，所以 取进油路总压力损失e = 5 x 105 pa，则液压缸最高工作压力为pp = p + e = (33. 6 + 5)x io3 = 38. 6 x 10" pa 因此泵的额定压力可取pr1.25pp = 48 x 10s pa由表2可知，工进阶段所需流景最小是0.39 l/min，设溢流阀最小稳定流景为2.5 l

13、/min, 则小流量泵的流量应为qpi (1. 1 x 0. 39 + 2. 5) l/min = 2. 93l/min又由快进、快退吋最大流量是16. 8l/min，则两个泵的总流量应为 qp = 1. 1 x 16. 8 l/min =18. 5l/min从而得出，大流量泵的流量不将少于qp2 qp - qpi= (18.5-2.93) l/min =15.57l/min根据以上压力和流m的数值查产仏目录，选用yb-4/16型的双联叶片聚，其额定压力为 6.3mpa,额定转速 960r/min。2. 电动机的功率系统为双泵供油系统，其中小泵1的电动机选择流量qpl = (4 x 10 3/

14、60) m3/s = 0.067 x 103 m3/s人泵2的电动机流麗qp2 = (16 x 103/60) m3/s = 0.267 x 10'3 m3/s差动快进、快退是=吋，两个泵同时向系统供油；工进时，小泵1向系统供油，大泵2 卸载。下面计算各个阶段所需要的电动机功率p。(1)差动快进差动快进时，人泵2的出u压力汕经单a阀r:与小泵1汇合，然后经过单向阀2,三位 五通阀3，二位二通阀4进入液压缸无杆腔，无杆腔压力px = pj = 7.96 x 105 pa ,查产品r 录可知,小泵2的出口压力损失p2 = 1.5xlo5pa。于是，小泵1出口压力ppl = 12.46xlo

15、5pa (总效率n f0. 5)，大泵2出口压力pp2 = 13.96 x 105 pa (总效率n f0. 5)。电动机功率pi = ppiqi/ h pp2q2/= 912 w(2) 工进考虑到调速阀所需耍的最小压力差pl = 5 x io5 pa。压力继电器可靠动作需要压力差pl = 5 x 105 pa。因此，工进吋小泵的出口压力ppl=pi +p, p2=43. 6x 105 pa。而大泵2的卸载压 力取pp2 = 2xlo5pa。(小泵1的总效率in=o. 565，人泵2的总效率n fo. 3)。电动机功率p2=ppiqi/ u 1+ pp2 qv n 2 = 650 w(3) 快

16、退类似差动快进分析知：小泵1的出u压力力ppl = 16.9x103 031=0.5)，大泵2 山 口压力 pp2 = 18.4 x io5 pa (总效率 in=o. 51)。电动机功率1):尸ppiqi/十 pp2 qv h 2 = 947 w综合上述，比较可知，快退吋所需功率最人。据此杏产品h录，选用y90l-66封闭式三相异 步电动机，电动机功率1.1kw，额定转速940r/min。3. 选用阀类元件及辅助元件根裾系统的工作压力和通过各个阀类元仲和辅助元件的最人流杂，可选出这些元件的型号及 规格。本系统屮所宥阀的额定压力都为63x lota,额定流s根据各阀通过的流fi,确定为 lol

17、/min、25 l/min和63l/min三种规格，所存元件的型号列于表4中。过滤器按液压泵额 定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与系统原理图的序号一致。表4液压元件型号及规格序号元件名称最大通过流虽/ (l/min)型号1双联叶片泵20yb-4/162单向阀20rvp-8-1-0/0.05mp3三位五通电磁换向阀405we6e50aw220-50z44二位二通电磁换句阀402we6e50aw220-50z45调速阀0.392frm5-30b6压力继电器7单向阀20rvp-8-1-0x3.05mp8液控顺序阀16hg03b3-229背压阀4fbf3-6b10直动式溢流阀16dbds6

18、p-1511单向阀16rvp-8-1-0/0.05mp12直动式溢流阀4dbds6p-1513过滤器4014压力表开关注：表中型号均在机械设计手册（新）第四卷中查得。4. 管接头的选川液压系统屮汕管与管接头的常见联接方式奋：焊接式管接头、卡套式管接头、扩ui式管 接头、扣压式管接头、同定铰接管接头。此液压系统选择焊接时管接头。液压系统常用的管路联接螺纹冇：细牙普通螺纹（m）、米制锥螺纹（zm）. 55°锥管螺 纹（r）、60°锥管螺纹（npt）o此处选用中、高压管路，采用国际标准米制锥螺纹（zm）和 普通细牙螺纹（m）。锥螺纹依離自身的锥体旋紧和采用聚叫氟乙烯等进行密封；细

19、牙螺纹密 封性好，川于高压系统。组合垫圈或0形圈进行端面密封，也可采川紫铜垫圈。已知：快退时进油管和冋油管k度均i = 2m，油管直径d = 15xlo'3m，通过的流fi为进油路 qx = 20 l/min =0.333m3/s，回油路 q2 = 40 l/min =0.667 m3/s。液压系统选用 n32 号液压油， 考虑敁低工作温度为15°c,由乎册查出此时油的运动粘度v=1.5st = 1.5cm2/s，油的密度为 900kg/3,液压系统元件采川集成块似的配s形式。(1) 确定油流的流动状态，按式(1-34)经单位挽算为re=vd/v x 1(/= 1.2732q

20、/dv x 101 式中v平均流速(m/s)d油管内径(m) v汕的运动粘度(cm2/s) q通过的流量(in3/s)则进汕路中液流的雷诺数为re! = 1.2732 x 0. 333 x 10 7(15 x 10 3x 15) x io4 = 188.4 < 2300 回油路中液流的雷诺数为re2 = 1.2732 x 0. 667 x 10"7(15 x 10 x 15) x io1 = 376. 9< 2300 由上述可知，进回右路的流动均为层流。(2) 沿程压力损失eapx由式(1-41)，可算出进汕路和回汕路的压力损失。在进油路上， 流量 v = 4qi/d2

21、=(4 x 0. 333 x 10"3 )/(3. 14 x 152 x 10 6 ) m/s = 1.88 m/s,则压力损 失为zapxi=64/re * 1/d * pg * v2/2g =64 x 2 x 900 1. 887(188.4 x 15 10'3 x 2 )pa = 0. 72 x 105 pa在回汕路上，流速为进汕路流量的两倍，即v = 3. 76 m/s，则压力损失为eapx2=64 x 2 x 900 1.887(367.9 x 15 10"3 x 2 )pa = 1.44 x 10s pa(3) 局部压力损失由于采川集成块式的液压装h,所

22、以只考虑阀类零件和集成块内汕路的压力损失。通过 各阀的局部压力损失一般可从产品技术规格中查得或按式ap = (q/qn)2 apn (1-45)计算 得到。结果列于表5中。表5阀类元件局部压力损失元件名称额定流量 qn/(l/min)实际通过的流 暈 q；/(l/min)额定压力损失 p,/ (xlo'pa)实际压力损失 p;/ (xlopa单向阀2252021.025三位五通电磁阀363204040. 325-1.2875二位二通电磁阀4634041.2875单向阀11251620. 575注：快退吋经过三位五通的两汕道流量不同，压力损失也不同。若取集成块进油路的压力差损失apn =

23、 0. 3 x 105 pa ,回汕路压力损失为ap* = 0. 5 x 105 pa ,则进油路和回油路的总的力损失为e api = l apxi + lap； + lap；i = (0. 72 + 1.025 + 0.575 十 0. 3) x 105 = 2. 62 x 105 pazap2 = sapx2 + zap； + z apj2 = (1.44+ 1.025 + 1.2875+ 0. 5) x io5 = 4. 2525 x io5 pa由表1知，快退时液压缸负载f =111 in,则快退时液压缸的工作压力为pi = (f+eap2 ai) /a2= (1111+4.2525

24、x 10s x 7.85 x 10"3) /(4. 01 x 10, pa =11. 09 x io5 pa因此，人流景泵卸份阀2的调整压力因人于11. 09 x 105 pa。从以上验算结果可以看ih,各种工况下的实际压力损失都小丁初选的压力损失值，而且比较 接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。2.液压系统的发热和温升工进时液压泵的输入功率如前而汁算pi=650w工进吋液压缸的输出功率p2=f v =(24444 x 0. 05/60) w = 20. 37w系统总的发热功率 o =pi-p2= (650 - 20.37) w=629. 63w已知邮箱容积v

25、=90l=90x io3 m3,设油箱的三边长在1: 1: 1！ =1: 2: 3范围内，则油箱 近似散热而积a为a二0.065 (3vv2) =0. 065 (3 7 902) m2 = 1.51 m2 假定通风良好，取邮箱散热系数ct=15x 103 kw/(m2c。)，则汕液温升为at=o/c,a=629.63 x 10 3 / (15 x 10 3 x 1. 51) c。=27.8c。设环境温度为t2=20c。，则热平衡温度为tfl+at二47. 8c。 ti=65co没有超过允许范围。八、液压缸装配图阁4组合机床动力滑台液压缸装配阁zzzzzzzzzz液hi零件阁阁5 单向阀图6背压阀图7二位二通电磁换向阀图8三位五通电磁换句阀图9调速阀图10液控顺序阀图11直动式溢流阀十、液压集成块设计图13集成块管路罔罔14集成块管路cad图i冬i 162图18 420s61阁izb9 oz&i乙乙b卜一、液压总装配图罔21液压总装配图十二、参考文献1. 机械设计手册一液压控制笫五版单行本，成大先主编，化学工业出版社，2010年刀北京第1版第1次印刷。2. 机械没计手册一