专用铣床液压系统设计_百度文库

1、攀枝花学院本科课程设计（论文）专用铣床液压系统设计学生姓名： *学生学号： 200910601113院（系）： 机械工程学院年级专业： 09机制 1 班指导教师： *二0一二 年 六 月攀枝花学院教务处制目 录摘 要 . I ABSTRACT . II绪论 . . 1 1 设计题目 . . 21.1设计题目 . . 2 2 工况分析 . . 22.1负载分析 . 22.2运动分析 . 4 3 确定液压缸的参数 . . 53.1初选液压缸的工作压力 . . 53.2确定液压缸的尺寸 . 53.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值 . 63.4绘制液压缸工况图. . . 6 4 液压

2、系统图的拟定 . . 94.1 制定液压回路方案 . 94.2 拟定液压系统图 . . 11 5 液压元件的选择 . . 125.1 液压泵及驱动电机的选择 . 125.12液压泵的流量计算 . 125.2 阀类元件及辅助元件的选择 . 135.3油管的选择 . 145.4 油箱的计算 . 155.5 吸油管和过滤器之间管接头的选择 . 155.6 堵塞的选取 . 165.7 空气过滤器的选取 . 16 6 液压系统性能的验算 . 166.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 . 176.2 油液温升验算 . 19 7 油箱的设计 . 207.1 壁厚、箱顶及箱顶元件的设计 . 217.2

3、 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计 . 217.3 箱底、放油塞及支架的设计 . 217.4 油箱内隔板及除气网的设置 . 227.5油箱的装配图的绘制 . 23 参考文献 . 24 总结 . . 25 致谢 . . 26绪 论随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成

4、液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大

5、量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。1 设计题目1.1设计题目设计一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为7.44千瓦，铣刀直径为130mm ，转速350转/分，如工作台质量为437公斤，工件和夹具的质量为258公斤，工作台的行程为426mm ，工进行程为134mm ，快进快退速度为4.85米/分，工进速度为601000毫米/分，其往复

6、运动的加速（减速）时间为0.05秒，工作台用平导轨静摩擦系数0.2s f =，动摩擦系数0.1d f =，试设计该机床的液压系统。设计参数铣头驱动电机的功率（KW ）： P =7.44铣刀直径（mm ）： D =130工作台质量（Kg ）： M=437工件和夹具的质量（Kg ）： M=258工作台快进、快退速度（m/min）：V = 4.85工进速度 (mm/min V = 601000工作台液压缸快进行程（mm ）： L 1=426工作台液压缸工进行程（mm ）： L 2=134工作台导轨面静摩擦系数： 0.2s f =工作台导轨面动摩擦系数： 0.1d f =，往复运动的加速（减速）时间（

7、t ）：t =0.05攀枝花学院学生课程设计（论文） 2 工况分析2 工况分析2.1负载分析铣床工作台液压缸快进阶段，启动时的外负载是导轨静摩擦阻力，加速时的负载是导轨动摩擦阻力和惯性力，恒速时是动摩擦阻力，在快退阶段的外负载是动摩擦阻力，铣床工作台液压缸在工进阶段的外负载是工作负载，即刀具铣削力及动摩擦阻力。根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力m F ，工作台与导轨的动摩擦阻力fd F 和静摩擦阻力fs F69504.85/60G m F v F N g t = (2-1 12( 0.1(43702580 695fd d G G F f F F =+=+=(N (2-2 12( 0.2(4

8、3702580 1390fS s G G F f F F =+=+=(N (2-322258102580G F m g =(N由铣头的驱动电机功率可以求得铣削工作负载t F ：t PF v=2.3816060n d v =所以，7440t P F v =（N ）同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率0.9m =），工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1中，负载循环图如图2-1所示。 图2-1液压缸负载循环图2.2运动分析根据给定条件，快进、快退速度为0.081m/s，其行程分别为294mm 和 426mm ，工进速度为601000mm/min（即0.0010.0167m

9、/s），工进行程134mm ，绘出速度循环图如图2-2所示 图2-2 液压缸速度循环图3 确定液压缸的参数3.1初选液压缸的工作压力专用铣床归属于半精加工机床，根据液压缸推力为4243N （表2-1）, ，初选液压缸的设计压力为53010Pa.3.2确定液压缸的尺寸由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使122A A =, 快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取5510p =Pa ，快退时回油路压力损失亦取5510p =Pa 。工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为5(510 10 Pa, 选取背压52610p =Pa

10、 。确定液压缸尺寸取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程： 专用铣床液压缸力的平衡图根据1122( m F P A P A =-, 可求出液压缸大腔面积1A 为2152142432m F A m P =-(3-10.088D m = (3-2 根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=90mm，液压缸活塞杆直径63.65d mm =，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=63mm，于是液 压缸实际有效工作面积为= (3-3=-=-= (3-43.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值 3.4绘制液压缸工况图根据表3-1计算结果，分别绘制p-L 、Q-L 和P-L 图，

11、如图3-1所示 p-L 图 Q-L 图 P-L 图4 液压系统图的拟定4.1 制定液压回路方案这台机床液压系统功率很小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可以采用进口调速回路的形式。为了解决进口调速回路在负载变化时的突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中的油液循环必定是开式的。从系统压力流量表1-3中可以看到，在液压系统的工作循环内，液压缸要求压力变化不大。快进、快退所需的时间和工进所需的时间分别为：111331313(/ (/ ( /(294426 10/0.058312t l v l v l l v s-=+=+=+= （4-1）3222/13210/(

12、1/60 8t l v s -= （4-2）或：3222/13210/(0.06/60 133t l v s -= 所以工进时间占总时间的比率为：2128132100%100%82.3%89.3%(8132 12t t t +=+ （4-3） 因此从节能和节约成本的角度考虑，采用单个液压泵就可以满足系统的工作要求铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，故选用单向调速阀的回油节流调速，如图4-3所示。由于已经选用节流调速回路，故系统必然为开式循环。换向回路选用了三位四通“O ”型中位机能的电磁换向阀实现液压缸的进退和停止，如图4-2所示。采用二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时的差动连接，如图4

13、-4所示。由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求，故采用行程控制方式即活动挡块压下电气行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电以及死挡铁即可实现自动换向和速度换接。在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁，出口设一单向阀以保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及其开关，以便溢流阀调压和观察，如图4-5所示。 图4-1液压油源的选择 图4-2换向回路 图4-3 速度换接回路 图4-4 差动回路 图4-5 辅助回路4.2 拟定液压系统图在制定个液压回路方案的基础上，经整理所得到的液压系统原理图如图。由电磁铁动作顺序表更容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。 工况快进工进快退

14、原位停止电磁铁状态1YA 2YA 3YA +-+-5 液压元件的选择5.1 液压泵及驱动电机的选择液压缸在整个工作循环中的最大工作压力出现在快退阶段，其值为1.007MPa ，由于进油路元件较少，故液压缸间的进油路上的压力损失估取为0.5MPa ，则泵的最大工作压力p p 应为：泵的供油流量按液压缸的快进（恒速时）阶段的流量q=4.03L/min进行估算。由于系统流量较小，故取泄漏系数K=1.3，则液压泵供油流量p q 应为根据系统所需流量，拟初选液压泵的转速为1450 r/min，泵的容积效率为v =0.8，由此可得泵的排量参考值为Vg =1000qv /（n1*v ）=1000*4.03/

15、(1450*0.8=4.474(/mL r 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取YB1-6型叶片泵，泵的额定压力为pn =6.3MPa,液压泵的理论排量为: 6/V mL r =，容积效率v =0.8，泵的额定转速为1450r/min。输出流量为比系统所需的流量稍大。由于液压缸在快退阶段的输入功率最大，这时液压泵的工压力为1.507MPa 、流量为4.03L/min。取泵的总效率0.8p =，则液压泵的驱动电机的所需功率为：p pp pppp q p q P kw += （5-1）根据此数值按JB/T8680.11998，查阅电动机产品样本选取Y801-4型三相异步电动机，其额定功

16、率为0.55n P kw =，额定转速1390/min n n r =。用此转速驱动液压泵时，泵的实际输出流量为6.67L/min，仍能够满足系统工作时各工况对流量的要求。5.2 阀类元件及辅助元件的选择根据阀类及辅助元件所在的油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表5-1，表中序号与图4-6中标号相同。 5.3油管的选择各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出口油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量由节流阀与调速阀决定，故液压缸在各个阶段的进、出流量均可调整到与原定数值相同，进出液压缸无杆

17、腔的流量，在快退和差动工况时为2Q ，所以管道流量Q 按12/min L 计算。液压缸在各阶段的进、出流量及流速表5-2：表5-2 液压缸的进、出流量及流速 由表中数据可知所选液压泵的型号、规格是适宜的。由表3-1可知，该系统中最大压力小于3MPa 2.53m/s；所以当油液在压力管中流速取3m/min时，公式d =（5-3） 229.7d mm = 故可取内径为10mm 的管道。226.87d mm = 故可取内径为7mm 管道。5.4 油箱的计算5.5 吸油管和过滤器之间管接头的选择在此选用卡套式软管接头查机械设计手册4表23.966得其连接尺寸如下表： 5.6 堵塞的选取考虑到钢板厚度只

18、有4mm ，加工螺纹孔不能太大，查中国机械设计大典表42.7178选取外六角螺塞作为堵塞，详细尺寸见下表 5.7 空气过滤器的选取按照空气过滤器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即： 226.96/min 13.92(/min qq L L p >=过滤器选用EF 系列液压空气过滤器，参照机械设计手册表23.8-95得，将其主要参数列于下表： 6 液压系统性能的验算6.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统的油路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先按式2(r rq p p q =估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失

19、即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。滑台快进时，液压缸差动连接，由表5-1和表5-2可知，进油路上油液通过单向阀3电磁换向阀2的流量是6.67L/min，然后与有杆腔的回油汇合，以13.34L/min通过行程阀7并进入无杆腔, 从而进油路上的总压降为：2220.2(6.67/63 0.5(6.67/80 0.25(13.34/63 0.0169Vp MPa =+= (6-1此压力值不大，不会会使压力阀打开，故可保证从节流阀流出的油液全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀3的流量都是6.6

20、7L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀7流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力2p 与无杆腔压力1p 之差。212220.5(6.67/80 0.2(6.67/63 0.25(13.34/63 0.0169p p p MPa=-=+=(6-2此值小于原估计值0.5MPa （见表3-1），所以是偏安全的。工进时，油液在油路上通过单向阀3和电磁换向阀2的流量为2.0L/min，在调速阀6处的压力损失为0.5MPa ；油液在回油路上通过换向阀2的流量是1.0L/min，在背压阀7处的压力损失为0.5MPa ，通过顺序阀10的流量为（1.0+6.67）L/min，因此这时液压缸回油腔的压力2p

21、 为:22可见此值小于原估计值0.8MPa 。故可按表3-1中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力1p ，即：6121(' /10 2.282p F p A A MPa =+=6-4-4(4059+0.505101010/(2010 (6-4 此值与表3-1中数值2.330MPa 相近。溢流阀4的调压1p Ap 应快退时，油液在进油路上通过单向阀3、电磁换向阀2的流量为13.7L/min，油液在回油路上通过换向阀2和单向阀3的流量为27.4L/min. 因此进油路上总压降为：2210.3(6.67/1000.5(6.67/80 0.0048V pMPa =+= (6-6此值较小，液压泵驱

22、动电机的功率是足够的。所以快退时液压泵的最大工作压力pp 应为：112.282+0.0048=2.286MPap V p p p =+= (6-7因此大流量液压泵卸荷的顺序阀11的调节器压应大于2.286MPa 。6.2 油液温升验算液压系统总发热功率计算 液压泵输入功率：1307409.3( 0.75BpQN W =或 11(1 409.3(10.009 405.6( H N W =-=-= (6-10油箱散热面积：211.15( A m = (6-11 油液温升：1T H T C A=，取15T C =，则 1405.6T H T C A =（）(6-12 温升没有超出允许范围2535的范

23、围，液压系统中不需要设置冷却器。7 油箱的设计 图7-1 油箱外形图根据有关手册及资料初步确定其外形尺寸为如表7-1所示：表7-1 油箱的轮廓参数 7.1 壁厚、箱顶及箱顶元件的设计由表中数据分析可采取钢板焊接而成，故取油箱的壁厚为：3mm =，并采用将液压泵安装在油箱的上表面的方式，故上表面应比其壁要厚，同时为避免产生振动，则顶扳的厚度应为壁厚的4倍以上，所以取：55315mm =顶，并在液压泵与箱顶之间设置隔振垫。在箱顶设置回油管、泄油管、吸油管、通气器并附带注油口，即取下通气帽时便可以进行注油，当放回通气帽地就构成通气过滤器，其注油过滤器的滤网的网眼小于250m ，过流量应大于20L/m

24、in。另外，由于要将液压泵安装在油箱的顶部，为了防止污物落入油箱内，在油箱顶部的各螺纹孔均采用盲孔形式，其具体结构见油箱的结构图。7.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计在此次设计中采用箱顶与箱壁为不可拆的连接方式，由于油箱的体积也相对不大，采用在油箱壁上开设一个清洗孔，在法兰盖板中配以可重复使用的弹性密封件。法兰盖板的结构尺寸根据油箱的外形尺寸按标准选取，具体尺寸见法兰盖板的零件结构图，此处不再着详细的叙述。为了便于油箱的搬运，在油箱的四角上焊接四个圆柱形吊耳，吊耳的结构尺寸参考同类规格的油箱选取。在油箱的箱体另一重要装置即是液位计了，通过液位计我们可以随时了解油箱中的油量，同时选择带温度计

25、的液位计，我们还可以检测油箱中油液的温度，以保证机械系统的最佳供油。将它设计在靠近注油孔的附近以便在注油时观察油箱内的油量。7.3 箱底、放油塞及支架的设计在油箱的底设置放油塞，可以方便油箱的清洗和换油，所以将放油塞设置在油箱底倾斜的最低处。同时，为了更好地促使油箱内的沉积物聚积到油箱的最低点，油箱的倾斜坡度应为：1/251/20。在油箱的底部，为了便于放油和搬运方便，在底部设置支脚，支脚距地面的距离为150mm ，并设置加强筋以增加其刚度，在支脚设地脚螺钉用的固定。7.4 油箱内隔板及除气网的设置为了延长油液在油箱中的逗留时间，促进油液在油箱中的环流，促使更多的油液参与系统中的循环，以更好地

26、发挥油箱的散热、除气、沉积的作用，在油箱中的上下板上设置隔板，其隔板的高度为油箱内油液高度的2/3以上。并在下隔板的下部开缺口，以便吸油侧的沉积物经此缺口至回油侧，经放油孔排出。如图8： 在油箱中为了使油液中的气泡浮出液面，并在油箱内设置除气网，其网眼的直径可用网眼直径为0.5mm 的金属网制成，并倾斜1030布置。 在油箱内回油管与吸油管分布在回油测和吸油测，管端加工成朝向箱壁的 45斜口，以便于油液沿箱壁环流。油管管口应在油液液面以下，其入口应高于底面23倍管径，但不应小于20mm ，以避免空气或沉积物的吸入或混入。对泄油管由于其中通过的流量一般较小，为防止泄油阻力，不应插入到液面以下。另外在油箱的表面的通孔处，要妥善密封，所以在接口上焊上高出箱顶20mm 的凸台，以免维修时箱顶的污物落入油箱。图7-