组合机床液压系统设计机械类毕业设计课件

1、 工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目： 组合机床液压系统设计 专 业： 车辆工程 班 级： 08级3班 姓 名： * 学 号： 1608080329 指导教师： 王娟 日 期： 2011年9月13日 目 录引言31液压传动的发展状况和应用31.1液压传动的发展状况 31.2液压传动的应用41.3 液压系统最新发展状况52液压传动的工作原理、组成和优缺点82.1 工作原理82.2 液压系统的基本组成 82.3液压传动的优缺点 93液压工况分析103.1运动分析103.2负载分析104拟定液压系统图124.1液压泵型式的选择124.2拟定液压回路134.3组成液压回路和电磁铁顺序135

2、液压系统的计算和液压元件选择145.1液压缸主要尺寸和相关设计145.2 选择液压泵和电机 195.3辅件元件的选择225.4确定管道尺寸225.5确定油箱容量236液压系统的性能验算236.1压力损失的验算236.2液压系统的发热与升温验算267注意事项28组合机床液压系统设计摘 要：面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重

3、量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。关键词：组合机床 液压系统 液压缸引言面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。液压控制系统在组合机床中有着重要作用，对液压控制系统的设计也是进行组合机床设计的重要组成部分。做好对液压控制系统的设计，有利于提升组合机床的总体性能，并

4、使液压动力元件有效可靠的运行。液压系统设计是整个机械设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求、利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，在经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。本文以组合机床液压控制系统为研究对象，对组合机床驱动动力滑台液压控制系统的体系结构进行了研究，并以组合钻床驱动动力滑台的液压控制为切入点，对如何使组合钻床驱动动力滑台实现液压控制进行了深入研究。1液压传动的发展概况和应用1.1液压传动的发展概况液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农

5、业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁·尼斯克对

6、能量波动传递所进行的理论及实际究和1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀

7、、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。1.2液压传动的应用1.2.1液压传动在机械行业中液压传动驱动机械运动的机构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用四位一体。由于液压传动具有很多优点，使

8、这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在1930年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：1.进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换

9、向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。2.往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。3.仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。4.辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。1.2.3 静液压传动装置的应用静液压传动由于具

10、有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。但是在铲土运输机械和起重机械中作为主要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又太高，会造成主同成本过高。90年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。从国内工程机械市场的实际出发，本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性的意见如下： （1）静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头和工厂等使用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求，因此这些部门正在成

11、为国内静液压叉车用户。国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，提供能先进，工作可靠，价格适中的产品。也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式，加快开发的速度。 （2）中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在发达国家已经得到了广泛的应用。随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，中小型多功能工程机械也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景，联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发，以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。

12、 （3）在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度大，价格太高，在国内用户中难以接受。因此，在我国暂时不宜将静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放在上述两类工程机械上。1.3 液压系统最新发展状况1.3.1 国外液压系统的发展工程机械主要配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电气元件等。目前工程机械动力元件基本上都用内燃式柴油发动机(简称柴油机)；传动分机械传动、液力机械传动、静液压传动、电传动等。但目前工程机械用得最多、最普遍的为液力机械传动及静液压传动。整个传动系统还包括传动轴、驱动桥等。静液压传动有多种结构形式，有的有传动轴

13、、驱动桥，有的没有，视情况而定；液压元件主要有缸、泵、阀、密封件及液压附件等。静液压元件的泵(主要是变量泵)、马达(变量与定量)，以及相应的减速机等；电气元件以前对工程机械的影响还并不大，最早的工程机械电气系统，主要是起动电路及照明电路，系统及元件都非常简单，起动可以用拖起动，白天干活不用照明，因此，这两个电路系统出了故障也能勉强维持工作。但工程机械发展到今天，电气系统及电气元件已经成了工程机械一个非常关键的部分，可以说今天的绝大多数工程机械，电气系统出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步难行，等于一堆废钢铁。因此电气系统、电器元件目前也是工程机械最关键最主要的配套件之一。主要电器元件除传统的元

14、件外，还有各种传感器，各种控制元件及微处理机等等。下面就国际上这些工程机械主要配套件的基本情况及发展趋势谈谈看法。目前国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久，技术成熟、供应充足，生产集中度高，品牌效应突出。配套件的发展随主机的发展而发展，同时配套件自身的发展反过来又促进主机的发展。目前国外工程机械配套件的发展形势好过主机的发展形势。目前国外工程机械配套件的发展形势比较好。近些年来国外工程机械有一种发展趋势，主机制造企业逐步向组装企业方向发展，配套件逐步由供应商来提供。比如世界上实力最强的主机制造企业美国的卡特彼勒(Caterpillar)、凯斯(Case)、日本的小松(Komatsu)、瑞

15、典的沃尔沃(Volvo)等世界上这些大型的工程机械主机制造企业，其配套件的配套能力也是非常强的，它们的配套件外配的数量也是在逐年大幅度地增长，一些中小工程机械企业就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造企业来提供。这样做有几大好处，主机企业可集中精力把自己的主机产品作好，减少配套件完全由主机企业自己来承担的风险，而配套件企业作得更强更大，有能力迅速提高配套件的质量、技术水平，同时能为主机企业提供更多的新产品，这样更容易促进主机产品的发展。国外工程机械主机企业从1988年达850亿美元的销售额以来，基本上没有多大变化，而相反这些年来配套件从150亿美元，增长到1000亿美元，增幅是相当大的。因此，

16、国外工程机械配套件这些年来得到了快速发展。国外工程机械配套件生产历史悠久、技术成熟、品种齐全，完全能满足各种工程机械的配套需求国外许多工程机械主要配套件企业都有50年，甚至100年以上的发展历史，企业的规模都相对较大，技术十分成熟，品种也非常齐全，几乎应有尽有。比如目前世界上生产密封件及减振器最大的企业，德国的弗罗伊登贝克(Freudenberg)公司，成立于1849年，生产密封件及减振器已有100多年历史，其品种应有尽有，从技术上、品种上完全能满足液压行业对密封件及密封技术的要求。同时还不断推出新的密封材料及新的密封结构，推动液压密封技术不断向更高技术水平发展。目前世界上最大的中大型发动机制

17、造企业，美国的康明斯(Cummins)发动机制造公司，成立于1919年，也几乎有近100年的历史。37.3kW(50马力)以上的柴油机可以全方位为各种工程机械，甚至所有需要柴油机动力的各种机械配套，在技术上可以完全满足最苛刻的欧II、欧III排放标准，甚至可以达到欧IV、欧V排放标准。在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品(主要是液压件、密封件及液压附件等)制造企业，美国的派克(Parket)公司，成立于1918年，也有近100年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用于静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司，已有200多年的

18、历史，从1953年开始全面制造液压元件，也有50年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式(泵控)或开式(阀控)系统液压元件品种都非常齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的ZF公司，成立于1915年，也有近100年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士(Bose)公司等，都有50年以上，甚至100年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。1.3.2 远程液压传

19、动系统的发展在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类 的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入到了这方面的研究。目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技术资源和产品信息的共

20、享，本文提出了建立基于Web的远程液压传动系统设计的新模式。基于Web的远程液压传动设计系统采用BS(浏览器服务器)模式的体系结构，服务器端上存放了所有与设计计算相关的应用程序，以及用户信息数据库、产品信息数据库与专家知识数据库等。用户在使用该设计系统时，只要客户端具备上网功能(即安装了IE浏览器并接通网络)即可访问使用。这样的体系结构具有它独特的优势：克服了传统单机版应用程序只能单机操作的局限性，实现了设计与技术资源的跨区域、跨平台共享，使设计人员的工作变得简单方便，提高了工作效率。客户端启动IE浏览器进入系统初始界面，这里提供了关于远程液压传动设计系统的介绍。如果用户想提交设计任务，则可以

21、注册并填入相关信息，然后登录进入操作页面。首先，用户要选择一种工作模式：过程全自动化智能处理模式或人机交互模式。这两种模式的主要区别在于：用户选择前者时，只要在一开始提交设计的任务要求、基本参数以及设计计算过程中需要用到的一些参数即可，其余的工作都由系统自动完成，直到最后生成设计方案供用户审核；而后者，就是指系统在分析、计算过程中每次需要选择参数或方案的时候，都要询问用户的意见，由用户来做出选择。如果提供的众多参数或方案中没有用户满意的，或用户自己有特殊要求，可以自行指定。因此，该工作模式适合于高级用户或有特殊要求的用户使用。用户便可按照所选工作模式的流程来完成设计工作。 液压传动在其他机械工

22、业部门的应用情况如下： （1）工程机械：挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机等 （2）起重运输机械：汽车吊、港口龙门吊、叉车、装卸机械、皮带运输机等 （3）矿山机械：凿岩机、开掘机、开采机、破碎机、提升机、液压支架等 （4）建筑机械：打桩机、液压千斤顶、平地机等 （5）农业机械：联合收割机、拖拉机、农具悬挂系统等 （6）冶金机械：电炉炉顶及电极升降机、轧钢机、压力机等 （7）轻工机械：打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 （8）汽车工业：自卸式汽车、平板车、高空作业车、汽车中的转向器、减振器等2液压传动的工作原理、组成和优缺点液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式

23、。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。 驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。2.1工作原理（1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。（2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开

24、大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。2.2液压系统的基本组成（1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。（2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。（3）控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电

25、器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。（4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。（5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。2.3液压传动的优缺点2.3.1液压传动的优点（1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。（2）液压执行装置的工作比

26、较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟500次，实现往复直线运动时可达每分钟1000次。 （3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。（4）液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。（5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。（6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、

27、制造和使用都比较方便。2.3.2液压传动的缺点（1）液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。（2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。（3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。（4）为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。（5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统

28、地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。（6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。3液压工况分析3.1运动分析 系统完成的工作循环是：工件夹紧工作台快进工作台工进工作台快退工作台松开。根据分析完成速度循环图31，然后计算各阶段的外负载并绘制负载图32。3.2负载分析液压缸所受外负载F包括三种类型，即 （31）式中 为工作负载； 为摩擦阻力负载； 惯性负载。3.2.1负载计算（1） 工作负载

29、 工作负载为已知 FL=18000N（2）摩擦阻力负载 已知采用平导轨，且静摩擦因数uj=0.2,动摩擦因数ud=0.1,则： 静摩擦阻力 Fuj=0.2×25000N=5000N 动摩擦阻力 Fud=0.1×25000N=2500N (32)（3）惯性负载 Fa=G/g × u/t=25000/9.8×5/0.05×60=4230N （33） 式中 g重力加速度； t 加速或减速时间，一般取0.010.5s； ut时间内的速度变化量。3.2.2工作各循环的外负载工作循环外负载F（N）工作循环外负载F（N）启动、加速Fuj+Fa9230工进FL

30、Fud20500快进Fud2500快退Fud25003.2.3绘制动力滑台负载循环图，速度循环图 图31速度循环图 图32各阶段的外负载图4拟定液压系统图 4.1液压泵型式的选择 由工况图可知，系统循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，而且是顺序进行的。从提高系统效率考虑，选用限压式变量叶片或双联叶片泵教适宜。将两者进行比较（见表41）故采用双联叶片泵较好。表41双联叶片泵限压式变量叶片泵1流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性能，一般冲击较小1流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大2内部径向力平衡，压力平衡，噪声小，工作性能较好。2内部径向力不平衡，轴承较大，压力波动及噪声较大，工作平衡

31、性差3须配有溢流阀、卸载阀组，系统较复杂3系统较简单4有溢流损失，系统效率较低，温升较高4无溢流损失，系统效率较高，温升较低4.2 拟定液压回路（1）选择油源形式 考虑到该机床在工作进给式负载较大，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。（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者调速阀。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、发热小和速度刚性好的特点

32、，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。（3）选择速度换接回路 本系统采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，阀的安装也比较容易，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。（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断电而松开，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，所以接入节流阀调速和单向阀保压。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。4.3组成液压系统和电磁铁动作顺序将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改

33、和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图41所示。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器11。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。 图41液压系统回路图1滤油器；2液压泵；3压力开关表；4三位四通换向阀；5二位三通换向阀；6单向调速阀；7减压阀；8压力表开关；9单向阀；10二位四通换向阀；11压力继电器；12单向节流阀;13夹紧缸；14溢流阀表42电磁铁动作顺序表1YA2YA3YA4YA夹紧-+快进+-工进+-快退-+-原位停止-5液压系统的计算和液压元件选择5.1液压缸主要尺寸和相关设计5.1.1确

34、定液压缸的工作压力 参考资料【1】,初选液压缸工作压力p1=3MPa 【1】杨培元、朱福元 液压系统设计简明手册. 北京. 机械工业出版社.19945.1.2计算液压缸内径D，活塞杆直径d 由负载图可以知道最大负载为20500N，根据资料【1】可以取P2为0.5MPa，为0.95，考虑到快进和快退速度相等，取d/D为0.7。 D=m=9.9×10-2m （51） 根据资料【1】，将液压缸的内径选取为标准系列直径D=100mm；活塞杆直径系列取d=70mm。按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2.5MP

35、a，回油背压力为0，为0.95，则可得到 （52） 根据计算结果，查液压系统设计简明手册液压缸和活塞杆尺系列，取夹紧缸的D和d分别为100mm和70mm。5.1.3液压缸实际有效面积计算 无杆腔面积 A1=×D2/4=3.14×1002/4 mm2=7850mm2 有杆腔面积 A2=（D2d2）/4=3.14×（1002702）/4 mm2=4004 mm2 活塞杆面积 A3=×D2/4=3.14×702/4 mm2=3846 mm25.1.4最低稳定速度验算 最低稳定速度为工进时u=100mm/min，工进采用无杆腔进油，单向行程调速阀调速，

36、查得最小稳定流量qmin=0.05L/min A1qmin/umin=0.05/100m2=500mm2 可见上述不等式能满足，液压缸能达到多需低速。5.1.5计算在各工作阶段液压缸所需的流量 （53）5.1.6缓冲机构的选用一般承压在10MP以上应当选用缓冲机构，本次设计中，工作压力为3MP，因此缓冲机构从略。5.1.7密封装置选用选用O型密封圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料联合使用，达到良好的密封效果。5.1.8工作介质的选用因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。5.1.9缸筒材料的选取及强度给定部分材料的机械性能如下（表51）：表51缸筒常用无缝钢管材料机械性能

37、材料/MPa/MPa%204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012本次设计选取45号钢。从表中可以得到：缸筒材料的屈服强度s=360MP；缸筒材料的抗拉强度b =610MP;现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力=s/n=360/5=72MP。其中n=5是选取的安全系数。5.1.10缸筒壁厚的计算和加工要求由于本系统为中低压系统，故无需校核。缸筒内径D采用H7级配合，表面粗糙度 为0.16，需要进行研磨；热处理：调制，HB 240；缸筒内

38、径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于0.03mm；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。缸筒壁厚可以使用下式进行计算：当时， （54）式中，最高允许压力（MPa）; 缸筒材料的许用应力（MPa）根据缸径查手册预取=3,此时/D=3/100=0.030.08,满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算：最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数P=3MP，所以：Pmax =4.5MP，许用应力在选取材料的时候给出：=s /n=360/5=72MP，则可以得到壁厚：=3.13mm，为保证安全，取壁厚为5mm。5.1.

39、12活塞设计1、活塞结构的设计活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞。此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。其图形如下：图51活塞示意图2、活塞的密封选用O型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能：（1）、降低摩擦阻力，无爬行现象；（2）、具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；（3）、安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求。3、活塞的材料选用高强度球墨铸铁QT600-34、活塞的尺寸及加工公差选择活塞厚度为活塞杆直径

40、的1倍，因为活塞杆直径是70mm（这个在后面的活塞杆设计中会给出解释），所以活塞的厚度为70mm。活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。5.1.13活塞杆的设计1、活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如下图： 图52活塞杆示意图2、活塞杆与活塞的连接形式此次设计采用的是锁紧螺母型连接。3、活塞杆材料和技术要求（1）、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。（2）、安装活

41、塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。保证活塞安装不产生歪斜。（3）、因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。4、活塞杆强度的计算由于本系统为低压系统，故不需要强度校核。活塞杆端部的负载连接点与与液压缸支撑之间的距离为LB ，如果：LB 10d（显然这个是成立的），就用下式计算活塞杆强度： （55）式中 F因为液压缸的最大推力； 材料的屈服强度;安全系数，一般取=24 d活塞杆直径（m）实际上式中的/n 就是材料的许用应力，之前已经给出了45号钢的许用应力为：=/n=360/5=72MP，最大推力F=205

42、00N，于是根据式23.328得到活塞杆的直径：d19mm，可知强度符合要求。5.1.14液压缸其他部位尺寸的确定导向长度HL/2+D/2（L为液压缸最大行程），则H的长度为H（400/2+100/2）mm=300mm;活塞宽度B=（0.61.0）D,取B=D，则B=100mm；导向套滑动面长度A=(0.61.0)D，取A=D=100mm。 图53单活塞杆液压缸1缸底；2弹簧挡圈；3套环；4卡环；5活塞；6O型密封圈；7支撑环；8挡圈；9Y型密封圈；10缸筒；11管接头；12导向管；13缸盖；14密封圈；15防尘圈；16活塞杆；17定位螺钉；18耳环5.2 选择液压泵和电机5.2.1 确定液压

43、泵的工作压力 考虑到正常工作中，进油管路中有一定的压力损失，所以泵的工作压力为： Pp=P1+P （56）式中 Pp液压泵最大工作压力； P1执行元件最大工作压力； P进油管路中的压力损失，初算时系统可以取0.20.5MPa，复杂系统取0.51.5MPa，本次设计取0.5MPa。 Pp=P1+P=（3+0.5）MPa=3.5MPa上述计算的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，因此选择泵的额定压力Pr，应满足Pp（1.251.6）Pp。低压系统取最小值，高压系统取最大值。本设计中，Pr=1.25Pp=4.

44、4MPa。5.2.2 液压泵的流量由前面的流量计算可知，在快进时，最大流量值为19.2Lmin, 液压泵的最大流量应为qpKL（q）max （57） 式中 qp液压泵的最大流量； （q）max同时动作的各元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23L/min； KL系统泄露系数，一般取KL=1.11.3,现在取KL=1.2 qpKL（q）max =1.2×20L/min=24L/min在工进时，最小流量值为9.42 Lmin.为保证工进时系统压力较稳定，应考虑溢流阀有一定的最小溢流量，取最小溢流量为1 Lmin（约0.017×10-3m

45、3s）故小流量泵应取10.42Lmin。5.2.3选择液压泵的规格 根据以上计算数值再查阅相关手册，现选用YBX16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量qv=16mL/r，泵的额定压力为Po=6.3MPa，电动机转速n=1450r/min，容积效率r=0.85，总效率=0.7。5.2.4选择电机 首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值者作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般 流量在 0.21L/min范围内时，可取=0.030.14.同时还应注意到，为了使所选的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即 P

46、r×qp/2Po （58） 式中 Po所选电动机的额定功率； Pr限压式变量泵的限定压力； qp压力为Pr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2500N，进油路的压力损失定为0.3MPa。由式（53）可以得到 快进时所需电动机功率为 工进时所需的电动机功率为 查阅电动机产品样本，选用Y90S4型电动机，其额定功率为1.1kW，额定转速为1400r/min。 根据产品样本可以查的YBX16的流量压力曲线。再由已知的快进流量为24L/min，工进时的流量为11L/min，压力为3.5MPa，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线如图54所示，查的该曲线拐点处得流量为2

47、4L/min，压力为2.8MPa，该工作点对应的功率为 所选电动机满足要求，拐点处 可以正常工作。图54 YBX16 液压泵特性曲线1额定流量、压力下的特性曲线；2实际工作时的特性曲线5.3辅件元件的选择 根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量，选择各种液压元件和辅助元件的规格。 表5-2液压元件明细表序号元件名称通过流量（L/min)型号1滤油器24XUB32×1002液压泵24YBX163压力表开关KH64三位四通换向阀204WE8E50/OAG245二位三通换向阀203WE6A50/OAG246单向调速阀202FRM520/67减压阀9.43FC10DP18压力表开关4KF10

48、D19单向阀9.4AF10DD10二位四通换向阀9.424DEF3BE10BB11压力继电器9.4DP163B12单向节流阀9.4LAF10DB15.4 确定管道尺寸 由于本系统液压缸差动连接时，油管内通油量较大，差动时流量q=40L/min，油压管的允许流速取v=4m/s，则内径d为 若系统主油路流量按快退时取q=20L/min,则可以算的油管内径d=10.3mm。 综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管可按上式计算（q=24L/min，v=1.5m/s)，现参照YBX16变量油泵口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。油管壁厚一般不需计算，根据选用的管材和管内径查液压传动手册的有关表

49、格得管的壁厚。选用14mm×12mm冷拔无缝钢管。其它油管按元件连接口尺寸决定尺寸，测压管选用4mm×3mm紫铜管或铝管。管接头选用卡套式管接头，其规格按油管通径选取。5.5确定油箱容量本设计为中压系统，则油箱的容量一般取液压泵公称流量的57倍，现选用容量为160L的油箱。 6液压系统的性能验算6.1压力损失的验算 已知：进油管、回油管的内径均为12mm，各段管道的长度分别为AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。考虑最低温度为15，油管内径d=1.2×10-3m，查得该温度时油的运动粘度为v=1.52s，油的密度=920kg/m36.1.1

50、工作进给时进油路压力损失 运动部件工作进给时的最大速度为1.2m/min，进给时的最大流量为9.42L/min，则液压在管内流速 管道流动雷诺数为 Re1<2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数 进油管道BC的沿程压力损失P1-1为 查得换向阀4WE6E50/AG24的压力损失 忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失P1为 6.1.2工作进给时回油路的压力损失 由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸的有杆腔的工作面积为无杆腔面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则 回油管道的沿程压力损失为： 查产品样本知换向阀3WE6A50/AG24的压力损失，换向阀4WE6E60/AG24的压力损失，调速阀2FRM5-20/6的压力损失。 回油路总的压力损失为： 变泵出口处的压力为6.1.3快进时的