设计一台专用卧式钻床的液压系统课程设计报告Word版

1、学校液压与气压传动课 程 设 计题 目：设计一台专用卧式钻床的液压系统学 院：组 员： 指导教师：2014.5目录摘 要5课程设计任务书 课程设计的目的：5课程设计的内容：5时间安排： 5一、液压系统主要参数计算 1.1液压缸负载分析 5 1.2绘制液压工况图 7 1.3确定液压缸的主要参数8 1.4计算液压缸的工作压力、流量和功率9二、拟定液压系统原理图 2.1选择液压回路15 2.2液压系统的组合15三、选择液压元件3.1液压泵的选择12 3.2阀类元件的选择13 3.3辅助元件的选择14四、液压系统性能的验算 五、液压缸的主要尺寸的设计计算5.1液压缸主要尺寸的确定55.2液压缸壁厚和外

2、径的计算155.3液压缸工作行程的确定165.4缸盖厚度的确定165.5最小导向长度的确定175.6缸体长度的确定185.7液压缸的结构设计18结束语23致谢词24参考文献25摘 要 液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。所以像我们这样的大学生学习和亲手设计一个简单的液压系统是非常有意义的。关键词：液压传动、稳定性、液压系统AbstractHy

3、draulic system is powered motor basis, the use of hydraulic pump to change mechanical energy into pressure, promote the hydraulic oil. Through various control valves to change the flow of hydraulic oil, thus promoting the hydraulic cylinders made of different distance, different movement. All kinds

4、of different equipment to complete the actions required. Hydraulic system has been used in many departments, such as industry and agriculture have been increasingly widely used, and the more advanced equipment, its application part of the hydraulic system will be. So students like us to learn and pe

5、rsonally designed a simple hydraulic system is very meaningful.Keywords: hydraulic transmission, stability, hydraulic system课程设计任务书一、课程设计题目：设计一台专用卧式钻床的液压系统初始条件：最大轴向钻削力为14000N，动力滑台自重为15000N，工作台快进行程为100mm，工进行程为50mm，快进、快退速度为5.5m/min，工进速度为51990mm/min，加、减速时间为0.1s，动力滑台为平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。要求液压系统完成“快进工

6、进快退停止”的工作循环。二、课程设计内容 (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；(4) 计算和选择液压件,验算液压系统性能；(5) 结构设计及绘制零部件工作图；(6) 编制技术文件。三、时间安排（1）5月19日：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；收集有关资料并进一步熟悉课题。（2）5月20日：明确设计要求进行工况分析；确定液压系统主要参数；拟定液压系统原理图；计算和选择液压件；验算液压系统性能；（3）5月21日：绘制正式的液压原理图；绘制液压缸装配图。（4）5月22日：编写设计计算说明书；编写零部件目录表。（

7、5）5月24日：整理资料，答辩一液压系统主要参数计算 1.1液压缸负载分析1）切削力： Ft=14000N动力滑台自重为：W=15000N2）导轨摩擦阻力静摩擦力： =0.2 15000 = 3000N动摩擦力： = =0.115000 = 1500N3）惯性阻力动力滑台快进惯性阻力,动力滑台启动加速、反向启动加速和快退减速制动的加速度相等， ， 液压缸各动作阶段负载列表如下所示：工况计算公式液压缸负载F（N）液压缸推力（）启动F= 30003333.33加速F = + 2903.063225.62快进F=15001666.67工进F=+1550017222.22快退F=15001666.67

8、注：液压缸机械效率：。1.2 绘制液压工况（负载速度）图根据计算的液压负载和各阶段工作行程、速度，可绘制液压缸的FL与VL图。快进 =工进 s s快退 =2 s液压缸负载图和速度图如下所示：图1 液压缸FL图图2 液压缸VL图1.3 确定液压缸的主要参数1.3.1初选液压缸的工作压力已知液压缸负载值最大为15500N，查参考文献1表9-3、9-4，并参考同类型组合机床，取液压缸工作压力为3.5MPa，为中低压液压系统。1.3.2 确定液压缸的主要结构参数由第1分析章可知液压缸最大推力为工进阶段时且为17222N，则D=79.2mm查参考文献3表2-4液压缸内径尺寸系列（GB/T2348-80）

9、，将以上计算值圆整为标准直径，取D=80mm为了实现快进速度与快退速度相等，采用差动连接，则d=0.7D。所以 d=0.7D=0.78056mm。同样按参考文献3表2-5活塞杆直径系列（GB/T2348-80）圆整成标准系列活塞杆直径。取d=56mm。由D=80mm,d=56mm算出液压缸无杆腔有效作用面积为A1=50.25mm2,有杆腔有效作用面积为A2=25.7mm2。工进时采用调速阀，查产品样本，调速阀最小稳定流量=0.05,因最小工进速度=0.051,则 mm2=9.8A2A1故能满足低速稳定性要求。1.4 计算液压缸的工作压力、流量和功率1.4.1 计算液压缸的工作压力根据参考文献执

10、行元件背压的估计值，本系统的背压值估计可在0.50.8范围内选取，故暂定：工进时，0.8，快速运动时，0.5，液压缸在工作循环各阶段的工作压力。即可按参考文献计算:差动快进阶段:=1.204MPa工作进给阶段：快速退回阶段：1.4.2 计算液压缸的输入功率快进阶段：工进阶段：快退阶段：表1 液压缸在各阶段的压力、流量和功率工作阶段工作压力（）输入流量（）输入功率（）快速前进1.20413.5030.271工作进给3.6860.7550.047快速退回1.5214.1350.36二拟定液压系统原理图2.1 选择液压回路1）调速方式的选择钻孔床工作时，要求低速运动平稳性好；速度负载性好，液压缸快进

11、和工进时功率都较小，负载变化也较小，因此采用调速阀的的进油节流调速回路。为防止工作负载突然消失（钻通孔）引起前冲现象，在回油路上加背压阀。（2）快速回路和速度换接方式的选择我们选用差动液压缸实现“快，慢，快”的回路。进口节流一次进给回路。（3） 油源的选择：系统快进时低压大流量时间短，工进时高压小流量时间长。所以采用双联叶片泵或限压式变量泵。2.2液压系统的组合选择基本回路后，按拟定液压系统图的几个注意点，可以组成一个完整的系统图。图中为了使液压缸快进时实现差动连接，工进时主油路和回油路隔离，在系统中增设一个单向阀11及液控顺序阀8，在液压泵和电磁换向阀3的出口处，分别增设单向阀9和12，以免

12、当液压系统较长时间不工作时，压力油流回油箱，形成真空。为了过载保护或行程终了利用压力继电器13。组合成液压系统图组合的液压系统图。如图所示。液压系统图1-双联叶片泵 2-三位五通电液阀 3-行程阀 4-调速阀 5、6、10、13-单向阀7-顺序阀 8-背压阀 9-溢流阀 11-过滤器 12-压力表开关 14-压力继电器动作名称信号来源1YA2YA背压阀8换向阀2电磁阀3快进启动按钮+-关闭左位下位工进挡块压下行程阀7+-打开左位下位停留滑块靠压死在挡块处+-打开左位上位快进时间继电器14发出信号-+关闭右位下位停止挡块压下终点开关-+关闭中位下位三选择液压元件3.1液压泵的选择由表一可知工作进

13、给阶段液压缸最大工作压力为3.686106Pa,进油路上的压力损失一般为Pa,现取进油路总压力损失为,则小流量泵最高工作压力为:因此,小泵的额定压力可取(4.25186+4.18625%)=5.2325。确定液压泵的最大供油量：K-系统的泄漏修正系数,一般取快退时泵的流量为: 工进时泵的流量为: 考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点,尚须加上溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般取3.所以小流量泵的流量为:=(0.8305+3)=3.8305查产品样本,选用小泵排量为V=4m的YB1型双联叶片泵,额定转速为n=1450,则小泵的额定流量为:因此大流量泵的流量为:查产品样本,选用大泵排量为V=16的Y

14、B1型双联叶片泵,额定转速为n=960,则大泵的额定流量为:所以,满足要求.故本系统采用一台YB1-16/4型双联叶片泵。由前面分析可知,快退阶段的功率最大,故按快退阶段估算电动机功率.若快退时进油路的压力损失,液压泵的总效率=0.7,则电动机的功率为:=780W查电动机产品样本,选用Y90L-6型异步电动机P=1.1kw,n=910。3.2 阀类元件的选择根据所拟定的液压系统原理图,计算分析通过各液压阀的最高压力和最大流量,选择个液压阀的型号规格，下面列出各控制阀通过的实际流量，见表2。表2 各阀通过的实际流量及型号规格序号元件名称通过流量型号规格2双联叶片泵19.044YB1-20/63溢

15、流阀5.22EAZ63-254单向阀5.22AF3-Ea10B9单向阀14.135AF3-Ea10B12压力继电器EYX63-65、6液控顺序阀0.5ECZ25-257三位五通电磁阀1F22DH-2511行程阀13.824E22JH-6310调速阀0.2EQL-38背压阀0.5EFZ10-251过滤器UX-40*100E35ZD-633.2.1 确定阀类元件的调整参数溢流阀的压力调整值显然的系统压力最高值，。对溢流阀3的压力调整值需作如下计算：为液压缸无杆腔的压力，F为液压缸有杆腔压力，为液压缸回油流经电液换向阀时的压力损失，F为左滑台快速运动时的推力（3333N）。考虑到管道内及通道体内的压

16、力损失，溢流阀的损失可调=1.5 表3 阀的校正序号名称型号额定流量下的压力损失4单向阀AF3-EA10B2105Pa9单向阀AF3-Ea10B2105Pa11行程阀E22JH-631.5105Pa3.3 辅助元件的选择油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路允许流速进行计算，本系统油管内径的选择可参照所接元件接口尺寸确定。查参考文献1油箱容量按下式确定：四液压系统性能的验算由于本液压系统相对比较简单，压力损失验算可以从略，又由于系统采用双泵供油方式，在液压缸工进阶段，大流量泵卸荷，功率利用合理；同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故不必进行系统温升的验算。五液压缸的主要尺寸

17、的设计计算5.1液压缸主要尺寸的确定由元件参数计算与设计中液压缸的内径D=80mm，活塞杆直径d=56mm已确定。5.2液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸体结构中最薄处的厚度。从参考文献可知，承受内压力的圆筒，其内应力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。当缸体壁厚与内径之比小于0.1时，称为薄壁缸体，薄壁缸体的壁厚按材料力学中计算公式：(m)式中：缸体壁厚（m）P液压缸的最大工作压力（）D缸体内径（m）缸体材料的许用应力（）查参考文献5可得常见缸体材料的许用应力：铸钢：=（10001100） 无缝钢管：=

18、（10001100） 锻钢：=（10001200） 铸铁：=（600700） 选用铸钢作为缸体材料： 在中低压机床液压系统中，缸体壁厚的强度是次要的，缸体壁厚一般由结构，工艺上的需要而定，只有在压力较高和直径较大时，才由必要校核缸体最薄处的壁厚强度。当缸体壁厚与内径D之比值大于0.1时，称为厚壁缸体，通常按参考文献中第二强度理论计算厚壁缸体的壁厚：因此缸体壁厚应不小于1.7mm，又因为该系统为中低压液压系统，所以不必对缸体最薄处壁厚强度进行校核。缸体的外径为： 80+2*1.7=83.4mm5.3 液压缸工作行程的确定液压缸的工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。以液压左滑台为

19、例，因为左滑台的最大行程为150mm,由查参考文献液压缸活塞行程参数（GB2349-80），选择液压缸的工作行程为160mm。5.4 缸盖厚度的确定缸筒底部（即缸盖）有平面和拱形两种形式，由于该系统中液压缸工作场合的特点，缸盖宜选用平底形式，查参考文献可得其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算：缸盖有孔时：缸盖无孔时：式中：t缸盖有效厚度（m） P液压缸的最大工作压力（） 缸体材料的许用压力（） 缸底内径（m） 缸底孔的直径（m）查参考文献5缸盖的材料选用铸铁，所以：缸盖有孔时：t=10.2mm缸盖无孔时：t=18.972mm缸盖的宽度：110mm5.5最小导向长度的确定当活塞杆全部外

20、伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度，如果最小导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸最小导向长度H应满足以下要求： =120mm 式中：L-液压缸的最大行程D-液压缸的内径 5.6 缸体长度的确定液压缸的缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体长度不大于内径的2030倍,即在本系统中缸体长度不大于2000-3000mm,现取缸体长度为450mm。5.7 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸筒与缸

21、盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接结构等。5.7.1缸筒与缸盖的连接形式缸筒与缸盖的连接形式有多种，如法兰连接、外半环连接、内半环连接、外螺纹连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接等。该系统为中低压液压系统，缸体材料为铸钢，液压缸与缸盖可采用拉杆式连接，该连接方式具有结构简单加工装配方便等特点。5.7.2 活塞活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此它于缸筒的配合应适当，即不能过紧，也不能间隙过大。设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构形式，其次还有活塞与活塞杆的连接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。1)活塞的结构形式活塞的结构

22、形式分为整体活塞和组合活塞，根据密封装置形式来选用活塞结构形式，查参考文献活塞及活塞杆的密封圈使用参数，该系统液压缸中可采用O形圈密封。所以，活塞的结构形式可选用整体活塞，整体活塞在活塞四周上开沟槽，结构简单。2)活塞与活塞杆的连接查参考文献活塞杆与活塞的连接结构分整体式结构和组合式结构，组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。该系统中采用螺纹连接，该连接方式结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置，多在组合机床上与工程机械的液压缸上使用。3）活塞的密封查参考文献活塞与缸筒的密封采用O形圈密封活塞与缸体的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为：64.54GB/T3452.1-19

23、92。查参考文献活塞与活塞杆的密封采用O形圈密封，因该系统为中低压液压系统(P),所以活塞杆上的密封沟槽不设挡圈,其沟槽尺寸与公差由GB/T3452.3-98确定, O形圈代号为：487 G GB/T3452.1-92，具体说明从略。4）活塞材料因为该系统中活塞采用整体活塞，无导向环结构，参考文献所以活塞材料可选用HT200HT300或球墨铸铁，结合实际情况及毛坯材料的来源，活塞材料选用HT200。5）活塞尺寸及加工公差查参考文献活塞的宽度一般取B=(0.61.0)D,缸筒内径为80mm,现取B=0.680=48,活塞的外径采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm,活塞的内孔直径D1

24、设计为48mm，精度为H8，查参考文献可知端面T对内孔D1轴线的垂直度公差值按7级精度选取，活塞外径的圆柱度公差值按9级、10级或11级精度选取。外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构形式不同而各异。活塞的详细结构见附图。5.7.3缸筒缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸体还要求有良好的焊接性能，结合该系统中液压缸的参数、用途和毛坯的来源等，缸筒的材料可选用铸钢。在液压缸主要尺寸设计与计算中已设计出液压缸体壁厚最小厚度应不小于1.7mm，缸体的材料选用铸钢，查参考文献，缸体内径可选用H8、H9或H10配合，现选用H9配合，内径的表面粗糙度因为活塞选用O形圈密

25、封取为0.3，且需珩磨，缸筒内径的圆度和圆柱度可选取8级或9级精度具体结构见附图。缸筒与缸盖之间的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为804 G GB/T3452.1-1992，密封沟槽及其公差可按GB/T3452.3-1988确定。见所附零件图。5.7.4 缓冲装置液压缸的行程终端缓冲装置可使带着负载的活塞，在到达行程终端减速到零，目的是消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖的机械撞击，同时也为了降低活塞在改变运动方向时液体发出的噪声。因为该系统为液压动力滑台液压系统速度换接平稳，进给速度稳定，且工进完毕采用死挡铁停留，所以液压缸上可不设置缓冲装置。5.7.5 后缸盖查参考文献并参考同类

26、型液压缸，后缸盖的材料选用HT200。缸盖与缸体采用拉杆式连接，选用的螺栓的代号为:GB/T5782-86 M12140。查参考文献参照液压缸螺纹连接的油口系列（GB/T2878-93），液压缸的进油口螺纹选用M121.5，出油口螺纹选用M122。具体结构尺寸见所附零件图。5.7.6 前缸盖及与活塞杆的密封、防尘查参考文献并参考同类型的液压缸，前缸盖的材料选用35钢，缸盖与缸筒采用的连接方式和后缸盖与缸筒的连接方式一致。在缸盖的顶部加工进油孔道，其孔道的的结构与形式参照后缸盖上的而定。查参考文献油管与缸盖接口处的尺寸配合确定为18H9/g9,具体结构见附图。为了清除活塞杆处外露部分粘附的灰尘，

27、保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。活塞杆的防尘采用往复运动橡胶防尘密封圈（GB/T 10708.3-89）A型液压缸活塞杆防尘圈。5.7.5 活塞杆1）活塞杆结构尺寸的确定活塞杆杆体分为实心杆和空心杆两种，实心杆加工简单，采用较多，该系统中采用实心杆。已知活塞杆的直径为56mm,查参考文献活塞杆的材料选用45钢,根据液压缸的实际结构尺寸,活塞杆的总长度设计确定为670mm,轴径为56mm的长度为405mm，查参考文献活塞杆上安装活塞的部分即轴径为40mm的部分精度采用h8,活塞杆与活塞的密封采用O形圈密封,代号为487 G GB/T3452.1-92。活塞杆与活塞的密封前面已设计说

28、明。活塞杆与活塞的连接结构采用螺纹连接,该连接方式结构简单,在振动的工作条件下容易松动,必须采用锁紧装置,该系统中采用垫圈锁紧。因为该液压系统采用标准液压动力滑台（HY40A-1）,查参考文献液压滑台的联系尺寸，活塞杆与液压滑台连接处螺纹采用M12X2,螺纹长度60（GB2350-80）。 2）活塞杆强度的计算活塞杆在稳定的工况下，如果只是受轴向推力或拉力可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算：6.81所以活塞杆满足强度要求。式中：F活塞杆作用力（N）d活塞杆直径（m）材料许用应力（对中碳钢）=400活塞杆上一般都设有螺纹、退刀槽结构，这些部位往往使活塞杆上的危险截面，也要进行

29、计算，危险截面处的合成应力应满足：式中：危险截面的直径（m）活塞杆的拉力(N)材料许用应力（对中碳钢）=400因为活塞杆上螺纹、退刀槽中直径最小的为，此处的截面为危险截面，所以：活塞杆危险截面处满足强度要求。3） 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。该系统为液压动力滑台液压系统的速度换接平稳，进给速度稳定，磨损不严重，所以导向套结构采用端盖整体式直接导向。结束语（1）综合运用液压传动课程及其它有关先修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实际知识密切地结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。（2）在设计实