液压与气压传动课程设计

1、目录、课程设计要求 （ 3）、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）、液压缸的装配图 （11）、电气原理图 （13）、各类阀零件图 （14）、集成块及装配图 （15）（ 21）（ 22）（ 22）-、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

2、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）要求设计计算说明书采用A4纸，5号字体，单倍行距，不少于15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。

3、（ 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：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5000N,加减速时间为0.33s.采用平导轨，静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1.快进行程为300mm快进与 快退速度相等均为3m/min.工进行程为25mm工进速度为30-50mm/min,轴向工作负载为 900N工作性能要求运动平稳，设计动力滑台的液压系统。1.

4、 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900N。即工进时，Fw=900N而在其余白时间里，Fw=0.（ 2） 摩擦负载：静摩擦负载：Ffs=0.2 X5000N=1000N动摩擦负载：Ffd=0.1 X 5000N=500N（ 3） 惯性负载：起动阶段：F=Ffs=1000N加速阶段（从起动到达到快进速度的过程）：Fa1=mv/ At=GAv/g At即为Fa1=5000X3/（9

5、.8 X 60X 0.33）=77.3N快进阶段：F=Ffd=500N减速阶段（由快进速度减到工进速度的过程）：Fa2=nAv/At=GAv/g At即为Fa2=5000 乂 （3/60-50/60/1000 ） /（9.8 X 0.33）=76N工进阶段：F=Fw+Ffd=900N+500N=1400N制动阶段（由工进速度到速度为零的过程）：Fa3=8v/g At即为Fa3=5000 乂 50/（9.8 乂 60X 1000X 0.33）=1.29N反向起动阶段：F=Ffs=1000N反向加速阶段（由停止到达到快退速度的过程）：Fa4=Gv/g At即为Fa4=5000 X 3/（9.8 X

6、 60X 0.33）=77.3N反向制动阶段（由快退速度到原位停止的过程）：Fa5=Fa4=77.3N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。）工况负裁组成负裁值F/N液压缸推力F/N起动F=Ffs10001111.1加速F=Ffd+Fa1577.3641.4快进F=Ffd500555.6减速F=Ffd-Fa2424471.1工进F=Ffd+Fw14001555.6制动F=Ffd-Fa3498.7554.1反向起动F=Ffs10001111.1反向加速F=Ffd+Fa4577.3641.4快退F=Ffd5005

7、55.6反向制动F=Ffd-Fa5422.7469.7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.b.确定液压缸的型式、规格及尺寸A=F/P=1555.6/（0.5 X 10八6）=3.1112 xl0A-3m 2D=V （4A/tt ）=0.0629m=62.9mm查液压元件手册表2-1-4缸筒内径尺寸系列（下表），取D=63mm.由于快进快退速度相等，

8、故可以得知D"2d.所以可得d=44.5mm按标准值取d=50mm.则液压缸无杆腔面积：A1= D 2 /4=3117.25mm 2有杆腔面积：A2=tt D 2 -d 2 ） /4=1153.75mm 2c.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，一端较接时末端系数n取2,活塞杆材料选用中碳钢，根据下表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=12.5mm。选取活塞杆长度为800mm因为，n=120,所以用戈登-兰金公式计算:可求得 Fk=344

9、718N,安全系数 nk 一股取 2-4 ,取 n=4得Fk/nk=86179N>1555.6N,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) x v=1963.5mm 2X 50mm/s=5.8905L/min；工进时，q2=A1x v=3117.25mm 2X 50mm/min=0.1559L/min;快退时,q3=A2X v=1153.75mm 2X 50mm/s=3.46125L/min。e.工况分析快进时，进油腔压力 p=F/(A1-A2)=0.2546Mpa ,功率 P=pq=24.995W工进时，进油腔压力 p=F/A1=0.449Mp

10、a,功率P=pq=1.167W快退时，进油腔压力p=F/A2=0.4334Mpa,功率P=pq=25W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进油回油输入输入F/N腔压力腔压力功率P/Wp1/Mpap2/Mpaq/L/min快进555.0.250.255.89024.964646595工进1555 .60.44900.15591.167快退555.60.433403.46125255.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.

11、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快进十一十工进十一一快退一十一原位停止一一一表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0.449Mpa,考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，进油管路中的压力损失，简单系统可取0.20.5MPq复杂系统取0.5 1.5MPq此处取0.

12、5MP3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=0.449MPa+0.5MPa+0.5MPA=1.449 MP a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) Ppo中低压系统取小值，高压系统取大值。此处取Pn=1.5 Pp0 所以 Pn=1.5X1.449MPa=2.1735MPa两个液压泵应向液压缸提供的最大流量值为 5.89L/min ,回路中的泄露按输入流量的 10%计算，则两

13、个泵的总流量值为 q=5.89L/min x 1.1=6.479L/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 0.156L/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 3.156L/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，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

14、元件明细表所示在舁 厅P元件名称通过最大流量 q/min型号1过滤器7.782双联叶片泵7.78YB1-3/63二位二通电磁换向阀7WE6A50-50/AW220-50Z44三位四通电磁换向阀74WE6E50-50/BW110F N5单向阀7SV-106溢流阀7.78DBW-107节流阀0.16DRVP8s3-10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HWL13算。由管道内径公式中 ，其中q=5.9L/min , v=2m/s,由此求得内径d=7.9mm由液压元彳手册510页表6-4-1可查得出油口采用通径10

15、mm钢管外径14mm 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 50mm/min最大流量为0.16L/min ,则液压油在进油管 内流速为V1=q1/A=3.4cm/s管道内液流的雷诺数为 Re=vd/v ,采用N32液压油，室温为20c时，液体的运动粘度V =0.0001m2/s ,由此可得R

16、e=340X 10/100=34已知光滑的金属圆管的临界雷诺数为2000-2300,很显然，Re=34< 2300,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APf=羽岑其中，入称为沿程阻力系数，液压油在金属圆管中作层流流动时，常取入=75/Re=2.2。若取进出口油管长度约为2m,油液的密度p =890kg/m3由此可得液压油在进油路上的沿程压 力损失为牙f1=2.2 X2X890X0.034 2/(0.01 X2)=0.0023MPa查得三位四通电磁换向阀 4WE6E50-50/BW110RN压力损失4 P1=0.05MPa忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进

17、油路总压力损失P为平进= APf+ AP1=0.0523MPab.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=1.3cm/s同理，可得出油管道内液流的雷诺数为Re=130X 10/100=13,沿程阻力系数入=5.8,回油管道上的沿程压力损失为APf2=居与即APf2=5.8 X 2X890X0.0132/(0.01 X 2)=0.0009MPa查阅资料可以得二位二通电磁换向阀 WE6A50-50/AW220-50Z4I勺压力损失为AP2=0.025MPq 三位四通电磁换向阀4WE6E50-50/BW110R

18、NJ压力损失由上可知为AP1=0.05MPa所以回油路总的压力损失为妒回二 APf2+P1+ AP2代入即得APf 回=0.0009MPa+0.05MPa+0.025MPa=0.076MPac. 变量泵出口处的压力 PpPp= (F/t+A2X AP 进)/A1+AP进代入可得Pp=(1400/0.9+1153.75 义 0.0523)/3117.25+0.0523=0.57MPa(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

19、，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，取数值大者进行分析。工进速度v=30mm/min时，q=AlX v=3117.25 义 30/10A6=0.094L/min此时泵的效率为0.06,泵的出口压力为0.57MPa,则有P输入=0.57 X 0.094/(60 X 0.06)=0.015KWP输出二FX v=1400X 30/60 X 10A-3=0.7W此时的功率损失AP=P输入-P 输出=0.0143KW工进速度v=50mm/min时，q=A仅 v=3117.25 X50/10A6=0.156L/min此时泵的效率为0.1 ,泵的出口压力0.57MPa,则有P输入

20、=0.57 X 0.156/(60 X 0.1)=0.0148KWP输出=fx v=1400X 50/60 X 10A-3=0.0012KW此时的功率损失为AP=P输入-P 输出=0.0136KW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=10X 10-3kW/(m2. C),只考虑油箱的散热，其中油箱散 热面积A按式估算：A=0.0653. V2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 2。系统的温升为出=AP/(KXA) =1.02 C查阅资料得知，对于一般机械，允许温升25-30 C ,数控机床油液温升应该小于25 C, 工程机械等允许

21、的温升为 35-40 C o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 液压缸装配图在舁 厅P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聚氨表3.115斯特圈密封2酯四、电器原理图14缸蛊1铸钢电气控制原理13O型封圈2硅胶图12导向圈1Q345动作分析：11缓冲节流阀1钢(1)夹紧.打开10法兰1304L总开关QS(QS9O型封圈2硅胶起保护作用)，8活塞杆135号钢K1 ,电动机工7缸桶1铸钢

22、作，导致液压泵6缓冲套1橡胶运动，夹紧缸夹5导向环2聚四紧，当夹紧后，4格来圈密封1橡胶油管压力增大，3法兰1304L压力继电器开2单向阀1钢启。1缸底1铸钢(2)快进.当压力继电器开关闭合，KM1,KM2,SQ1 为常闭开关，所以电流通过 KA1,KA3接触器，导致KA1,KA3闭 合，电流通过接触器 YA1,YA3.使换向阀4, 5动作，液压缸快进。(3)快进一一工进。液压杆运动，经过行程开关SQ3,由于SQ3所在电路为开路，所以没反应，当液压杆经过SQ1时，SQ1断开，电流只经过接触器 KA1,所以，开关KA1闭 合，接触器YA1通电流，换向阀4动作，液压缸工进。SQ2,SQ2 闭合，电流通过接触器(4)工进一一，快退。液压杆继续前进，经过行程开关KM1,KM2,KA2.接触器开关KM1,KM2 断开，使电流只经过接触器 KA2,使开关KA2闭合，电流通过YA2,使开关YA2闭合，换向阀4动作，液压缸快退。(5)保持快退。当液压杆离开 SQ2时，由于开关KM1以闭合了，所以