液压与气动技术课程设计(卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统)

1、目 录 组合机床工况分析 3第2章 液压缸的主要参数的确定 4第3章 拟定液压系统图 6第4章 液压缸的机构设计 8 设计总结 12 参考资料 13 附录A液压系统原理图 附录B 液压缸结第1章 组合机床工况分析负载分析 工作负载：高速钻头钻铸铁空时的轴向切削力Ft与钻头直径D，每转进给量s（以mm/r计）和铸件硬度HB之间的经验算式为根据组合机床加工特点，钻孔时的主转速n和每转进给量s可选下列数值：对直径13.9的孔来说 360r/min，=0.147mm/r对直径8.5的孔来说 =550r/min，=0.096mm/r带入公式得：（14x25.5x13.9xx+2x25.5x8.5x）N=

2、30468N2）惯性负载 =(G/g)(V/t)=(9500/9.81)(7.8/(60/0.236)=533.4N3) 阻力分析 静摩擦分析 =0.18X9500N=1710N动摩擦分析 =0.12X9500N=1140N液压缸的机械效率取0.9，由此得出液压缸在各工作的负载如下表：负载图和速度图的绘制负载图上按上面数值绘制，如下图A所示。速度图按已知数值 V1=V3=7.8m/min、L1=95mm、L2=70 mm、快退行程L3=L2+L2=165mm和工进速度V2等绘制。如图B所示。其中V2有主轴转速及每转进给量求出，即 V2=53mm/minv/m/min 7.8F/N351200.

3、05350 100 150 1900 2492 L/mm 1266.70 50 100 150-1266.7 L/mm -7.8图A 图第2章 液压缸的主要参数的确定由表 1.0可知，组合机床液压系统在最大负载35000N时宜取P14Mpa。鉴于动力滑台要求快进快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时做差动连接。这种情况下液压缸无杆腔面积为A1取为有杆腔工作面积的两倍，即活塞杆直径d 与缸筒D成d0.707D的关系。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，取p20.8Mpa，以防空杯钻通时滑台突然前冲。快进时液压缸虽然差动连接，单由于油管中有压降p存在，有杆腔的压力必须大于无

4、杆腔，估算时p约等于0.5Mpa。快退时会有腔中有背压的，这时p2亦可按0.5Mpa估算。由工进时的推力计算液压缸面积：F/=A1P1 A2P2=A1P1-(A1/2)P2故有 A1=（F/）/(P1-P2/2)=(35120)/(4 0.8/2)=0.0098=98D= =11.12 d=0.707D=7.86当按GB 2348-80 将这些直径圆整成就将近标准值时得：D=11 ,d8。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1=3.14/4=95.03,A2=3.14(- )/444.77。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和

5、功率，如表 2.0所示，并据此绘出工况图C所示：表2.0 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值第3章 拟定液压系统图3.1 选择液压回路 (1)调速方式的选择液压系统的调速方式可分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三种形式。由工况得知，该液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进油路节流调速回路，为防止钻通孔时负载突然消失引起运动部件的前冲现象，在回油路上加背压阀。(2)液压泵形式的选择系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量的时间之比。根据该情况，本方案决定采用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。(3)速

6、度换接方式的选择因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。动作可靠，转换精度较高。(4)快速回路与工进转快退控制方式的选择为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。(5)调压和卸荷回路的选择在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。(6)夹紧油路的选择夹紧油路中串接减压阀，可根据工件夹紧力的需要调节并稳定其压力，即使主油路压力低于减压阀所调压力，因为

7、有单向阀的存在，夹紧系统也能维持其压力(保压)。二位四通电磁换向阀的常态位置是夹紧工件，保证了操作安全可靠。3.2组成系统3.3 液压系统工作分析工件夹紧：电液换向阀处于中位状态，液压泵输出的压力油进入夹紧缸的左腔，右腔回油，活塞杆向右移动，将工件夹紧。夹紧后，液压缸左腔的压力升高，当油压超过压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号指令使电磁铁1YA通电，液压缸8动作。快速前进：电磁铁1YA通电，电液换向阀左位接入系统，溢流阀17因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸8作差动连接，液压泵18输出最大量。系统中油液流动的情况为：进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（左位）行程阀7（左位）液压

8、缸8左腔 回油路：液压缸8右腔换向阀10（左位）单向阀3行程阀7（左位）液压缸8左腔 工进阶段：工进在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀7时开始，这时系统压力升高，溢流阀17打开，液压泵单泵供油，系统中油液流动情况为：进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（左位）调速阀4液压缸8左腔回油路：液压缸8右腔换向阀10（左位）溢流阀2顺序阀1油箱停留阶段：停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始，并在系统压力进一步升高，压力继电器9发出信号后终止。快退阶段：快退在压力继电器9发出信号后，电磁铁1YA断电、2YA通电时开始，这时系统压力下降，液压泵供油量增加，系统中油液的流动情况为：进油路：液压泵18

9、单向阀16换向阀10（右位）液压缸8右腔回油路：液压缸8左腔单向阀6换向阀12（右位）油箱松开 ：松开在挡块压下终点开关时3YA通电，夹紧缸松开。其油液流动情况为：进油路：液压泵18单向阀16减压阀15单向阀14换向阀13（右位）夹紧缸右腔回油路：夹紧缸左腔换向阀13（右位）油箱停止停止在滑台快速退回到原位，挡块压下终点开关，电磁铁2YA断电、换向阀10处于中位，液压泵卸荷，滑台停止运动。油路：液压泵18单向阀16换向阀10（中位）油箱第四章 液压缸的机构设计4.1 为满足本题目中液压系统 快进工进快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸。1）液压缸的组成：液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞

10、和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。2）液压缸组件的连接方式：缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。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、导套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。3）活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择O型的密封 圈。4）液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生

11、液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。5）液压缸排气装置对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。6）密封装置的选择选0形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点。4.2 液压缸设计需要注意的事项1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。3）根据主机的工作要求和结构

12、设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。4.3 液压缸主要零件的材料和技术要求1）缸体材料-灰铸铁: HT200,HT350。粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.2 0.4um技术要求：a内径用H8-H9的配合b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度2）缸盖材料-35钢粗糙度-导向表面粗糙度为Ra0.8 1.6um技术要求：同轴度不大于分析： 缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度，以承受活塞频繁的往复摩擦，保证活塞密封

13、件的可靠密封，缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料与工作压力有关，当工作压力p10Mpa时使用铸铁，当工作压力10Mpap20Mpa时使用铸刚或锻刚，本题目中工作压力的最大值为3.98 Mpa，故选用铸铁缸筒。缸盖的材料常用35号，40钢号锻件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT250. HT 300等灰铸铁。3）活塞材料-灰铸铁：HT300粗糙度-活塞外圆柱粗糙度Ra0.8 1.6um技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H8。4）活塞杆材料-实心：45钢，调质处理，粗糙度-杆外圆柱粗糙度为Ra0.40.8um技术要求：a调质2025HRCb

14、活塞与导向套用 的配合，与活塞的连接可用分析：活塞组件主要包括活塞，活塞杆，连接件等 。活塞杆是液压传力的主要零件，由于液压缸被用于不同的条件，因此要求活塞杆能经受压缩，拉伸，弯曲，振动，冲击等载荷作用，还必须具有耐磨，耐腐蚀性能，故活塞杆材料可用35号钢，45号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆 ，为提高耐磨和防锈能力，可在活塞杆表面镀铬并抛光，活塞材料通常采用钢. 耐磨铸铁，有时也用黄铜或铝合金。5）导向套材料-青铜，球墨铸铁粗糙度-导向表面粗糙度为技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%80%b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差之半分析：导向套按材料分为金属型和非金属型两种，金属型一般

15、选用摩擦系数小耐磨好的青铜材料制造，非金属型导向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。4.4 液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D，活塞杆直径d，液压缸筒的长度L，1）液压缸内径D的计算，根据最大负载和选取的工作压力来确定内径D=110mm，2）活塞杆直径d的计算在前面的计算中已经确定d=80 mm，3）液压缸筒长度L的计算液压缸筒长度L由活塞最大行程l，活塞宽度B，活塞杆导向长度H和有特殊要求的其他长度确定。查手册选取活塞行程L=250 mm，活塞宽度 B=（0.61.0）d，选B=88 mm，导向套长度H=（0.61.0）d，选H=0.8 d=64 mm，且液压

16、缸筒长度不超过内径110 mm的20倍，综上所述，得液压缸筒长度L=450 mm。6）液压缸参数的计算液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度1）壁厚的计算查表取缸筒外径为133 mm，则壁厚2）液压缸油口直径在计算设定液压缸油口液流速度为1.0m/min则液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度V 和油口最高液流速度Vo=而定 =（133110）/2=11.5 mmDo=0.13D Do液压缸油口直径 =0.13X0.11 D液压缸内径=40mm V液压缸最高输出速度Vo油口液流速度7）缸底厚度计算D液压缸内径（mm）【】缸底材料的许用应力（Mpa）Py 试验压力（Mpa）8）缸头

17、厚度计算由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同，这里选用螺钉联结法兰式缸头。 H=F= +（d-）qF法兰受力总和（N） q附加密封压力（pa）螺钉孔分布圆直径（m）密封环平均直径（m） 【法兰材料许用应力（pa） d密封环内径（m）密封环外径（m） P系统工作压力（pa） 选取d=90 mm =100 mm =110 mm =130 mm P=3.98 Mpa q=0.5 Mpa 】将数据代入式中，求得h=28 mm设计总结通过这次的课程设计，我基本学会了液压系统的设计和计算，强化了对液压元件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用，进一步巩固、加深和拓宽了所学的知识。在设计的过程中，培养