简易插床液压系统课程设计

PAGEPAGE2液压与气压传动简易插床液压系统课程设计目录一.液压缸设计液压缸简介…………3液压缸设计应注意的问题……………4工作台液压缸………5二.液压缸的主要尺寸参数确定 1.液压缸工作压力的确定………………52.活塞式液压缸内径及活塞杆直径确定………………53.液压缸的推力和流量计算……………54.活塞杆直径验算……………………65.液压缸长度及壁厚的确定……………66.液压缸外径的计算…………………77.液压缸底和缸盖的计算………………88.液压缸进出油口尺寸的确定…………99.液压缸参数的综合…………………10三.液压缸结构设计1.液压缸体与缸盖的连接结构………112.缸筒与缸盖的密封…………………12四.油箱容量与结构的设计1.油箱有效容积的确定………………122.油箱容积的验算……………………123.油箱的结构设计……………………134.油箱的防噪音问题…………………135.其他应注意事项……………………14五.确定各类控制阀和集成块连接装置的设计1.阀板的设计………152.确定各类控制阀……………………163.确定液压泵规格和电动机功率及型号………………17六.总结………………18液压传动设计一、设计目的液压传动课程设计是在学习完液压传动课程之后进行的一个重要的教学环节，它是在教师指导下由学生独立完成的。学生通过课程设计对所学内容能够灵活掌握，融会贯通，并获得综合运用所学知识进行液压系统设计的基本能力。通过课程设计，学生应达到以下目的：巩固和深化已学的液压传动的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤；锻炼机械制图、结构设计和工程运算的能力；熟练液压缸的结构设计以及液压元件的选择方法；学会使用有关国家标准、液压手册及产品样本等有关技术资料。二、设计内容及要求设计内容：题5：设计一简易插床液压系统，该插床刀架上下往复运动为液压缸驱动，工件装在工作台上手动进给。主要参数为：最大切削力6500N；插头重量为850N；刀架上下往复运动速度为13m/min，液压缸最大行程为500mm。设计要求：设计1号图1~2张；说明书20页以上（图纸：油缸，油箱，阀块等）本组组员：李霖豪张琪宣徐冬冬三、液压系统工况及设计要求，绘制液压系统草图。原理图：液压缸设计一.液压缸设计液压缸简介：液压缸是工程机械实现机构运动的动力源。它将液压能转变为机构所需的机械能，大多数是以直线运动形式获得力和位移的。液压缸若按用途和结构形式来分类，其种类繁多。若按压力等级来区分，工程机械上常用的仅为两大类：即中低压液压缸和高压液压缸。液压缸的压力等级大小由密封机构和液压缸本身的材质、壁厚及加工工艺等决定，这些已在设计制造时确定。对用户来说最关注的是液压缸的工作状况，即有无内外泄漏现象，能否达到最大容积效率及工作寿命等等。实际应用中液压缸失效形式往往表现为内泄漏和外泄漏，而这些与液压缸中的密封件及其装配工艺等有关。工作台液压缸工况分析：插床主要有工作台、床身、手动夹紧，插刀等组成，加工对象为待加工的齿轮，能实现加工齿轮内孔键槽的功能。工作循环如下：工件夹紧到工作台插刀启动快进停止插刀启动快退，至此循环工作，直至加工出要求的齿轮内孔键槽。采用无级调速在液压泵出油口安排调速阀，节流阀放在回油路上实现回油背压换向阀使用三位四通。二．液压缸的主要尺寸参数确定1.液压缸工作压力的确定（1）工作负载的计算R=Rt+Rf+Rm本设计中Rt=Rw+RG=6500N，=850N,=0N,=0N解得：R=+=7350N,式中，——液压缸轴线方向上的外作用力（N）；——液压缸轴线方向上的重力（N）；——运动部件的摩擦力（N）；——运动部件的惯性力（N）；R——液压缸的工作负载（N）。（2）液压缸工作压力的确定按工作负载选定工作压力（表3-1）表3-1按工作负载选定工作压力液压缸工作负载（N）<50005000～1000010000～2000020000～3000030000～50000>50000液压缸工作压力（MPa）0.8～11.5～22.5～33～44～55～7由《液压传动课程设计指导书》结构设计参考资料表3-1可以初定系统工作压力为1.5～2MPa，为使液压缸体积紧凑,可以取系统压力为初选=2.5Mpa2.活塞式液压缸内径及活塞杆直径确定（1）内径计算（a）本进给液压缸按无杆腔工作时计算本设计中=0，故可按下面式子计算：D=1.13(m)R=7350N,初选=2.5Mpa。可求出：D=62.86mm式中，D——液压缸内径（m）；R——液压缸工作负载（N）；——液压缸工作系统压力（Pa）；——液压缸回油腔压力，即背压力（Pa）；——液压缸机械效率，一般取=0.95。缸体内径算出后，应按3-标准的液压缸内径系列规定值圆整表3-4液压缸内径系列（JB218377）1620253240505563708090100110125140160180200220250320400500630(2)活塞杆直径的确定（a）按工作压力要求确定活塞杆直径当采用差动连接时，要求往返速度一致，取d=0.7DD——缸体内径（m）D=62.86mm可解出d=44mm，按表3-7可圆整为D=80mm，d=45mm表3-7活塞直径系列（JB77）4101214161820222528323540455055637080901001101251401601802002202502803203604004505003．液压缸的推力和流量计算（1）液压缸的推力计算当液压缸的基本参确定后即可用下式算出实际工作推力：P=PA(N)式中，P——液压缸的工作压力（Pa）；A——活塞有效工作面积；可求出P=3976.08N（2）液压缸的流量计算液压缸基本尺寸确定后，即可用下式来计算其所需的工作流量：Q=Av式中，v——液压缸（活塞缸）工作速度；A——-液压缸有效工作面积。A1==5026.5mmA2==3436.12mm无杆腔：Q1=A1v=65.34L／min有杆腔：Q2=A2v=44.67L／min本设计中v=13m/min。4.活塞杆直径验算π按强度条件验算活塞杆的直径，活塞杆直径校核。：d=4.1（mm）式中，P——活塞杆推力（N）；L——活塞杆长度（m）；——活塞杆材料的许用应力；=／n——材料屈服极限（Pa）；N——安全系数，n≥1.4P=3976.08N，由于缸体材料为45号钢，=600Mpa，取n=2，可解得：d=4.1mm＜45mm，故满足要求。5.液压缸长度及壁厚的确定（1）液压缸的长度一般由工作行程长度来确定，但还要注意制造工艺性和经济性，一般应取l’<(20～30)，l’——为液压缸的长度，——缸体外径取l’=1000mm。（2）缸体壁厚的计算（a）薄壁液压缸（δ／D≤1/10）一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，缸壁可用下式计算：δ≥（m）式中，δ——缸壁厚度（m）——试验压力（Pa）当额定压力≤16Mpa时，=×150%；在本设计中查表得==2.5MPaD——液压缸内径（m）——缸体材料的许用应力（Pa），=／n；——材料的抗拉强度N——安全系数，一般可取n=5。在本设计中，查液压设计手册得45号钢=600MPa,代人上式可求得δ=1.25mm。6.液压缸外径的计算=D+2δ（mm）按表3-13工程机械用标准液压缸外径（JB1068-67）选取δ=7.5mm，可得=95mm。表3-13工程机械用标准液压缸外径（JB1068-67）液压缸内径D4050638090100110125140160180200液压缸外径20号钢工作压力（Mpa）≤165060769510812113314616819421924545号钢≤20506076951081211331461681942192452550608310210812113315216819421924531.55463.5831021141271407.液压缸底和缸盖的计算液压缸底和液压盖，在中低压系统中一般是根据结构需要进行设计，不进行强度计算的，但在高压系统中一般都要进行强度计算，其计算方法如下：缸底厚度计算选用平行缸底，采用无油孔的缸底h=0.433（cm）其中，=80mm，=120Mpa式中，p——缸内最大工作压力（×pa）解得：h=5.3mm，取h=8mm。缸盖厚度计算本液压缸的盖采用整体法兰缸盖h式中，D1——螺钉孔分布圆直径（cm）D——法兰根部直径（cm）——许用应力（Pa）P——液压缸受力总和（N）由前面计算可知：P=3976.08N，D1=160mm,可取D=120mm,=120Mpa.代入上式可解得：h=10.27mm取整：h=15mm。缸体连接强度计算采用螺栓连接方式，其强度计算如下：拉应力：=(Pa)；式中：P——液压缸最大推力；——螺纹内径；Z——螺纹数目，为4；K——拧紧螺纹系数，一般取K=1.25～1.5取K=1.4；由上面计算可知；P=3976.08N,=16mm，代入上式可得出=6.92MPa。合成应力：≈1.3=8.996Mpa许用应力：=/n=320Mpa——螺栓材料屈服极限；n——安全系数，一般取n=1.2~2.5取n=2;螺栓用8.8级螺栓，=640Mpa；因为≦所以满足要求。8.液压缸进出油口尺寸的确定（略）9.液压缸参数的综合。缸筒（45钢）活塞（45钢）进出油口连接速比内径外径直径公称直径接头连接螺纹180mm95mm45mm20mmM16×1.5三.液压缸结构设计液压缸体与缸盖的连接结构最小导向长度的确定。当活塞刚外伸时，从活塞支撑中点到缸盖滑动轴承支撑面中点的距离H称为最小导向长度。H≥=65取H=70mmL一一液压缸的最大行程D一一液压缸内经活塞宽度B:B=(0.6~1.0)D=70mm活塞杆长度L1=(0.6~1.0)L=450mm(四)缸体长度L0=400mm当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。缸筒与缸盖的密封为保证缸筒与缸盖之间的静密封性能，除选择合理的静配合间隙、合适的O型圈外，最好在O型圈的受挤压侧装配尼龙背村，这样可提高密封圈的承受能力，增加法兰螺栓或缸盖钉的预紧力，防止工作因振动产生松动，导致静密封件损坏。活塞杆与缸盖导向套内孔的密封活塞杆与缸盖导向套的间隙达不到原设计要求。因长期使用，导向部分磨损失圆、拉伤、间隙增大或间隙油膜密封破坏等是造成活塞杆漏油的主要因素。在此状态下，即使换上新的密封件，仍会产生液压油从活塞杆处外泄露的症状。装配的所有密封件其材质均符合标准。Y形、V形、U形、Yx形密封件其外观质量不的有凹凸、杂质、气泡、划伤和毛刺飞边等缺陷，防尘圈装入活塞杆时不得啃伤，否则应更换新件。活塞杆表面镀鉻层不得有脱落或严重凹凸不平处，活塞杆弯曲变形量应符合设计要求：即活塞杆表面直线度为1000mm内小于0.3mm，可用仪器测量检查。施工现场检查时，可用未装密封件的缸盖导向套涂液压油装入活塞杆上，然后全行程往复滑动和转动，手感无间隙为合适。缸盖与活塞杆装配装配前应用汽油或清洗油（严禁用柴油或煤油）清洗所有装配件，并将缸盖内外环槽的残留物用绸布或无毛的棉布擦干净后，方可装入密封件，并应在密封件和导向套的接触表面上涂液压油（严禁干装配）。缸盖装入活塞杆时最好采用工装从水平方向或垂直方向进行装配，在保证二者同心后，才用硬木棒打入。有条件时也可加工一导向锥套，然后用螺母旋入或用硬木打入，这样既保护了油封表面，又保证缸盖顺利装入缸筒内。活塞密封件装配装配前必须检查导向环的背衬是否磨损，偌磨损应更换，这样导向环可保证活塞与缸筒内孔间有正常间隙。导向环也称磨损环，常有锡青铜、聚四氟乙烯、尼龙1010、MC尼龙及聚甲醛等具有耐油、耐磨、耐热且摩擦系数小的材料制成。非金属材料导向环的切口宽度随导向部分直径的增大而增加，一定要留有膨胀量，以防止在高温工作时出现严重拉缸现象，导致缸筒报废。活塞内孔与活塞杆头部的配合间隙一般较小，偌间隙过大时，应更换或选配活塞进行装配。活塞头部的卡键连接处应能转动灵活，无轴向间隙。采用螺纹连接的要有足够的预紧力矩，并用开口销、锁簧或径向紧固螺钉锁住，但开口销及紧固螺钉外伸部分不应过长，以免与缸底作缓冲作用的内孔部分产生碰撞而导致使用过程中出现拉缸或活塞头脱落等严重故障。缸筒与活塞杆总成装配装配好的活塞、活塞杆、缸盖及密封件组成一个整体总成后，如何使活塞头部能正确，安全无损地装入清洗干净的缸筒内是保证液压缸工作不内泄的重要环节。不同的活塞结构和缸盖连接方式，其装配工艺不同。法兰连接的缸筒。当缸筒内孔端部倒角处无啃碰伤，活塞表面已上液压油，并且缸筒内孔与活塞同心时，即可以装入活塞组件。缸盖静密封处切口的背衬应涂润滑脂或工业凡士林，并保证背衬不弹出脱位，要规定力矩并均匀对称地紧固缸盖连接螺栓。内卡键连接的缸盖。装配时必须将缸筒内表面卡键填平，为保证缸筒内圆表面不卡阻，活塞密封件不损害，常用两种方法：工厂内作业或有条件的情况下，应加工3块卡环，用其填平卡键槽，待活塞及缸盖导向套装入缸筒内后，再将3快卡环取出，然后装入卡键。需待缸盖导向套复位后再装上定位挡圈、卡环等件。在施工现场或无加工条件的情况下，可剪切一条石棉（用橡皮板吧！—录者注）板条（与卡键等宽），用其填平卡键槽，其余同上述方法。此方法快和方便，且能保证装配质量。内螺纹连接的缸盖。由于缸筒端面内孔的内螺纹易对密封件造成损坏，故装配时必须加工一薄壁开口导向套，用其固定于活塞头部，使活塞能顺利装入缸筒内，既保护了密封件，也提高了装配质量。液压缸如下图：四.油箱容量与结构的设计1.油箱有效容积的确定已知液压泵选用低压CB-B80,其输入功率N=4.1KW，额定流量为Q=80L/min，油箱应存储液压装置所需要的液压油，液压油的储存量与液压泵的流量有直接的关系，在一般情况下，油箱有效容积可以用经验公式确定：V1=KQ由于系统为一低系统，故K=4。则=320L，三边比例为1:2:3，则长为1129.2mm，宽为752.8mm，高为376.4mm。油箱有效容积的确定后，还需要根据油温升高的允许值，进行油箱容积的验算。2.油容积的验算油路系统的功率损失是造成油路系统发热的主要原因，当液压油的温度升高后，会引起油液粘度的下降，从而导致液压元件性能变化，寿命降低以及液压油老化。因此，液压油必须在油箱中得到冷却，以保证液压系统的正常工作，系统的总发热率H=N(1-)系统的总效率=90%计算得H=0.41KW假设油箱的散热系数是在通风良好的选取。即为CT=15×Kw/(℃)估算油箱的散热面积A=0.065V=3.95液压系统的热平衡条件：及其在长期连续工作条件下，应保持系统的热度平衡解得温升△t==6.92℃3.油箱的结构设计进行油箱的结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，七尺要考虑便于换和清洗油箱以及安装和拆卸油泵装置，油箱的结构应该尽量简单，以利于密封和降低造价。油箱体。油箱体一般由A3钢板焊接而成，取钢板厚度3-6mm，箱体大者取大值。油箱地面与基础面的距离一般为150-200mm，油箱下部焊接底脚，其厚度为油箱侧壁厚度的2-3倍，中小型油箱箱体侧壁为整块钢板，大型油箱在隔板垂直的一个侧壁是常常开清洗孔，以便于清洗油箱。油箱底部。油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低出有排油口，要注意排油口与基础面的距离一般不得小于150mm。油箱隔板。为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中常设计隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱的容积的1/2-1/3，隔板的高度，约为最低油面的1/2（或油液面的3/4）。隔板的厚度等于或稍大于油箱侧壁的厚度。油箱盖。油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造，在油箱盖上应考虑有下列通孔：吸油管孔、回油管孔、通大气口、测温口、带有滤油网的注油口，以及安装液压集成装置的安装孔。4.油箱的防噪音问题防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源以泵站为首，因此，进行油箱设计时，应从下列几方面着手减轻噪音：箱体及箱盖的材质，在条件允许的情况下，用铸铁代替钢板，以利于吸震；箱体与箱盖间增加防振橡皮垫；用底脚螺栓将油箱牢固地固定在其基础上；吸油去与回油区之间增设一层60-100目的金属网，以便于分离回油区油液中的气泡；油泵排油口用橡皮胶软管与阀类元件相连接；回油管的管接头振动噪音较大时，改变回油管直径或增设一条回油管，使每个回油管接头的通路减少。5.其他应注意事项（1）吸油管端部的滤油器与油箱地面距离不小于20mm,在条件允许的时，油箱盖的吸油管孔应比滤油器的直径稍大，以便对于滤油器进行清洗与更换；（2）吸油管，回油管都应插入最低油面以下，管端一般倾斜45度，并使斜面面向着油箱侧壁，管口与箱底。侧壁的距离均小于管径的3倍，滤油管一般不插入油中。（3）大型油箱的箱体与箱盖应有加强筋，以保证刚度。（4）油箱内部因涂耐油防锈漆。油箱如图：五.确定各类控制阀和集成块连接装置的设计1．阀板的设计在我们设计的系统中，因为元件数量不多，压力也不高。压力小于6.3，采用阀板式的转配发难也是很合适的。它具有设计简单，制造方便，安装与维修简单，投产快的特点，因此选用的是阀板。设计阀板组合部件的时，一般注意以下几点：阀板的最大几何尺寸一般不能过大，按经验在500*500的面积之内是合适的。面积过大，则重量与尺寸太大。阀板的加工与安装会出现困难。阀板一般会分为两层，后层为固定管接头用，前层为固定液压元件与加工连通管道用。两板的结合面与元件的安装面应该磨削平整，连接，紧固螺钉的数量与分布应该根据板受到的液压力的大小来决定，做到分布合理。阀板工作时不漏油。阀板必须有一定的厚度，以保证必要的螺钉深度。前板的厚度一般在2040之间。后板在2530之间。如果有单向阀可适当加厚。板内的的通油腔道之间必须保持一定的距离。高和底的通油道之间的密封宽度不能小于5mm.当必须使用交叉通道时。可选择其中的一根作为外界通道。由后板处接出，再用管子连接。板内槽的深宽比约在1.2—0.8之间。应留出管接头的安装位置。接头之间应留出扳手的空间。由于加工深孔比较困难。为了方便。我们把阀板设计成了刨分式。大概的图形如下图所示11231——阀；2——上阀板；3——下阀板 分式阀板由上下。两块阀板组成。阀类元件用螺钉固定在上阀板上。上阀板上铣有矩形槽。槽在与在阀板接触的一面上。其作用是代替油管。把需要的油口连接起来。槽的宽度大于或等于直孔的直径，槽的深度按通油面积与油管截面积等于来决定。槽与槽之间有足够的间隙，以便安装螺钉。进出出油的管接头可安在下阀板的背面或侧面。在设计要注意，互不联系的油口所对应的油槽不能相通。阀板的材料选择刨分式阀板的材料采用强度较好的铸铁，例如HT20—40,每块阀板的厚度不小于300mm,否则刚度不足。2．确定各类控制阀系统的工作压为2.5MPa，油泵额定最高压力为2.5MPa.，所以选取或等于2.5MPa的各种元件，气流量按实际情况分别选取。目前中低压的液压元件，多按6.3MPa系列的元件选取，又知道系统的最大流量10L/min所以选取：溢流阀的型号：Y63B。换向阀