液压与气压传动课程设计设计钻镗专用机床液压系统.doc

液压与气压传动课程设计计算说明书设计题目 设计钻镗专用机床液压系统 专 业 模具 班 级 二班 姓 名 李伟 学 号 09902207 指导教师 张德生 2011年11月22日机械电子工程系目 录一、 液压课程设计任务-3二、 液压系统的设计与计算-4 三、 拟订液压系统原理图-5 四、 确定执行元件主要参数-7 五、 确定液压泵的规格和电动机功率及型号-9六、 验算液压系统性能-10七、 参考书目-14 一 液压课程设计任务书（一）设计题目：设计钻镗专用机床液压系统，其工作循环为定位夹紧快进工进死档铁停留快退停止拔销松开等自动循环，采用平导轨，主要性能参数见下表。液压缸负载力（N）工作台重量（N）工件及夹具重量（N）行程（mm）速度（m/min）启动时间(s)静摩擦系数fs动摩擦系数f d快进工进快进工进快退进给缸3035013508501508050.250.30.20.1夹紧缸10350（二） 设 计 内 容1) 液压传动方案的分析2) 液压原理图的拟定3) 主要液压元件的设计计算（例油缸）和液压元件，辅助装置的选择。4) 液压系统的验算。5) 绘制液压系统图。6) 编写设计计算说明书一份。二 液压系统的设计与计算1 进行工况分析液压缸负载主要包括：切削阻力，惯性阻力，重力，密封阻力和背压阀阻力等。 切削阻力Fw=30350N 摩擦阻力F静, F动 F静=G×fs=1350×0.2=270N F动=G×fd=1350×0.1=135N 式中：G运动部件作用在导轨上的法向力 Fs静摩擦系数 Fd-动摩擦系数 惯性阻力 F惯=(G/g)·(v/t)=(1350×5)/(10×0.3×60)=37.5N 式中：G运动部件重力 g重力加速度 v在t时间内变化值 t启动时间 计算工作流程负载： 启动，加速F启=F静+F惯=270+37.5=307.5N快进匀速F快进=F动=135N工进F工进=Fw+F动=30350+135=30485N快退匀速F快退=F动=135N 2 绘制液压缸的负载图和速度图 根据上表数值绘制液压缸的负载图和转速图。这样便于计算和分析液压系统。液压缸的负载图和转速图如下； 三 .拟订液压系统原理图 1. 调速回路的选择 根据液压系统要求是进给速度平稳，孔钻透时不前冲，可选用调速阀的进口节流调速回路，出口加背压。2. 快速回路的选择 根据设计要求，可以选择差动连接回路。3. 速度换接回路的选择 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，但速度换接的平稳型较差。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. 换向回路的选择 由速度图可知，快进时流量不大，运动部件的重量也较小，在换向方面又无特殊要求，所以可选择电磁阀控制的换向回路。5. 油源方式的选择： 由设计要求可知，工进时负载大速度较低，而快进、快退时负载较小，速 度较高。为节约能源减少发热。油源宜采用双泵供油或变量泵供油。选用双泵供油方式，在快进、快退时，双泵同时向系统供油，当转为共进时，大流量泵通过顺序阀卸荷，小流量泵单独向系统供油，小泵的供油压力由溢流阀来调定。若采用限压变量泵叶片泵油源，此油源无溢流损失，一般可不装溢流阀，但有时为了保证液压安全，仍可在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。6 液压基本回路的组成将已选择的液压回路，组成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。此原理图除应用了回路原有的元件外，又增加了液压顺序阀和单向阀等，其目的是防止回路间干扰及连锁反应。液压系统原理图如图所示：1. 滤油器 2双联叶片泵 3、外控顺序阀 4、单向阀 5、溢流阀 6、电液换向阀 7、单向行程调速阀 8、压力继电器 9、主液压缸 10、二位三通电磁换向阀 11、背压阀 12、二位四通电磁阀 13、单向节流阀 14 夹紧缸四确定执行元件主要参数1工作压力的确定工作压力可根据负载大小及设备类型来初步确定，根据工进负载F工=30485N,选P1=4MPa。为防止加工结束动力头突然前冲, 设回油有背压阀或调速阀，取背压P2=0.5 MPa。2确定液压缸的内径D和活塞杆直径d 主压缸：F=AP=/4D²P-/4（D²-d²）P =/4D²（P-0.51P） D= =101.83×m=101.83mmd=0.7D=101.83×0.7=71.28mm圆整值：主缸内径为125mm活塞杆取80 mm。 3 确定液压缸的内径D和活塞杆直径d 夹紧缸：根据题意，由两夹紧缸提供夹紧力。 F夹=10350/2=5175N 取进油腔压力P=2.0MPa P=0 D=0.0574m=57.4mm。 d=0.7D=0.7×57.4=40.18mm 圆整值：夹紧缸内径为63mm活塞杆取45mm。 4 计算各液压缸所需流量： q快进=/4d²v快进=/4×（8×10-2）×5m³/min=25.12L/min（此时为差动连接）q工进=/4D²v工进=/4×0.125²×0.5m³/min=6.13L/min（按最大工进速度计算）q快退=/4(D-d)v快退=/4×（0.125²-0.08²）×5m³/min=36.2L/min 待添加的隐藏文字内容1q夹紧=/4D²v夹紧=/4×0.063 ²×20×10-3×60m³/min=3.74L/min 5 校验最小稳定流量： qwen= m ³/min=1.226L/min查手册得调速阀最小稳定流量为0.05L/min，可满足要求 6 液压缸的结构： 明细见下表：五. 确定液压泵的规格和电动机功率及型号1 计算液压泵的压力 Pp=P +p=（4+0.5）MPa=4.5MPa（进油管上p取0.5MPa）Pmax=1.25 Pp=5.6MPa2 计算液压泵的流量qp=K（q）max=1.2×36.2L/min=43.44L/min（q）max指同时动作的油缸所需流量的最大值，在加溢流阀溢流力量3 L/min：k指泄漏系数取1.2。3 选择液压泵规格和型号根据Pp为4.5MPa，qp为43.44 L/min查手册是YBX-40 变量叶片泵。该泵几首参数：q=40mL/r，Pn=6.3 MPa，n=960r/min，v=0.92，=0.8，qp=40×960×0.92×10-3L/min=35.3L/min（偏小）4 选定与液压泵匹配的电动机a 快进时的功率 快进时的外载为135N，进油路压力损失为0.3MPa。有 Pp=（135×10-6/0.785×0.082）+0.3=0.32MPa Pdian=0.32×20/60×0.7=0.15KW b 工进时的功率 Pgong=4.5×9.4/60×0.7=1KW电机功率，选用Y2-90S-4型电机，其额定功率为1.1KW5 .液压元件及辅助元件的选择（1）液压元件的选择 根据上述流量及压力计算结果，初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。序号元件名称型号序号元件名称型号1滤油器XLX-06-808压力继电器DP1-63E2双联叶片泵PV2R-6/339主液压缸100*70-4003外控顺序阀XY-F10D-P/O(P1)-110二位三通电磁换向阀23EF3-E10B4单向阀AF3-Ea10B11背压阀FBF3-6B5溢流阀YF3-10B12二位四通电磁阀DEO-03B316电液换向阀D(E)YF313单向节流阀MSB-02-Y7单向行程调速阀AQF3-E10B14夹紧缸100*70-20 （2）确定管道尺寸。 参照所选液压元的接口尺寸来确定。 也可按管内允许流速来进行计算。 按主油路差动时流量为q=25.12×2=50.24L/min，压油管允许流速为v=4m/s，则内径 d=4.6=4.6=16.3mm吸油管流量q为43.44 L/ min，v取1.5m/s，则d=4.6=4.6=24.75mm回 油 管 流 量 q 为 43.44L/min，v取1.5m/s，与吸油管尺寸相同，d取圆整值。六 .验算液压系统性能1回路压力损失验算主要验算液压缸在各运动阶段中的压力损失。若验算后与原估算值相差较大，就要进行修改。压力算出后，可以确定液压泵各运动阶段的输出压力机某些元件调整压力的参考值。 具体计算可将液压系统按工作阶段进行，例如快进，工进，快退等，按这些阶段，将管路划分成各条油流进液压缸，而后液压油从液压缸流回油箱的路线的管路，则每条管路的压力损失可由下式计算：式中： 某工作阶段总的压力损失；液压油沿等径直管进入液压缸沿程压力损失值之和； 液压油沿等径直管从液压缸流回油箱的沿程压力损失值之和； 液压油进入液压缸所经过液压阀以外的各局部的压力损失值之总和，例如液压油流进弯头，变径等； 液压油从液压缸流回油箱所经过的除液压阀之外的各个局部压力损失之总和； 液压油进入液压缸时所经过各阀类元件的局部压力损失总和； 液压油从液压缸流回油箱所经过各阀类元件局部压力损失总和； 液压油进入液压缸时液压缸的面积； 液压油流回油箱时液压缸的面积。 和的计算方法是先用雷诺数判别流态，然后用相应的压力损失公式来计算，计算时必须事先知道管长L及管内径d，由于管长要在液压配管设计好后才能确定。所以下面只能假设一个数值进行计算。 和是指管路弯管、变径接头等，局部压力损失可按下式：式中局部阻力系数（可由有关液压传动设计手册查得）； 液压油的密度 液压油的平均速度此项计算也要在配管装置设计好后才能进行。 及是各阀的局部压力损失，可按下列公式：式中液压阀产品样本上列出的额定流量时局部压力损失； q 通过液压阀的实际流量； 通过液压阀的额定流量。另外若用差动连接快进时，管路总的压力损失应按下式计算：式中AB段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； BC段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； BD段总的压力损失，它包括沿程、局部及控制阀的压力损失； 大腔液压缸面积； 小腔液压缸面积。现已知该液压系统的进、回油管长度均为1m，吸油管内径为，压油管内径为，局部压力损失按进行估算，选用L-HL32液压油，其油温为时的运动粘度，油的密度。液压泵在各阶段的输出压力，是限压变量叶片泵和顺序阀调压时的参考数据，在调压时应当符合下面要求：其中限定压力 快进时泵的压力 顺序阀调定压力 工进时泵的压力 2液压系统的温升验算 系统在工作中绝大部分时间是处在工作阶段，所以可按工作状态来计算温升。 液压泵工作状态压力为4.5MPa，流量为6.13 L/min，经计算其输入功率为pi=1kW=1000W。 液压缸的最小有效功率为 Po=FV=（30350+135）×0.2/60W=101.6W系统单位时间内的发热量为 Hi=Pi-Po=(1000-101.6)W=898.4W当油箱的高、宽、长比例在1：1：1到1：2: 3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，邮箱散热面积近似为 A=6.5式中：V油箱有效容积，单位为m³；A 散热面积，单位为m³。取油箱型号为BEX-250，油箱有效容积V为 0.442m³，散热系数 K为17W/（m²· ） t=Hi/KA=898.4/17×6.5 =23.78即在温升许可范围（3035）内。若不在允许范围内，可以通过加大油箱容积或采用强制冷却的方法来解决。 七 . 参考书目 文献1左建民液压与气压传动. 机械工业出版社 文献2机械零件设计手册，冶金工业出版社