卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计大学毕业论文毕业设计学位论文范文模板参考资料.doc
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1、卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计【摘要】 液压系统具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能、反应快、输出力(或力矩)大等优点,在组合机床中被广泛采用。液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一,特别是近年来与微电子、计算机技术结合,使液压技术进入了一个新的发展阶段,机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。作为数控技术应用专业的学生初步学会液压系统的设计,熟悉分析液压系统的工作原理的方法,掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的。本论文主要阐述了液压系统的设计(包括系统工况分析,拟定液压系统原理图,液压元件的计算和选择以及液压系
2、统的性能验算等)、液压缸主要零部件的设计及其结构设计。关键词: 液压系统 液压传动 液压元件Abstract:Hydraulic system with a wide range of adaptability, excellent process control performance, fast response, output force (or torque) and other advantages of combined machine tools that are widely used.technology in machinery and equipment, especia
3、lly in recent years combined with microelectronics, computer technology, hydraulic technology has entered a new stage of development, mechanical, electrical, hydraulic, gas integration is the development of machinery and equi Hydraulic drive technology is one of the fastest growing pment today. Has
4、been widely referenced in the CNC machining equipment hydraulic technology. As technology students learn hydraulic numerical control system design, familiar with the working principle of the method of analysis of hydraulic systems, control and selection of hydraulic units and hydraulic systems maint
5、enance and repair is necessary.This paper mainly on the design of the hydraulic system (including system condition analysis, development of hydraulic system schematics, calculation and selection of hydraulic components, and checking the performance of the hydraulic system, and so on), design and str
6、ucture of the main components of hydraulic cylinder designKey words: hydraulic system hydraulic transmission hydraulic components设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统,要求完成工件的定位与夹紧,所需夹紧力不得超过3000N。机床快进、快退速度约为0.1m/s,工进速度可在30-120mm/min范围内无极调速,快进行程为200mm,工进行程50mm,最大切削力为3000N,执行部件质量为9800N减速)时间为0.1s,采用平导轨,静摩擦系数为0.2.动摩擦系数为0
7、.1。1 液压传动的工作原理和组成以及优缺点液压传动是以液体为工作介质,利用压力能来驱动执行机构的传动方式。 驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。1.1 工作原理(1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油,油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸,推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。(2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时,进入液压缸的油量增多,工作台的移动速度增大;当节流阀关小时,进入液压缸的油量减少,工作台的移动速度减少
8、。由此可见,速度是由油量决定的。1.2 液压系统的基本组成(1)能源装置液压泵。它将动力部分(电动机或其它远动机)所输出的机械能转换成液压能,给系统提供压力油液。(2)执行装置液压机(液压缸、液压马达)。通过它将液压能转换成机械能,推动负载做功。(3)控制装置液压阀(流量阀、压力阀、方向阀等)。通过它们的控制和调节,使液流的压力、流速和方向得以改变,从而改变执行元件的力(或力矩)、速度和方向。(4)辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来,以实现各种工作循环。(5)工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油,系统用它来传递能量或信息。1.3 液压传动的
9、优缺点1.3.1 液压传动的优点(1)在相同的体积下,液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下,液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。(2)液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快,所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率,在实现往复回转运动时可达到每分钟500次,实现往复直线运动时可达每分钟1000次。(3)液压传动可在大范围内实现无级调速(调速比可达1:2000),并可在液压装置运行的过程中进行调速。(4)液压传动容易实现自动化,因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或
10、调节,操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时,能实现较复杂的顺序动作和远程控制。(5)液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑,因此使用寿命长(6)由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。1.3.2 液压传动的缺点(1) 液压传动是以液体为工作介质,在相对运动表面间不可避免地要有泄漏,同时,液体又不是绝对不可压缩的,因此不宜在传动比要求严格的场合采用,例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。(2) 液压传动在工作过程中有较多的能量损失,如摩擦损失、泄漏损失等,故不宜于远距离传动。(3) 液压传动对油温的变化比较敏感,油温变化会影响运动
11、的稳定性。因此,在低温和高温条件下,采用液压传动有一定的困难。(4) 为了减少泄露,液压元件的制造精度要求高,因此,液压元件的制造成本高,而且对油液的污染比较敏感。(5) 液压系统故障的诊断比较困难,因此对维修人员提出了更高的要求,既要系统地掌握液压传动的理论知识,又要有一定的实践经验。(6)随着高压、高速、高效率和大流量化,液压元件和系统的噪声日益增大,这也是要解决的问题。 总而言之,液压传动的优点是突出的,随着科学技术的进步,液压传动的缺点将得到克服,液压传动将日益完善,液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。2 液压系统工况分析2.1 运动分析 绘制动力滑台的工作循环图图 1
12、2.2负载分析按设备的工艺要求,把执行元件在各阶段的负载用曲线表示出来,称执行元件的负载位移(时间)曲线图(负载图)。由此图可直接的看出在运动过程充何时受力最大,何时受力最小等各种情况,以此作为以后的设计依据。液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时,所受的负载F为F=Ft+Ff+Fa = 6340N (1) 工作负载工作负载是液压缸负载的主要组成部分,它与设备的运动情况有关,不同机械的工作负载其形式各不相同,对于机床,切削力是工作负载。工作负载可以是恒定的,也可以是变化的;可能是正值,也可能是负值,负载的方向与液压缸(或活塞)的运动方向相反者为正,相同者为负。Ft =3000N(2)摩擦阻力摩擦
13、阻力是指主机执行机构在运动时与导轨或支撑面间的摩擦力,其值恒为正值。Ff=fFN =(0.2+0.1)x9800=2840N式中:FN运动部件及外负载对支撑面的正压力;f摩擦系数,分为静摩擦系数(fs0.20.3)和动摩擦系数(fd0.050.1)。(3)惯性负载惯性负载是指运动部件在启动或制动过程中,因速度变换由其惯性而产生的负载,可由牛顿第二定律计算。Fs=ma=G/gv/t =9800/908x0.1/0.2=500N式中:m运动部件的质量,Kg; a运动部件的加速度,m/s2;G运动部件的重力Ng重力加速度,m/s2;v速度的变化量,m/s;t速度变化所需要的时间,s。除此之外,液压缸
14、的受力还有活塞和活塞杆处的密封装置的摩擦阻力,其计算方法和密封装置的类型、液压缸的制造质量和工作压力有关,由于详细计算比较麻烦,为了简化计算,一般将其考虑在液压缸的机械效率中,初步设计时可取m=0.850.97,另外,还有背压力,可在最后计算时(4)由于动力滑台为卧式放置,所以不考虑重力负载。(5)关于液压缸内部密封装置摩擦阻力Fm的影响,计入液压缸的机械效率中。 (6)背压负载 初算时暂不考虑2.3拟定液压系统原理图液压系统原理图是表示系统的组成和工作原理的图样。拟定系统原理图是设计系统的关键,它对系统的性能及没计方案的合理性、经济性具有决定性的影响,也是整个设计中重要的一部分。2.3.1
15、选择基本回路根据系统的设计参数以及速度、负载循环陶,可以针对不同的动作循环选择相应的基本回路,包括确定系统的供油方式、调速方式、速度换接方式和夹紧回路的方式等。2.4选择液压泵和电机2.4.1 确定液压泵的工作压力 由前面可知,液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为4.4MPa,本系统采用调速阀进油节流调速,选取进油管道压力损失为0.6MPa。由于采用压力继电器,溢流阀的调整压力一般应比系统最高压力大0.5MPa,故泵的最高压力为 Pp1=(4.4+0.6+0.5)MPa=5.5MPa 这是小流量泵的最高工作压力(稳态),即溢流阀的调整工作压力。 液压泵的公称工作压力Pr为 Pr=1.25 P
16、p1 =1.255.5MPa=6.7MPa 大流量泵只在快速时向液压缸输油,由压力图可知,液压缸快退时的工作压力比快进时大,这时压力油不通过调速阀,进油路比较简单,但流经管道和阀的油流量较大。取进油路压力损失为0.5MPa,故快退时泵的工作压力为 Pp2=(0.99+0.5)MPa=1.49MPa这是大流量泵的最高工作压力,此值是液控顺序阀7和8调整的参考数据。2.4.2 液压泵的流量 由流量图2(b)可知,在快进时,最大流量值为23Lmin,取K=1.1,则可计算泵的最大流量 K()max =1.123Lmin=25.3Lmin 在工进时,最小流量值为0.39 Lmin.为保证工进时系统压力
17、较稳定,应考虑溢流阀有一定的最小溢流量,取最小溢流量为1 Lmin(约0.01710-3m3s)故小流量泵应取1.39Lmin 根据以上计算数值,选用公称流量分别为18Lmin、12Lmin;公称压力为70MPa压力的双联叶片泵。2.4.3 选择电机 由功率图2(c)可知,最大功率出现在快退阶段,其数值按下式计算Pp= Pp2(qv1+ qv2)p=1.35106(0.2+0.3)10-30.75=993W式中 qv1大泵流量,qv1=18 Lmin(约0.310-3m3s) qv2小泵流量,qv2=12Lmin(约0.210-3m3s) p液压泵总效率,取p =0.75。图2 (a) (b)
18、 (c)根据快退阶段所需功率993W及双联叶片泵要求的转速,选用功率为1.1KWJ526型的异步电机。2.5阀类元件的选择 阀类元件的选择是根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择阀的规格。即所选用的阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力及实际通过阀的最大流量。在条件不允许时,可适当增大通过阀的流量,但不得超过阀的额定流量的20%,否则会引起压力损失过大。具体地讲选择压力阀时应考虑调压范围,选择流量阀时应注意其最小稳定流量,选择换向阀时除应考虑压力、流量外,还应考虑其中位机能及操作方式。根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量,选择各种液压元件和辅助元件的规格。表-1液压元件说
19、明编号元 件 名 称型 号技术数据P(MPa)( Lmin)调整压力P(MPa)1叶 片 泵YB1218双联p=7.0,qv =12P=5.382叶 片 泵YB1218双联p=7.0,qv =18P=1.353三位五通电磁换向阀35D25Bp=6.3,qv =254单向行程调速阀QCI25p=6.3,qv =25 P=23 qvmin =0.035溢 流 阀Y10p=6.3,=10,卸荷压p1.56背 压 阀B10Bp=6.3,qv =10背压力p=0.50.6 实际通过流量 qv1.57液 动 顺 序 阀XYB10Bp=6.3,qv =10卸荷压力p1.5实际通过流量qv =9(做卸荷阀用)
20、P=1.358液 动 顺 序 阀XYB10Bp=6.3,qv =10卸荷压力p1.5实际通过流量qv =1.5P=1.35+(0.50.8)9单 向 阀I25Bp=6.3,qv=25 P2最大实际通过流量qv =2210单 向 阀I25Bp=6.3,qv=25 P2实际通过 流量qv =1011单 向 阀I25Bp=6.3,qv=25 P2实际通过 流量qv 1512单 向 阀I25Bp=6.3,qv=25 P2实际通过 流量qv 3013压 力 继 电 器DP163BP=16.3,反向区间压力调整范围为0.50.814压 力 表 开 关K6Bp=6.3,测量6点压力值,实测4点压力值15滤
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