臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)某某大學(xué)題目：臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：機(jī)械班級(jí)：姓名：指導(dǎo)教師：日期：2022前言液壓與氣壓傳動(dòng)，又稱液壓氣動(dòng)技術(shù)，是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)，隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，與微電子，計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，液壓與氣壓傳動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。液壓與氣壓傳動(dòng)是以流體（液壓油液或壓縮空氣）為介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。它們通過(guò)各種元件組成不同功能的基本回路，再由若干回路有機(jī)的組合成不同功能的傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：易于獲得較大的力和力矩，功率重量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)變速，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)快速而且無(wú)沖擊，與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱，容易防止過(guò)載事故，自動(dòng)潤(rùn)滑，元件壽命較長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，掌握了基本的液壓與氣壓傳動(dòng)的相關(guān)，本文就是相關(guān)的一個(gè)應(yīng)用。目錄第一篇明確設(shè)計(jì)要求1（一）基本結(jié)構(gòu)與動(dòng)作順序1（二）主要性能參數(shù)1第二篇負(fù)載分析1第三篇液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)33.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式33.2選用執(zhí)行元件33.3快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路33.4換向回路的選擇33.5組成液壓系統(tǒng)繪制原理圖3第四篇液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算4（一）液壓缸參數(shù)計(jì)算44.1.1初選液壓缸的工作壓力44.1.2確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸44.1.3計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力，流量和功率5（二）液壓泵的參數(shù)計(jì)算6（三）電動(dòng)機(jī)的選擇64.3.1差動(dòng)快進(jìn)64.3.2工進(jìn)74.3.3快退7第五篇液壓元件的選擇75.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇75.2油管的選擇85.3油箱容積的確定8第六篇驗(yàn)算壓力系統(tǒng)性能8（一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整86.1.1工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整96.1.2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整。96.1.2.1確定油流的流動(dòng)狀態(tài)96.1.2.2沿程壓力損失96.1.2.3局部壓力損失10（二）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升計(jì)算10第七篇繪制正式的工作圖（見(jiàn)附圖）11第八篇參考文獻(xiàn)11第一篇明確設(shè)計(jì)要求：（一）基本結(jié)構(gòu)與動(dòng)作順序臥式單面多軸組合機(jī)床主要由工作臺(tái)、床身、單面動(dòng)力滑臺(tái)、定位夾緊機(jī)構(gòu)等組成，加工對(duì)象為鑄鐵變速箱體，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位夾緊、加工等功能。工作循環(huán)如下： 工件輸送至工作臺(tái)自動(dòng)定位夾緊動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)工進(jìn)快退夾緊松開(kāi)定位退回工件送出。（其中工作輸送系統(tǒng)不考慮）（二）主要性能參數(shù)1.軸向切削力Ft=24000N； 2.滑臺(tái)移動(dòng)部件質(zhì)量m=510kg; 3.加減速時(shí)間僅=0.2； 4.靜摩擦系數(shù)f=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1,采用平導(dǎo)軌； 5.快進(jìn)行程l1=200mm； 工進(jìn)行程l2=100mm，工進(jìn)速度30?50mm/min，快進(jìn)與快退速度均為3.5m/min； 6.工作臺(tái)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但可以隨時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，兩動(dòng)力滑臺(tái)完成各自循環(huán)時(shí)互不干擾，夾緊可調(diào)并能保證。第二篇負(fù)載分析： 負(fù)載分析中，為了便于計(jì)算分析，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因?yàn)楣ぷ鞑考桥P式裝置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動(dòng)摩擦力為，則有： 0.2某510某9.8=999.60.1某510某9.8=499.8慣性力為如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，則液壓缸在各個(gè)工作階段的總機(jī)械負(fù)載可以算出：?jiǎn)?dòng)：加速：快進(jìn)：工進(jìn)：快退：列表如下： 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表2-1運(yùn)動(dòng)階段計(jì)算公式總機(jī)械負(fù)載F/N啟動(dòng)1052加速683快進(jìn)526工進(jìn)25789快退526根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負(fù)載圖（）和速度圖（）,見(jiàn)下圖。其中，橫坐標(biāo)以上的為液壓缸活塞前進(jìn)時(shí)的曲線，以下為液壓缸活塞退回時(shí)的曲線。（a）（b）負(fù)載速度圖（a）負(fù)載圖（b）速度圖第三篇液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類組合機(jī)床，選用雙作用葉片泵雙泵供油，調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開(kāi)式回路，溢流閥做定壓閥。為防止鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然失去負(fù)載向前沖，回油路上設(shè)置背壓閥，初定被壓值為Pb=0.8MPa。選用執(zhí)行元件因系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，因此選用但活塞桿液壓缸，快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，無(wú)桿腔面積=有桿腔面積的兩倍。快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路根據(jù)本題的運(yùn)動(dòng)方式和要求，采用差動(dòng)連接與雙泵供油兩種快速回路來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。即快進(jìn)時(shí)，由大小泵同時(shí)供油，液壓缸采用差動(dòng)連接。本題采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺(tái)的的行程開(kāi)關(guān)控制，管路簡(jiǎn)單，形成大小也容易調(diào)整，另外采用液控順序閥與單向閥來(lái)切斷差動(dòng)回路。因此速度換接回路為行程與壓力聯(lián)合控制形式。換向回路的選擇本系統(tǒng)對(duì)換向回路的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為便于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，選用了三位五通換向閥。為提高換向的位置精度。采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。組成液壓系統(tǒng)繪制原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求做必要的修改補(bǔ)充，及組成如圖3-5-1所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進(jìn)口處，背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，并設(shè)置多點(diǎn)壓力表開(kāi)關(guān)。這樣只需一個(gè)壓力表即能觀測(cè)各點(diǎn)壓力。圖3-5-1液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動(dòng)作順序如圖3-5-2所示1Y2Y3Y快進(jìn)+--工進(jìn)+-+快退-+-停止---圖3-5-2第四篇液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算（一）液壓缸參數(shù)計(jì)算4.1.1初選液壓缸的工作壓力參考同類型組合機(jī)床，初定液壓缸的工作壓力為=40某Pa.4.1.2確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸本題要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，并取無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在鉆孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，參考書(shū)本表8-2可知，初選背壓8某Pa.由表2-1可知，最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=25789N,以此計(jì)算,則液壓缸直徑由可知活塞桿直徑按GB/T2348—1993將所計(jì)算的與分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后可得按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度為最小速度，則有公式本題中，滿足最低速度要求。.3計(jì)算液壓缸各工作階段的工作壓力，流量和功率。根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過(guò)程各階段的壓力，流量和功率，在計(jì)算工進(jìn)時(shí)背壓按代入，快退時(shí)背壓按代入計(jì)算則有表4-1-3-1液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載進(jìn)油壓回油壓所需流量輸入功率PNPaPaL/minKW差動(dòng)快進(jìn)工進(jìn)快退注：1差動(dòng)連接時(shí)，液壓缸的回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，而.2快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無(wú)桿腔回油，壓力為.（二）液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表4-1-3-1可知，工進(jìn)階段液壓缸工作壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為，則液壓缸最高工作壓力可按下式算出因此泵的額定壓力可取。由上表可知，工進(jìn)時(shí)所需流量最小是0.3L/min,設(shè)溢流閥最小流量為2.5L/min,則小流量泵的流量按式計(jì)算應(yīng)為，快進(jìn)快退時(shí)液壓缸所需的最大流量為，則泵的總流量為。即大流量泵的流量。根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用YB-4/12型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為6.3Mp，額定轉(zhuǎn)速為960r/min?？冢ㄈ╇妱?dòng)機(jī)的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵1的流量大泵流量差動(dòng)快進(jìn)、快退時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油；工進(jìn)時(shí)，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載。下面分別計(jì)算三個(gè)階段所需要的電動(dòng)機(jī)功率P。口4.3.1差動(dòng)快進(jìn)差動(dòng)快進(jìn)時(shí)，大泵2的出口壓力油經(jīng)單向閥11后與小泵1匯合，然后經(jīng)單向閥2，三位五通換向閥3，二位三通換向閥4進(jìn)入液壓缸大腔，大腔的壓力，查樣本可知，小泵的出口壓力損失，大泵出口到小泵出口的壓力損失為。于是計(jì)算可得小泵的出口壓力（總效率），大泵出口壓力（總效率），電動(dòng)機(jī)的功率=649.94亞4.3.2工進(jìn)考慮到調(diào)速閥所需最小壓力差，壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差，因此工進(jìn)時(shí)小泵的出口壓力：而大泵的卸載壓力取。（小泵的總效率大泵的總效率）。電動(dòng)機(jī)功率=687亞4.3.3快退類似差動(dòng)快進(jìn)分析可知：小泵的出口壓力（總效率）大泵出口壓力（總效率），電動(dòng)機(jī)功率=82邰綜合比較，快退時(shí)所需功率最大。查樣本選用Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)，其參數(shù)如下表所示：Y90L-6異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)表功率^亞）額定轉(zhuǎn)速（r/min）電流色）效率⑶凈重（kg）1.19103.1573.525第五篇液壓元件的選擇5.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。本例中所有閥的額定壓力都為Pa，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，確定為10L/min,25L/min和63L/min三種規(guī)格，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于表5-1-1中。過(guò)濾器按液壓泵流量泵的兩倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器。表中序列號(hào)與系統(tǒng)原理圖的序號(hào)一致。表5-1-1液壓元件明細(xì)表序號(hào)原件名稱最大通過(guò)流量（L/min）型號(hào)1雙聯(lián)葉片泵16YB-4/122單向閥161-25B3三位五通電磁換向閥3235-63BY4二位二通電磁換向閥3222-63BH5調(diào)速閥0.32Q-10B6壓力繼電器D-63B7單向閥161-25B8液控順序閥0.16某Y-25B9背壓閥0.16B-10B10液控順序閥12某Y-25B11單向閥121-25B12溢流閥4Y-10B13過(guò)濾器32某U-B3210014壓力表開(kāi)關(guān)K-6B15減壓閥20J-63B16單向閥20I-63B17三位四通電磁換向閥2024D-40B18單向順序閥16某1-64B19壓力繼電器D-63B20壓力繼電器D-63B5.2油管的選擇根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)32L/min,則液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm,外徑為19mm的10號(hào)冷拔油管。口5.3油箱容積的確定中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5--7倍，本例取7倍，故油箱容積為第六篇驗(yàn)算壓力系統(tǒng)性能（一）壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整6.1.1工進(jìn)時(shí)的壓力損失驗(yàn)算和小流量泵壓力的調(diào)整工進(jìn)時(shí)管路中的流量?jī)H為0.3L/min,因此流速很小，所以沿程壓力損失和局部壓力損失都非常小，可忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上僅考慮調(diào)速閥的壓力損失Pa,回油路上只有背壓閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，并考慮壓力繼電器動(dòng)作需要，則PaPa即小流量泵的溢流閥12應(yīng)按次壓力調(diào)整?？?.1.2快退時(shí)的壓力損失驗(yàn)算及大流量泵卸載壓力的調(diào)整。因快退時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔的回油量是進(jìn)油量的兩倍，以便確定大流量泵的卸載壓力。已知：快退時(shí)進(jìn)油管和回油管長(zhǎng)度均為，油管直徑，通過(guò)的流量為進(jìn)油路，回油路。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度，液壓元件采用集成塊式的配置形式。確定油流的流動(dòng)狀態(tài)按公式計(jì)算雷諾數(shù)為式中——平均流速（）； ——油管內(nèi)徑（）；——油的運(yùn)動(dòng)粘度（）；——通過(guò)的流量（）。則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)為回油路中液流的雷諾數(shù)為由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。沿程壓力損失沿程壓力損失，由書(shū)本公式（1-37）可算得進(jìn)油路和回油路的壓力損失。在進(jìn)油路上，流速則壓力損失為PaPa在回油路上，流速為進(jìn)油路流速的兩倍即，則壓力損失為PaPa6.1.2.3局部壓力損失由于采用集成塊式的液壓裝置，所以只考慮閥類元件和集成塊內(nèi)油路的壓力損失。通過(guò)各閥的局部壓力損失按書(shū)本式（1-29）計(jì)算，結(jié)果如下表所示表6-1-2-3-1閥類元件局部壓力損失元件名稱額定流量實(shí)際通過(guò)的流量額定壓力損失實(shí)際壓力損失單向閥2251620.82三位五通電磁閥36316/3240.26/1.03二位二通電磁閥4633241.03單向閥11251220.46注：快退時(shí)經(jīng)過(guò)三位五通閥的兩油道流量不同，壓力損失也不同。若取集成集成塊進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失為，則進(jìn)油路和回油路的壓力損失為有上述計(jì)算可知，快退時(shí)液壓缸負(fù)載;則快退時(shí)液壓缸的工作壓力為快退時(shí)泵的工作壓力為因此，大流量泵卸載閥10的調(diào)整壓力應(yīng)大于從以上運(yùn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力