目錄一前言 11.1課程設計的目的： 11.2課程設計題目： 11.3課程設計主要完成的主要內容： 1二工況分析 22.1負載分析 22.2運動分析 5三確定液壓缸的參數(shù) 63.1初選液壓缸的工作壓力 63.2確定液壓缸尺寸 73.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值 83.4繪制液壓缸工況圖 10四擬定液壓系統(tǒng)圖 114.1選擇液壓回路 114.2液壓原理圖 12五選擇液壓元件 145.1選擇液壓泵和驅動電機 145.2選擇控制元件 155.3選用輔助元件 15六液壓系統(tǒng)性能驗算 176.1油路中的壓力損失 176.2液壓系統(tǒng)的效率 186.3液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算 19七液壓缸的設計與計算 207.1計算液壓缸的結構尺寸 20總結 23參考文獻 24一前言1.1課程設計的目的：?液壓傳動與控制?課程設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)學生在學完?流體力學與液壓傳動?課程之后進行的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。學生通過本課程設計能夠進一步熟悉并掌握液壓傳動與控制的根本概念、熟悉液壓元件結構原理、熟悉液壓根本回路、掌握液壓系統(tǒng)圖的閱讀方法及根本技能、能夠綜合運用本課程及工程力學、機械設計等有關課程的知識設計一般工程設備液壓系統(tǒng)。同時，學生通過本課程設計可在以下幾方面得到訓練：=1\*GB3①正確進行工程運算和使用技術文件、技術資料的能力；=2\*GB3②掌握系統(tǒng)方案設計的一般方法；=3\*GB3③正確表達設計思想的方法和能力；=4\*GB3④綜合利用所學知識解決工程實際問題的能力。1.2課程設計題目：設計一臺專用臥式銑床的液壓系統(tǒng)，要求液壓系統(tǒng)完成“快進—工進—快退—停止〞的工作循環(huán)。：銑削阻力最大為10000N，工作臺、工件和夾具的總重量為5500N，工作臺快進行程為300mm，工進行程為100mm，快進、快退速度為4.5m/min，工進速度為60—1000mm/min，加、減速時間為0.05s，工作臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。1.3課程設計主要完成的主要內容：1.設計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實用性、經濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調先進性。并非是越先進越好。同樣，在平安性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經濟；2.獨立完成設計。設計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；3.在課程設計的過程中，要隨時復習液壓元件的工作原理、根本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考；4.液壓傳動課程設計的題目均為中等復雜程度液壓設備的液壓傳動裝置設計。具體題目由指導老師分配，題目附后；5.液壓傳動課程設計要求學生完成以下工作：(1)液壓系統(tǒng)原理圖1張；(2)部件工作圖和零件工作圖假設干張；(3)設計計算說明書1份二工況分析工況分析就是分析液壓執(zhí)行元件在工作工程中速度和負載的變化規(guī)律，求出工作循環(huán)中各動作階段的負載和速度的大小，并繪制負載圖和速度圖。從這兩圖中可明顯看出最大負載和最大速度值及二者所在的工況。這是確定系統(tǒng)的性能參數(shù)和執(zhí)行元件的結構參數(shù)〔結構尺寸〕的主要依據(jù)。工況循環(huán)圖2.1負載分析在負載分析中，先不考慮回油腔的背壓力。因工作部件是水平放置的，重力的水平的分力為零，在運動過程的力有軸向切削力、導軌摩擦力、慣性力三種。導軌的正壓力等于動力部件的重力?！?〕工作負載FL：FL=10000N〔2〕摩擦負載Ff：fd=0.1fs=0.2靜摩擦負載：Ffs=FnQUOTEfs=5500QUOTE0.2=1100N動摩擦負載：Ffd=FnQUOTEfd=5500QUOTE0.1=550N〔3〕慣性阻力Fm：Fm=eq\f(FG,g)QUOTE=同時考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力〔作為內負載阻力，考慮計入液壓缸的機械效率，取液壓缸的機械效ηm=0.9〕，工作臺的液壓缸在各工況階段的負載值列于表2.1中，負載循環(huán)圖如圖2-1所示。表2.1液壓缸在各階段的負載F和缸的推力F工況負載組成負載值F液壓缸推力F、=F/ηm起動F=Ffs1100N1222.2N加速F==Ffd+Fm1391.8N1546.4N快進F=Ffd550N611.1N工進F=Ffd+FL10550N11722N反向起動F=Ffs1100N1222.2N加速F=Ffd+Fm1391.8N1546.4N快退F=Ffd550N611.1N注：ηm——缸的機械效率，取ηm=0.9圖:2.1：負載循環(huán)圖2.2運動分析圖2.2：速度循環(huán)圖三確定液壓缸的參數(shù)3.1初選液壓缸的工作壓力執(zhí)行元件的參數(shù)確定表(3.1)不同負載條件下的工作壓力負載F/N<50005000～1000010000～2000020000～3000030000～50000>50000液壓缸的工作壓力/MPa<0.8～11.5～22.5～33～44～5QUOTE5～7表〔3.2〕各類機械常用的工作壓力設備類型機床農業(yè)機械、小型工程機械、工程機械中的輔助機構、船舶機構壓力機重型機械、起重運輸機械、船舶起貨機、大中型挖掘機磨床車、鏜、銑組合機床拉床龍門刨床工作壓力/MPa0.8～22～43～5<1010～1620～32由表〔3.2〕選取工作壓力P=3.0MPa表〔3.3〕液壓系統(tǒng)中背壓力的經驗數(shù)據(jù)表回路特點背壓力P2/Pa進口調速〔QUOTE進口調速，回油腔裝背壓閥〔QUOTE出口調速〔QUOTE閉式回路，帶補油輔助泵工作壓力超過25MPa的高壓系統(tǒng)采用內曲線液壓馬達3.2確定液壓缸尺寸3.2.1液壓缸內徑與活塞直徑由于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸〔A1=2A2〕，快進時液壓缸差動連接。工進時為防止車銑時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表上章〔2.4〕選擇背壓為P2=0.5MPa。工進時液壓缸的推力公式為：F/ηm=P1A1-P2A2=P1A1-eq\f(1,2)P2A2式中：F————負載力P1————液壓缸無桿腔壓力P2————液壓缸有桿腔壓力A1————液壓缸無桿腔有效作用面積A2=————液壓缸有桿腔有效作用面積ηm————液壓缸機械效率根據(jù)參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積A1為：A1QUOTE10-6=10550QUOTE{〔3.0-eq\f(1,2)QUOTE〕QUOTE0.9QUOTE106}=4.28QUOTE10-3m2D==73.9mm由于液壓缸采用差動連接，故：按GB/T2348-2001將直徑元整成就進標準值D=80mmd=56mm根據(jù)整圓后的液壓缸內徑和活塞桿直徑，可得到液壓缸有桿腔和無桿腔的實際工作有效面積：A1=πD2/4=50.26cm2A2=π(D2-d2)/4=26cm23.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值根據(jù)液壓缸的負載循環(huán)圖及液壓缸的有效工作面積，可以計算出液壓缸在工作循環(huán)各個階段的壓力、流量和功率。當液壓缸做差動連接快進時，由于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔的壓力必須大于無桿腔中的壓力，此處選管路壓力損失QUOTE=0.5MP,那么有桿腔壓力為P1=P2+QUOTE=P1+0.5。液壓缸工進時回油腔中的被壓P2=0.5MPa，快退時回油腔中背壓為P1=0.5MP。表3.3液壓缸工作循環(huán)各階段壓力、流量和功率計算表工況推力F/N回油腔壓力P2/MPa進油腔壓力P1/MPa輸入流量輸入功率計算公式快進啟動1222.201.07—-加速1546.4△P=0.51.21—-恒速611.10.8110.680.14工進117220.52.385.24QUOTE0.21快退啟動1222.200.46—-加速1546.40.51.53—-恒速611.11.1713.250.263.4繪制液壓缸工況圖根據(jù)上述液壓缸中各個階段的壓力、流量和功率的計算結果，可繪制液壓缸的工況圖。圖3.1液壓缸工況圖四擬定液壓系統(tǒng)圖4.1選擇液壓回路(1)選擇油源形式由工況圖〔3.1〕可知，該液壓系統(tǒng)在快進和快退時，所需要的流量比擬大，而且比擬相近，在工進時所需流量較小，所以從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。但前者流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實現(xiàn)快速運動，最后確定選用雙聯(lián)定量葉片泵方案。(2)選擇調速回路由工況圖〔3.2〕可知，這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調速回路。為防止銑完工件時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。(3)速度換接回路由于快進和工進之間速度需要換接，但換接的位置要求不高，故快進時采用在回油路加二位三通電磁換向閥和與在進油路上的調速閥上并聯(lián)一個二位二通電磁換向閥實現(xiàn)差動連接。該連接方式能在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓元件的運動速度，實現(xiàn)速度的平穩(wěn)接換。4.2液壓原理圖圖4.1液壓系統(tǒng)原理圖1—定量葉片泵2—背壓閥3—溢流閥4—三位四通電磁換向閥5—二位二通電磁換向閥6—調速閥7—二位三通電磁換向閥8—液壓缸9—濾油器系統(tǒng)各個階段的工作狀態(tài)：1.快進按下啟動按鈕，電磁鐵2YA和電磁鐵3YA得電，電磁鐵4YA不得電〔入如下圖狀態(tài)〕，此時從液壓缸右腔流出來的油液經油管路又流回液壓缸左腔，形成差動連接。油路：定量泵1——換向閥4〔左位〕——換向閥5〔右位〕液壓缸左腔——液壓缸右腔——換向閥7〔左位〕——液壓缸左缸(形成差動連接)2．工進當銑刀運動到預定的位置時，電磁鐵3 YA與電磁閥4YA將會得電，換向閥5與換向閥7那么自動換向，此時系統(tǒng)的壓力上升，速度降低。油路：定量泵1——換向閥4〔左位〕——調速閥6——液壓缸8——換向閥7〔右位〕——換向閥4〔左位〕——背壓閥2——油箱3.快退當銑刀完成工進，運動到預定的位置時，電磁鐵1YA與電磁鐵3YA得電，換向閥4與換向閥5自動換向，此時系統(tǒng)的油壓又減低，速度增加。油路：定量泵1——換向閥4〔右位〕——換向閥7〔右位〕——液壓缸8——換向閥5〔右位〕——背壓閥2——油箱4.停止當銑刀完成快退，運動預定位置時，電磁鐵1YA再次得電，換向閥4自動換向，此時油路不通。油路:定量泵1——溢流閥3——油箱五選擇液壓元件5.1選擇液壓泵和驅動電機5.1.1確定液壓泵的工作壓力液壓泵工作壓力計算。由工況圖〔3.2〕可知，最大工作壓力為P1=2.38MPa，因油路比擬簡單，故初步估計壓力損失取QUOTE=0.5MPa。Pp1=p1+△p=2.38+0.3=2.88MPa5.1.2確定液壓泵的流量由工況圖〔3.1〕可知，液壓缸所需要的最大流量為13.25L/min，取泄漏折算系數(shù)K=1.1,那么液壓泵的最大總流量為qp=k·qmax=1.1×13.25=14.575L/min液壓泵規(guī)格確實定。根據(jù)液壓泵的最大工作壓力P1和液壓泵的流量Qp，查閱機械手冊，選擇YB1-10/10型的雙聯(lián)動葉片泵。泵的型號排量ml/min公稱壓力MPa轉速r/minYB1-10/10106.3960注:η＝0.75.5.1.4確定驅動電動機的功率由工況圖〔3.1〕可知，液壓缸的最大功率Pmax=0.26KW,出現(xiàn)在快退時期，此時液壓泵輸出壓力為2.88MPa,流量為20L/min。取泵的效率η＝0.75，那么電動機所需要的功率為：P===1.28KW查液壓設計手冊，選擇型號為Y132S-6的三相異步電動機。5.2選擇控制元件序號元件名稱額定流量L/min額定壓力MPa型號規(guī)格1定量葉片泵19.26.3YB1-10/102背壓閥636.3YF3-10B3溢流閥636.3YF3-10B4三位四通電磁閥4031.534B-H10B-T5二位二通電磁閥4031.522B-H10B-T6調速閥1631.52FRM1021/16L7二位三通電磁閥4023EY-10HB8濾油器25YFX-25X80表〔5.1〕液壓元件一覽表5.3選用輔助元件5.3.1選擇濾油器查?液壓氣動系統(tǒng)設計手冊?表5-38，根據(jù)泵的額定流量、壓力和過濾精度，選用YLX-25X80過濾器。5.3.2選擇油箱容量初步設計，按經驗公式確定，由下表〔5.4〕取系數(shù)k=5。V=k·q=5QUOTE19.2=96L=96QUOTE10-3(m3)表〔5.4〕經驗系數(shù)a系數(shù)類型行走機械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機械冶金機械a1～22～45～76～1210根據(jù)?液壓氣動系統(tǒng)設計手冊?表20-1-9，可取油箱的容積V=96L，管道尺寸由選定的標準元件連接口尺寸確定。5.3.3選擇管道尺寸各元件間連接管道的規(guī)格按原件接口尺寸決定，液壓缸那么按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計算，如下表所示。表〔5.2〕流量、速度快進工進快退輸入流量L/minq1=(A1qp)/(A1-A2`)==30.19q1=2.38q1=qp=14.575排出流量L/minq2=(A2q1)/A1=16.26q2=(A2q1)/A1=1.25q2=(A1q1)/A2=27.64根據(jù)下表〔5.3〕中的數(shù)值，當油液在壓油管中的流速取3m/min，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內徑為：d1≥2=2×mm=14.76mm取d1=15mmd2≥2=2×mm=10.16mm取d2=10mm油管均為無縫鋼管。表〔5.3〕允許流速的推薦值管道推薦流速/(m/s)液壓泵吸油管道0.5～1.5一般取1一下液壓系統(tǒng)壓油管道3～6，壓力高，管道短，粘度小，取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.5～2.6管道壁厚：查液壓設計手冊表30.1-4得進油管壁厚1=2mm出油管壁厚2=1.6mm故應選用d=15mm，=2mm，鋼管外徑D=22mm和d=10mm，=1.6mm，鋼管外徑D=18mm的油管，且管接頭聯(lián)接螺紋為M22×1.5和M18×1.5。六液壓系統(tǒng)性能驗算6.1油路中的壓力損失回路壓力損失計算應在管道布置圖完成后進行，必須知道管道的長度和直徑。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定，即d=15mm,長度在管道布置圖未完成前暫按進油管、回油管均為L=2m估算。油液運動粘度取v=1.5×10-4m2/s。在此設計中主要驗算工進和快退工況時的壓力損失。6.1.1工進時壓力損失工進時進油管中的流態(tài)為層流，即：Re=4q1/(QUOTE)=4QUOTE2.38QUOTE10-3/(QUOTE10-3QUOTE10-4QUOTE)=22.46QUOTE故進油管的沿程壓力損失為：QUOTEL=取管道局部損失：油液經三位四通電磁換向閥的壓力損失按下表計算：〔Pa〕工進時進油路總壓力損失：QUOTE=QUOTE+QUOTEpQUOTE+∑△pv=1.43QUOTE10-3〔pa〕工進時回油路總壓力損失〔按上述方法計算〕：QUOTE=QUOTE+QUOTEpQUOTE+∑△pv=2.83QUOTE10-3〔pa〕整個回路的壓力損失為：∑△pv=QUOTE+QUOTE〔A2/A1〕=6.79QUOTE10-3〔pa〕實際損失略大于估算值6.1.2快退時壓力損失按上述方法計算快退時進油路總壓力損失：QUOTE=QUOTE+QUOTEpQUOTE+∑△pv=1.03QUOTE10-3〔pa〕按上述方法計算快退時退油路總壓力損失：QUOTE=QUOTE+QUOTEpQUOTE+∑△pv=2.23QUOTE10-3〔pa〕整個回路的壓力損失為：∑△pv=QUOTE+QUOTE〔A2/A1〕=5.25QUOTE10-3〔pa〕實際損失略大于估算值。6.2液壓系統(tǒng)的效率由于在整個工作循環(huán)中，工進占用時間最長。因此，系統(tǒng)的效率可以用工進時的情況來計算。工進速度為，查表3.3可知液壓缸的輸出功率為液壓泵的輸出功率：工進時液壓回路效率：液壓系統(tǒng)效率,取液壓泵效率，液壓缸效率取，于是6.3液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算6.3.1液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計算工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間幾乎占據(jù)整個工作循環(huán)周期，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進時的情況來計算。工進時液壓缸的有效功率為PO=Fv=kW=0.195Kw液壓泵的輸入總功率Pi=0.32Kw由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量Hi=Pi-Po=(0.32-0.195)Kw=0.125kW油液溫升的近似值QUOTET=(0.125×103)/℃=3.15℃溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設置冷卻器。七液壓缸的設計與計算7.1計算液壓缸的結構尺寸7.1.1活塞桿參數(shù)〔1〕活塞桿外徑d 計算可知活塞桿外徑d=56mm?！?〕活塞桿直徑校核活塞桿材料選用45鋼，其，取平安系數(shù)為n=2.0，那么： 實際d=56mm，故校核平安。〔3〕活塞寬度B根據(jù)公式B=〔0.6～1〕D=48～80mm，選取B=56mm。查液壓設計手冊表26.2-1確定O型密封圈d2=2.65±0.09〔mm〕〔4〕活塞桿導向套滑動面長度A擋D>80mm時，取A=〔0.6～1.5〕d=66～165mm，選取A=70mm7.1.2缸體參數(shù)〔1)液壓缸最小導向長度HH≥L/20+D/2=542/20+80/2=67.1mm(2)缸筒壁厚根據(jù)?液壓傳動設計手冊?缸筒選用20號鋼，，取平安系數(shù)n=5。所以選用壁厚3mm查?液壓工程手冊?表23.3-2得缸筒外徑〔4〕缸筒底厚底部采用平底型，材料為ZG230-450，取〔5〕缸筒法蘭頭部厚度缸筒頭部采用法蘭連接，易加工拆卸，材料為45鋼，，平安系數(shù)n=2.5，那么查表26.3-3確定V型密封圈尺寸查表26.3-2確定O型密封圈尺寸1.28±0.08〔mm〕〔6〕液壓缸蓋固定螺栓直徑校核查?機械設計手冊?表2-12-1取螺栓為M6，螺紋長度l為15mm?！?〕缸筒長度