1、學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì)任務(wù)書系 別 專 業(yè) 班 級 姓 名 目錄前言：設(shè)計(jì)任務(wù)書 3一.工況分析 6二.負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 7三擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.確定供油方式 82.調(diào)速方式的選擇83.液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 94.液壓閥的選擇 115.確定管道尺寸 126.液壓油箱容積的確127.液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算 128.液壓缸工作行程的確定 129.缸蓋厚度的確定 1210.最小尋向長度的確定1311.缸體長度的確定 13四液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算1.壓力損失的驗(yàn)算 132.系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 153.螺栓校核 16五設(shè)計(jì)總結(jié) 17六.參考文獻(xiàn) 18設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)的

2、目的和要求：設(shè)計(jì)的目的 液壓傳動課程設(shè)計(jì)是本課程的一個綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1.鞏固和深化已學(xué)知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題能力； 2.正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；能熟練地運(yùn)用液壓基本回路、組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)； 3.熟悉并會運(yùn)用有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。對學(xué)生在計(jì)算、制圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及經(jīng)驗(yàn)估算、考慮技術(shù)決策、CAD技術(shù)等方面的基本技能進(jìn)行一次訓(xùn)練，以提高這些技能的水平。設(shè)計(jì)的要求1.設(shè)計(jì)時必須從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性及操作維

3、修方便。如果可以用簡單的回路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性。并非是越先進(jìn)越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應(yīng)不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨(dú)考慮簡單、經(jīng)濟(jì)；2.獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時可以收集、參考同類機(jī)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(shè)計(jì)的過程中，要隨時復(fù)習(xí)液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考。不能直接向老師索取答案。4.液壓傳動課程設(shè)計(jì)的題目均為中等復(fù)雜程度液壓設(shè)備的液壓傳動裝置設(shè)計(jì)。具體題目由指導(dǎo)老師分配，題目附后；5.液壓傳動課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生完成以下工作：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份； 液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號

4、圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)圖；2. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3. 計(jì)算和選擇液壓元件；4. 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能；設(shè)計(jì)步驟以一般常規(guī)設(shè)計(jì)為例，課程設(shè)計(jì)可分為以下幾個階段進(jìn)行。1.明確設(shè)計(jì)要求閱讀和研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求；分析設(shè)計(jì)題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件。參閱本書有關(guān)內(nèi)容，明確并擬訂設(shè)計(jì)過程和進(jìn)度計(jì)劃。2.進(jìn)行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點(diǎn)；做負(fù)載-位移曲線，以便找出最大負(fù)載點(diǎn)。液壓缸在各階段所受的負(fù)載需要計(jì)算，為簡單明了起見，可列表計(jì)算；工 況計(jì) 算 公 式缸 的 負(fù) 載

5、 F缸的推力F/cm啟 動加 速快 進(jìn)工 進(jìn)快 退注：cm缸的機(jī)械效率，取cm=0.9確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應(yīng)參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設(shè)備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計(jì)算活塞的有效面積，經(jīng)計(jì)算確定的液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行圓整。計(jì)算時應(yīng)注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考下表選取。系 統(tǒng) 類 型背 壓 力（MPa）回路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回路上有背壓閥或調(diào)速閥的進(jìn)給系統(tǒng)0.51.5采用輔助泵補(bǔ)油的閉式回路（拉床、龍門刨等）11.5繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（p-s）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（P-s）

6、，繪制目的是為了方便地找出最大壓力點(diǎn)、最大流量點(diǎn)和最大功率點(diǎn)。計(jì)算過程可列表計(jì)算。各階段壓力、流量和功率值工 況負(fù)載F（N）液 壓 缸計(jì) 算 公 式回油腔壓力流入流量進(jìn)油腔壓力輸入功率快進(jìn)（差動）啟動加速恒速工 進(jìn)快退啟動加速恒速3.進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設(shè)計(jì)包括供油方式、調(diào)速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路，并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調(diào)速回路。應(yīng)考慮回路的調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、成本低。4.計(jì)算和選擇液壓組件

7、計(jì)算液壓泵的工作壓力計(jì)算液壓泵的流量選擇液壓泵的規(guī)格計(jì)算功率，選擇原動機(jī)選擇控制閥選擇液壓輔助元件5.驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的效率驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的溫升6.繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）整理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書液壓系統(tǒng)原理圖的標(biāo)題欄如下所示：圖 名比 例圖 號件 數(shù)設(shè) 計(jì)日 期重 量共 張第 張指 導(dǎo)日 期襄 樊 學(xué) 院審 核日 期三、進(jìn)度安排按教學(xué)計(jì)劃安排，液壓傳動課程設(shè)計(jì)總學(xué)時數(shù)為1周，其進(jìn)度及時間大致分配如下：序號設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容天數(shù)（約占比例）1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備0.5（約占10%）2液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負(fù)載和速度循環(huán)

8、圖0.5（約占10%）3進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.5（約占30%）4計(jì)算和選擇液壓組件1（約占20%）5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能0.5（約占10%）6繪制正式工作圖，編制課程設(shè)計(jì)說明書0.5（約占10%）7設(shè)計(jì)總結(jié)0.5（約占10%）總計(jì)5 四.設(shè)計(jì)題目3.設(shè)計(jì)一臺小型液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)快速空程下行慢速加壓保壓快速回程停止的工作循環(huán)?？焖偻邓俣葹?m/min，加壓速度為40250mmmin，壓制力為200kN，運(yùn)動部件總重量為20kN。 一工況分析1工作負(fù)載 工件的壓制抗力即為工作負(fù)載：Fw=N 2. 摩擦負(fù)載 靜摩擦阻力： Ffs=0.2x20000=4000N 動摩擦阻力： F

9、fd=0.1X20000=2000N 3. 慣性負(fù)載 Fm=ma=20000/10X3/(0.02X60)=5000N 背壓負(fù)載 Fb= 30000N(液壓缸參數(shù)未定，估算) 自 重： G=mg=20000N4. 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值：其中： 液壓缸的機(jī)械效率，一般取=0.9-0.97。表1.1： 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 工況負(fù)載組成啟動F= Fb+ Ffs-G=14000N加速F=Fb+Ffd+Fm-G=17000N快進(jìn)F=Fb+Ffd-G=12000N工進(jìn)F=Fb+Ffd+Fw-G=N快退F=Fb+Ffd+G=52000N二負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制速度循環(huán)圖：負(fù)載循環(huán)圖：三擬定液

10、壓系統(tǒng)原理圖1. 確定供油方式考慮到該機(jī)床壓力要經(jīng)常變換和調(diào)節(jié)，并能產(chǎn)生較大的壓制力，流量大，功率大，空行程和加壓行程的速度差異大，因此采用一高壓泵供油2.調(diào)速方式的選擇工作缸采用活塞式雙作用缸，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸上腔，活塞帶動橫梁向下運(yùn)動，其速度慢，壓力大，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸下腔，活塞向上運(yùn)動，其速度較快，壓力較小，符合一般的慢速壓制、快速回程的工藝要求得液壓系統(tǒng)原理圖3.液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 （1）液壓缸主要尺寸的確定 1）工作壓力P的確定。工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型，來初步確定由手冊查表取液壓缸工作壓力為25MPa。 2）計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)

11、載F為N，按表2-2取p2可不計(jì),考慮到快進(jìn)，快退速度相等，取d/D=0.7 D=4Fw/p1cm1/2=0.13 (m)根據(jù)手冊查表取液壓缸內(nèi)徑直徑D=140（mm）活塞桿直徑系列取d=100（mm）取兩液壓缸的D和d分別為140mm和100mm。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度AQmin/Vmin=0.05x1000/3=16.7(cm2)液壓缸節(jié)流腔有效工作面積選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即 A2=（D2d2）/4=3.14（14021002）/4 =75.36 cm2滿足不等式，所以液壓缸能達(dá)到所需低速 （2）計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量Q(快進(jìn))= d2v (快進(jìn)) /4=

12、3.14x0.1x0.1x3/4=23.55L/minQ（工進(jìn))= D2v (工進(jìn)) /4=3.14x0.14x0.14x0.4/4=6.15L/minQ(快退)= （D2-d2) (快退) v /4=22.61 L/min (3)確定液壓泵的流量，壓力和選擇泵的規(guī)格1.泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為式中，Pp液壓泵最大工作壓力； P1執(zhí)行元件最大工作壓力； 進(jìn)油管路中的壓力損失，簡單系統(tǒng)可取0.20.5Mpa。故可取壓力損失P1=0.5Mpa 25+0.5=25.5MP 上述計(jì)算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的

13、動態(tài)壓力往往超出靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的壓力值Pa應(yīng)為Pa 1.25Pb-1.6Pb 因此Pa=1.25Pp=1.2525.5=31.875MPa 2泵的流量確定,液壓泵的最大流量應(yīng)為 QKL（Q）max油液的泄露系數(shù)KL=1.2故Qp=KL（Q）max=1.223.55=28.26L/min3.選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上計(jì)算的Pa和Qp查閱相關(guān)手冊現(xiàn)選用IGP5-032型的內(nèi)嚙合齒輪泵， nmax= 3000 r/min nmin=400r/min 額定壓力p0=31.5Mpa，每轉(zhuǎn)排量q=33.1L/r，容積效率=85%，總效率=0.7.4. 與液壓

14、泵匹配的電動機(jī)選定 首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低，一般在流量在0.21L/min范圍內(nèi)時，可取0.030.14.同時還應(yīng)該注意到，為了使所選擇的電動機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率時不至停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行演算，即PaQp/,式中，Pd所選電動機(jī)額定功率；Pb內(nèi)嚙合齒輪泵的限定壓力；Qp壓力為Pb時，泵的輸出流量。 首先計(jì)算快進(jìn)時的功率，快進(jìn)時的外負(fù)載為12000N，進(jìn)油時的壓力損失定為0.3MPa。 Pb=12000/(0.1x0.1/4)x10-6+0.3=1.26MPa 快進(jìn)時所需電機(jī)功率為： 1

15、.26x28.26/60x0.7=0.85kw 工進(jìn)時所需電機(jī)功率為： P=Ppx6.15/(60x0.7)=0.18kw查閱電動機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S-4型電動機(jī)，其額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min4.液壓閥的選擇 根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表所示序號元件名稱最大流量（L/min最大工作壓力（Mpa）型號選擇1濾油器72.4XU-D32X100XU-D32X1002液壓泵49.6345IGP5-323三位四通電磁閥60.32534YF30-E20B4單向調(diào)速閥3040ADTL-105二位三通電磁閥60.323YF3

16、B-E20B6單向閥18-150031.5SA107壓力表開關(guān)35KF-28 5.確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可接管路允許流速進(jìn)行計(jì)算，本系統(tǒng)主要路流量為差動時流量Q=47.1Lmin壓油管的允許流速取V=3m/s則內(nèi)徑d為 d=4.6(47.1/3)1/2=18.2mm若系統(tǒng)主油路流量按快退時取Q=22.61Lmin，則可算得油管內(nèi)徑d=17.9mm. 綜合d=20mm吸油管同樣可按上式計(jì)算（Q=49.6Lmin ，V=2ms）現(xiàn)參照YBX-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為29mm6.液壓油箱容積的確定根據(jù)液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定

17、則選用容量為400L。 7.液壓缸的壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異，一般計(jì)算時可分為薄壁圓筒，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算PD/2=38.25140/2100=26.78mm（=100110MP）故取=30mm液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1為D1D+2=140+230=200mm8.液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作煩人最大行程來確定，查表的系列尺寸選取

18、標(biāo)準(zhǔn)值L=400mm。9.缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩個公式進(jìn)行 近似計(jì)算無孔時：t0.433D（P）=23.2mm有孔時：t0.433 D2（P D2（D2d0）1/2式中， t-缸蓋有效厚度D-缸蓋止口內(nèi)直徑D2-缸蓋孔的直徑10.最小尋向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動支撐面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初試撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求 H=L/20+D/2=400/20+140/2=90mm取H=95mm活塞寬度B=（

19、0.61.0）D1=11011.缸體長度的確定液壓缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般的液壓缸的缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑地2030倍四液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)回油管的內(nèi)徑均為12mm，各段管道的長度分別為：AB=0.3m AC=1.7m AD=1.7m DE=2m 。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15查得15時該液壓油曲運(yùn)動粘度 V=150cst=1.5cms，油的密度=920kgm1壓力損失的驗(yàn)算1.工作進(jìn)給時進(jìn)油路壓力損失，運(yùn)動部件工作進(jìn)給時的最大速度為0.25mmin ，進(jìn)給時的最大流量為23.55Lmin ，則液壓

20、油在管內(nèi)流速V為：V1=Q（dd4）=（23.551000）（3.142.92. /4）=59.45(cms)管道流動雷諾數(shù)Rel為Rel=59.453.21.5=126.8Rel2300可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)l=75 Rel=0.59進(jìn)油管道的沿程壓力損失P為：P1-1=l（ld）（V2 =0.591.7+0.3(0.0299200.5922)=0.2MPa查得換向閥34YF30-E20B的壓力損失P=0.05MPa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失P為：P1=P1-1+P1-2=(0.2+0.05)=0.25MPa2.工作進(jìn)給時間回油路的壓

21、力損失，由于選用單活塞桿液壓缸且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管的二分之一，則V2=V/2=29.7（cms）Rel=V2dr=29.721.5=57.52=75Rel=7557.5=1.3回油管道的沿程壓力損失P為：P2-1=（ld）（PVXV2）=1.320.0299200.5952/2=0.56MPa查產(chǎn)品樣本知換向閥23YF3B-E20B的壓力損失P=0.025MPa。換向閥34YF30-E20B的壓力損失P=0.025MPa ,調(diào)速閥ADTL-10的壓力損失 P=0.5MPa回油路總壓力損失P為P2=P2-1+P2-2+P2-3+2-4=0

22、.55+0.025+0.025+0.5=1.1MPa3.變量泵出口處的壓力P： Pp=（Fcm+A2P2）（A1+P1） =（0.9+0.007851.1100）0.01539+0.15 =22.4MPa4.快進(jìn)時的壓力損失，快進(jìn)時液壓缸為差動連接，自會流點(diǎn)A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍即26L/min,AC段管路的沿程壓力損失為P1-1為 V1=Q/（dXd/4）=45.221000(3.142X2/460)=240.02(cms) Rel=vld/r=320.03 1=75/rel=0.234 P1-1=（l/d）（V2） =0.234.（1.70.02）（

23、9202.4X2.4X2） =0.2MPa同樣可求管道AB段及AD段的沿程壓力損失P1-2 P1-3為V2=Q（dxd4）=295cms Re2=Vdr=236V2=75 Re2=0.38P1-2=0.024MPaP1-3=0.15MPa 查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為： 34YF30-E20B的壓力損失，P2-1=0.17MPa 23YF3B-E20B的壓力損失，P2-1=0.17MPa據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力為PP=2P1-2+P1-2+P2-2+P2-1+P2-2+FA2cm =20.2+0.024+0.15+017+0.17+250.007850.9 =0.18MPa快

24、退時壓力損失驗(yàn)算亦是如此，上述驗(yàn)算表明，無需修改遠(yuǎn)設(shè)計(jì)。2.系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時間最長，為了簡化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量，一般情況下，工進(jìn)速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進(jìn)行分析當(dāng)V=4cmmin時流量Q=V（DD4）=0.140.144=0.616Lmin）此時泵的效率為0.1，泵的出口壓力為22.4MPa則有：P輸入=22.40.616（600.1）=2.464（KW）P輸出=FV=x4600.010.001=0.21（Kw）此時的功率損失為P=P輸入P輸出=2.464-0.21=2.23 (Kw)當(dāng)V=25cmmin時，Q=3.85Lmin 總效率=0.8則P輸入=253.85（600.8）=1.845（Kw）P輸出=FV=25600.010.001=1.28（Kw）P=P輸入P輸出=0.565（Kw）可見在工進(jìn)速度低時