1、液压与气压传动课程设计说明书院 系： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 目录一、设计题目3二、负载分析42.1 负载与运动分析42.2 负载图和速度图的绘制4三、设计方案拟定63.1 选择液压基本回路73.2 组成液压系统原理图73.3 系统图的原理8四、参数计算84.1 液压缸参数计算.84.2 液压泵的参数计算124.3 电动机的选择 . .12五、元件选择145.1 确定阀类元件及辅件 145.2 油管的选择145.3 油箱容积的确定15六、液压系统性能验算.156.1 验算系统压力损失.156.2 验算系统发热与温升.17七、小结.18八、参考文献.18液 压 与 气
2、 压 课 程 设 计 任 务 书题目： 卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统设计 姓名 黄一鸣 专业 机械设计制造及其自动化 班级 0985 学号 200913090504 指导老师 胡竟湘 钟定清 一、基本任务及要求：一台卧式单面多轴钻孔组合机床，动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止。液压系统的主要性能参数要求如下，轴向切削力为 24000N；滑台移动部件总质量为510kg；加、减速时间为 0.2s；采用平导轨，静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1， ；快进行程为 200mm，工进行程为 100mm，快进与快退速度相等，均为 3.5mmin，工进速度为 3040mmmin。工作时
3、要求运动平稳，且可随时停止运动。试设计动力滑台的液压系统。 课程设计时间为一周，其具体要求为：1）液压系统原理图（图中应附有液压元件明细表，各执行元件的动作顺序工作循环图和电器元件动作顺序表） ； 2）液压缸装配图一张（A1） ； 3）液压缸活塞零件图一张（A3） ；4）设计计算说明书一份。 二、进度安排及完成时间：1宣布设计任务，明确课题任务及要求，收集阅读有关设计资料 0.5 天 2液压与气压系统的设计与计算： 1 天1）液压与气压系统工况分析和负载计算； 2）执行元件主要参数的计算与确定； 3）液压系统方案的确定、液压系统原理图的拟订； 4）液压元件的计算和选择、液压系统性能的验算；3详
4、细设计： 2.5 天 1）液压系统原理图设计 2）液压缸装配图设计及零件图设计 4撰写设计、计算说明书 0.5 天 5设计总结和答辩 0.5 天 4二、负载分析2.1 负载与运动分析1工作负载：工作负载即为轴向切削力 Ff=24000。2摩擦负载：摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力 Ffs=0.2 5100=1020.动摩擦阻力 Ffd=01 5100=5103惯性负载:取重力加速度 ，则有移动部件质量为 m=510kg。Fm=Mvt=5103.5600.2=148.75N=149N取 =0.95。启动： =1020N Ft=F/=1020/0.95=1073.7N加速: =1020+14
5、9=1169N Ft=F/=1169/0.95=1230.5N快进: =510N Ft=F/=510/0.95536.8N工进: =1020+25800=245100N Ft=F/=245100/0.95=25800N快退: =510N Ft=F/=510/0.95=536.8N表 1 液压缸各阶段的负载和推力(液压缸的机械效率取 =0.95)工况 负载组成 液压缸负载 液压缸推力(Ft)F/启动 1020 1073.7加速 1169 1230.5快进 510 536.8工进 245100 25800快退 510 536.8注：不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。2.2 负载图和速度图的绘制负载图
6、按表 1 中所示数据绘制，如下图 1 所示。5图 1 负载循环图速度图按如下已知数值绘制:快进速度 与快退速度 分别为：v1=v2=3.5/min快进行程：L1=200mm工进行程：L2=100mm快退行程：L3=L1+L2=300mm工进速度：v2=0.030.04m/min速度图如下图 2 所示图 2 速度循环图三、设计方案拟定61：确定液压泵类型及调速方式参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油，调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀做定压阀。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回路上加背压阀，初定背压值 Pb=0.8Mpa.2 选用执行元件因系统动作循环要求正向快进和工作，反
7、向快退，且快进快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积 A1 等于有杆腔面积 A2的二倍。3：快速运动回路和速度换接回路根据运动方式和要求，采用差动连接和双泵供油二种快速运动回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，且能实现自动化控制，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液压顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程阀与压力联合控制形式。4：换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换想阀
8、的换向回路。为便于实现差动连接，所以选用三位五通电磁换向阀。为提高换向的位置精度，采用死挡铁铁和压力继电器的行程终点返程控制。5：组成液压系统绘原理图 将上述选出的液压基本回路组合在一起，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图 4-1 所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处，背压阀和液压缸无杆腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。7图 2-1 组合机床动力滑台液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 2-2 所示表 2-2 电磁铁动作顺序表1Y 2Y 3Y快进 + - -工进 + - +快退 - + -停止 - - -8四、参数计算
9、（一）液压缸参数计算1：初选液压缸的工作压力，所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不太高，参考表 2 和表 3 初定液压缸的工作压力 P1=40105Pa。表 2 按负载选择工作压力、负载/KN 50工作压力 p/MPa 816MPa同上 比中低压系统高50%100%高压系统1632MPa如锻压机械等 初算时背压可忽略不计9由前面的表格知最大负载为工进阶段的负载 F=25800N，按此计算 A1.则液压缸直径23551 107.821042 mPFAb mcD.97.41由 A =2 A ，可知活塞杆直径 D= ，d=0.707D=0.70795.5mm=67.55mm12 d2
10、按 GB/T2348-1993 将所计算的 D 与 d 值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得 D=100mm d=70mm按标准直径算出 2221 54.78104cmc22 05.)()( cdA按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q =0.05 /min，因工进速度 V=0.03m/min 为最小速度，则有minl 223in1 67.10.5cmcvAA =78.54cm216.67cm 2,满足最低速度的要求。13：计算液压缸各阶段的工作压力，流量和功率根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力，流
11、量和功率，在计算工进时背压按 Pb=8105Pa 代入，快退时背压按 Pb=5105Pa 代人计算公式和计算结果于下表中10表 3-1：液压缸所需的实际流量，压力和功率负载F进油压力 Pj 回油压力 Pb 所需流量 q 输入功率 P工作循环N Pa Pa L/min kw差动快进536.8Pj= 21APj= 205.4.78 xMpa536cm=6.65105 Pa= +P bj=11.65105q=V(A1-A2)q=3.5m/min(- )24.78cm05.=13.475 L/minP= PjqP= 6.65105Pa13.475 L/min=0.149 kw工进 25800Pj= 1
12、2ApFbPj= 254.780. xcmMa=36.9105 PaPb=8105Pa q=VA1q=0.03m/min24.78cm=0.314 L/minP=PjqP=36.9105pa 0.314 L/min=0.0193 kw快退536.8Pj= 21ApFbPj= 205.4.78 x.36cmMaN=11.2105 PaPb=5105Paq=VA2q=3.5m/min20.4cm=14.0 L/minP=PjqP=11.2105 Pa 14.0 L/min=0.2613 kw注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失P=5 Pa,而510= +P。bPj2：快退时，液
13、压缸有杆腔进油，压力为 ,无杆腔回油，压力为 .退时jPbP回油腔中有背压，这时 也可按 5 Pa 估算.bP1011各阶段压力图各阶段流量图12液压缸的工况图（二）液压泵的参数计算由表 3-1 可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失P=5 Pa，压力继电器可靠动作需要压力差为 5105Pa，则液压泵最高工作10压力可按式下式算出= +P+5 =(36.9+5+5) Pa=46.9 Pa pP1510510510因此泵的额定压力可取 Pr 1.2546.9105Pa=58.625 Pa由表 3-1 可知，工进时所需流量最小是 0.314/min，设溢流阀最小溢流为 2.5L/mi
14、n。取泄露系数 K=1.1,则小流量泵的流量应为(1.10.314+2.5)L/min=2.8454L/min1pq快进快退时液压缸所需的最大流量是 14.0L/min，则泵的总流量为=1.114.0L/min=15.4L/minp即大流量泵的流量 =15.4-2.8454=12.5546L/min。12ppq根据上面计算的压力和流量，并考虑液压泵存在容积损失，查液压元件及选用 ，选用 YB1-10/2.5 型的双联叶片泵，该泵额定压力为 6.3MPa.额定转速为 1450r/min.（三）电动机的选择系统为双泵供油系统，其中小泵 1 的流量= =0.060 , 大泵流量1pqsm/)60/2
15、5.3(33sm/03=0.242 m /s。差动快进，快退时两个泵同时向413系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需的电动机功率 P。1：差动连接差动快进时，大泵 2 的出口压力经单向阀 11 与小泵 1 汇合，然后经单向阀 2，三位五通阀 3，二位二通阀 4 进入液压缸大腔，大腔的压力,由样本可知，小泵的出口压力损失P =4.5105Pa，apj51106. 1大泵出口到小泵的压力损失 。于是计算得小泵的出口压力Pa5210.(总效率 =0.5)，大泵出口压力PPp51. (总效率 =0.5).a2062电动机功率：wqPp 1.7465.0216.5.016
16、1. 3321 2:工进考虑到调速阀所需最小压力差 。压力继电器可靠动作需Pa51要压力差 因此工进时小泵的出口压力Pa5210.而大泵的卸载压力取Pp5219.46=2105Pa.（小泵的总效率 =0.565，大泵总效率 =0.3） 。2p 12电动机功率：WqPp 3.653.014156.0.4 35321 3：快退类似差动快进分析知：小泵的出口压力 Pp1=15.7105Pa(总效率1p=0.5)，大泵出口压力 Pp2=17.2105Pa(总效率 =0.51).1 2电动机功率：WqpP5.10451.024.76.7.33511 综合比较，快退时所需功率最大。据此查样本选用 Y90s
17、-4 异步电动机，电动机14功率 1.1KW。额定转速 1400r/min。五、元件选择1：确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅助规格如下表所示。其中溢流阀 12 按小流量泵的额定流量选取。过滤器按液压泵额定流量的 2 倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与系统原理图的序号一致。表五：液压元件明细表序号元件名称 最大通过流量/L.min-1型号 备注 价格 厂家1 双联叶片泵 19 YB1-10/2.5 查液压元件及选用表 2-58CLAIR 昌林生产厂家 900 元2 单向阀 19 I-25B 查液压元件及选用表 4-146CLA
18、IR 昌林生产厂家 50 元3 三位五通电磁阀38 35 -63BY1D查液压元件及选用表 4-170CCLAIR 昌林生产厂家 630元4 二位二通电磁阀38 22 -63BH1查机械设计手册单行本表 20-7-1645 调速阀 3.82 Q-10H8 查机械设计手册单行本表 20-7-1246 压力继电器 DP1-63B 查液压元件及选用表 4-967 单向阀 19 I-25B 查液压元件及选用表 4-1468 液控顺序阀 0.16 XY-25B 查液压元件及选用表 4-819 背压阀 0.16 B-10B 查机械设计手册单行本表 20-7-8410 液控顺序阀（卸载用）12 XY-25B
19、 查液压元件及选用表 4-8111 单向阀 12 I-25B 查液压元件及选用表 4-14612 溢流阀 4 Y-10B 查液压元件及选用表 4-14CLAIR 昌林生产厂家 110 元13 过滤器 38 XU-B32100查液压元件及选用表 5-1714 压力表开关 K-6B2：油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内15通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达 38L/min ，液压缸进、出油管直径由下表可知。为统一规格，按产品样本选取所有油管均为内径 15mm,外径 19mm 的
20、10 号冷拔管。3：油箱容积的确定中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 57 倍，现取 7 倍，故油箱容积为V=(719)L=133L六、液压系统性能验算（一）压力损失的验算及泵压力的调整1：工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时管路中的流量仅为 0.314L/min,因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失， 回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应Pa510等于工进时的液压缸的工作压力 加上进油路压差 ，并考虑压力继电器动1P1P作需要，则=（36.9+5+5）10 Pa=46.910 Paap510 55
21、即小流量泵的溢流阀 12 应按此压力调整。2：快退时的压力损失验算和大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的 2 倍，其压力损失比快进时的要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。由于系统管路布局尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态。现取进，回油路管道长为 l=1.8m，油管直径d=1510 m，通过的流量为进油路 q =19L/min=0.31710 m /s，回油路3 1 3q =38L/min=0.63310 m /s，油的运动粘度取 v=1.5cm /s，油的密度2 3 2=900kg/m
22、,液压系统元件采用集成块式的配置形式。3（1）确定油流的流动状态 按式（2-19）经单位换算为Re= 4410273.10dvqv式中 v平均流速（m/s） ；D油管内径（m） ；油的运动粘度（cm /s）3q 通过的流量（m /s）则进油路中的液流雷诺数为16R =1e 2301795.03172. 43回油路中的液流雷诺数为R =2e 58.16. 433由上可知，进油路中的流动都是层流。（2）沿程压力损失 由式（2-33）可算出进油路和回油路的压力损失。1P在进油路上，流速 smdqv /79.1054.36232则压力损失为 PalRpe 53221 106.179.8.6 在回油路上
23、，流速为进油路流速的 2 倍即 V=3.58m/s则压力损失为 avdlpe 5322 104.10538864（3）局部压力损失 由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失，通过各阀的局部压力损失按式（1-39）计算，结果于表五中。表六：阀类元件局部压力损失元件名称 额定流量/L.minnq1实际通过的流量q/L.min 1额定压力损失 )10(5Papn实际压力损失 )10/(5Pap单向阀 2 25 16 2 0.82三位五通电磁阀 363 16/32 4 0.26/1.03单向阀 11 25 12 4 1.03二位二通电磁阀 463 32 4 1.03注：快
24、退时经过三位五通阀的两油道流量不同，压力损失也不同若取集成块进油路的压力损失 =0.310 Pa,回油路压力损失为1jp5=0.510 Pa，则进油路和回油路总的压力损失为2jp5=（0.62+0.82+0.26+0.46+0.3）111 j10 Pa=2.4610 Pa5517=（1.24+1.03+1.03+0.5）10 Pa 222 pp 5=3.2610 Pa5前面已算出快退时液压缸负载 F=536.8N；则快退时液压缸的工作压力为P =(536.8+ )/ =(536.8+3.2610 78.54 )/40.05112Ap2 5410Pa=7.733 Pa4050可算出快退时泵的工作
25、压力为= P + =(7.733+2.46) 10 Pa =10.193105Pap1 5因此，大流量泵卸载阀 10 的调整压力应大于 10.193105Pa。从以上验算结果可以看出，各个工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，说明液压系统的油路结构，元件的参数是合理的，满足要求。（二）液压系统的发热和升温验算在整个工作循环中。工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统升温。工进时液压泵的输入功率如前面计算 P =655.3W1工进时液压缸的输出功率=FV=(258000.03/60)W=12.9W2P系统总的发热功率 为： = P - =(655.
26、3-12.9)W=642.4W12已知邮箱容积 V=133L=13310 m ,则邮箱近似散热面积 A 为3A=0.065 =1.69132321065.mV2假定通风良好，取邮箱散热系数 ,则可得油液升温为)/(CkWCTACT34.2569.105423设环境温度 ，则热平衡温度为2CTCT 7034.50.211所以油箱散热基本可达到要求。18七、小结为期一周的液压课程设计是结束了，虽然经历的时间不多，也感觉时间不够用，学到的东西还是蛮多的。液压我们是上学期学的，课程设计拉到这个学期，还是起到一个蛮好的复习作用。自己刚开始做的时候，发现自己都忘得差不多了，也是参考着前辈们做的课程设计才略
27、微的捡起一些液压知识。其次，理论终究是归理论，液压课本知识学得再好，当然自己也没学好，做起设计起来还是蛮吃力的。又要考虑理论部分，还得结合现实的实际情况。我想这就是为什么很多公司比较重视工作经验的原因吧。以后还是得劲量珍惜这为数不少的设计环节。最后，因为自己是走读生住在外面，这课程设计是一个人闷着搞啊。好多东西都没弄清，去公寓走了一趟，顿然开朗啊。这或许就是集体的智慧还是更伟大些，这也说明自己的那种合作理念不行啊。总之这次课程设计受益匪浅，希望学校还多增加一些实践环节。八、参考文献【1】王守城 段俊勇.液压元件及选用. 【2】胡竞湘 液压与气压传动 【3】成大先 机械设计手册单行本液压与气压传动
