河南机电高等专科液压传动课程设计.doc

1、机械制造与自动化专业液压传动课程设计说明书班级： 机制 096 学号： 090114611 姓名： 吉海涛 1一、液压传动课程设计的目的1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。4、提高学生使用计算机绘图软件（如 AUTOCAD、PRO/E 等）进行实际工程设计的能力。二、液压课程设计题目题目（一）设计一台卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统，要求完成如下的动作循环：夹紧快进工进死挡铁停留快退松开原位停止；机床有 16 个主轴，钻削加工13.9mm 的孔 14

2、 个，8.5mm 的孔 2 个，工件材料为铸铁，硬度 HB240。动力滑台采用平导轨，工进速度要求无级调速，如用高速刚钻头进行加工，其他参数如下表所示。数 据数 参 据数 I II III IV V运动部件自重（N） 9810 10000 9990 9500 11000快进快退速度（m/min） 7 7.5 6.5 7.8 8快进行程（mm） 100 120 110 95 120工进行程（mm） 50 60 65 70 60工进速度（mm/min） 3090 3090 3090 3090 3090静摩擦系数 fg 0.2 0.15 0.2 0.18 0.15动摩擦系数 fd 0.1 0.08

3、0.09 0.12 0.14启动制动时间 t（s） 0.2 0.25 0.21 0.23 0.3试完成以下工作：1、进行工况分析，绘制工况图。2、拟定液压系统原理图（A3 ） 。3、计算液压系统，选择标准液压元件。4、绘制液压缸装配图（A1） 。5、编写液压课程设计说明书。机床加工示意图如下：2图 1 卧式动力滑台加工示意图目 录第 1 章 组合机床工况分析 11.1 工作负载分析 11.2 阻力负载分析 11.3 惯性负载分析 11.4 工进速度选择 11.5 根据以上分析计算各工况负载 21.6 负载图和速度图的绘制 2第 2 章 液压缸的主要参数的确定 42.1 初定液压缸工作压力 42

4、.2 液压缸尺寸的计算 4第 3 章 拟定液压系统图 73.1 选择液压回路 73.2 液压系统工作分析 7第 4 章 液压缸的机构设计 104.1 液压缸各元件的材料及连接配合方式 104.2 液压缸设计需要注意的事项 114.3 液压缸主要零件的材料和技术要求 114.4 液压缸主要尺寸的计算 13参考资料 15- 2 -附录 A液压系统原理图 附录 B液压缸结构图液压传动课程设计说明书1第 1 章 组合机床工况分析1.1 工作负载分析 工作负载即为切削阻力。1.计算切削阻力 铸铁钻孔时，其轴向切削力可用以下公式计算 6.08.52硬 度DSFc式中，D钻头直径(mm) S每转进给量(mm

5、/r)钻13.9mm 的孔时，主轴转速 ，每转进给量 ,min/3601rnrms/147.0钻8.5mm 孔时，主轴转速 ，每转进给量 , 则 52 961NSDSDFc30468 240.58.4017.95.21. 6.8.68. 6.0.20 硬 度硬 度1.2 阻力负载分析液压缸驱动工作部件时要克服机床导轨处的摩擦阻力，它与导轨形状、安放位置及工作台的运动状态有关。摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力 NGfFg1962802.动摩擦阻力 fd.1.3 惯性负载分析 NtgvGmaFi 5831.4 工进速度选择工进速度 v= s =53mm/min1n液压传动课程设计说明书21.

6、5 根据以上分析计算各工况负载 (见表 1-1)表 1-1 液压缸在各工作阶段的负载值工况 计算公式 液压缸负载 F/N 液压缸驱动力 F/ m/N启动 GfFg1962 2180正向加速 tvfd1564 1738快进 fFd981 1090工进 Gc31449 34943快退 fd981 1090注:表中取液压缸的机械效率 cm=0.91.6 负载图和速度图的绘制负载图按上面数值绘制，如图所示。速度图按已知数值 、m/in7v21， 、快退行程 和工进速度 等绘制如图。m10ll502mll15023速度图液压传动课程设计说明书3负载图液压传动课程设计说明书4第 2 章 液压缸的主要参数的

7、确定2.1 初定液压缸工作压力根据上述工况要求和动力滑台的结构安排，应采用液压缸为执行元件。液压缸选用单杆式的，缸筒固定在床身上。由于要求快进与快退的速度相等，为减少液压泵的供油量，决定采用差动型液压缸。由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，选 ,本机床为钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，MPap41液压缸回油腔应有背压，取背压 ，为使快进快退速度相等，选用Pap52108，但由于油管中有压降存在，有杆腔压力大于有杆腔，估算时快进取21A。快退也按 。Pa50522.2 液压缸尺寸的计算由式 得cmApF)(2122325211 810.81064

8、9.038cmAcm 液压缸直径 cmAD8.71取标准直径 0因为 ，所以21Ad802则，液压缸有效面积 221 03.951cmc液压传动课程设计说明书52227.44cmdDA经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述 D 和 d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力，流量和功率。如下图 A-A,并据此会出工况图 A-BA-A 液压缸在工作循环中各阶段压力、流量和功率工作阶段 负载 N/Fm回油腔压力 MPap/2工作腔压力 ap/2输入流量 qmin/L输入功率 kwP/快进 1090 P +10.662 35.19 0.39工进 34943 0.8 4.054 0.5 0

9、.034快退 1090 0.5 1.305 31.34 0.68B-B 流量图液压传动课程设计说明书6B-B 压力图B-B 功率图液压传动课程设计说明书7第 3 章 拟定液压系统图3.1 选择液压回路1 首先选择调速回路。由以上数据可得，这台机床属于小功率，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流调速，为了解决进口节油调速回路在钻孔时的滑台突然前冲现象，回路上设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方法，系统中油液循环必然是开式的。根据以上数据可知，在液压系统工作循环内，液压缸交替的要求提供低压大流量和高压小流量的油液。最大流量和最小流量之比约等于 70，而快进快退所需的时间比工进所需时

10、间少的多，因此从提高工作效率，节省能量的角度看，采用单个定量泵是不合适的。宜采用双泵供油。由于快进快退速度较大，为保证换向平稳，且该系统采用差动连接，采用三位五通 Y 型电液换向阀实现运动换向，并实现差动连接。为保证夹紧力可靠，且能单独调节，在支路上串联单向阀和减压阀。为保证加紧厚进油缸才动作，在加紧进油缸装一压力继电器，只有当加紧里达到压力继电器的调节压力时，才发出信号，使进油缸油路的三位五通电液换向阀电磁铁通电，进给缸才开始快进。2 拟定液压系统图根据上述分析和所拟定方案，将各回路合理的组合成为机床液压系统原理图（如附图）3.2 液压系统工作分析工件夹紧：电液换向阀处于中位状态，液压泵输出

11、的压力油进入夹紧缸的左腔，右腔回油，活塞杆向右移动，将工件夹紧。夹紧后，液压缸左腔的压力升高，当油压超过压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号指令使电磁铁 1YA 通电，液压缸动作。快速前进：液压传动课程设计说明书8电磁铁 1YA 通电，电液换向阀左位接入系统，溢流阀 7 因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸作差动连接，液压泵 1 输出最大量。系统中油液流动的情况为：进油路：液压泵 1单向阀 10换向阀 2（左位）行程阀 3（下位）液压缸右腔回油路：液压缸左腔换向阀 2单向阀 6行程阀 3液压缸右腔工进阶段：工进在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀 3 时开始，这时系统压力升高，溢流阀

12、7 打开，液压泵单泵供油，系统中油液流动情况为：进油路：液压泵 1单向阀 10换向阀 2 左位调速阀 4液压缸右腔回油路：液压缸左腔换向阀 2（左位）单向阀 6调速阀 4 液压缸右腔 停留阶段：停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始，并在系统压力进一步升高，压力继电器 14 发出信号后终止。快退阶段：快退在压力继电器 14 发出信号后，电磁铁 1YA 断电、2YA 通电时开始，油路换向，系统中油液的流动情况为：进油路：液压泵 1单向阀 10换向阀 2（右位）液压缸左腔回油路：液压缸右腔左腔单向阀 5换向阀 2（右位）油箱松开 ：松开在挡块压下终点开关时 3YA 通电，夹紧缸松开。其油液流动情

13、况为：液压传动课程设计说明书9进油路：液压泵 1减压阀 15单向阀 16换向阀 17（右位）夹紧缸下腔回油路：夹紧缸上腔单向阀 18换向阀 17油箱停止停止在滑台快速退回到原位，挡块压下终点开关，电磁铁 2YA 断电、换向阀 2 处于中位，液压泵卸荷，滑台停止运动。油路：液压泵 1单向阀 10溢流阀 7油箱液压传动课程设计说明书10第 4 章 液压缸的结构设计4.1 液压缸各元件的材料及连接配合方式为满足本题目中液压系统 快进工进快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸。1）液压缸的组成：液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。2）液压缸组件的连

14、接方式：缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。 3）活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择 O 型的密封圈。4）液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生

15、，在行程末端设置缓冲装置。采用圆柱环状间隙节流缓冲装置。5）液压缸排气装置 这里对液压缸的要求高，故设置排气装置，使用放气阀。6）密封装置的选择液压传动课程设计说明书11选 0 形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点。4.2 液压缸设计需要注意的事项 1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。4）液压缸

16、各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。4.3 液压缸主要零件的材料和技术要求1）缸体 材料-灰铸铁: HT200,HT350。粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为 mRa4.02技术要求：a 内径用 H8-H9 的配合b 缸体与端盖采用螺纹连接，采用 6H 精度2）缸盖材料-35 钢粗糙度-导向表面粗糙度为 mRa6.180技术要求：同轴度不大于 3.分析： 缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度，以承受活塞频繁的往复摩擦，保证活塞密封件的可靠密封，缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料与工作压力有

17、关，当工作压力 p10Mpa 时使用铸铁，当工作压力液压传动课程设计说明书1210Mpap20Mpa 时使用铸刚或锻刚，本题目中工作压力的最大值为3.98 Mpa，故选用铸铁缸筒。缸盖的材料常用 35 号，40 钢号锻件，或ZG 270-500.ZG310-570 及 HT250. HT 300 等灰铸铁。3）活塞材料-灰铸铁：HT300粗糙度-活塞外圆柱粗糙度 mRa6.180技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取 f7f9 的配合，内孔与活塞杆的配合可取 H8。4）活塞杆材料-实心：45 钢，调质处理，粗糙度-杆外圆柱粗糙度为 mRa8.04技术要求：a 调质 2025HRCb 活塞与导向套用

18、 的配合，与活塞的连接7fH可用 8hH分析：活塞组件主要包括活塞，活塞杆，连接件等 。活塞杆是液压传力的主要零件，由于液压缸被用于不同的条件，因此要求活塞杆能经受压缩，拉伸，弯曲，振动，冲击等载荷作用，还必须具有耐磨，耐腐蚀性能，故活塞杆材料可用 35 号钢，45 号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆 ，为提高耐磨和防锈能力，可在活塞杆表面镀铬并抛光，活塞材料通常采用钢. 耐磨铸铁，有时也用黄铜或铝合金。5）导向套材料-青铜，球墨铸铁粗糙度-导向表面粗糙度为 mRa8.0技术要求：a 导向套的长度一般取活塞杆直径的 60%80%b 外径 D 内孔的同轴度不大于内孔公差之半分析：导向套按材料分为金

19、属型和非金属型两种，金属型一般选用摩擦系数小耐磨好的青铜材料制造，非金属型导向套可采用塑料，聚四液压传动课程设计说明书13氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。4.4 液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径 D，活塞杆直径 d，液压缸筒的长度 L，1）液压缸内径 D 的计算，根据最大负载和选取的工作压力来确定内径 D=110mm，2）活塞杆直径 d 的计算在前面的计算中已经确定 d=80 mm，3）液压缸筒长度 L 的计算液压缸筒长度 L 由活塞最大行程 l，活塞宽度 B，活塞杆导向长度 H 和有特殊要求的其他长度确定。查手册选取活塞行程 L=250 mm，活塞宽度 B=（0.61.0）

20、d，选 B=88 mm，导向套长度 H=（0.61.0）d，选 H=0.8 d=64 mm，且液压缸筒长度不超过内径 110 mm 的 20 倍，综上所述，得液压缸筒长度 L=450 mm。6）液压缸参数的计算液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度1）壁厚的计算查表取缸筒外径为 133 mm，则壁厚 = mm5.12032）液压缸油口直径在计算设定液压缸油口液流速度为 1.0m/min则液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度 V 和油口最高液流速度 Vo 定Do=0.13D Do液压缸油口直径Vov液压传动课程设计说明书14=0.13X0.11 D液压缸内径0.17=38mm V

21、液压缸最高输出速度Vo油口液流速度7）缸底厚度计算D液压缸内径（mm）【 】缸底材料的许用应力（Mpa）Py 试验压力（Mpa）8）缸头厚度计算由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同，这里选用螺钉联结法兰式缸头。H= F= + （ d - ）qcpdDoF)1(34cp2HF法兰受力总和（N） q附加密封压力（pa）螺钉孔分布圆直径（m） 密封环平均0Dcpd直径（m） 【 】 法兰材料许用应力（pa ） d密封环内径（m） 密封环外径（m） PHd系统工作压力（pa）选取 d=90 mm =100 mm =110 mm =130 mm P=3.98 Mpa cpHd0Dq=0.5Mpa将数据代入式中，求得 h=28 mm9）液压缸装配图见附表液压传动课程设计说明书15参考资料1液压传动 机械工业出版社 主编：章宏甲 黄宜2液压与气动部分 华中科技大学出版社 主编：何存兴 王明智3、 液压与气压技术机械工业出版社 主编：赵波 王宏元