1、0北京工商大学液压与气压传动 课程设计院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机械 班 学 号： 姓 名： 同组学生： 指导教师： 郑维智 成 绩： 实践地点： 实践时间： 2010 年 6 月 28 日至 2010 年 7 月 2 日2010 年 7 月 2 日1目 录第一章 设计任务与要求一、设计任务 2二、工作要求 3三、原始数据 3四、课程设计工作要求 3五、课程设计说明书格式要求 3第二章 液压传动系统设计与计算第一、明确设计要求进行工况分析 4第二、设计液压系统方案 7第三、液压系统的参数计算 9第四、液压元件和装置的选择 12第五、液压系统性能的验算 14总结 17参考文献 172
2、第一章：设计任务与要求一、 设计任务设计题目： 卧式单面多轴钻扩孔组合机床动力滑台的液压系统 机床加工示意如图。图一、机床加工示意3二、 工作要求动力滑台为有纵横两向进给系统，机床有主轴 8 根，钻 4 个 12mm 的通孔，孔长 80mm，并把该 4 个孔进行扩孔，扩孔尺寸为 20mm，深 50 mm。 工作循环是：上滑台快速接近工件，然后以工作速度 1 钻孔，加工完毕后上滑台快速退回，下滑台快速左移，到扩孔位置停，上滑台快速接近工件，然后以工作速度 2 扩孔，死挡铁定位，加工完毕后上滑台快速退回，然后下滑台快速右移到原始位置，最后自动停止。 三、 原始数据工件材料：铸铁，硬度 HB 为 2
3、40； 假设主轴箱部件质量 G11000kg； 上滑台部件质量 G2500kg； 快进速度 v3和快退速度 v4为 0.1m/s； 动力滑台采用平导轨，静摩擦因数 s=0.2；动摩擦因数 d=0.1； 往复运动的加速、减速时间均小于 0.2s； 刀具距工件距离 A=100mm、B=150mm；钻头与扩孔钻之间距离 C120mm； 刀具在距离工件 3 mm 时应由快进转为工进，钻削时刀具应伸出工件 5 mm。四、课程设计工作要求 1、明确设计要求，进行工况分析。 （包括运动分析、动力分析） 2、确定执行元件主要参数。 3、确定液压系统方案和拟定液压系统原理图。 4、液压元件的选择。 5、液压系统
4、性能的验算。 6、绘制正式工作图和编写技术文。 设计时间安排： 6 月 28 日7 月 2 日（1 周） 五、课程设计说明书格式要求 封面 任务及要求（上述一、二项） 设计计算步骤过程 液压系统方案及液压系统原理图 液压元件类型及规格 总结4第二章：液压传动系统设计与计算液压系统设计步骤一般液压系统设计过程应遵循以下几个步骤：1、明确设计要求，进行工况分析。（包括运动分析、动力分析） 2、设计液压系统方案。3、液压系统的参数计算。4、液压元件和装置的选择。5、液压系统性能的验算。 6、绘制正式工作图和编写技术文。上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确
5、定；在设计简单系统时，有些步骤可以合并或省略。第一、明确设计要求进行工况分析一、运动分析1、选择和确定各运动量选择切削用量：钻 12mm 孔时，主轴转速 n1420r/min，每转进给量 S1=0.15mm/r；扩 20mm 孔时，主轴转速 n2300r/min，每转进给量 S2=0.1mm/r。 2、计算工进速度钻 12mm 孔时,工进速度 v1=n1*s1=420*0.15=63mm/min；扩 20mm 孔时，工进速度 v1=n2*s2=300*0.1=30mm/min。3、计算快进、工进时间和快退时间钻 12mm 孔时，快进时间 t1=(100-3)/100=0.97s；钻 12mm
6、孔时，工进时间 t2=(80+3+5)*60/63=83.8s；钻 12mm 孔时，快退时间 t3=(100+80+5)/100=1.85s；扩 20mm 孔时，快进时间 t4=(120+150-3)/100=2.67s；扩 20mm 孔时，工进时间 t5=(50+3)*60/30=106s；扩 20mm 孔时，快退时间 t6=(150+50+120)/100=3.2s。4、画位移循环图(Lt)，速度循环图(vt)，或速度与位移循环图(vL)表示，并对运动规律进行分析。图二、位移循环图(Lt)5图三、速度循环图(vt)图四、位移循环图(vL)二、动力分析1、计算工作负载（轴向切削阻力）钻铸铁孔
7、时，其轴向切削阻力可用以下公式计算： Fc=25.59.81DS0.8 (HBS)0.6 (N)式中： D 为钻头直径(mm)；S 为每转进给量(mm/r)；HBS 铸铁硬度，HBS240。扩孔时近似用 D=D1-D2/2。其中 D1扩孔直径；D 2已钻孔直径。6计算得工作负载钻 12mm 孔时，Fc=425.59.81120.15 0.8 (240)0.6(N)=70542N；扩 20mm 孔时,Fc=425.59.81140.1 0.8 (240)0.6(N)=59500N。2、计算摩擦阻力机床工作部件对动力滑台的法向力为： NmgFn1470静摩擦阻力： Ffnsf 291470.动摩擦
8、阻力： df3、计算惯性阻力机床工作部件的总质量 m=1500kgNtvmF7502.1504、以上分析计算各工况负载列表。工况负载 负载大小 F/N钻 12mm 孔轴向切削阻力 Fc 70542扩 20mm 孔轴向切削阻力 Fc 59500静摩擦阻力 Ffs 2490动摩擦阻力 Ffd 1470惯性阻 Fm 7505、作 Ft 液压缸的负载循环图工况 计算公式 液压缸负载 F/N启动启动 F=Ffs 2940加速加速 F=Ffd+G v/g t 2320快进快进 F=Ffd 1470工进工进 F=Fc+Ffd 72012(钻孔)60970（扩孔）反向启动反向启动 F=Ffs 2940加速加速
9、 F=Ffd+G v/g t 2320快退快退 F=Ffd 1470制动 F=Ffd-G v/g t 7207图五、图五、Ft液压缸的负载循环图第二、液压系统方案设计第二、液压系统方案设计1、确定液压回路此液压系统选用开式回路，即执行原件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后在进入液压泵的进口。2、选用液压油液此液压系统选用矿油型液压油做工作介质。3、初定系统压力此液压系统系统压力选用 40X105Pa4、 选择执行元件选择执行元件选择单活塞杆液压缸。5、确定液压泵类型选择限压式变量叶片泵。6、选择调速方式选用调速阀节流调速。7、确定调压方式内控内泄式顺序阀接回油油路给系统一个背压，不仅防止空气渗
10、入系统，还可以使滑台承受一定的负值负载。8、选择换向回路选用电动换向，各执行原件的顺序动作由电器控制系统实现。9、绘制液压系统原理图8图六、液压系统原理图9液压系统中各电磁铁的动作顺序如表电磁铁动作顺序表1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 行程阀8快进 通工进 断钻孔快退 断通横向 通快进纵向 通工进 断纵向 断通扩孔快退横向 通停止 通第三、液压系统的参数计算第三、液压系统的参数计算（一） 、液压缸的主要结构尺寸计算1、液压缸主要尺寸确定易知机床最大负载约为 72012N 时液压系统宜取压力 P=8MPa。鉴于动力滑台要求快进、快推速度相等，这里液压缸可选取单活塞式杆的，并在快进时做差动连接。在这
11、种情况下液压缸有杆腔的工作面积 应为无杆腔面积 的两倍，1A2A即 ，而活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 成 d=0.707D 的关系。2/1A在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具备有背压力 ，以防止钻孔钻通时2p10滑台突然前冲，取 。快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损MPap6.02失，有杆腔的压力略大于无杆腔，但其差值较小，则先取 。快退时回油MPa3.0腔中是有背压的，这时 也可 按估算。计算如下：2.mDdA mpFm079.7.0144.21 107.4810)6.28(907)( 24212 将这些直径按 GB80 圆整成就近标准得 mdD08.1.0、由此求得液压缸两腔的实际有
12、效面积为 24222421 107.4)(,3.95dA经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。2、根据上述假定条件计算得到液压缸工作循环各阶段的压力，流量和功率见表，并可绘出其工况图11负载负载 进油压进油压力力 Pj回油压回油压力力 Pb所需流所需流量量输入功率输入功率工作阶工作阶段段计算公式计算公式N MPa MPa L/min kW差动差动 快进快进 =+212=(12)=1470 0.56 0.85 30.156 0.281钻钻孔孔72012 7.86 0.6 0.60 O.O79工工进进扩扩孔孔=+21=1= 60970 6.70 0.6 0.285 0.032快退快退 =+12=
13、2=1470 1.60 0.6 26.862 0.716图七、液压缸工况图（二） 、液压泵的性能参数计算1、确定液压泵的最大工作压力 p液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 7.86MPa。 如取进油路上的压力损失为 0.8MPa 即为使压力继电器能可靠地工作，取其调整压力高出系统最大工作压力 05MPa 则液压泵的最大工作压力应为12MPaap16.95.086.72、确定液压泵的最大流量 pq由表可知，液压泵应向液压缸提供的最大流量为 30.156Lmin 因系统较简单，取泄漏系数 =1.05，则液压泵的实际流量应为LKL/min=31.6628L/min156.30.pq由于溢流阀的最
14、小稳定溢流量为 3Lmin，而工进时输人液压缸的流量最大为 0.6Lmin，液压泵的流量规格最少应为 3.6Lmin.3、选择液压泵规格型号根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取 YBX-BD 型限压式变量叶片泵，其排量为 25mL/r，当液压泵的转速 np=1400rmin 时该液压泵的理论流量为 35.0Lmin 则若取液压泵的容积效率 v=0.9，则液压泵的实际输出流量为Lmin=31.5Lmin10/9.425pq第四、液压元件和装置的选择第四、液压元件和装置的选择（一） 、控制阀及辅助元件的选择1、根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出
15、这些液压元件的型号及规格见表 3。表 3 中序号与图 5 的元件标号相同。元件的型号及规格序号 元件名称估计通过流量（L/min）额定流量（L/min）额定压力（Mpa ）额定压降（Mpa ）型号 规格1限压式变量叶片泵 31.5 10 限压式变量叶片泵V =25mL/rP4、5 电磁 阀 60 80 16 0.5 35DYF3Y-E10B8 行程 阀 50 63 16 0.39、10调速阀 0.5 0.0750 16 11 单向 阀 31.5 63 16 0.4AXQF-E10B（单向行程调速阀）q =100L/minmax133液控顺序阀25 63 16 0.3 XF3-E10B6、7 顺
16、序 阀 25 63 16 0.3 XF3-E10B2 背压 阀 0.5 63 16 YF3-E10B13 单向 阀 25 63 16 0.2AF3-E 10Baq =80L/minmx18 滤油 器 30 63 16 0.02 XU-J63X8012 单向 阀 60 63 16 0.2AF3-E 10Baq =80L/minmx14、16、17压力继电器 14 PFB8L8 通径注：此为电动机额定转速 n =1500r/min 时液压泵输出的实际流量。2、油管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、排出的最大流量计算。由于本系统液压缸差动连接快进时，油管内通油量最
17、大，其实际流量为泵的额定流量的（1+A 1/A2） =1.5 倍，取V0=3.5m/s， =31.5L/minpq由= 40=41.531.5103/603.5 =16.9管内径取 17mm，采用钢管壁厚取 =4mm3、油箱油箱容积按估算，取经验数据 =7，故其容积为=7 31.5L=220.5LpqV按 GB28768l 规定，取最靠近的标准值 V250L。（二） 、液压阀配置形式的选择选用叠加阀式，这种配置形式的优点是：结构紧凑、油管少、体积小、质量小、不许设计专用的油路连接块。（三） 、泵电机装置的选择液压泵电动机装置包括液压泵、电动机、泵用联轴器、传动底座及管路附件14等，又称为泵组。
18、1、电机功率的计算由于液压缸在快退时输人功率最大，这时液压泵工作压力为 2.1MPa、流量为31.5Lmin。查表 取液压泵的总效率 =0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为= (2.1 31.5)/(60 0.75)=1.47kwpq/根据此数值查阅电动机产品样本选取 Y2-90L-4 型电动机，其额定功率Pn=1.5kw，额定转速 nn=1500rmin。2、电动机的安装形式选择机座带底脚式。第五、验算液压系统系能（一）验算系统压力损失由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。压力
19、损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。（1）快进滑台快进时，液压缸差动连接，查表可知，进油路上油液通过单向阀 11 的流量是 31.5Lmin 通过电液换向阀 4 的流量是 31.5Lmin,然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量 47.25Lmin 通过行程阀 8 并进人无杆腔。因此进油路上的总压降为MPaPaMPapv 296.0)168.07.05.( )635.247(.)8.531(.3.5(22 回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 4 和单向阀 13 的流量都是 15.75Lmin，然后与液压泵的供油合并，经行程阀 8 流人无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力机与无杆
20、腔压力 p1 之差。 MPap )635.27(.0)635.7(2.0)85.71(.0 212 MPa84.189.( 此值与估计值基本相符。（2）工进工进时，油液在进油路上通过电液换向阀 4 的流量为 0.5L/min,在调速阀 9处的压力损失为 0.5MPa;在背压阀 2 处的压力损失为 0.6MPa，通过顺序阀3 的流量是 22.24L/min,因此这时折算到进油路上因阀类元件造成的总压力损失为15MPapv 8.0)3.9547()62.(3.05.)80.(52 液压缸回油控的压力 p2 为 Pa67.)3.(.6)4.( 22可见此值略大于原估计值。故可按表 8-27 中公式重
21、新计算公进时液压缸进油腔压力 p1,即 MPaAFm 07.4103.957.460.4764121 此值略高于查表中数值。考虑到压力继电器可靠动作需要压力差 p e=0.5MPa,估工进时溢流阀 9的调压 应Ap1 MPaeAp 07.5.50)8.(507.4211 （3）快退快退时，油液在进油路上通过换向阀 4 和单向阀 11 的流量为 31.5L/min；油液在回油路上通过单向阀 12 的流量都是 63L/min。因此进油路上总压降为 MPaapv 3275.0)805.31(.)6(2.0)635.1(2.0 221 此值小于原估计值，所以液压泵驱动机的功率是足够的。回油路上总压降为
22、 Papv 592.0)63(2.0)83(5.)6(2.0 22 此值与查表中的估计值相近，故不必计算。所以，快退时液压泵的工作压力 pp 应为 MaPapvp 582.1)02.51(1因此大流量液压泵卸荷的顺序阀 7 的调压应大于 1.582Mpa（二）验算油液温升共进在整个工作循环过程中所占的时间比例达 95%（见前） ，所以系统发热和油液温升可按工作时的工况来计算。为简便起见，本题采用上述“系统的发热功率计算方法之二”来进行计算。工进时液压缸的有效功率为 kWkFvpe 034.60153.3472 16液压泵通过顺序阀 2 的流量为 =15.75L/min，由表查得该阀在额定流量2
23、q=63L/min 时的压力损失 =0.3MPa，故此阀在工作时的压力损失nqnpMPaPaqpn 019.)635.71(.0)(22 液压泵工作时的工作压力 =7.86MPa，流量 =0.6L/min，所以两个液1p1q压泵的总输入功率为 kWkpqp 178.01075.65.736087 321 计算得液压系统的发热功率为 kkWPep 8735.)34.18.0(计算出油箱的散热面积为 223332 .)05(.65.6 mVA由表查得油箱的散热系数 K=9W/（ ） ，则求出油液温升为Cm2 CKAPt 6.731058.97303查表知，此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必
24、设置冷却器。总结通过对液压与气压传动的学习和对本次液压与气压课程设计的理解，使我学到了很多知识，尤其对设计有了新的认识。设计往往离不开自己的阅历，知识固然可以从书本上学到不少，但是经验17的积累却必须通过亲自动手才能得到，对别人的经验，自己没有一定知识的基础，要完全理解吸收是一件很不容易的事。不是说搞设计的一定要会车床，铣床，会烧电焊才可以，但是要知道这些作业特点，再设计时加以充分考虑，才能更好的设计出需要的产品。可是设计总是为了使用，好的设计必须注意人性化的设计。设计不利于使用，就面临淘汰。我们做设计不光是要站在制造的基础上，还要有创新，但一定要学会继承。现在，全社会都在强调创新，但我们不能一强调创新，就看不起原有的东西。总之，这次课程设计让我受益匪浅，不仅把一学期所学的知识都回顾并且应用了一遍，加深了对知识的理解，还让我体验了作为一名机械设计师的苦与乐！在以后的学习过程中，一定会与实践相结合，多动手，丰富自己的设计知识，争取早日通过自己的勤奋成为一名合格的机械设计师！参考文献1、许福玲 等.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2009
