卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统设计

《液压与气压传动》

课程设计说明书

题目：卧式单面多轴钻孔组合机床液压传动系统设计

院系：

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

日期：2013年7月18日

目录

一、设计要求及工况分析 (3)

二、确定液压系统主要参数 (5)

三、拟定液压系统原理图 (7)

四、计算和选择液压件 (8)

五、液压缸设计基础 (11)

5.1液压缸的轴向尺寸 (11)

5.2主要零件强度校核 (11)

六、验算液压系统性能 (14)

七、设计小结 (17)

一、设计要求及工况分析

1.设计要求

要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。要求实现的动作顺序为：快进→工进→快退→停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：轴向切削力总和F e =30500N ，移动部件总重量G ＝19800N ；快进行程为100mm ，快进与快退速度0.1m/s ，工进行程为50mm ，工进速度为0.88mm/s ，加速、减速时间均为0.2s ，利用平导轨，静摩擦系数0.2；动摩擦系数为0.1。液压系统的执行元件使用液压缸。

2.负载与运动分析

（1）工作负载 工作负载即为切削阻力N

F e 30500=

（2）摩擦负载f F 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力 静摩擦阻力 N F fs 3960198002.0=⨯=

动摩擦阻力 N F fd 1980198001.0=⨯=

（3）惯性负载

（4） 运动时间

快进 s v L t 11

.01

.0111===

工进 s v L t 8.561000

88.005.0222=÷==

快退 s s v L L t 5.11.010)50100(33211=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯+=+=-

设液压缸的机械效率 cm η =0.9，得出液压缸在各阶段的负载和推力，如表1所列。

表1 液压缸在各运动阶段的负载和推力（cm η=0.9）

1010N N 2

. 0 1 . 0 8 . 9 19800 i = ⨯ = ∆ ∆ =

t g G F υ

根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F -t 和速度循环图υ-t ，如图1所示。

图1 速度负载循环图

a)工作循环图 b ）负载速度图 c)负载速度图

工况 计算公式 负载值F/N 液压缸推力F/

w η/N

启动 fs F F =

3960 4400 加速 m fd F F F +=

2990 3322 快进 fd F F =

1980 2200 工进 t

fd F F F +=

32480 36089 反向启动 fs F F =

3960 4400 加速 m fd F F F +=

2990 3322 快退

fd F F =

1980

2200

图1 F -t 与υ-t 图

二、确定液压系统主要参数

1.初选液压缸工作压力

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，初选液压缸的工作压力1p =4MPa 。

2．计算液压缸主要尺寸

鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A 1=2A 2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p 2=0.6MPa 。

表

4 执行元件背压力

表5 按工作压力选取d/D

表6 按速比要求确定d/D

注：

1

—无杆腔进油时活塞运动速度； υ2

—有杆腔进油时活塞运动速度。

由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活

塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积1A 是有杆腔工作面积2A 两倍的形式，即活塞杆直径d 与缸筒直径D 呈d = 0.707D 的关系。

工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p 2=0.6MPa 。

快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降p ∆，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取p ∆≈0.5MPa 。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值0.7MPa 。

工进时液压缸的推力计算公式为c 1122/m F

A p A p η=-

因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为

2

36

211m 105.9710

)2/6.04(9.0324802

-⨯=⨯-⨯=

-

=

p p F

A m

c η

液压缸缸筒直径为

11141==πA D mm

由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D ，因此活塞杆直径为d=0.707×111=78mm ，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D =110mm ，活塞杆直径为d =80mm 。

此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：

242110954m D A -⨯==π ()

24222107.444m d D A -⨯=-=π

根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表4所示。由此绘制的液压缸工况图如图2所示。 表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值