液压与气压传动专用组合机床课程设计说明书

青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：液压与气压传动课程设计学院：机电工程系专业班级：机电一体化技术11-1学号：20110212015学生：刘仁强指导老师：张福霞青岛理工大学琴岛学院教务处2013 年7 月2 日《液压与气压传动课程设计》评阅书摘要本次主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环：快进—工进—二工进—快退—停止卸荷。

液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来与微电子、计算机技术相结合、使液压技术进入了一个新的阶段。

目前，已广泛应用在工业各领域。

由于近年来微电子、计算机技术的发展，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅在作为一种基本的传统形式上占有重要的低位而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的控制手段。

此次液压设计，除了满足主机在动作和性能方面的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。

液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。

关键字：组合机床液压系统液压缸液压泵换向阀目录摘要 (I)1设计任务 (1)2 液压回路的工况分析 (2)3拟定液压系统原理图 (3)4.液压系统的计算和选择液压元件 (4)4.1液压缸主要尺寸的确定 (4)4.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 (5)4.3液压阀的选择 (6)4.5液压油箱容积的确定 (7)总结 (8)参考文献 (9)1设计任务通过对《液压与气压传动》的学习，初步掌握了基本理论知识。

本课程设计即为了给学生创造一个运用课堂理论知识，解决较复杂的问题的平台，锻炼学生综合利用所学知识的能力。

液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。

设计一台专用组合机床，切削力F=80000N，运动件总重10000N，快进、快退速度5m/min，工进速度80~150mm/min，快进行程L1=150，工进行程L2=35mm，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，加、减速时间均为0.2秒，工作循环为快进→一工进→二工进→快退→原位停止卸荷。

绘制液压原理图一张，3号图纸。

2 液压回路的工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。

然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。

液压缸所受负载F 包括三种类型，即F=F w +F f +F a （2-1） 式中F w ——工作负载，在本题中F w 为80000N ； F a ——运动部件运动速度变化时的惯性负； F f ——导轨摩擦力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨F f 可有下式求的：F f =f （G+F Rn ）；G ——运动部件重力；F Rn =垂直于导轨的工作负载，本题中为零；F ——导轨的摩擦系数，在本题中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

则求的Ffs=0.2×10000N=2000N (2-2) Ffa=0.1×10000N=1000N上式中Ffs 为静摩擦阻力，Ffa 为动摩擦阻力。

Fa=tvg G ∆∆ (2-3) 式中g ——重力加速度；∆t ——加速或者减速时间；∆v ——∆t 时间内的速度变化量。

在本例中：Fa=N 602.058.910000⨯⨯=425N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1-1），并画出如3拟定液压系统原理图（1）确定供油方式考虑到该机床在工作进给是负载较大，速度较低。

而在快进、快退时负载较小，速度较高。

从经济，结构简洁角度泵源系统宜选用定量泵供油。

现采用单向定量液压泵。

（2）调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。

根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用定量泵和节流阀组成的节流调速回路，这种调速回路具有结构简单，回油节流调速能承受一定的负值负载经济效益好等优点。

（3）速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢换接回路，他的特点是简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。

若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

4.液压系统的计算和选择液压元件4.1液压缸主要尺寸的确定1）工作压力P 的确定。

工作压力P 可根据负载大小及机器的类型来初步确定，先参阅表4-1取液压缸工作压力为3MPa 。

2）计算液压缸内径D 和活塞杆直径d 。

由负载图可知最大负载F 为20500N ，按表4-3可取P2为0.5MPa ，ɳcm 为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d/D 为0.7。

将上述数据代入式（2-3）可得表4-3m Dd P P P FD cm 20.0]})(1[1{42121=--=ηπ根据表2-4将液压缸内径圆整为标准系列直径D=200mm ；活塞杆直径d ，按d/D=0.7及表2-5活塞杆直径系列取d=140mm 。

按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式（2-4）可得A ＞m inm inv q =6.25cm 2式中q min 是由产品样本查得GE 系列调速阀AQF3-E10B 的最小稳定流量为0.05L/min 。

调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，即A=）（π22d -4D =160cm 2可见上述不等式能满足，液压缸能达到最低所需低速。

图3-1 液压系统原理图3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量q 快进=快进πv d 42=4π(0.142)×5m 2/min=76.93L/minq 工进=工进πv d 42=4π×0.202×0.15m 2/min=4.71L/minq 工进2= 22v d 4工进π=4π×0.202×0.08m 2/min=3.2L/minq 快退=快退)v d -(4122D =41×（0.202-0.1402）×5=80.07L/min4.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。

考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为Pp= P 1+p ∆∑=3.5MPa式中 p p —液压泵最大工作压力； P 1—执行元件最大工作压力；上述计算所得p p 是系统的静压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。

另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn 应满足pn ≥（1.25~1.6）Pp 。

中低压系统取小值，高压系统取大值。

Pn=1.25 Pp =4.4MPa 。

2)泵的流量确定。

液压泵的最大流量应为qp ≥K L （∑q ）max式中 q p ——液压泵最大流量；（∑q ）max ——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值 K L ——系统泄露系数，一般取K L =1.1~1.3，现取K L =1.2 =kL(q ∑)max=1.2×80.07Lmin=96.1L/min3) 选择液压泵的规格。

根据以上算得的Pp 和q p 在查阅有关手册，先选用YBX-40单向定量液压泵，该泵的基本参数为：每转排量q 0=40mL/r ，泵的额定压力p n =6.3MPa ，电动机的转速n H =1450r/min ，容积效率ɳv =0.85，总效率ɳ=0.7。

4） 与液压泵匹配的电动机的选定。

首先分别计算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大的值作为选择电动机规格的依据。

由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.2~1L 范围内时，可取ɳ=0.03~0.14。

同时还应该注意到，为了使所选的电动机在经过泵的流量特征曲线最大效率点时不致停转，需进行验算，即ηpB q p ≤2P n (1-6)式中 P n --所选电动机额定功率； P B --限压式变量泵的限定压力； q p --压力为p B 时，泵的输出流量。

首先计算快进时的功率，快进时的负载为1000N ，进油路的压力损失定为0.3MPa ，由式子（1-4）可得Pp= 22.03.01014.04100062=⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⨯⨯-πMPa 快进时所需的电机功率为kW q p p pp 503.07.0601.9622.0=⨯⨯==η工进时所需电动机功率P 为P = kW kW 624.07.06071.456.5=⨯⨯查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型的电动机，其额定功率为1.1kW ，额定转速是1400r/min 。

根据产品样本可查的YBX-40的流动压力特性曲线。

再由已知的快进时的流量为76.93L/min ,工进时的流量为4.71L/min ，压力为3.5MPa ，做出泵的实际工作时的流量压力特征曲线，如图，所示。

查得该曲线拐点处的流量为76.93L/min ，压力为3.5Mpa ,该工作点对应的功率为kW kW p 2.107.06093.7656.5=⨯⨯=所选的电动机功率满足式（1-6），拐点处能正常工作。

4.3液压阀的选择本液压系统可采用力士乐系统或者GE 系列的阀。

方案一；控制液压缸控制液压缸的部分选用力士乐系列的阀，其中夹紧部分选用叠加阀。

方案二；均选用GE 系列的阀。

根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。

选定的液压元件如表1-2所示。

4.4确定管道尺寸油管的内径一般参照选用液压元件皆空尺寸而定，也可以按照管路允许流速进行计算。

本系统主油路流量为差动时流量q 为76.93L\min ，压油管的允许流速取V=4m/s,则内径d 为2.20493.766.46.4===mm v q d 若系统主油路流量按照快退时取q=80.07L/min ，则可算的油管内径d=20.6mm 。

综合诸多因素，现取油管内径d 为20mm 。

吸油管同样可按照上式计算,先参照YBX-40变量泵吸油口连接尺寸，吸油管内径d 为25mm 。

4.5液压油箱容积的确定本例中液压系统，液压箱有效容量按泵的流量5-7倍来确定，先选用的容 量为BEX-250型的油箱。

总结通过这段时间的设计，意识到自己对所学知识有很多盲点和漏洞，知识和实践的差距，所以说通过这次设计我深刻的认识到理论联系实际的能力还急需提高。

在这个过程中，遇到了一些困难，但是通过和同学的讨论和对资料查找都一一克服了，同时随着问题的解决，对于液压的认识有了进一步的了解，同时也感到液压系统在生活中的重要性。

本次设计不但涉及了液压传动的大部分知识，还有就是CAD作图和word文档的处理。