液压课程设计

《液压与气压传动》

课程设计

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专业：机械设计制造及其自动化

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一．题目及其要求

1.某工厂设计一台钻镗专用机床，要求孔的加工精度为TI6级。要求该液压系统要完成的工作循环是：工作定位、夹紧→动力头快进→工进→终点停留→动力头快退→工件松开、拔销。该机床运动部件的重量为30000N ，快进、快退速度为6m/min ，工进的速度为20-120mm/min 可无级调速，工作台的最大行程为400mm ，其中工进的总行程为150mm ，工进时的最大轴向切削力为20000N ，工作台的导轨采用平轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为25mm ，夹紧力为12000-80000N 之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。

2.设计要求

1) 完成该液压系统的工况分析、系统计算并最终完成该液压系统工作原理

图的设计工作；

2) 根据已经完成的液压系统工作原理图选择标准液压元件；

3) 对上述液压系统中的进给缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和

部件装配图设计，并对其中的1-2非标零件进行零件图的设计； 4) 对上述液压系统中的夹紧缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和

部件装配图设计，其中的1-2非标零件进行零件图设计。

5) 对上述液压系统中的液压缸进行结构设计，完成该液压缸中的油箱部件

和电机液压泵组件的相关计算和装配设计，并对其中的1-2个非标零件进行零件图的设计。

二、系统工况分析与方案选择

1.工况分析

根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。计算各阶段的外负载，如下：

液压缸所受外负载F 包括三中类型，即

a f F F F F ++=ω（1-1）

式中ωF —工作负载，对于金属钻镗专用机床，即为工进时的最大轴向切削力，为20000N ；

a F —运动部件速度变化时的惯性负载；

f F —导轨摩擦阻力负载。启动时为静摩擦阻力，启动后未动摩擦阻力，对于平导轨f F 可由下式求得

）F G （f Rn f +=F ；

G —运动部件重力；

n R F —垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；

F —导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。 则求得

N N F 60000300002.0fs =⨯=(1-2) N N F 30000300001.0fa =⨯=

上式中fs F 为静摩擦阻力，fa F 为动摩擦阻力。

t

g G a ∆∆=

ν

F 式中g —重力加速度；

t ∆—加速或减速的时间，一般0.5s -0.01t =∆，取s 1.0t =∆。 t ∆-∆ν时间内的速度变化量。

在本设计中

N N F 306160

1.06

8.930000a =⨯⨯=

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），并画出如图1-2所示的负载循环图。

图1-1速度循环图 图1-2负载循环图

表1-1工作循环各阶段的外负载

2.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时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或者变量泵供油。本设计采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。

（2）夹紧回路的选择

采用二维四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。为了实现加紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍然能保持夹紧力，接入节流阀调速和单向阀保压。为了实现夹紧力的大小可调和保持夹紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。

（3）定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择

定位液压缸和夹紧缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发信号启动工作台液压缸工作，以简化电气发信与控制系统，提高系统的可靠性。

（4）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者调速阀。根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。

（5）速度换接方式的选择

本设计采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。

最后把所选择的液压回路组合起来，即可组成图1-3所示的液压系统原理图。

图1-3 液压系统原理图

三.液压元件的计算与产品选择 1.液压缸的主要尺寸的确定

（1）工作压力1P 的确定。工作压力1P 可根据负载大小及其机器的类型来初步确定，参阅表2-1取液压缸工作压力为4MPa 。

（2）计算液压缸内径D 和活塞杆直径d 。由负载图知最大负载F 为23000N ，按表2-2可取2P 为0.5a MP ，cm 为0.95,按表2-3，取d/D 为0.7。

将上述数据代入式

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪

⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

2

12cm 1d 1P P -14D P F

D ηπ(2-3)

可得()

[

]m 1056.10m 7.01405195.0104014.323000

422

5-⨯=⎭

⎬

⎫⎩

⎨⎧--⨯⨯⨯⨯⨯=

D

根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径mm 125=D ；活塞杆直径d ，按

7.0D

d

=及表2-5，活塞杆直径系列取d=90mm 。 按工作要求夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作

压力应低于进给液压缸的工作压力，取油背压力为a 0.3MP ，回油背压力为零，cm η为0.95，按式（2-3）可得

m 1002.8m 95

.0103014.31200042

5

-⨯=⨯⨯⨯⨯=

D 按表2-4及表2-5液压缸和活塞杆的尺寸系列，取夹紧液压缸的D 和d 分别为100mm 及70mm 。

本设计中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的实际面积，即

()

()

222222

cm 40cm 7104

d 4

=-⨯=

-=

π

π

D

A

由式（2-4）得最小有效面积

223min

min

min cm 25cm 2

1005.0q =⨯==

νA

因为满足min A A >，故液压缸能达到所需低速。 （3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量

min /04.23min /m 6）107（4

4

q 32

2快进2快进L d =⨯⨯⨯=

=

-π

νπ

min /94.0min /m 12.01.04

4

q 32工进2工进L D =⨯⨯=

=

π

νπ