液压与气压传动课程设计

式中：D—钻头直径，单位为mm； s—每转进给量，单位为mm/r； HBS—铸件硬度，HBS=240。
根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速n和每转进给量s按“组合 机床设计手册”取
Ф13.9mm的孔：n1=360r/min，s1=0.147mm/r； Ф8.5mm的孔：n2=550r/min，s2=0.096mm/r。
根据此数值查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定
功率Pn=1.5kW，额定转速np=940r/min
油管、油箱等附件：略
5、验算液压系统性能 5.1 验算系统压力损失
因系统的管路布置尚未具体确定，整个系统压力损失无法全面估算，故 只能先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。
换向回路
(2)选择速度换接回路 当滑台从快进转为工进时，液压缸输入流量由27.64L/min降至0.5L/min， 滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击。
(3)调压和卸荷回路 油源溢流阀可调定系统工作压力，无须另设调压回路； 系统采用进油节流调速，溢流阀常开，起安全阀作用； 双液压泵自动两级供油回路中设有卸荷阀，当滑台工进 和停止时，低压、大流量液压泵都可经此阀卸荷； 因工进在整个工作循环周期中占了绝大部分时间，且高压、小流量液 压泵的功率较小——卸荷问题已基本解决，无需要另设卸荷回路。
同时要广泛讨论，依据充分，在具体设计过程中要多思考。 3）说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。 不少于25页(A4) 4）应在规定的时间内完成所有的设计任务。
三、进度安排 1、设计方法辅导 1学时 3、撰写设计说明书 6学时
2、 系统设计 5、答辩
15学时 2学时
★ 系统设计计算举例
试设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。 设计要求滑台实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。 已知：机床上有主轴16个，加工孔：Ф13.9mm 14个、 Ф8.5mm 2个。 刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBS；机床工作部件总 质量m=1000kg； 快进、快退v1、v2均为5.5m/min，快进行程长度l1=100mm，工进行 程长度l2=50mm，往复运动的加速度、速度时间不希望超过0.2s；动力滑 台采用平导轨，其静摩擦系数fo=0.2，动摩擦系数fd=0.1；执行元件使用液 压缸。
2、任务 要求按照所选课题的设计要求和控制要求，独立完成设计工作，并
将设计成果汇编成“课程设计说明书”。 需提交设计成果： 1）设计说明书一份 2）液压传动原理图(A3)一张。
二、设计要求 为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点： 1）在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度
计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。 2）在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，
液压缸回油腔的压力p2为
此值略大于原估计值。应按公式重新计算工进时液压缸进油腔压力p1：
重新计算工进时液压缸进油腔压力p1：
考虑到压力继电器可靠动作需要压差△pe=0.5MPa，故工进时溢流阀 9的调压pp1A应该为
（3）快退 快退时油液在进油路上通过单向阀10的流量为22L/min、通过换向
阀2的流量为27.1L/min；油液在回油路上通过单向阀5、换向阀2和单向 阀13的流量都是57.51L/min。因此进油路上总压降为
快进加快退所需时间t1和工进所需时间t2： t2>>t1 为提高系统效率、节省能量， 若采用单定量液压泵供油不合适； 宜采用大、小两个液压泵自动两级并联供油。
油源回路
3.2 选择基本回路 根据速度、负载图：设置快速运动、换向、速度换接以及调压、卸荷回路 (1)选择快速运动和换向回路 本系统滑台由工进转为快退时，回路流量很大，为保证换向平稳，拟采 用换向时间可调的电液换向阀式换接回路；因回路还需实现液压缸差动连接， 换向阀必须五通——拟采用三位五通换向阀实现快速运动(快进、快退)换向 回路。
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流 量为0.5L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最 少应为3.5L/min。
根据以上压力和流量数值查产品样本，确定选取PV2R12-6/26型双 联叶片液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6mL/r和26mL/r,
液压与气压传动 课程设计
适用专业：机械设计制造及其自动化 学 分 数：1 设计周数：1周
1 2019/7/10
一、课程设计目的、任务和性质 1、目的
1）巩固、深化所液压传动学理论知识，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）熟悉并学习使用相关国家标准设计手册和产品样本等技术资料。 4）提高利用绘图软件(如AUTOCAD)进行实际工程设计的能力。
3.3 基本液压回路综合——液压系统
为防止干扰，系统需作修整：
14)为滑使台在工滑进台(阀工2进在后左系位统)时能，自进动、发 回 出油快路退相信互号，接须通，在系调统速无阀输法建出立端压增 力 设压，必力须继在电换器向d。回路中串接一个单 向阀a，将进、回油路隔断。
25)若滑将台顺快序进阀时b回和油背路压接阀通8的油位箱置， 无 对法 调实 一现 下液，压即缸可差将动顺连序接阀，与必油须源在处 回 的油 卸路 荷上 阀串合接并一，个从液而控省顺去序一阀个b阀；。 滑台快进时因负载较小而系统压力 较低，使阀b关闭，便阻止了油液 返回油箱。
★ 课程设计题目与要求：
组1：设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压动力滑台的液压系统。 切削负载、机床工作部件总质量、快进、快退速度、滑台最大行程 400mm等参见附表1-1；工进速度要求在20～100mm/min范围内可无级调节。 其中工进行程150mm，往复运动加、减速时间≤0.2s，滑台采用平导轨，其 摩擦系数fs＝0.2，动摩擦系数fd＝0.1。滑台要求完成“快进－工进－快退 －停止”的工作循环，钻孔结束后，自动退刀。 设计任务： 1、完成系统的设计与计算，阐述液压传动系统的工作原理，并整理出 设计计算说明书； 2、绘制液压传动系统图；确定液压缸结构参数； 3、选择液压元件及辅件，并列出元件明细表； 4、列出设计系统中的电磁铁动作顺序表。
外负载Fg=∑(Ft13.9+Ft8.5)=30468N
1.2 惯性负载 机床工作部件的总质量m=1000kg
1.3 阻力负载 机床工作部件对动力滑台导轨的法向力:
静摩擦阻力: 动摩擦阻力:
1.4 各阶段工况：
液压缸负载图
液压缸速度图
2、确定执行元件主要参数 ﹡依速度、负载图，组合机床在最大负载约为32000N时液压系统压力取
﹡快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力应略大于 无杆腔，但其差值较小，可先按0.3MPa考虑。
﹡快退时回油腔中是有背压的，这时p2也可按0.6MPa估算。
由工进时的负载值按公式计算液压缸面积
将这些直径按GB2348-80圆整成就近标准值得：
D=0.11mm、d=0.08mm
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
﹡液压系统的设计过程如下： (1) 负载与工况分析 (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) 选择液压元件 (5) 验算液压系统性能 (6) 绘制工作图和编制技术文件
1、负载与工况分析 1.1 外负载
高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力Ft（单位为N）为
Ft 25.5DS 0.8 HBS 0.6
此值小于原估计值，液压泵驱动电动机功率足够。 回油路上总压降为
此值与估计值相近，故不必重算。所以，快退时液压泵的工作压力pp
应为
因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1.582MPa。
（4）验算油液温升 工进在整个工作循环过程中所占的时间比例达95% ，所以系统发
热和油液温升可按工进时的工况来计算。为简便起见，本例采用上述“ 系统的发热功率计算方法之二”来进行计算。
工进时液压的有效功率为
这时大流量液压泵经顺序阀7卸荷，小流量液压泵在高压下供油。大
液压泵通过顺序阀7的流量为q2=22L/min，由表查得该阀在额定流量 qn=63L/min时的压力损失△pn=0.3MPa,故此阀在工进时的压力损失
小液压泵工进时的工作压力pp1=4.75MPa，流量ql=5.1L/min，所
以两个液压泵的总输入功率为
按公式计算得液压系统的发热功率为 按公式计算得油箱的散热面积为
由表查得油箱的散热系数K=9W/(m2℃)，则可以求出油液温升为
可知此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必设置冷却器。
6、绘制工作图和编制技术文件 液压系统设计的最后一项工作是绘制工作图和编制技术文件。 工作图的绘制必须在仔细查阅产品样本、手册和资料，选定元件
液压系统图必须采用国家标准规定的图形符号绘制。
系统装配图是系统正式施工、安装的图样，包括非通用液压泵站装配 图、阀块装配图、管路布置图及电气控制系统图等。其中管路布置图要 注明各液压元件的部位和固定方式、各种管件的型号及规格等。
技术文件一般包括设计计算书、使用说明书、零件目录表、标准 件、通用件和外购件总表、调试大纲等。
3）为防止机床停止工作后回路中油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑 台经运过动修平改稳、性整，理须后在的电液液压换系向统阀原的理回图油口增设一个单向阀c。
4、选择液压元件 4.1液压泵
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为3.73MPa,如取进油路上的 压力损失为0.8MPa，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0.5MPa，则小流量液压泵的最大工作压力应为
由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差。
此值与原估计值基本相符。
（2）工进 工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为0.5L/min，在
调速阀4处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀2的流量 是0.24L/min，在背压阀8处的压力损失为0.6MPa，通过顺序阀7的 流量为（0.24+22）L/min=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
大流量液压泵在快进、快速运动时才向液压缸输油，快退时液压缸的 工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa（因为此时进 油不经调速阀故压力损失减小），则大流量液压泵的最高工作压力为
两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为27.64L/min，因系统较简单，
取泄漏系数KL＝1.05，则两个液压泵的实际流量应为
当液压泵的转速np=940r/min时该液压泵的理论流量为30.08L/min， 若取液压泵的容积效率ηv=0.9，则液压泵的实际输出流量为
驱动电机功率： 因液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2MPa、
流量为27.1L/min。按照要求取液压泵的总效率ηp=0.75，则液压泵
驱动电动机所需的功率为
压力损失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，进油路上油液通过单向阀10、电液换向 阀2的流量分别是22L/min、27.1L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以 流量51.25L/min通过行程阀3并进入无杆腔。因此进油路上的总压降为
回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀2和单向阀6的流量 都是24.15L/min，然后与液压泵的供油合并,经行程阀3流入无杆腔。
p1=4MPa比较合适。
﹡动力滑台要求快进、快退速度相等——液压缸可选用单活塞杆式，在快 进时作差动连接。
液压缸有效工作面积之比：ψ=Leabharlann Baidu1/A2=2，
活塞杆直径d=0.707D (D：缸筒直径)
﹡在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，以防止孔钻通时滑台 突然前冲。根据要求可取p2=0.6MPa。
液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率
液压缸工况图
3、确定液压系统方案和拟定液压系统原理图 3.1 确定液压系统方案 该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功的工况，功率小， 滑台运动速度低，工作负载变化小。 ——该液压系统以采用节流调速方式和开式循环为佳。 拟采用节流调速回路，为防止孔钻通时滑台突然前冲，回油路上宜设 置背压阀。 从工况图中可看出，工作循环内，液压缸要求油源交替提供低压大流 量和高压小流量油液。最大流量约为最小流量的55倍，
的结构和配置型式的基础上，才能布局绘图。 系统工作图包括：液压系统图、系统装配图和各种非标准液压元
件装配图及零件图等。
液压系统图由上述液压系统原理图经补充、完善而成。图中要有 明细表，注明液压元件的型号、规格、数量、生产厂家等，并要注 明系统的技术条件、液压执行元件的动作循环图、电磁铁、压力继 电器及电气开关的动作顺序表等等。