液壓課程設計教材

1、工業(yè)大學課程設計資料袋機械 學院（系、部） 2013 2014 學年第 二 學期課程名稱 液壓傳動 指導教師 職稱 教授學生姓名 專業(yè) 機械工程 班級 學號題 目 專用銑床的液壓系統(tǒng)成 績 起止日期 2013 年 12 月 8 日 2013 年 12 月 15 日目錄清單序號材料名稱資料數(shù)量備注1說明書12液壓系統(tǒng)工作原理圖13456工業(yè)大學液壓與氣壓傳動課程設計說明書題 目 名 稱：專用銑床的液壓系統(tǒng)學 院（部）：專 業(yè)：機械學 生 姓 名：班 級：指導教師姓名：評 定 成績：目錄工業(yè)大學工業(yè)大學課程設計任務書2013 2014 學年 第 2 學期機械工程學院 學院（系、部） 機 專業(yè) 機工

2、 班課程名稱：液壓傳動設計題目：專用銑床的液壓系統(tǒng)完成期限：自 2013 年 12 月 8 日至 2013 年 12 月 15 日共 1 周一、設計目的進一步加深學生對所學液壓傳動理論知識的理解 ，培養(yǎng)學生運用理論知識 獨立解決有關(guān)本課程實際問題的能力，使學生對液壓系統(tǒng)工作原理圖的設計 有一完整和系統(tǒng)的概念；同時通過課程設計，培養(yǎng)學生計算，使用技術(shù)資料 及繪制液壓原理圖的工程設計能力。二、設計課題 設計一專用銑床的液壓系統(tǒng)。工作臺作往復直線運動，要求實現(xiàn)：快進內(nèi) 容 及 任 務工進快速退回。最大切削力 F=9000N；銑床工作臺重量 3000N，工件及夾 具最大重量為 1000N；行程長度 4

3、00mm（工進和快進行程均為 200mm），快 進、快退的速度均為 4.5m/min，工作臺的工進速度可調(diào) （601000）mm/min ； 啟動、減速、制動時間 t=0.05s;該動力滑臺采用水平放置的平導軌。靜摩擦 系數(shù) fs0.2；動摩擦系數(shù) fd0.1。三、設計任務 對組合機床進行工況分析，繪制負載圖、速度圖、工況圖； 繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖 （列出動作循環(huán)表）； 選擇計算液壓元件 （列出液壓元件一覽表） ； 進行必要的性能估算；四、上交材料 液壓傳動課程設計說明書一份，要求內(nèi)容完整，步驟清楚，文句通順，書寫工整，封面格式按學校標準，并打印，正文手寫。液壓系統(tǒng)工作原理圖一張 （3 號圖

4、紙 ），圖上標明液壓系統(tǒng)工作循環(huán)表， 液壓元件一覽表。工業(yè)大學主要 參考 資料液壓傳動教材； 機械設計手冊第五分冊； 液壓系統(tǒng)設計手冊等；指 導 教 師 （簽字）：系 主 任 （ 簽字）：工業(yè)大學第一章、設計要求及工況分析1 、設計要求 設計一專用銑床的液壓系統(tǒng)。工作臺作往復直線運動，要求實現(xiàn)：快進工 進快速退回。最大切削力 F=9000N；銑床工作臺重量 3000N，工件及夾具最大 重量為 1000N；行程長度 400mm（工進和快進行程均為 200mm），快進、快退的 速度均為 4.5m/min，工作臺的工進速度可調(diào)（ 601000）mm/min ；啟動、減速、 制動時間 t=0.05s;

5、該動力滑臺采用水平放置的平導軌。靜摩擦系數(shù)fs0.2；動摩擦系數(shù) fd0.1。液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件選液壓缸。2、負載與運動分析（1）工作負載最大切削力 F=9000N,所以 Fcmax 9000N , 對于專用銑床切削時銑刀所承 受的主切削力大?。▎挝?N）為：Fc Pfap（N）式中： P為單位切削力（ N/mm2）f為每轉(zhuǎn)進給量（ mm/r）ap為背吃刀量（ mm）下面進行具體參數(shù)的計算：由公式 Uf fn ，可得（其中 Uf 表示每分鐘的進給速度， n表示銑刀的 轉(zhuǎn)速）由設計要求可以知道 n=300r/min ，工進速度 Uf =60-1000mm/min,所以可以 取 Uf =300m

6、m/minU f 300f f 1mm/rn 300對于單位切削力 P，由常用金屬材料的單位切削力表， 可以選擇 P=2000N/mm2。類別材料牌號單 位 切 削 力 P2（ N /mm2 ）鋼易切鋼Y40Mn1700結(jié)構(gòu)鋼45200040Cr不銹鋼1Cr17Ni92500鑄鐵灰鑄鐵HT2001140鑄造 合金鑄造錫青銅ZcuSn5Pb5Zn5700鑄造鋁合金ZALSn7Mg720工業(yè)大學對于銑削背吃刀量 ap，可以選擇硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計算手冊可得，取 ap=1.5mm。根據(jù)上述公式 Fc Pfap(N) 可得：Fc Pfap 2000 1 1.5 3000(N)2)慣性負載G1 G2v

7、g4000t 9.84.560 0.05612(N)3)摩擦負載因為采用的動力滑臺是水平導軌，所以作用在其上的正壓力為：N G1 G2 4000(N)靜摩擦阻力： Ffs fsN 0.2 4000 800(N)動摩擦阻力： Ffd fdN 0.1 4000 400(N)取液壓缸的機械效率為 m 0.90，得出的液壓缸在各個工作階段的負載值如 表 1 所示。表 1 液壓缸在各個工作階段的負載值工況負載組成負載值 F/N推力 F/ m/N啟動F Ffs800888加速F FfdFm10121124快進F Ffd400444工進F Ffd Fc34003777快退F Ffd400444根據(jù)液壓缸上述

8、各個階段的負載值可以繪制如圖 1 所示的負載循環(huán)圖 F-L。 速度圖按已知數(shù)值 V1 V3 4.5m / min ，快速行程長度為 l1 200mm，工進行程長 度為 l2 200mm，快退行程長度 l3 l1 l2 200 200 400mm和工進速度 V2 等繪 制，如圖 2 所示，其中 V2由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進給量求出，即工業(yè)大學V2 n1s1 n2s2 300mm / min圖 1 負載圖圖 2 速度圖工業(yè)大學第二章 主要參數(shù)的確定1 、初選液壓缸工作壓力 所設計的動力滑臺在工進時的負載最大， 在其它工況時負載都不太高， 參考表 9-2 和 9-3 ，初選液壓缸工作壓力為 P1 3MPa

9、 。表 9-2負載力/KN50工作壓力/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-55-7表 9-3設備類型磨床車、銑、 鏜床組合機床龍門刨 床、拉床汽車、礦 山機械、 農(nóng)業(yè)機械大中型挖 掘機、液 壓機工作壓力/MPa0.8-22-43-51010-1620-302 、計算液壓缸的主要尺寸 鑒于動力滑臺要求快進、 快退速度相等， 可以選用單桿式差動液壓缸。 此時 液壓缸無桿腔工作面積為 A1，有桿腔工作面積為 A2，并且液壓缸無桿腔工作面 積 A1應該為有桿腔工作面積 A2的兩倍，即活塞桿外徑 d 與液壓缸內(nèi)徑 D有 d=0.07D的關(guān)系。在銑削加工時，液壓回油路上必須設置有背壓 P2，以

10、防止銑削到終點時滑臺突然前沖。可以取 P2 0.8MPa ?？爝M時液壓缸雖然作差動連接，但是由于油 管中有壓降 P 存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔， 估算時可以取 P 0.5MPa 快退時回油腔中有背壓，這時 P2 也可以按 0.5MPa估算。由工進時的推力計算液壓缸的面積F / m A1P1 A2P2所以：37773 0.820.0015m221500mm243.70mmd 0.707 D 30.89mm工業(yè)大學按國標 GB 2348 1980 將這些直徑圓整為接近標準值 D 40mm, d 32mm液壓缸兩腔的實際有效面積為 :D 2 4 2A1 1256mm2 12.56 10 4m2

11、14A222D2 d2452.16mm42 4.5216m2根據(jù)上述 D與 d 的值，可以估算液壓缸在不同的工作階段的壓力， 流量和功 率（見表 3），并據(jù)此繪制出如圖 3 所示的液壓缸工況圖，其中粗實線、細實線 和點畫線分別表示的是 P、q、 p。3 、液壓缸在不同的工作階段的壓力，流量和功率（一）快進階段（1）啟動：負載： F / m 888N進油腔壓力：p1 （F / mpA2） （/ A1 A2） 1.39 MPa回油腔壓力： p2 0（2）加速：負載： F / m 1124N進油腔壓力：p1 （F / mpA2） （/ A1 A2） 1.68 MPa回油腔壓力： p2 p1 p（3）

12、恒速：負載： F / m 444N進油腔壓力：p1 （F / mpA2） （/ A1 A2） 0.834 MPa回油腔壓力： p2 p1 p輸入流量： q A1 A2 v1 3.617L min 1輸出功率： P p1q 0.05KW（二）工進階段工業(yè)大學負載： F / m 3777N進油腔壓力： p1 ( F / m p 2 A2 ) / A 1 3.3 MPa回油腔壓力： p2 0.8MPa輸入流量： q A1v 2 0.377L min 1輸出功率： P p1q 0.02KW(三) 快退階段(1)啟動：負載： F / m 888N進油腔壓力：p1 (F / mp2 A1) / A2 1.

13、964 MPa回油腔壓力：p2 0（2）加速：負載：F / m 1124N進油腔壓力：p1 (F / m p2 A1) / A23.87 MPa回油腔壓力： p20.5MPa（3）恒速：負載：F / m 444N進油腔壓力：p1 (F / m p2A1) / A22.37 MPa回油腔壓力：p2 0.5MPa輸入流量：1q A2 v3 2.035L min 1輸入功率：P p1q 0.08KW工業(yè)大學表 3 液壓缸各個工作階段壓力、流量和功率計算工況負載 F/N回油腔壓 力P2 /MPa進油腔壓力P1 / MPa輸入流量 q/m3 /min輸入 功率 P/kW快進 （ 差動 ）啟動88801.

14、105加速1124p2 p1 p p 0.5MPa1.398恒速4440.5523.6170.033工進37770.83.0070.3770.018快退啟動88801.964加速11240.52.486恒速4440.9822.0350.0334 、液壓缸工況圖根據(jù)表 3 數(shù)據(jù)繪制液壓缸工況圖，如圖 3圖 3 液壓缸工況圖工業(yè)大學第三章 液壓系統(tǒng)圖的擬定1、選擇液壓基本回路（1）選擇調(diào)速回來。該系統(tǒng)的流量、壓力較小，可選用定量泵和溢流閥組 成的供油源，液壓系統(tǒng)功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，銑床加工有 順銼和逆銼之分，可采用進口節(jié)流的調(diào)速形式， 具有承受負切削的能力， 如圖（4）圖4（2

15、）選擇快速運動回路和換向回路。系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采 用什么油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔， 以實現(xiàn)快速運動。 在 本系統(tǒng)中， 單桿液壓缸要作差動連接， 為了保證換向平穩(wěn)， 采用電液換向閥式換 接回路。如圖（ 5）（ 3）選擇速度換接回路。 避免液壓沖擊， 宜選用行程閥來控制速度換接， 如圖（ 6）。工業(yè)大學圖6工業(yè)大學如圖（7）2 、組成液壓系統(tǒng)將液壓基本回路組合在一起， 就可以得到完整的液壓系統(tǒng)原理圖圖71濾油器； 2液壓泵； 3、 7、9、13單向閥；4三位五通換向閥； 5行程閥； 6調(diào)速閥；8液壓缸； 10、 12溢流閥； 11順序閥；3 、系統(tǒng)油路分析4（左位）

16、9（1）快進 進油路：油箱濾油器 1液壓泵 2單向閥 3三位五通換向閥 行程閥 5（右位）液壓缸 8（右腔）回油路：液壓缸 8（左腔）三位五通換向閥 4（左位）單向閥 行程閥 5（右位）液壓缸 8（右腔）2）工進進油路：油箱濾油器 1液壓泵 2單向閥 3三位五通換向閥 4（左位） 調(diào)速閥 6液壓缸 8（右腔）工業(yè)大學回油路：液壓缸 8（左腔）三位五通換向閥 4（左位）溢流閥 10 順序閥 11油箱（3）快退進油路：油箱濾油器 1液壓泵 2單向閥 3三位五通換向閥 4（右位） 液壓缸 8（左腔）回油路：液壓缸 8（右腔）單向閥 7三位五通換向閥 4（右位） 單向閥 13油箱4 、液壓系統(tǒng)的動作循

17、環(huán)表表 4 動作循環(huán)表動作名稱 電磁鐵1YA2YA3YA快進+-+工進+-快退-+-工業(yè)大學第四章 液壓元件的計算與選擇1、確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 由以上的設計可以得到，液壓缸在整個工作循環(huán)過程中的最大壓力 3.87Mpa，如取進油路上的壓力損失為 P=0.5Mpa，則此時液壓泵的最大工作壓 力是Pp 3.87 0.5 4.37MPa由以上的計算可得， 液壓泵提供的最大流量是 3.617L/min, 因為系統(tǒng)較為簡 單，取泄漏系數(shù) Kl 1.1 ，則液壓泵的實際流量應為：qp 1.1 3.617L / min 3.9787L / min由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為 3L/min ，而工進

18、時輸入到液壓缸的流量是0.377L/min ，由流量液壓泵單獨供油，所以液壓泵的流量規(guī)格最少 3.377L/min 。 根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱機械設計手冊，最后選用 PV2R12 6 型單葉片液壓泵 ，其輸出流量為 6L/min 。由于由以上的計算過程中， 我們知道了液壓缸在快退時的輸入功率最大， 此 時液壓泵的工作壓力是 2.37+0.5 （進油路上的壓力損失） =2.87Mpa，流量為 2.035L/min ，查表可得，取液壓泵的總效率 p 0.7 ，則液壓泵驅(qū)動電機所需的 功率為ppqpp2870000 0.00203560 0.70.139kW根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機械設計手冊選用 Y801型電動機，其額定功率為 0.55kW， 額定轉(zhuǎn)速為 1200r/min 。2 、確定其它元件及輔件 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個控制原件和輔助原件的實際流量，可以選 出這些元件的規(guī)格和型號。 （見表 5）表 5 元件的型號和規(guī)格序 號元件名稱額定流量 （L/min ）額定壓力（Mpa）規(guī)格型號1濾油器166.18XU10X2002液壓