液壓課程設(shè)計-設(shè)計一臥式單面多軸鉆孔組合機床的液壓傳動系統(tǒng)

1、<p>　　臥式單面多軸鉆孔組合</p><p><b>　　機床液壓傳動設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)生學(xué)號： </p><p>　　院（系）： 機械工程學(xué)院 </p>&

2、lt;p>　　年級專業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　二〇一三年六月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………

3、………………………I</p><p>　　ABSTRACT………………………………………………………………………II</p><p>　　1 液壓系統(tǒng)設(shè)計要求…………………………………………………………………………1</p><p>　　2 組合機床工況分析…………………………………………………………………………2</p><p>　　2

4、.1工作負載…………………………………………………………………………………2</p><p>　　2.2慣性負載…………………………………………………………………………………2</p><p>　　2.3 運動分析…………………………………………………………………………………3</p><p>　　3 確定液壓主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ……………………………………………………

5、……………5</p><p>　　3.1液壓缸數(shù)的確定…………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 計算各階段的壓力、流量和功率 ……………………………………………………6</p><p>　　3.2.1 快進………………………………………………………………………………6</p><p>　　3.2.

6、2 工進………………………………………………………………………………6</p><p>　　3.2.3 快退………………………………………………………………………………7</p><p>　　4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計…………………………………………………………………………9</p><p>　　4.1液壓基本回路選擇……………………………………………………………………

7、…9</p><p>　　4.1.1雙泵供油的油路回路……………………………………9</p><p>　　4.1.2快速運動和換向回路 …………………………………………………………9</p><p>　　4.1.3速度換接回路 …………………………………………………………………10</p><p>　　4.1.4卸荷回路……………………………

8、…………………………………………11 </p><p>　　4.2液壓回路綜合設(shè)計…………………………………………………………………… 11</p><p>　　5 液壓元件的選擇 …………………………………………………………………………12</p><p>　　5.1液壓泵及其電動機的選擇 ……………………………………………………………12</p&

9、gt;<p>　　5.2 閥類元件及輔助元件 …………………………………………………………………12</p><p>　　5.3 油管 ……………………………………………………………………………………13 5.4 油箱 ……………………………………………………………………………………14</p><p>　　6 液壓系統(tǒng)性能驗算……………………………………………………………

10、………… 15</p><p>　　6.1系統(tǒng)壓力損失驗算…………………………………………………………………… 15</p><p>　　6.1.1 快進…………………………………………………………………………… 15</p><p>　　6.1.2 工進…………………………………………………………………………… 15</p><p>　　6

11、.1.3 快退…………………………………………………………………………… 16</p><p>　　6.2油液溫升驗算………………………………………………………………………… 16</p><p>　　7 油箱設(shè)計 …………………………………………………………………………………17</p><p>　　7.1容積的確定…………………………………………………………

12、……………………17</p><p>　　7.2 壁厚、箱頂及箱頂元件的設(shè)計…………………………………………………………17</p><p>　　7.3 箱壁、清洗孔、吊耳、液位計的設(shè)計…………………………………………………18</p><p>　　7.4 箱底、放油塞及支架的設(shè)計…………………………………………………18</p><p>　

13、　7.5 油箱內(nèi)隔板及除氣網(wǎng)的設(shè)置…………………………………………………18</p><p>　　總結(jié) …………………………………………………………………………………… 21</p><p>　　參考文獻 …………………………………………………………………………………… 22</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………

14、 23</p><p>　　本科本科課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　1 液壓系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　設(shè)計一臥式單面多軸鉆孔組合機床的液壓系統(tǒng)，要求液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是快進——工進——快退——原位停止；系統(tǒng)參數(shù)如下表1.1，動力滑臺采用平導(dǎo)軌，其靜、動摩擦系數(shù)分別為，往復(fù)運動的加速、減速時間要求不大于0.2s。</p><p&g

15、t;<b>　　表1.1系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　2 組合機床工況分析</p><p><b>　　2.1工作負載</b></p><p>　　首先根據(jù)主機要求畫出動作循環(huán)圖（圖2.1）</p><p>　　圖2.1 動作循環(huán)圖</p><p>　　計算液壓缸

16、工作過程各階段的負載。</p><p>　　切削負載=20000N</p><p><b>　　摩擦負載</b></p><p>　　機床工作部件對滑臺的法向力為：</p><p>　　靜摩擦負載 </p><p>　　動摩擦負載 </p><p>&l

17、t;b>　　慣性負載</b></p><p>　　根據(jù)上述的計算結(jié)果，可得各工作階段的液壓缸負載如表1所示。</p><p>　　表1 液壓缸各工作階段的負載F(N)</p><p>　　根據(jù)表1數(shù)據(jù)可畫出負載循環(huán)圖1(a)</p><p>　　根據(jù)給定的快進、快退速度及工進時的速度范圍可畫出速度循環(huán)圖1(b)</p&

18、gt;<p><b>　　圖1(a)</b></p><p>　　圖1(b) </p><p>　　3 確定液壓主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　3.1液壓缸參數(shù)的確定</p><p>　　表3.1 按負載選擇工作壓力</p><p>　

19、　參照表3.1可得機床選液壓系統(tǒng)工作壓力。動力滑臺要求快進、快退速度相等，選用單桿液壓缸，快進時采用差動連接。此時液壓缸無缸腔面積與有缸腔面積之比為2，即用活塞桿直徑d與活塞直徑D有d=0.707D的關(guān)系。為防止孔鉆通后，滑臺產(chǎn)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油路應(yīng)有背壓，暫時取。</p><p>　　從負載循環(huán)圖上可知，工進時有最大負載，按此負載求液壓缸尺寸。根據(jù)液壓缸活塞力平衡關(guān)系可知：</p><p

20、>　　其中，為液壓缸效率，取</p><p>　　將D和d按GB2348-30圓整就近取標準值，即</p><p>　　D=0.10m=100mm d=0.07mm=70mm</p><p>　　液壓缸的實際有效面積：</p><p>　　經(jīng)檢驗，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。</p><p>　　3.2

21、 計算各階段的壓力、流量和功率</p><p><b>　　3.2.1 快進</b></p><p><b>　?、?啟動階段</b></p><p>　　=1973.6/0.95=2077.5N </p><p>　　= 0.605Mpa （

22、3-2）</p><p><b>　?、?加速階段</b></p><p>　　因為有 (3-3)</p><p><b>　　可得 </b></p><p><b>　　=0.522Mpa</b></p><p><b>　　

23、⑶ 恒速階段</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　=0.393MPa</b></p><p><b>　　流量為： </b></p><p><b>　　=0.588×</b><

24、/p><p><b>　　故輸入功率為：</b></p><p><b>　　=0.231KW</b></p><p><b>　　3.2.2 工進</b></p><p><b>　　故輸入功率為：</b></p><p><

25、b>　　3.2.3 快退</b></p><p><b>　　⑴ 啟動階段</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　?、?加速階段</b></p><p><b>　?、?恒速階段</b><

26、/p><p><b>　　又因為 </b></p><p><b>　　故輸入功率為：</b></p><p>　　根據(jù)上述計算各參數(shù)值列入下表3.3所示。</p><p>　　4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　4.1液壓基本回路選擇</p><p&

27、gt;　　從主機工況可知，該液壓系統(tǒng)應(yīng)具有快速運動、換向、速度換接和調(diào)壓、卸壓等回路，同時為盡可能提高系統(tǒng)效率可以選擇變量液壓泵或雙泵供油回路，此列選擇雙泵供油。</p><p><b>　　選擇各基本回路：</b></p><p>　　雙泵供油的油路回路。</p><p>　　雙泵油源包括低壓大流量泵和高壓小流量泵。液壓缸快速運動時，雙泵供油

28、；工作進給時，高壓小流量泵供油，低壓大流量泵卸荷；由溢流閥調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，如圖4所示</p><p>　?。?）快速運動和換向回路</p><p>　　這一回路采用液壓缸差動連接實現(xiàn)快速運動，用三位五通電液閥實現(xiàn)換向，并能實現(xiàn)快進時，液壓缸的差動連接，如圖5所示</p><p><b>　　圖4 液壓源</b></p><

29、p><b>　　圖5 換相回路</b></p><p><b>　　圖6 速度換接回路</b></p><p><b>　?。?）速度換接回路</b></p><p>　　為提高換接的位置精度，減小液壓沖擊，應(yīng)采用行程閥與調(diào)速閥并聯(lián)的轉(zhuǎn)換回路。同時，電液換向閥的換向時間可調(diào)，保證換向過程平穩(wěn)，如

30、圖6所示</p><p><b>　　卸荷回路：</b></p><p>　　在雙泵供油的油源回路中，可以利用卸荷閥（外控順序閥）實現(xiàn)低壓大流量泵在工進和停止時卸荷。</p><p>　　綜合后整理得到如圖7所示的液壓系統(tǒng)：</p><p>　　圖7 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1

31、-雙聯(lián)葉片泵；1A-小流量液壓泵；1B-大流量液壓泵；</p><p>　　2-三位五通電液閥；3-行程閥；4-調(diào)速閥；5-單向閥；6-單向閥；</p><p>　　7-卸荷閥；8-背壓閥；9-溢流閥；10-單向閥；11-過濾器；</p><p>　　12-壓力表接點；13-單向閥；14 -壓力繼電器；</p><p>　　5 液壓元件的選

32、擇</p><p>　　5.1液壓泵及其電動機的選擇</p><p>　　液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.399MPa，如取進油路上的壓力損失為0.5MPa（見教材表11-4），壓了繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大壓力值為0.4MPa，則泵的最大工作壓力應(yīng)為</p><p>　　泵向液壓缸提供的最大流量為35.28L/min（見表3.3），若回路中的泄露按照液壓

33、缸輸入流量的10%估計，則泵的流量為。</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量是數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取YB-B48B型葉片泵，則其排量為48.3ml/r,當泵的轉(zhuǎn)速為，若取泵的容積效率，則液壓泵的實際輸出流量為:</p><p>　　由于液壓缸在快退時的輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力小于工進時的壓力，現(xiàn)取工進時的壓力來計算一定可以滿足要求，這時液壓泵的壓力為3.399MPa、流量

34、為43.47/min。取泵的總效率，則液壓泵的驅(qū)動電機的所需功率為：</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值按JB/T8680.1—1998，查閱電動機產(chǎn)品樣本選取Y132M1-6型電動機，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速。</p><p>　　5.2 閥類元件及輔助元件</p><p>　　根據(jù)閥類及輔助元件所在的油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可以選出這些液壓元件的

35、型號及規(guī)格見表5.1。表中序號與圖4.4中標號相同。</p><p>　　表5.1 元件的型號及規(guī)格</p><p><b>　　5.3 油管</b></p><p>　　各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出口油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量由節(jié)流閥與調(diào)速閥決定，故液壓缸

36、在各個階段的進、出流量均可調(diào)整到與原定數(shù)值相同，當要保證快進速度為7.2m/min時，則節(jié)流閥的輸出流量應(yīng)為：</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p>　　所以液壓缸在各階段的進、出流量及流速如下表：</p><p>　　表5.2 液壓缸的進、出流量及流速</p><p>　　故表中所選液壓泵的

37、型號、規(guī)格是適宜的。</p><p>　　由表3.3可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa，油管中流速取2.5～3m/s；所以當油液在壓力管中流速取3m/min時，按教材式7-9算得與液壓缸無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　（5-3）</b></p&

38、gt;<p>　　這兩根油管都按GB/T2351-1993選項用外徑20mm、內(nèi)徑12.5mm的無縫鋼管。</p><p><b>　　5.4 油箱</b></p><p>　　油箱容積按教材式7-8估算，當取為7時，求得其容積為</p><p><b>　　（5-4）</b></p><

39、;p>　　按JB/7938-1999規(guī)定，取標準值315L。</p><p>　　6 液壓系統(tǒng)性能驗算</p><p>　　6.1系統(tǒng)壓力損失驗算 </p><p>　　由于系統(tǒng)的油路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按式教材式3-46估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。但對于中小型液壓系統(tǒng)

40、，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行。</p><p><b>　　6.1.1 快進</b></p><p>　　滑臺快進時，液壓缸差動連接，由表5.1和表5.2可知，進油路上油液通過節(jié)流閥13的流量是23L/min，進油路上油液通過電磁換向閥2的流量是43.47L/min，然后與有桿腔的回油匯合。以流量56.52L/m

41、in通過行程閥7并進入無桿腔。因此進油路上的總壓降為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　此壓力值不大，不會使壓力閥打開，故可保證從節(jié)流流出的油液全部進入液壓缸。</p><p>　　回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥12的流量都是21.24L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥7流入無

42、桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。</p><p><b>　　（6-2）</b></p><p>　　此值小于原估計值0.5MPa（見表4.3），所以是偏安全的。</p><p><b>　　6.1.2 工進</b></p><p>　　工進時，油液在油路上通過電液換向閥2的流量為

43、4.14L/min，在調(diào)速閥6處的壓力損失為0.5MPa；油液在回路上通過換向閥2的流量是1.56L/min，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa，通過順序閥7的流量為31.56L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　可見此值略大于原估計值0.5MPa。故可按教材表11-6中公式重新計算工進時液壓缸

44、進油腔壓力，即</p><p><b>　　溢流閥9的調(diào)壓:</b></p><p><b>　　應(yīng)為 </b></p><p><b>　　6.1.3 快退</b></p><p>　　快退時，油液在進油路上通過節(jié)流閥13、2的流量為30L/min，油液在回路上通過單向閥

45、5、換向閥2和單向閥3的流量均為93.28L/min</p><p>　　因此進油路上總壓降為</p><p>　　此值較小，液壓泵驅(qū)動電機的功率是足夠的。所以快退時液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為 </p><p>　　因此液壓泵卸荷的順序閥11的調(diào)節(jié)器壓應(yīng)大于0.81MPa。</p><p>　　6.2 油液溫升驗算</p>

46、<p>　　工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達99%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用進時的情況來計算。</p><p>　　工進時液壓缸的有效功率（系統(tǒng)輸出功率）為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　液壓泵的輸出功率（系統(tǒng)輸入功率）為</p><p>　　由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為

47、</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　按式11-2求出油液溫升近似值</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不需要設(shè)置冷卻器。</p><p><b>　　7 油箱設(shè)計&

48、lt;/b></p><p><b>　　7.1容積的確定</b></p><p>　　油箱的體積為：（此處取0.8參照資料[2]給出的值。）</p><p><b>　　=0.4375</b></p><p>　　且選擇開式油箱，考慮到油箱的整體美觀大方,將其設(shè)計成為帶支撐腳的長方體形油箱。

49、所以其長、寬、高尺寸均按國家規(guī)格選取，其外形圖如圖6所示。</p><p>　　圖6.1 油箱外形圖</p><p>　　所以選擇350L的油箱</p><p>　　7.2 壁厚、箱頂及箱頂元件的設(shè)計</p><p>　　由表中數(shù)據(jù)分析可采取鋼板焊接而成，故取油箱的壁厚為：，并采用將液壓泵安裝在油箱的上表面的方式，故上表面應(yīng)比其壁要厚，同時

50、為避免產(chǎn)生振動，則頂扳的厚度應(yīng)為壁厚的4倍以上，所以?。?lt;/p><p>　　，并在液壓泵與箱頂之間設(shè)置隔振墊。</p><p>　　在箱頂設(shè)置回油管、泄油管、吸油管、通氣器并附帶注油口，即取下通氣帽時便可以進行注油，當放回通氣帽地就構(gòu)成通氣過濾器，其注油過濾器的濾網(wǎng)的網(wǎng)眼小于，過流量應(yīng)大于40L/min。另外，由于要將液壓泵安裝在油箱的頂部，為了防止污物落入油箱內(nèi)，在油箱頂部的各螺紋孔均

51、采用盲孔形式，其具體結(jié)構(gòu)見油箱的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　7.3 箱壁、清洗孔、吊耳、液位計的設(shè)計</p><p>　　在此次設(shè)計中采用箱頂與箱壁為不可拆的連接方式，由于油箱的體積也相對不大，采用在油箱壁上開設(shè)一個清洗孔，在法蘭蓋板中配以可重復(fù)使用的彈性密封件。法蘭蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)油箱的外形尺寸按標準選取，具體尺寸見法蘭蓋板的零件結(jié)構(gòu)圖，此處不再著詳細的敘述。為了便于油箱的搬運，在油

52、箱的四角上焊接四個圓柱形吊耳，吊耳的結(jié)構(gòu)尺寸參考同類規(guī)格的油箱選取。</p><p>　　在油箱的箱體另一重要裝置即是液位計了，通過液位計我們可以隨時了解油箱中的油量，同時選擇帶溫度計的液位計，我們還可以檢測油箱中油液的溫度，以保證機械系統(tǒng)的最佳供油。將它設(shè)計在靠近注油孔的附近以便在注油時觀察油箱內(nèi)的油量。</p><p>　　7.4 箱底、放油塞及支架的設(shè)計</p><

53、;p>　　在油箱的底設(shè)置放油塞，可以方便油箱的清洗和換油，所以將放油塞設(shè)置在油箱底傾斜的最低處。同時，為了更好地促使油箱內(nèi)的沉積物聚積到油箱的最低點，油箱的傾斜坡度應(yīng)為：。在油箱的底部，為了便于放油和搬運方便，在底部設(shè)置支腳，支腳距地面的距離為150mm，并設(shè)置加強筋以增加其剛度，在支腳設(shè)地腳螺釘用的固定。</p><p>　　7.5 油箱內(nèi)隔板及除氣網(wǎng)的設(shè)置</p><p>　　為

54、了延長油液在油箱中的逗留時間，促進油液在油箱中的環(huán)流，促使更多的油液參與系統(tǒng)中的循環(huán)，以更好地發(fā)揮油箱的散熱、除氣、沉積的作用，在油箱中的上下板上設(shè)置隔板，其隔板的高度為油箱內(nèi)油液高度的2/3以上。并在下隔板的下部開缺口，以便吸油側(cè)的沉積物經(jīng)此缺口至回油側(cè)，經(jīng)放油孔排出。</p><p>　　在油箱中為了使油液中的氣泡浮出液面，并在油箱內(nèi)設(shè)置除氣網(wǎng)，其網(wǎng)眼的直徑可用網(wǎng)眼直徑為0.5mm的金屬網(wǎng)制成，并傾斜布置。&

55、lt;/p><p>　　在油箱內(nèi)回油管與吸油管分布在回油測和吸油測，管端加工成朝向箱壁的 斜口，以便于油液沿箱壁環(huán)流。</p><p>　　油管管口應(yīng)在油液液面以下，其入口應(yīng)高于底面2～3倍管徑，但不應(yīng)小于20mm，以避免空氣或沉積物的吸入或混入。對泄油管由于其中通過的流量一般較小，為防止泄油阻力，不應(yīng)插入到液面以下。另外在油箱的表面的通孔處，要妥善密封，所以在接口上

56、焊上高出箱頂20mm的凸臺，以免維修時箱頂?shù)奈畚锫淙胗拖洹?lt;/p><p>　　基于以上幾點，再查相關(guān)手冊和資料，最后設(shè)計的油箱尺寸如下（表7.1）：</p><p>　　表7.1 油箱基本尺寸</p><p>　　最后設(shè)計出油箱圖（見圖7.1）</p><p>　　1—液位計 2—吸油管 3—空氣過濾器 4—蓋板</p&