组合铣机床液压系统设计.doc
课程设计 题 目：组合铣机床液压系统设 系 部: 机械工程系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机制12-2 姓 名: + 学 号: 2012210516 指导 老师: + 完成 日期: 2015/6/4机械工程系课程设计任务书14/15学年 下学期 2015年6月5日专 业机械设计制造及其自动化班 级机制12-2课程名称液压传动设计题目组合铣机床液压系统设计指导教师石宁、马文涛起止时间2015.6.12015.6.5周数1周设计地点C322设计目的：1、综合运用液压传动课程及其它先修课程的理论和工程实际知识，以课程设计为载体，通过液压功能原理及液压装置的设计实践，使理论和工程实际知识密切地结合起来，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展，并培养分析和解决工程实际问题的设计计算能力。2、使学生掌握根据设计题目搜集有关设计资料和文献的一般方法和途径，提高学生综合利用设计资料的能力，为独立从事液压传动设计建立良好的基础。3、在设计实践中学习和掌握方案论证及拟定方法，掌握液压回路的组合方法及液压元件的选用原则、结构形式，深化对液压系统设计特点的认识和了解。设计任务或主要技术指标：1、执行元件的配置及动作顺序的确定。2、工况的负载分析和运动分析与计算。3、确定液压系统的主要参数，编制液压执行元件的工况图。4、液压系统的拟定，绘制液压系统图。5、液压元件选型与计算。6、液压系统的主要性能验算。设计进度与要求：1、液压系统图一张。2、设计说明书一份。主要参考书及参考资料：1、液压与气压传动 杨慧敏 西北工业大学出版社 2009-82、液压传动（第三版）丁树模、丁问司 机械工业出版社 2009-63、液压传动设计指南 张利平 化学工业出版社 2009-7教研室主任（签名） 马良 系（部）主任（签名） 余斌 新疆工业高等专科学校机械工程系课程设计成绩表学 生 姓 名+专业班级机制12-2班设 计 题 目组合铣机床液压系统设计指导教师（签名）石宁、马文涛指导教师单位机械系、工程机械教研室说明书评语评阅成绩： 评阅教师签字： 年 月 日答辩记录答辩成绩： 提问教师签字： 年 月 日设计鉴定及成绩设计成绩： 答辩小组组长签字： 年 月 日 组合铣机床液压系统设计目 录1、设计流程图·······················22、设计依据························23、工况分析····················· ···3 3.1 外负载······················3 3.2 阻力负载·····················4 3.3惯性负载··················· ··44、初步确定油缸参数，绘制工矿图··············6 4.1 初选油缸的工作压力················6 4.2 计算油缸的尺寸··················7 4.3 油缸个工况的压力、流量、功率的计算·······75、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图··········11 5.1 确定油源及调速方式················11 5.2 选择基本回路···················11 5.3 选择调压回路··················· 126、选择液压元气件····················· 13 6.1 液压泵的选择··················· 13 6.2 阀类元气件及辅助元气件的选择·········· 14 6.3 确定油管直径··················· 14 6.4 油箱的设计···················· 157、验算液压系统性能···················· 15参考文献及设计总结·····················17新疆工程学院 机械工程系 +1、设计流程图 液压系统设计与整机设计是紧密联系的，设计步骤的一般流程如图明确液压系统的设计要求否否 液 压 CAD是否符合要求？绘制工作图，编制技术文件是否通过？ 验标液压系统性能 选择液压元件 拟定液压系统原理图 确定执行元件主要参数执行元件运动与负载分析是 结 束是 下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。2、设计依据：专用铣床工作台重量为3000N，工件及夹具最大重量为4000N，切削力最大达9000N，工作台的快进、快退速度为7m/min，进给速度为601000mm/min，行程为500mm（其中快进440mm、工进60mm）。工作循环为快进工进快退原位停止。工作台往返运动的加速、减速时间为0.05s，假定工作台采用平面导轨，其摩擦系数=0.2，=0.1。设计此专用铣床液压系统。3、工况分析液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。3.1、外负载 =9000N其中表示最大切削力。对于专用铣床铣削时铣刀所承受的主切削力大小（单位N）为： (N)式中 P 单位切削力（） f 每转进给量（mm/r） 背吃刀量（mm）下面将进行具体参数的计算：由公式 可得 （其中表示每分钟进给速度，n表示铣刀的转速） 由设计依据可知 n=300r/min ,工进速度，故我们取=300mm/min。 对于单位切削力P，由以下的常用金属材料的单位切削力表可得，我们选P=2000。类别材料牌号单位切削P（）钢易切钢Y40Mn1700结构钢452000合金结构钢40Cr不锈钢1Cr17Ni92500 铸铁灰铸铁HT2001140铸造合金铸造锡青铜ZcuSn5Pb5Zn5700铸造铝合金ZALSn7Mg720对于铣削背吃刀量,我们选用硬质合金铣刀，查铣工计算手册可得，取=1.5mm。根据以上的公式 可得： 因为 所以选取的合适3.2、阻力负载静摩擦力： 其中： 静摩擦力N 、工作台和工件及夹具的重量 静摩擦系数由设计依据可得：=（+）·=(3000+4000)X0.2=1400N动摩擦力：=（+）· 其中 ：F动摩擦力 动摩擦系数 同理可得：=（+）·=(3000+4000)X0.1=700N3.3、惯性负载机床工作部件的总质量 惯性力 其中： a执行元件加速度 m/s² 执行元件末速度 m/s² 执行元件初速度m/s² t 执行元件加速时间s因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表所示：工况油缸负载（N）负载值（N）启动F=F1400加速F=F+Fm2356快进F=F700工进F=F+Fm3700快退F=F700按上表的数值绘制负载如图所示。 对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如下：图1 铣床液压缸负载图 铣床机床液压缸负载图图2 铣床液压缸速度图4、初步确定油缸参数，绘制工况图4.1、初选油缸的工作压力、 由上可以知道，铣床的最大负载F=3700N，根据下表可得：按负载选择液压执行元件的工作压力载荷/（KN）<5 5101020 20303050>50工作压力（Mpa）<0.811.522.533445>=57选系统的工作压力P1= 1Mpa。 由设计要求可知，导轨要求快进、快退的速度相等，故液压缸选用单活塞杆式的，快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径。快进和工进的速度换接用三位四通电磁阀来实现。 铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用调速阀的进油节流加背压阀的调速回路，所以回油路上具有背压P2，取背压P2=0.3Mpa。 4.2、计算油缸尺寸 可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积、油缸直径D及活塞杆直径d计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积：此时由工进时的负载值按计算公式计算液压缸面积： 在将这些直径按照国标圆整成标准值得： D=0.077m, d=0.054m由此就求得液压缸两腔的实际有效面积为 ， 。 。4.3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算 4.3.1、工进时油缸需要的流量 :工进时油压作用的面积 工进时油缸的速度 m/min 4.3.2、快进时油缸需要的流量 差动连接时: 、分别表示油缸活塞腔、活塞杆腔截面积 m² 油缸快进时的速度m/min 4.3.3、快退时油缸需要的流量Q快退 , 油缸退回时的速度, mm/min 4.4.4、工进时油缸的压力为工进时回油腔的背压,上面已经选取为0.3Mpa。 4.4.5、快进时油缸压力 这里：F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力， P分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。 表示管路中压力损失大小，这里我们取值为0.1Mpa。 4.4.6、快退时油缸压力 F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，P分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。P2的值为0.3MPa油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如表2所示工况负载F/N回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率P/kW快进(差动)启动160000.805加速1615.4940.723快进8000.80516.2820.230工进38000.30.8501.3960.017快退启动160000.805加速1615.4940.30.723快退8000.35816.2960.102表2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值由以上所计算的数据我们绘制出工况图3如下所示： 5、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图5.1、确定油源及调速方式由以上的计算可以知道，铣床液压系统的功率不大，工作负载的变化情况很小，因此，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式，并选用开式循环。 从工况图中我们可以清楚的看出，在液压系统的工作循环中，液压缸要求油源提供的流量变化并不是很大，因此工进和快进的过程中，所需流量差别较小。故我们选用定量单液压泵供油。5.2、选择基本回路 选择换向回路及速度换接方式 由设计依据可以知道，设计过程中不考虑工件夹紧这一工序，并且从快进到工进时，输入液压缸的流量从13.550L/min降到4.761L/min，速度变化不是很大，所以采用电磁换向阀来实现速度的换接。压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。同时为了实现工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位四通阀，如下图所示 由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接来实现快速运动回路，且要求液压缸活塞杆直径d0.7D。5.3、选择调压回路 设计过程中，在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力，因此调压问题基本上已经在油源中解决，无须在另外设置调压系统。这里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用。 组合成液压系统图 将上面所选的液压基本回路组合在一起，便可得到以下的液压系统原理图。同时电磁铁的动作顺序表3如下：工序1Y2Y3Y4Y工作缸快进+工作缸工进+工作缸快退+工作缸停止+ 表 3 液压专用铣床电磁铁动作顺序表 图4 专用铣床液压系统原理图1-油箱；2-过滤器；3-叶片泵；4-溢流阀；5-三位四通电磁换向阀6单向调速阀；7-两位三通电磁换向阀；8-工作缸；9-压力继电器6、选择液压元气件6.1、液压泵的选择 由以上的设计可以得到，液压缸在整个工作过程中的最大压力是0.850Mpa，如取进油路上的压力损失为0.2Mpa，则此时液压泵的最大工作压力是 =0.850+0.2=1.050Mpa。 由以上的计算可得，液压泵提供的最大流量是16.296L/min,因为系统较为简单，取泄漏系数，则两个液压泵的实际流量应为： 由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入到液压缸的流量是1.396L/min，由流量液压泵单独供油，所以液压泵的流量规格最少应为17.93L/min。根据以上的压力和流量的数值查阅机械设计手册，最后选用YB1-20型双叶片液压泵，其排量大小为20ml/r,当液压泵的转速为1950r/min时，该液压泵的理论流量为18L/min。取液压泵的容积效率为，则液压泵的实际流量大小为： 由于由以上的计算过程中，我们知道了液压缸在快退时的输入功率最大，此时液压泵的工作压力是0.805+0.1（进油路上的压力损失）=0.905Mpa，流量为17.93L/min，查表可得，取液压泵的总效率，则液压泵驱动电机所需的功率为 根据以上的数据查机械设计手册选用Y80M1-2型电动机，其额定功率为0.75kW，额定转速为2825r/min。6.2、阀类元气件及辅助元气件的选择 根据阀类及辅助元气件所在油路的最大工作压力和通过的最大实际流量，可选择这些器件的型号和规格如下表4：序号元件名称额定流量（L/min）额定压力(Mpa)质量(kg)型号1单叶片泵14.46.35YB1-102三位四通电磁阀256.334D-25BOP3二位三通电磁阀256.323D-25B4单向调速阀0.05（最小）0.5-6.33.2QI-10B5溢流阀200.4-6.31.7Y-10B6开关阀256.322D-25B表4 元气件的型号及规格6.3、确定油管直径 由于液压泵在选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原来的数值不同，所以要重新计算，计算如下表5所示：快进工进快退输入流量（L/min）输出流量(L/min)运动速度(m/min)表5 液压缸的进出、流量 由上表中的数值，按照书中推荐的油液在压油管的流速u=3m/s可得，液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径分别为： 两根油管按YB23164选用外径为28mm，壁厚为2mm的冷拔无缝钢管。6.4、油箱的设计对油箱容积我们进行估算，取经验数据，故其容积为：取靠其最近的标准值V=150L7、验算液压系统性能 油液温升的验算 工进在整个工作循环中所占的时间比例是很长的，所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。 工进时液压缸的有效功率是由以上的计算可知，液压泵在工进时的工作压力为p=0.850+0.4( 进油路上的压力损失)=1.250Mpa,流量为17.926L/min,所以液压泵的输入功率为：所以可得，液压系统的发热功率为：油箱的散热面积为：查表可得油箱的散热系数，则可得油液的温升为： 查表知，此温升值没有超出允许范围，故液压系统不需要设置冷却器。 参考文献： 1 吴宗泽,罗圣国机械设计课程手册M.3版.北京:高等教育出版社,2000. 2 闻邦椿.机械设计手册;第1卷M.5版.北京:机械工业出版社,2010. 3 成大先.机械设计手册:第1卷M.5版.北京:化学工业出版社,2007. 4 刘朝儒.机械制图M.4版.北京:高等教育出版社,2001. 5 张策.机械原理与机械设计M.2版.北京:机械工业出版社,2001.设计体会： 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决 在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和队友成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。 在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心15 新疆工程学院 机械工程系 +
