2022年设计一台专用铣床液压系统 .pdf

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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录1 目录1、设计题目 12、工况分析 12.1 负载分析2 2.2 运动分析2 3、确定液压缸参数 33.1 初选液压缸的工作压力3 3.2 确定液压缸尺寸3 3.3 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算值 4 3.4 绘制液压缸工况图4 4、拟定液压系统图64.1 选择液压回路6 4.1.1 调速回路6 4.1.2 换向回路和卸荷回路6 4.1.3 快速运动回路6 4.1.4 压力控制回路7 4.2 液压系统合成8 5、选择液压元件85.1 选择液压泵和驱动电机8 5.2 选择控制元件9 5.3 选用辅助元件10 6、液压系统性能验算 106.1 回

2、路中压力损失10 6.1.1 工进时压力损失10 6.1.2 快退时压力损失11 6.2 确定液压泵工作压力12 6.3 液压系统的效率13 6.4 液压系统的发热温升验算13参考文献 14 附录（液压系统图）（液压油缸图）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）1 设计题目2 1 设计题目1.1 设计题目设计一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为6.8 千瓦，铣刀直径为120mm ，转速 3

3、50转/ 分，如工作台质量为450公斤，工件和夹具的质量为150公斤，工作台的行程为 400mm ，工进行程为 100mm ，快进快退速度为4.5 米/ 分，工进速度为 601000毫米/ 分，其往复运动的加速（减速） 时间为 0.05 秒，工作台用平导轨静摩擦系数0.2sf，动摩擦系数0.1df，试设计该机床的液压系统。2 工况分析2.1 负载分析根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力mF ，工作台与导轨的动摩擦阻力fdF和静摩擦阻力fsF60000.0759179.810.05GmFvFg t（N ） (2-1) 12()0.1(45001500)6000fddGGFfFF(N) (2-2

4、) 12()0.2(45001500)1200fSsGGFfFF(N) (2-3)其中，11450 104500GFmg(N) 22150 101500GFm g(N) 124500 15006000GGGFFF(N) 由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力tF ：tPFv其中3503.140.122.1986060n dmvs所以，680022822.98tPFv (2-4) 同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率0.9m） ，工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1 中， 负载循环图如图 2-1 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

5、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）2 工况分析3 表 2-1 各阶段负载值工况负载计算公式液压缸负载 F(N) 液压缸推力0F （N ）起动fsFF1200 1333 加速fdmFFF1517 1686 快进fdFF600 667 工进fdtFFF3694 4104 反向起动fsFF1200 1333 反向加速fdmFFF1517 1686 快退fdFF600 667 图 2-1 负载循环图2.2 运动分析根据给定条件， 快进、快退速度为 0

6、.075m/s，其行程分别为 300mm 和 400mm ，工进速度为 601000m/s（即 0.0010.0167m/s ） ，工进行程 100mm，绘出速度循环图如图 2-2 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）3 确定液压缸参数4 图 2-2 速度循环图3 确定液压缸的参数3.1 初选液压缸的工作压力根据液压缸推力为4014N （表 2-1）, 按表 11-2 （书）的推

7、荐值，初选工作压力为510 10Pa. 3.2 确定液压缸尺寸由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使122AA , 快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取55 10pPa，快退时回油路压力损失亦取55 10pPa。工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为5(510)10Pa,选取背压526 10pPa。根据11220p Ap AF , 可求出液压缸大腔面积1A 为20151241040.0058()0.5(100.56)10FAmpp (3-1) 144 0.00580.086( )3.14ADm (3-2) 根据GB

8、2348-80 圆整成就近的标准值，得D=90mm，液压缸活塞杆直径名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）3 确定液压缸参数5 63.652Ddmm， 根据 GB2348-80就近圆整成标准值d=63mm ， 于是液压缸实际有效工作面积为22210.090.00644ADm (3-3) 222222()(0.090.063 )0.00344ADdm (3-4) 3.3液压缸工作循环中各阶

9、段的压力、流量和功率的计算值（见表 3-1）表 3-1 各阶段的压力、流量和功率的计算值工况0F(N) 液压缸5210pPa 5110pPa 3()mQsN(W) 快进（差动）起动1333 0 9.4 0.225 162 加速1686 5 10.6 恒速667 5 7.2 工进4104 6 9.84 0.0060.1 5.998.4 快退起动1333 0 0.225 274.5 加速1686 5 15.6 减速667 5 12.2 3.4 绘制液压缸工况图根据表 10-3 计算结果，分别绘制P-L、Q-L 和 N-L 图，如图 3-1 所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

10、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）3 确定液压缸参数6 P-L 图Q-L 图N-L 图图 3-1 -L 、 Q-L 和 N-L 图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）4 拟定液压系统图7 4 拟定液压系统图4.1 选择液压回路4

11、.1.1 调速回路由工况图 3-1 可知，该铣床液压系统功率小，因此选用节流调速方式，滑台运动速度低， 工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。 由于系统选用节流调速方式， 系统必然为开式循环系统。 。考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况， 宜采用调速阀来保证速度稳定， 并将调速阀装在液压缸回油路上起阻力作用，使工作台低速运动时比较平稳，如图4-1(a) 和 4-1（A）所示, 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化不大， 为减少速度换接时的液压冲击，从节约成本考虑，选用如图4-1(a) 所示的调速回路。(a

12、) (A) 图 4-1 调速回路4.1.2 换向回路和卸荷回路铣床工作台采用单活塞杆液压缸驱动。由工况图可知， 系统压力和流量都不大，同时考虑工作台工作一个循环后装夹具时间比较长，为方便工作台的手动，选用三位四通 U型电磁换向阀，并由电气行程开关配合实现自动换向，如图 4-2b所示4.1.3 快速运动回路为实现工作台快速进给，选用二位三通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。这种差动连接的快速运动回路，结构简单，也比较经济，如图4-2a 所示。在图4-2a-b 中结构复杂不利于控制，所以选择4-2a 所示的回路，一起同4-2b 组成的快速、换向回路，同样可以实现差动连接。 同时验算回路的压力损失比较

13、简便，所以不选用图 4-2a-b 所示的回路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）4 拟定液压系统图8 (a) (b) (a-b) 图 4-2 快速和换向回路4.1.4 压力控制回路由于液压系统流量很小， 铣床工作台工作进给时， 采用回油路节流调速， 故选用定量泵供油比较、 经济，如图 4-1a 所示. 调压回路采用先导式溢流阀维持液压泵出口压力恒定。 当换装工件时， 工作台停止运动，

14、 液压泵卸荷回路采用小型二位三通电磁阀控制先导型溢流阀，实现液压泵的卸荷。 而从提高系统效率、 节省能量角度来看，选用双联叶片泵油源显然是不合理的，如图4-3b 所示，其结构复杂，控制也复杂，所以不适宜选用此方案。(a) (b) 图 4-3 压力控制回路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）5 选择液压元件9 4.2 液压系统合成根据以上选择的液压基本回路， 合成为图 4-2 所示的定量

15、泵 - 回油路节流调速液压系统图。图 4-2 液压系统合成5 选择液压元件5.1 选择液压泵和驱动电机取 液 压 系 统 的 泄 漏 系 数K=1.1则 液 压 泵 的 最 大 流 量333max()1.1 0.225 100.248 10/BiQKQms，即BQ =14.88L/min 。根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取55 10pPa，故液压泵工作压力为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - -

16、 - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）5 选择液压元件10 551(9.845)1014.84 10BpppPa。 (5-1) 考 虑 到 系 统 动 态 压 力 因 素 的 影 响 ， 液 压 泵 的 额 定 工 作 压 力 为 ：5514.84(1 25%) 1018.85 10BpPa . (5-2) 根据BQ 、Bp 和已选定的单向定量泵型式，查手册书（二）选用116YB型定量叶片泵。该泵额定排量为16mL/r, 额定转速960r/min ，其额定流量为330.256 10/ms，由工况图知，最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为 0.75 ，驱动液压泵最大输入功率BN 为：531(

17、15.6 5) 100.256 107030.75BBBpQN（W ） (5-3) 查电工手册选取750W 的电动机。5.2 选择控制元件根据系统最大工作压力和通过控制元件的最大流量，选用各类阀的规格见表 5-1. 表 5-1 选择各种阀件的规格序号控制元件名称型号规格技术数据510 ()pPa3(/ )Q ms实际流量3(/ )Q ms额定流量时压力损失510pPa1 溢流阀Y1-25B max3630.417 10pQ30.256 10卸荷压力11.52 三位四通电磁换向阀34D-25B max3630.417 10pQ30.256102 3 单向调速阀Q1-25B max33min630

18、.417100.8 10pQQ30.25610反向时 2 最小压差 5 4 二位三通电磁换向阀23D-25B max3630.417 10pQ30.256101 5 单向阀1-25B max3630.417 10pQ1.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算11 5.3 选用辅助元件滤油器：液压泵吸油口需装粗滤油器，选用XU-16 100J 线隙式 100m进口

19、滤油器，流量Q=16l/min=0.2673310/ms. 油箱容量：由下式计算有效容积V，取系数 K=6，Q=12L/min,则有336 1272( )72 10 ()VKQLm (5-4) 根据书（二）标准，可取油箱的容积V=75L，油箱见附图 1，管道尺寸由选定的标准元件连接口尺寸确定。6 液压系统性能验算6.1 回路中压力损失回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行，必须知道管道的长度和直径。管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即 d=12mm, 长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L=2m估算。油液运动粘度取421.5 10/ms，在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失

20、。6.1.1 工进时压力损失进油管路压力损失：首先判别进油管液流状态，由于雷诺数334440.1 1070.7200012101.5 10evdQRd (6-1) 故为层流。管路沿层压力损失：4316441654.34.3 1.5 100.1 1021012100.622 10 ()LQLPdPa (6-2) 取管道局部损失50.10.0622 10LPPPa油液流经单向阀和三位四通换向阀的压力损失按下面公式计算，有关数据见表 5-1 222550.2560.2561.5102 100.4170.417VVVnVnQPPQ51.3210（Pa） (6-3) 工进时进油路总压力损失：名师资料总结

21、 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算12 52 10LVpPPP(Pa) (6-4) 工进时回油路压力损失：因回油管路流量2Q 为333120.1 100.05 10(/ )22QQms (6-5) 液流状态经判断为层流（70.72000)eR，于是沿程压力损失：4316441654.34.3 1.5 100.051021012100.297 10 ()LQLPdPa (6-

22、6) 局部压力损失：50.10.0297 10LPPPa (6-7) 回油路中油液流经二位三通换向阀、 调速阀和三位四通换向阀时的压力损失计算方法同上，即2225550.1280.1281 105 102 100.4170.417VVVnVnQPPQ (6-8) =55.28 10 ()Pa工进时回油路总压力损失55.6 10 ()LVpPPPPa (6-9) 将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损失555210.0032 105.6 104.810 ()0.006ApppPaA (6-10) 6.1.2 快退时压力损失快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力

23、损失为：43164416554.34.3 1.5 100.2251021012101.4 10 ()0.10.1410 ()LQLPdPaPPPa (6-11) 进油路中油液流经单向阀、 三位四通换向阀、 单向调速阀（反向时） 以及二位三通换向阀时压力损失计算方法同前222550.2560.2561.5102 100.4170.417VVVnVnQPPQ名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（

24、论文）6 液压系统性能验算13 2550.2561 101.7 10 ()0.417Pa (6-12) 快退时进油路总压力损失：53.24 10 ()LVpPPPPa (6-13) 快退时回油路中压力损失：由于122QQ , 则有4316444.34.3 1.5 102 0.2251021012LQLPd165102.8 10 ()Pa (6-14) 522550.10.28 10 ()2 0.2562 102.46 10 ()0.417VVVnVnPPPaQPPPaQ回油路总压力损失：55.54 10 ()LVpPPPPa (6-15) 将回油路中的压力损失折算到进油路上去，可得到快推时回油

25、路中的整个压力损失：555210.0033.24105.54 106 10 ()0.006ApppPaA (6-16) 这个数值比原来估计的数值大，因此系统中元件规格和管道直径不宜再减小。6.2 确定液压泵工作压力工进时，负载压力25141.0464.125(/)6.41 10 ()64LFpNcmPaA (6-17) 液压泵工作压力55(6.44.8) 1011.2 10 ()gjLpppPa (6-18) 快退时，负载压力：25266720.84(/)2.0810 ()32LFpNcmPaA (6-19) 液压泵的工作压力：55(2.086)108.08 10 ()ktLpppPa (6-

26、20) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本科毕业设计（论文）6 液压系统性能验算14 根据gjp ，则溢流阀调整压力取512 10 Pa。6.3 液压系统的效率由于在整个工作循环中， 工进占用时间最长， 因此，系统的效率可以用工进时的情况来计算。工进速度为0.0010.0167/m s，则液压缸的输出功率为4104 0.0014.104()4104 0.016768.54()CCNFVWNFVW (

27、6-21) 液压泵的输出功率：5312 100.256 10307()BNpQW (6-22) 工进时液压回路效率：4.10468.540.0140.23307307CCBNN (6-23) 液压系统效率BYC, 取液压泵效率0.75B，液压缸效率取0.88Y，于是0.75 0.88 (0.0140.23)0.0090.15BYC (6-24) 6.4 液压系统的发热温升验算液压系统总发热功率计算液压泵输入功率：1307409.3()0.75BpQNW (6-25) 液压缸有效功率：24.104()CNNW (6-26) 系统总发热功率：112409.34.104405.2()HNNW或11(

28、1)409.3(1 0.009)405.6()HNW (6-27) 油箱散热面积：32322316.666.66(72 10)1.15()AVm (6-28) 油液温升：1THTCA，取15TC，则1405.623.515 1.15THTCA（） (6-29) 温升没有超出允许范围2535的范围，液压系统中不需要设置冷却器。至此，该铣床液压系统设计计算宣告全部结束。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 攀枝花学院本

29、科毕业设计（论文）参考文献15 参考文献1 王积伟，章宏甲，黄谊. 主编 . 液压传动 . 机械工业出版社.2006.12 2 成大先 . 主编 . 机械设计手册单行本机械传动. 化学工业出版社2004.1 3 何玉林，沈荣辉，贺元成. 主编 .机械制图 . 重庆大学出版社.2000.8 4 路甬祥主编 . 液压气动技术手册.北京 . 机械工业出版社.2002 5 雷天觉主编 . 液压工程手册 . 北京 . 机械工业出版社.1990 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -