湖北工业大学液压课程设计第一组.doc

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1、课程设计说明说题 目 设计卧式钻镗专用组合机床动力滑台及加紧装置学 院 机械工程学院专 业 机械设计及其自动化 课题组 2班第一组 姓 名 黄 剑二0一四年六月 课程设计任务书机械工程学院机械设计2班姓 名 黄 剑题 目 设计卧式钻镗专用组合机床动力滑台及加紧装置课程设计内容与要求 设计一台卧式钻镗专用组合机床动力滑台及夹具液压系统。其动作循环为：定位夹紧快进工进工进死挡快停留快退原位停止松开拔销。动力滑台快进、快退速度为1.5m/min工进速度为0.05m/min，工进速度为0.025m/min，为适应工艺变化，要求工进时能在15150mm/min范围内无级调速，为保证加工精度，要求速度转换

2、平稳，滑台全行程400mm（快进为342mm，工进为50mm，工进为8mm）。工进最大切削力为17000N，工进最大切削力为5000N，动力滑台质量2000kg，采用平导轨，静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1，启动、制动时间为0.05s，夹紧时间为0.5s，夹紧行程为40mm，夹紧力为2000N并要求可调，工作环境温度为25。二、设计内容1、液压传动系统方案的对比、选择与工况分析，液压传动系统原理图的拟定、完善。2、液压元件（包括液压辅助装置）的计算或设计。3、液压系统性能验算。4、液压系统工作原理图的绘制。5、设计说明书的编写。三、设计要求要求每个学生完成如下工作量：1、图形符号符合GB78

3、6.1-93的液压系统原理图一张。（幅面A3A2，应包括动作循环图、电磁铁动作顺序表以及各元件明细表）2、设计说明书一份。（编写顺序为：设计题目、目录、序言、设计计算的主要内容，分章节编写、系统调试说明、总结、谢辞、参考文献）课程设计开始日期2014年6月15日 指导老师陈水胜课程设计完成日期2014年6月19日 目录附录、任务书.1一、 工况分析及方案的设计 .6 1、工况及动作分析.6 2、方案的选择.6 3、设计参数.6二、 负载与运动分析.7 1、负载分析.7 2、运动分析.8 3、负载F-t图和速度V-t图.9三、 确定液压系统的主要参数.10 1、液压缸的选定.10 1）夹紧缸.1

4、0 2）工作缸.11 3）定位缸.13 2、活塞杆的稳定性校核.14 3、液压缸各运动阶段的压力及流量.15 4、各缸的工况图.17四、 拟定液压系统的原理图.20 1、供油方式.20 2、回路设计 1） 工作回路设计.21 2）定位回路设计.22 3）夹紧回路设计.234、 电磁铁动作表.25五、液压泵的设计及电机选用.251、液压泵的设计.252、 电机的选用.26六、 辅助元件设计.261、 管路.261） 管路.262）接管头.272、 油箱.273、 过滤器.274、 蓄能器.27七、 液压系统验算.271、 压力损失验算.272、 温度升温验算.273、 系统原理图.27参考说明.

5、28 一、工况分析及方案的选定1、工况分析及动作分析动作循环：定位夹紧快进工进工进死挡快停留快退原位停止松开拔销2、方案选择 （1）按运动分配：加紧、松开； 定位、拔销； 快进、工进、工进、死挡快停留、快退、原位停止； （2）按工作力分配：夹紧、快进、快退、松开； 定位、拔销、原位停止； 工进、工进、死挡快停留； 显然按动作分配缸更合理，但是按工作力分配液压油更合理 故运动方案选用（1），而液压泵压力分配按（2）。3、 设计参数 工进I最大切削力（KN）FL1=17KN 工进II最大切削力（KN）FL2=5KN 动力滑台质量（kg）M=2000kg 动力滑台中立（KN）G=20KN 加紧力（K

6、N）Fj=2KN 工作台快进、快退速度V1、V2=1.5m/min 工进I的速度V3=0.05m/min 工进II的速度V4=0.025m/min 快进行程L1=342mm 工进I行程L2=50mm 工进II 行程L3=8mm 加紧行程L4=40mm 启动、制动时间（s）t1=t2=0.05（s） 加紧时间（s）t3=0.5s 导轨面静摩擦系数c=0.2 导轨面静摩擦系数d=0.1 表1FL1Fl2GFjV1V2V3V4L1L2L3L4t1t2t3cd1752021.51.50.050.025342508400.050.050.50.20.1 二、负载与运动分析1、 工作负载（1） 夹紧缸Fj

7、1=Fj+Gd=2000+60=2060N注明：由于夹紧缸与定位缸对于系统的整体操作影响不是很大，所以在系统的设计计算中吧加紧和定位的工作过程简化为全过程的匀速直线运动，所以不会存在柔性冲击。(2） 工作台液压缸摩擦力 摩擦负载：滑台与导轨的摩擦力 静摩擦力Ffs=Gc=20KN*0.2=4KN 动摩擦力Ffd=Gd=20KN*0.1=2KN惯性负载 Fi=m=2000*0.025/0.05=1000N工进负载 工进I负载 Fl1=FL1+Ffd=19KN 工进II负载 Fl2=FL2+Ffd=7KN运动时间 快进时间t1=(s) 工进I时间 工件II时间 快退时间表2、工作液压缸各阶段负载推

8、力及时间表工况负载组成持续时间液压缸推力F0=F/液压缸负载N启动F=Fs0s4444N4000加速F=Fi+Ffd0.53333N3000快速F=Ffd13.682222N2000工进IF=FL1+Ffd6021111N19000工进IIF=FL2+Ffd19.27777N7000反向启动F=Fs04444N4000加速F=Fi+Ffd0.53333N3000快退F=Ffd162222N2000说明：由液压缸的功率因数（效率=0.9）补充：运动流程：定位夹紧快进工进工进死挡快停留快退原位停止松开拔销。 设计死挡块停留时间为5s。 图1、 工作台缸 F-t图 图2、 工作速度图三、 确定液压系

9、统主要参数1、 液压缸的选定（1） 夹紧缸 由于夹紧力最大值为3000N故液压缸执行压力选取1Mpa 根据机械设计手册2008版电子版查的D=70mm（JB/T3042-2011）根据稳定性校核l4/d10,满足液压缸稳定性L4=40mm，故d取40mm液压缸有效面积有杆腔：无杆腔：此时压力：故加紧缸选取1Mpa可满足要求。（2） 工作台缸 表3负载压力表负载F/KN50压力P/mpa0.81.01.52.02.53.03.04.04.05.05.07.0 表4各类液压设备常用工作压力设备类型粗加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械小型工程机械液体压力机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输

10、机械工作压力Mpa0.82.03.05.05.010.010.016.020.032.0说明：表3、表4参考液压与气压传动左健明，第四版。故工作台缸p去3.0Mpa考虑到动力滑台快进和快退的速度相等，且没有大的回程压力， 出自液压与气压传动左健民，第四版，机械工业出版社 出自液压与气压传动左健民，第四版，机械工业出版社所以采用单杠活塞缸，差动连接。 差动连接时液压缸的推力比比非差动连接时要小，速度比非差动连接要大。正好利用这一点，可是在加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压传动系统。系统类型背压值/Mpa回油路上有节流阀的调速系统0.20.5回油路上有背

11、压阀或调速系统0.51.5采用辅助泵不有的闭式回路1.01.5回油路较短且直通油箱0 表5各种阀及回路的背压力背压力：在液压系统中使执行元件的回路具有一定的压力，以减少执行元件的液压冲击和振动，增加运动的平稳性。背压回路可由溢流阀、顺序阀、节流阀等组成。故快进时背压值选取1.0Mpa；快退时背压值取0.5Mpa。由式P1A1-P2A2=F1 出自液压与气压传动左健民，第四版，机械工业出版社 出自机械设计手册2008电子版 出自百度百科则活塞杆直径查阅机械设计手册电子版2008得D取标准110mm表6工作压力与大小径表工作压力7.0d/D0.50.550.620.700.7由于工作压力最大为19

12、Mpa7Mpa,故d=77mm查阅机械设计手册电子版2008得d取标准80mm其中=2。由此可以求得实际面积： 无杆腔： 有杆腔： 实际压力： 故压力及直径选择合理。 由于快进工进工进时存在着速度变化，故用单向调速阀来调节流量。（3） 定位缸的选定：定位过程，采用立式重锤冲击，设计重锤质量为10kg。则G=100N上升过程需要克服重力和活塞与缸之间的摩擦力，而下降时需要克服工作阻力和摩擦力 定位插销时间设计为1s，上升速度100mm/s，变速时间0.2s故工作总阻力F=G+F(F拔销阻力100N)=200N根据表3有，定位缸的压力值取0.8Mpa。故D取40mm，d取28mm时L=200mm（

13、1）活塞杆稳定性校核夹紧缸的活塞设计由稳定性设计而来，故不用进行校核。（2） 工作缸稳定性校核L=400mm，活塞杆直径d=80mm。L/d=400/80=510所以满足要求。（3） 定位缸稳定型设计L=200mm,d=28mm故合理 表7各缸的参数缸名称工作压力大径D杆径d行程L回油背压设计强度A1A2加紧缸2060N70mm40mm40mm0.5Mpa1Mpa3848mm22591mm2工作缸工进I工进II21111N7777N110mm80mm400mm1.0Mpa3.0Mpa95034476定位缸200N40mm28mm200mm0Mpa0.8Mpa12566403、 液压缸各阶段的压

14、力（1） 夹紧缸： 加紧时夹紧时间t=0.5s，夹紧行程L=40mm故功率放松时p2=p1=0.5Mpa功率p1=p1q1=153.6w（2） 工作缸 进油分析：快进时，液压缸无杆腔进油，压力为P1，有杆腔回油，压力为P1 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为P2无杆腔回油压力为P2 由于液压缸时差动连接，而回油口与进油口之间的压差P=0.5Mpa（背压） 表8液压缸工作阶段的压力、流量、功率工作阶段公式负载F/N回油背压Mpa进油压力Mpa输入流量QLmin-1功率P/w快进启动匀速444422221.3290.887-14.2-209 工进I21111 1 2.690.4819.5工进II77

15、77 1 1.2890.243.6快退启动匀速44442222 0.5 0.5 2.05 1.55- -6.714- -173.4 由于p1p2为差动，故p1-p2=0.5Mpa 4、各缸工况图1） 夹紧缸a.进油口流量b.进油口压力图c.夹紧缸功率图2）工作台缸a.进油口压力图b.功率图c.进油口流量图 四、拟定液压原理图1、供油方式 由工况图可知：在工作行程中，最大压力出现在工进I中，而最大流量值出现在快进中qmax=14.2l/min，其中最小流量出现在工进II中qmin=0.24l/min。工步耗时比故系统会在较长时间处于高压小流量状态。2、 回路设计1） 调压回路设计 由于系统较长时

16、间处于高压小流量状态，且压力变化幅度大。因此必须带有以下液压阀：溢流阀、单向阀、减压阀。溢流阀起保压调压及安全作用；单向阀安装在回油路上以减少压力突变对回路的冲击。减压阀安装在低压回路。2） 调速回路 利用调速阀调速，一种速度用一个调速阀。 调速阀的优点：流量稳定性好，缺点压力损失较大。常用于负载变化大而且对速度控制精度高的定量泵供油节流调速回路。有事也用于变量泵的容积调速回路3） 换向回路利用电磁换向阀中电磁铁的得失电来控制油路的接通与断开。3、 回路原理图1)工作缸回路出自液压阀毛卫平主编化学工业出版社控制说明：电磁铁1得失电控制工进与快进、快退的转换。而电磁铁2得失电控制工作缸工进I与工

17、进II之间的转换 表9 工作缸动作循环表电磁铁动作 液压缸工作循环快进工进I 工进II死挡块停留快退1YA+-+2YA-+-3YA+-4YA-+2）定位回路设计定位，拔销。Pmax=0.37Mpa 定位原理图3）夹紧缸回路设计 夹紧缸动作：夹紧、保压、放松。由表8可知pmax=0.51Mpa ,qmax=207ml/s, Pmax=103w由于中间长时间保压，故用气囊保压。回路原理图如下a图 a图 夹紧回路原理图 电磁铁控制方式5得电、6失电，夹紧；6得电、5失电，放松；6失电、5失电保压4、 电磁铁动作表5、 表10系统电磁控制表电磁铁行程液压缸工作循环定位夹紧快进工进I工进II保压快退放松

18、拔销1YA+-+-2YA-+-3YA-+-4YA-+-5YA-+-6YA-+-7YA-+8YA+- 五、液压泵的设计及电机选用1、 液压泵的设计1）液压泵压力计算 由表8可知系统最大压力为2.69Mpa。由于调速回路存在压力损失。且在回路中，压力损失总p损=1Mpa故2） 液压泵流量计算 由表8可知qmax=14.2l/min由于采用差动连接故qmax不变，因为回路存在容积效率及各种损失，因此在回路中应配有可提供高压、大流量两种泵。故选用YB-E系列叶片泵。经查的选用叶片泵YB-E25表11 维创YB-E40叶片泵技术参数表品牌：维创/广液型号：YB-E40材质：铸铁驱动方式：电动性能：自动流

19、量：8扬程：100（m）汽蚀余量：100（m）吸入口径：32（mm）排出口径：20（mm）是否提供加工定制：是转速600功率：7350W额定压力：17.5Mpa排量422、电机的选用 有表11可知，电机最小转速为1440n/min，电机功率为10kw查阅机械设计课程设计可得电机选用Y160M，转速970n/min，p=7.5kw。 六、系统辅助元件设计1、 管路1） 管路内径设计 设计流速，3.5m/s 查表8可知，qmax=14.2L/min；有d（内径）A=，查手册可得D（外径）=10mm2）管接头因工作压力小于8Mpa采用扩口管接头。 来源于互联2、 油箱采用分离式结构，邮箱厚度2.54

20、mm体积V=2.5Vn=0.45m3。油箱内壁应经喷丸、酸洗和表面清洁，内壁应涂上一层耐油清漆。3、 过滤器由于油泵进油口压力大，因此过滤器安装在回油路上。（采用中型过滤器）4、 蓄能器 故V=10L 七、液压系统的验算1、 压力损失验算由于执行元件为液压缸得pp=3.4Mpa YB-E40叶片泵只能提供17.5Mpa的压力，故系统不需再加压力泵。2、 发热升温的验算系统发热量散热面积系统散热量t=200c；H0=11.40C H/H01,故合理。 系统原理图参考书目机械设计课程设计唐增宝、常建娥主编（第四版）华中科技大学出版社机械设计手册电子版2008液压阀毛卫平主编 化学工业出版社液压系统设计禁忌邵俊鹏、周德繁、韩桂华、刘家春编 机械工业出版社液压与气压传动左建民 （第4版）机械工业出版社