设计一台专用铣床液压系统.doc

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1、攀枝花学院本科课程设计（论文） 专用铣床液压系统学生姓名： * 学生学号： * 院（系）： 机械工程学院 年级专业： 09级机制一班 指导教师： * 副教授 二一二年六月攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目A半自动液压专用铣床液压系统1、课程设计的目的学生在完成液压传动与控制课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求

2、等）设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。系统参数如附表序号A列数据。题号（）完成设计计算，拟定系统方案图，确定各液压元件的型号及尺寸，设计液压缸。3、主要参考文献1 章宏甲主编，液压与气压传动，机械工业出版社出版 2007.12路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.20023雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.19904、课程设计工作进度计划 内容学时明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析4初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统方案，拟订液压系统

3、图4确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能验算2液压油箱的结构设计，制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见： 年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能

4、正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化

5、程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日 摘要 现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传动形式，液压传动的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，液压传动课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以为，还应设置课

6、程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点：1、综合运用液压传动课程及其他有关选修课程的理论知识和生产实际知识，进行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。关键词 现代机械，液压传动系统

7、，液压传动课程设计ABSTRACT Modern machinery is generally more mechanical, electrical, hydraulic three closely linked, combined with a complex. Hydraulic and mechanical drive, electrical drive listed as the three traditional forms, the design of hydraulic system design in modern machinery occupies an importan

8、t position. Therefore, the hydraulic transmission program is the professional engineering machinery set up an all important course. It is a theory course, also closely linked to actual production. To learn that an important course, in addition to teaching in teaching the system outside the teaching

9、process should be to set curriculum to enable students to integrate theory with practice, master the hydraulic system design skills and methods. Hydraulic transmission program is designed to mainly the following: 1, integrated use of hydraulic transmission programs and other pre-production of curric

10、ulum theory and practice is to conduct hydraulic design practice, is the theoretical knowledge and practical production secrets combine to make this knowledge be further consolidated and deepened to improve and expand. 2, in the design of learning and master the common hydraulic components, in parti

11、cular the selection of components of various Biaozhun principles and loop combination method Pei Yang design skills, improve student Fenxi and graft Shengchan practical problems, for the future design lay a sound basis. 3, by design, students should be in the computing graphics, and familiar with th

12、e use of design information (including design manuals, product samples, standards and specifications) as well as estimates for the practical training. Keywords modern machinery, hydraulic system, hydraulic drive course design目 录摘要 ABSTARCT1、设计题目52、工况分析52.1 负载分析52.2 运动分析73、确定液压缸参数83.1 初选液压缸的工作压力 83.2

13、 确定液压缸尺寸83.3 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率计算值 93.4 绘制液压缸工况图 114、拟定液压系统图 13 4.1 选择液压回路 134.2 液压系统合成 155、选择液压元件 165.1 选择液压泵和驱动电机 165.2 选择控制元件165.3 选用辅助元件 176、液压系统性能验算176.1 回路中压力损失 176.1.1 工进时压力损失176.1.2 快退时压力损失186.2 确定液压泵工作压力206.3 液压系统的效率 206.4 液压系统的发热温升验算20 7、油箱的设计21 7.1 壁厚、箱顶及箱顶元件的设计22 7.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计22

14、 7.3 箱底、放油塞及支架的设计22 7.4 油箱内隔板及除气网的设置23参考文献24总结24致谢241 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6.78千瓦，铣刀直径为120mm，转速350转/分，如工作台质量为485公斤，工件和夹具的质量为146公斤，工作台的行程为438mm，工进行程为145mm，快进快退速度为4.25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，动摩擦系数，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，工作台与导轨的动摩擦阻力和静摩擦阻力 (

15、2-1) (2-2) (2-3)其中， 由铣头的驱动电机功率可以求得铣削最大负载阻力： 其中所以， (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），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。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（N）起动12621402加速16041782快进631701工进37164128反向起动12621402反向加速16041782快退631701F(N)371616041262631100200300400-631-1262-1604图2-1负载循环图2.2运动分析根据给定条件，快进、快

16、退速度为0.0708m/s，其行程分别为293mm和438mm，工进速度为601000m/s（即0.0010.0167m/s），工进行程145mm，绘出速度循环图如图2-2所示。 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4128N（表2-1）,按表11-2（书）的推荐值，初选工作压力为Pa.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,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Pa，快退时回油路压力损失亦取Pa。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Pa,选取背压Pa

17、。根据,可求出液压缸大腔面积为 (3-1) (3-2)根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=90mm，液压缸活塞杆直径根据GB2348-80就近圆整成标准值d=62mm，于是液压缸实际有效工作面积为 (3-3) (3-4)3.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值（见表3-1） 3.3.1 快进阶段1、启动阶段 故2、加速阶段 3、恒速阶段 又因为 （3-9）故输入功率为： 3.3.2 工进阶段 因为： （3-11） 或：故输入功率为： (3-12) 或： 3.3.3 快退阶段1、启动阶段 故2、加速阶段 3、恒速阶段 又因为 故输入功率为：P=0.277kw表3-1 液

18、压缸在不同阶段的压力、流量和功率值工况推力F/N回油腔压力进油腔压力P1MPa输入流量qL/min输入功率P/kw计算公式快进起动126600.438加速13821.057恒速6330.71913.60.09928工进40700.60.9450.3846.40.3590.998快退起动126600.438加速13820.31.56恒速6331.2213.60.277 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P-L图 Q-L图 N-L图图3-1 -L、Q-L和N-L图 4 拟定液压系统图4.1选择液压回路首先选择调速回路，由表1-3中的数据可

19、得知，这台机床液压系统功率很小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可以采用进口调速回路的形式。为了解决进口调速回路在负载变化时的突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中的油液循环必定是开式的。从系统压力流量表1-3中可以看到，在液压系统的工作循环内，液压缸要求压力变化不大。快进、快退所需的时间和工进所需的时间分别为： （4-1） （4-2）或：所以工进时间占总时间的比率为： （4-3）因此从节能和节约成本的角度考虑，采用单个液压泵就可以满足系统的工作要求，如图4-1所示 图4-1 液压回路的选择 图4-2 换向回路 图4-3 速度换接回路其次是选择快速运动和换

20、向回路，系统中采用节流调速后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸的两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以他的快退快进换向回路应采用图4-3所示的形式。再次选择速度换接回路。由表1-3中的流量变化关系得知，当滑台从快速转为工进时，输入液压缸的流量由11.2L/min降低为6.4L/min，滑台速度变化较大，宜选用行程阀来控制速度换接，以减小液压冲击，如图4-3。 当滑台由工进转为快退时，回油中通过的流量较大输入流量为11.2L/min，回油流量为11.2（64/32）L/min=22.4L/min。为了换向平稳，可采用电磁换向阀式换接回路即可满足要求，如

21、见图4-2，由于这一回路要实现差动连接，换向阀必须是五通的。最后再考虑压力控制回路。系统的调压问题和卸荷问题已经在油源中解决如图4-1。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，即=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，故液压泵工作压力为： 。 (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：. (5-2)根据、和已选定的单向定量泵型式，查手册书（二）选用型定量

22、叶片泵。该泵额定排量为16mL/r,额定转速960r/min，其额定流量为，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为：（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实际流量额定流量时压力损失1溢流阀Y1-25B卸荷压力2三位四通电磁换向阀34D-25B23单向调速阀Q1-25B反向时2最小压差54二位三通电磁换向阀23D-25B15单向阀1-25B1.55.3 选用辅助元件滤油器：液压泵吸油

23、口需装粗滤油器，选用XU-16100J线隙式100进口滤油器，流量Q=16l/min=0.267.油箱容量：由下式计算有效容积V，取系数K=6，Q=12L/min,则有 (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，在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。6.1.1 工进时压力损失进油管路压力损

24、失：首先判别进油管液流状态，由于雷诺数 (6-1)故为层流。管路沿层压力损失： (6-2)取管道局部损失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 （Pa） (6-3)工进时进油路总压力损失：(Pa) (6-4) 工进时回油路压力损失：因回油管路流量为 (6-5) 液流状态经判断为层流（，于是沿程压力损失： (6-6)局部压力损失： (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 (6-8) = 工进时回油路总压力损失 (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 (6-10)6.1.

25、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，进油路压力损失为： (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 (6-12)快退时进油路总压力损失： (6-13)快退时回油路中压力损失：由于,则有 (6-14) 回油路总压力损失： (6-15)将回油路中的压力损失折算到进油路上去，可得到快推时回油路中的整个压力损失： (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 (6-17) 液压泵工作压力 (6-18)快退时，负载压力： (6-19)液

26、压泵的工作压力： (6-20)根据，则溢流阀调整压力取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，则液压缸的输出功率为 (6-21)液压泵的输出功率： (6-22)工进时液压回路效率： (6-23)液压系统效率,取液压泵效率，液压缸效率取，于是 (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： (6-25)液压缸有效功率： (6-26)系统总发热功率：或 (6-27)油箱散热面积： (6-28)油液温升：，取，则（） (6-29)温升没有超出允许范围的范围，液压系统中不需要设置冷却器。7 油

27、箱的设计由前面计算可知，该液压系统所需油液体积为：V=54.8L，但应考虑油箱内散热条件，由相关资料查得油箱顶面应高出油液高度10%-15%，所以油箱的内体积应为：，并取标准容积为66L，且选择开式油箱，考虑到油箱的整体美观大方,将其设计成为带支撑脚的长方体形油箱。所以其长、宽、高尺寸均按国家规格选取，其外形图如图5所示。图7-1 油箱外形图根据有关手册及资料初步确定其外形尺寸为如表7-1所示：表7-1 油箱的轮廓参数公称容量B1B2L1L2H近似油深固定孔径最小壁厚68L463mm415mm600mm520mm350mm350mm14mm6mm基于上表中数据设计油箱如下：7.1 壁厚、箱顶及

28、箱顶元件的设计由表中数据分析可采取钢板焊接而成，故取油箱的壁厚为：，并采用将液压泵安装在油箱的上表面的方式，故上表面应比其壁要厚，同时为避免产生振动，则顶扳的厚度应为壁厚的4倍以上，所以取：，并在液压泵与箱顶之间设置隔振垫。在箱顶设置回油管、泄油管、吸油管、通气器并附带注油口，即取下通气帽时便可以进行注油，当放回通气帽地就构成通气过滤器，其注油过滤器的滤网的网眼小于，过流量应大于20L/min。另外，由于要将液压泵安装在油箱的顶部，为了防止污物落入油箱内，在油箱顶部的各螺纹孔均采用盲孔形式，其具体结构见油箱的结构图。7.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计在此次设计中采用箱顶与箱壁为不可拆的连

29、接方式，由于油箱的体积也相对不大，采用在油箱壁上开设一个清洗孔，在法兰盖板中配以可重复使用的弹性密封件。法兰盖板的结构尺寸根据油箱的外形尺寸按标准选取，具体尺寸见法兰盖板的零件结构图，此处不再着详细的叙述。为了便于油箱的搬运，在油箱的四角上焊接四个圆柱形吊耳，吊耳的结构尺寸参考同类规格的油箱选取。在油箱的箱体另一重要装置即是液位计了，通过液位计我们可以随时了解油箱中的油量，同时选择带温度计的液位计，我们还可以检测油箱中油液的温度，以保证机械系统的最佳供油。将它设计在靠近注油孔的附近以便在注油时观察油箱内的油量。7.3 箱底、放油塞及支架的设计在油箱的底设置放油塞，可以方便油箱的清洗和换油，所以

30、将放油塞设置在油箱底倾斜的最低处。同时，为了更好地促使油箱内的沉积物聚积到油箱的最低点，油箱的倾斜坡度应为：。在油箱的底部，为了便于放油和搬运方便，在底部设置支脚，支脚距地面的距离为150mm，并设置加强筋以增加其刚度，在支脚设地脚螺钉用的固定。7.4 油箱内隔板及除气网的设置为了延长油液在油箱中的逗留时间，促进油液在油箱中的环流，促使更多的油液参与系统中的循环，以更好地发挥油箱的散热、除气、沉积的作用，在油箱中的上下板上设置隔板，其隔板的高度为油箱内油液高度的2/3以上。并在下隔板的下部开缺口，以便吸油侧的沉积物经此缺口至回油侧，经放油孔排出。如图8：在油箱中为了使油液中的气泡浮出液面，并在

31、油箱内设置除气网，其网眼的直径可用网眼直径为0.5mm的金属网制成，并倾斜布置。在油箱内回油管与吸油管分布在回油测和吸油测，管端加工成朝向箱壁的 斜口，以便于油液沿箱壁环流。油管管口应在油液液面以下，其入口应高于底面23倍管径，但不应小于20mm，以避免空气或沉积物的吸入或混入。对泄油管由于其中通过的流量一般较小，为防止泄油阻力，不应插入到液面以下。另外在油箱的表面的通孔处，要妥善密封，所以在接口上焊上高出箱顶20mm的凸台，以免维修时箱顶的污物落入油箱。至此，该铣床液压系统设计计算宣告全部结束。参考文献1 液压与气压传动（第二版）2 液压系统设计简明手册3 机械设计手册，液压传动4 机械设计

32、课程设计 总结一周的液压课程设计马上就要结束了，这次的课程设计对于我们每个同学来说都是一次机会、一次挑战，要在短短一周时间内把自己所学的知识应用于实际中并取得预期的效果，这是对我们每个人所学知识的检验，也是对我们学习态度的考验，虽然在搞设计的过程中曾遇到重重困难但我们从来没有想过放弃或走什么捷径，因为这是一次难得的提升自己学习能力的机会，作为机制专业在校学生课程设计就是我们最好的实践机会。通过这次设计，学以致用，把所学的知识融入到实践操作中，使我对知识的认知能力得到了提升。感谢学校给我这样的实践机会，希望在以后的学习中能有更多这样的机会。致谢感谢张勇老师在本次课程设计期间给予我的帮助和指导，本次课程设计提高了我对本专业知识的全面认识，由于时间和水平有限，本设计难免存在缺点和错误，还望指导老师指正。