液压与气压传动课程设计计算书专用铣床液压系统的设计.doc

液压与气压传动 课程设计计算书题目 专用铣床液压系统的设计 系 别 专 业 班 级 学 号 学生姓名 起讫日期 指导教师 职称 教研室主任 日 期 前 言液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。液压系统设计是指组成一个新的能量传递系统，以完成一项专门的任务。系统功能原理设计是根据主机的工艺目的或用途、工作循环、负载条件和主要技术要求，通过配置执行元件，负载分析、运动分析及编制执行元件的工况图，对同类主机及其传动系统的分析比较，选择设计参数，确定液压系统的工作压力、流量和执行元件主要几何参数等，拟定液压系统方案和传动系统原理图，并对组成系统的各标准液压元件辅件进行选型，最后对液压系统的主要性能（压力损失、发热温升等）进行验算。本课程设计分为六章， 第一章为明确设计要求、配置执行软件，详细概括了设计要求和选择了配置执行元件；第二章进行了液压系统工况的分析，对工作时负载的明确分析和系统运动循环的分析，对系统的整个工作负载有了个明细数据；第三章明确计算液压系统的主要性能参数，对缸体的内径进行了精确的计算和预选了系统的工作压力，以及液压缸各个工况的一些重要数据！如：流量、压力、功率等。都进行了一一的计算；第四章是制定整个系统的液压图，在确立下来时！合成液压系统图，对工作原理进行明细介绍说明；第五章是计算和选择液压元件，在第三章的数据上对液压泵和驱动电机的一个选择，并进行一些其他液压元件的选择；第六章是验算整个设计的数据是否都符合并能正常运行整个液压系统，对一些压力损失的计算和温升的验算，确保液压系统能正常的运作。对整个设计辅导的老师和参考资料的各位作者致以诚挚谢意。整个液压系统的设计中存在的疏漏及不足，希望老师能指正。目 录第一章 明确设计要求 配置执行元件 11.1 明确设计要求 1 1.1.1主机的概况了解 11.1.2明确主机对液压系统提出的任务和要求 11.1.3明确其它要求 21.2 配置执行文件 2第二章 工况分析 3 2.1 运动分析 3 2.2 负载分析 3第三章 明确液压系统主要性能参数 7 3.1 预选系统压力 7 3.2 计算液压缸主要结构尺寸 73.2.1 计算液压缸的内径 83.2.1 计算液压缸活塞直径 83.2.3 液压缸实际有效面积 93.3 计算工进时的实际工作压力 93.4 液压缸各工况所需的流量 103.5 其他工作阶段的压力、流量和功率 10第四章 制定基本方案拟定液压系统图 11 4.1 制定基本方案11 4.2 合成液压系统图 12五章 计算和选择液压元件13 5.1 液压泵和驱动电机的选择 13 5.2 其他液压元件的选择 14六章 验算液压系统的性能 17 6.1 压力损失的验算 17.1.1 雷诺数 17.1.2 沿程压力损失 17.1.3 局部压力损失 186. 温升的验算18总结 19参考资 21第一章 明确设计要求 配置执行元件 1.1 明确设计要求对液压系统的设计要求是设计液压系统的依据，设计前必须将它搞清楚。明确设计要求往往从以下几个方面考虑：1.1.1主机的概况了解 一般液压系统是为主机配套的，因此明确设计要求一般应从了解主机开始。了解主机概况一般从以下几方面着手：1）主机的用途、总体布局、主要结构，主机对液压装置的位置和空间尺寸的限制。2）主机的工艺流程或工作循环、技术参数与性能要求。3）作业环境与条件等。1.1.2明确主机对液压系统提出的任务和要求1）  主机要求液压系统完成的动作和功能，执行元件的运动方式（转动、移动或摆动）、动作循环及其工作范围。2）    外界负载大小、性质及变化范围，执行元件运动速度大小及变化范围。3）  各液压执行元件的动作顺序、转换及互锁要求。4）  对液压系统的工作性能方面的要求，如运动平稳性、定位和转换精度、停留时间、自动化程度、工作效率、噪声等方面的要求，对于高精度、高生产率的自动化主机，不仅会对液压系统提出静态性能指标，往往还会提出动态性能指标。1.1.3明确其它要求1）  明确液压系统的工作条件和环境条件，如环境的温度、湿度、污染和振动冲击情况。有无腐蚀性和易燃性物质存在，这牵涉到液压元件和工作介质的选用，也牵涉到所需采用的防护措施等。2）对液压系统的重量、外形尺寸、经济性等方面的要求。1.2 配置执行文件根据车床的总体布局及技术要求，选择缸筒固定的单杆活塞液压缸作为驱动车削动力头实现经给运动的液压执行元件。第二章 工况分析2.1 运动分析运动分析就是对执行元件在整个工作循环中各阶段所要求的运动速度进行分析，速度图即是用图形将这种分析结果表示出来的图形。速度图一般用速度时间（vt）或速度位移（vl）曲线表示。图1（a）为一机床进给油缸的动作循环图例，及图1（b）是其相应的速度图例。2.2 负载分析 水平安放的平导轨：G=3000N+1500N=4500N静摩擦阻力：动摩擦阻力：上述各式中 G运动部件重力，N; Fn工作负载在导轨上的垂直分力，N；D=120mm n=200r/min P=5.5KW表2-1 车削动力头液压缸为负载计算结果 工 况外负载F/N计算公式结果快进启动1338加速673恒速581工进4960.4快退启动1338加速673恒速581表2-2 液压系统中背压力的经验数据系统类型背压/MPa中、低压系统（08MPa）简单系统和一般轻载的节流调速系统0.2 0.5回油路带调速阀的节流调速系统0.5 0.8回油路带背压阀0.5 1.5采用带补油泵的闭式回路0.81.5中、高压系统（816MPa）同上比中、低压系统高（50100）%高压系统（1632MPa）如锻压机械系统初算时背压可忽略不计第三章 明确液压系统主要性能参数3.1 预选系统压力由表2-1可看出，最大负载出现在工进阶段，其最大值为：本车床属于精加工机床，负载最大时为慢速工进阶段，其他工况时负荷都不大，参考表3-1，预选液压缸的设计压力P1=1MPa表3-1 按负载选择设计压力 3.2 计算液压缸主要结构尺寸 为了满足动力头快速进退速度相等的要求并减少液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主工作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积与应满足,即活塞杆直径d和液压缸内径D间应满足d=0.71D。 3.2.1 计算液压缸的内径 为了提高动力机头的工作平稳性，给液压缸设置一定回油背压。参考4暂取背压0.2MPa,上已取液压缸机械效率，则可算得液压缸无油腔的有效面积从而得液压缸内径 按GB/T 23481993，将液压缸内径圆整为D=100mm=10cm3.2.2 计算液压缸活塞直径因，故将活塞杆直径为按GB/T 23481993，将活塞杆直径圆整为d=70mm=7cm3.2.3 液压缸实际有效面积将调速阀的最小稳定流量和活塞最小进给速度，算的结果表明活塞面积可满足最低稳定速度的要求。3.3 计算工进时的实际工作压力差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取为，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时；另外，取快退时的回油压力损失为0.6MPa。从而算的液压缸在工作阶段的实际工作压力 它正是系统工作循环中的最高压力3.4 液压缸各工况所需的流量液压缸最大流量发生在快退的阶段，算的液压缸最大流量q1为3.5 其他工作阶段的压力、流量和功率表3-2 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率工作阶段计算公式负载F/N回油腔压力P2/MPa工作腔压力P1/MPa输入流量q1/(L/min)负载功率P1/W快进启动13380.386加速6731.2150.715恒速5811.1880.68819.23工进4960.40.20.8046.2884.152快退启动13380.371加速6730.30.775恒速5810.30.74920.02第四章 制定基本方案拟定液压系统图4.1 制定基本方案 1、确定油源、执行元件类型和回路形式。 2、方向控制回路：三位五通“O”型。 3、调速回路：泵+流量阀进油口节流调速。 4、速度换接：用二位二通行程阀。 5、压力控制回路：用直动式溢流阀。 6、辅助回路：1）、泵的入口加装吸油过滤器；2）、泵的出口设压力表和压力表开关。4.2 合成液压系统图图4-1专用铣床液压系统原理图及电磁铁和行程阀状态表1-油箱；2-过滤器；3-电动机；4-变量泵；5-压力表开关；6-压力表；7，8-溢流阀；9-三位五通换向阀；10,11-单向阀；12-调速阀；13-二位二通行程阀；14-液压缸第五章 计算和选择液压元件 5.1 液压泵和驱动电机的选择由表3-2 可以查得液压缸的最高工作压力出现在工进阶段，即，此时缸的输入流量较小，泵至缸间的进油路压力损失估取为，则泵的最高工作压力Pp为车削头快退时，需要的流量为取泄漏系数为,则液压泵的流量为根据系统所需流量，拟初选限压式变量液压泵的转速为n=1500r/min，泵的容积效率，可算得泵的排量参考值为根据以上计算结果查手册，选用规格相近的YBX-B30M型限压式变量叶片泵，其额定压力为6.3MPa,排量为V=30mL/r,泵的额定转速为n=1500r/min，取容积效率，倒推算得泵的额定流量为相比较，与系统所需要的流量符合由上述数据，可知系统在工进阶段以最高进给速度工作时，负载达到最大，其值为，故按此阶段的液压泵所需驱动功率选择电机。此时，泵的工作压力为Pp=0.804MPa,。已知泵的总效率为，所以液压泵在工进阶段时所需的驱动功率为查设计手册，选用Y系列（IP44）中规格相近的Y801-4型立式三相异步电动机，其额定功率为0.55KW,转速为1390r/min，用此转速驱动液压泵时，变量泵的实际输出流量为35.445L/min，仍然能满足系统的各个工况对系统所需的流量。 5.2 其他液压元件的选择油箱容量计算，本系统属于低压系统，故取经验系数，得油箱容量为查（JB/T7938-1999）取油箱公称容量为100L。管件尺寸由选定的标准油口尺寸确定。所选的过滤器、压力表及压力表开关的型号规格见表。序号名称通过流量/（L/min）额定流量/（L/min）额定压力/MPa工作压力/MPa型号1油箱2过滤器35.7400.023电动机Y801-44变量泵35.738.256.31.404YBX-B30M5压力表开关6.33.9K-6B6压力表0403.9Y-407溢流阀35.76.36.36.3YF3-10B8溢流阀20.02102.50.2P-B10B9三位五通电磁换向阀20.02256.31.40435D-25B10单向阀20.02256.31.404I-25B11单向阀20.02636.36.3I-63B12调速阀20.02106.30.804Q-10B13二位二通行程阀15.461006.30.80422C-25BH14液压缸通油孔道的直径确定与阀的油口相同的直径，应与液压阀的油口直径相同。与管头相连接的孔道，其直径一般应根据通过的流量和允许流速，用下式计算确定，但孔口必须按管头螺纹小径并攻螺纹式中 d孔道内径 q油管最大流量 v管中允许流速（见表）油管中的允许流速油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许流速/(m/s)0.51.52.551.52.557取吸油管V=1m/s，回油管V=2m/s查（GB/T 2351-1993）取相近规格吸油管的外径d=25mm,取回油管的外径d=20mm。第六章 验算液压系统的性能 6.1 压力损失的验算6.1.1雷诺数 （参考资料【1】P31表2-18）式中 v平均流速，m/s d与其管径相同，m u液体的运动粘度，根据参考资料【1】P153表6-5<2300为层流，取6.1.2 沿程压力损失沿程压力损失的计算公式式中 l管道长度，m p油液的密度，6.1.3 局部压力损失局部压力损失的计算公式式中 局部阻力系数，其具体数值与局部阻力装置的类型和雷诺数有关，通常，时，与无关。本设计采用6.2 温升的验算油液温升式中 系统能正常工作。总 结液压课程设计是我们机械专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 忙赶着，说实话，液压课程设计真的有点累因为时间很短，只有一周的时间！明显是不够的，然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这1周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感。通过这次的液压课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致液压课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有几次都是计算带数据出问题，因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来单想起孙老师的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度。认真对待的良好习惯，这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短1周的液压课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信！ 最后，我要感谢我的老师，是您耐心的教导着我,老师您辛苦了，谢谢老师您！ 参考资料【1】 张利平. 液压与传动设计指南 化学工业出版社【2】 孙淑梅，蔡 群. 液压与气压传动 北京理工大学出版社【3】 雷秀. 液压与气压传动 机械工业出版社【4】 官忠范. 液压传动系统（第3版） 机械工业出版社【5】 张力平. 液压传动技术适用问答 机械工业出版社【6】 丁树模，姚如一. 液压传动 机械工业出版社【7】 路甬祥. 液压气动技术手册 华中科技大学出版社，2000【8】 俞启荣. 机械液压传动 机械工业出版社【9】 袁承训. 液压与气压传动 机械工业出版社【10】 张群生. 液压与气压传动 机械工业出版社【11】 左健民. 液压传动 北京理工大学出版社【12】 成大先. 机械设计手册 单本行.液压控制 化学工业出版社【13】 雷天觉. 新编液压工程手册 北京理工大学出版社【14】 刘新德. 袖珍液压气动手册 机械工业出版社【15】 张利平. 液压气动系统原理图CAD软件HP-CAD的开 发研究. 河北科技大学学报【16】 成大先. 机械设计图册 化学工业出版社