1、液压与气压传动课程设计班级： 专业： 机械设计制造及其自动化 学号: 姓名： 联系方式： 成绩 ： 一题目及其要求1.某工厂设计一台钻镗专用机床，要求孔的加工精度为 TI6 级。要求该液压系统要完成的工作循环是：工作定位、夹紧动力头快进工进终点停留动力头快退工件松开、拔销。该机床运动部件的重量为 30000N，快进、快退速度为 6m/min，工进的速度为 20-120mm/min 可无级调速，工作台的最大行程为 400mm，其中工进的总行程为 150mm，工进时的最大轴向切削力为20000N，工作台的导轨采用平轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为 25mm，夹紧力为 12000-80000N
2、之间可调，夹紧时间不大于 1 秒钟。2.设计要求1) 完成该液压系统的工况分析、系统计算并最终完成该液压系统工作原理图的设计工作；2) 根据已经完成的液压系统工作原理图选择标准液压元件；3) 对上述液压系统中的进给缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和部件装配图设计，并对其中的 1-2 非标零件进行零件图的设计；4) 对上述液压系统中的夹紧缸进行结构设计，完成该液压缸的相关计算和部件装配图设计，其中的 1-2 非标零件进行零件图设计。5) 对上述液压系统中的液压缸进行结构设计，完成该液压缸中的油箱部件和电机液压泵组件的相关计算和装配设计，并对其中的 1-2 个非标零件进行零件图的设计。二、系
3、统工况分析与方案选择1.工况分析根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图 1-1 所示。计算各阶段的外负载，如下：液压缸所受外负载 F 包括三中类型，即（1-1）afF式中 工作负载，对于金属钻镗专用机床，即为工进时的最大轴向切削力，为 20000N；运动部件速度变化时的惯性负载；aF导轨摩擦阻力负载。启动时为静摩擦阻力，启动后未动摩擦阻力，fF对于平导轨 可由下式求得；）FG（fRnFG运动部件重力；垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；nRFF导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为0.1。则求得(1-2)NF6032.0fs1a上式中 为静摩擦阻力， 为动摩擦阻力。
4、fsfaFtgG式中 g重力加速度；加速或减速的时间，一般 ，取 。t0.5s-1s1.0t时间内的速度变化量。在本设计中 NF30611.06893a 根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表 1-1） ，并画出如图 1-2 所示的负载循环图。图 1-1 速度循环图 图 1-2 负载循环图表 1-1 工作循环各阶段的外负载工作循环 外负载 F(N)工作循环外负载 F（N）启动、加速 Ffs8061N工进 Ffa23000N快进 a3000N 快退 3000N2.拟定液压系统原理图（1）确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省
5、能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或者变量泵供油。本设计采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。（2）夹紧回路的选择采用二维四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。为了实现加紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍然能保持夹紧力，接入节流阀调速和单向阀保压。为了实现夹紧力的大小可调和保持夹紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。（3）定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择定位液压缸和夹紧缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发信号启动工作台液压缸工作，以简化电气发信与控制系统，提高系统的可靠性。（4）调速方式的选择在中小型专用机床的液压系
6、统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。（5）速度换接方式的选择本设计采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组成图 1-3 所示的液压系统原理图。图 1-3 液压系统原理图三.液压元件的计算与产品选择1.液压缸的主要尺寸的确定（1）工作压力 的确定。工作压力 可根据负载大小及其机器的类型来1P1P初步
7、确定，参阅表 2-1 取液压缸工作压力为 4MPa。（2）计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d。由负载图知最大负载 F 为23000N，按表 2-2 可取 为 0.5 ， 为 0.95,按表 2-3，取 d/D 为 0.7。2PaMcm将上述数据代入式(2-3)212cm1dP-4DFD可得 m1056.m7.0459.014.33 225 D根据表 2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径 ；活塞杆直径1Dd，按 及表 2-5，活塞杆直径系列取 d=90mm。7.0D按工作要求夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，取油背压力为 ，回油背压力为零
8、，a0.3MP为 0.95，按式（2-3）可得cm m128m95.0134.25 D按表 2-4 及表 2-5 液压缸和活塞杆的尺寸系列，取夹紧液压缸的 D 和 d 分别为 100mm 及 70mm。本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸的实际面积，即 2222 cm407104d4DA由式（2-4）得最小有效面积 223min cm55.qA因为满足 ，故液压缸能达到所需低速。min（3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量 min/04.23min/6）107（4q 32快 进2快 进 Ld 9.32工 进2工 进 Dmin/24min/607.14d4q 3
9、22快 退2快 退 LD 67.015063.3332夹2夹 2.确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格（1） 泵的工作压力的确定。考虑到正常的工作中进油路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 p1pP式中 液压泵最大工作压力；pP执行元件最大工作压力1进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取 0.2-0.5MPa，复杂系统取 0.5-1.5MPa，本设计取 0.5MPa。a5.4）5.04（p1p MPP上述计算所得的 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力 应满足 。中低压系统取最nPpn
10、）6.125（ P小值，高压系统取最大值。在本设计中 ，a3M（2） 泵的流量确定液压泵的最大流量应为 maxlpqk式中 液压泵的最大流量pq同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。ma系统泄露系数，一般取 =1.1-1.3，本设计 =1.2.lklklkmin/8.2min/24.1xqp LL（3） 选择液压泵的规格。根据以上算的 和 ，查找相关手册，选用 YBX-25 限压式变量叶片泵，pPq该泵的基本参数为：每转排量 ，泵的额定压力 ，电r/250MLa3.6nMP动机的转速 ，容积效率为 ，总效率 。min/r145nH85.070（4） 与液压泵匹配的电动机的选定首先分别算出快
11、进与工进两种不同工况时的功率，去量着较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减少，泵的效率急剧下降，一般当流量在 0.2-1L/min 范围内时，可取 。同时还应注意到，14.03为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需要进行验算，即（1-6）npb2qP式中 所选电动机额定功率；nP限压式变量泵的限压力；B压力为 时，泵的输出流量。pqB首先计算快进的功率，快进的外负载为 3000N，进油路的压力损失定为0.3MPa，由式（1-4）可得 a104.a30107.4362 MPMPP快进时所需电动机功率为 KWP102.7.069425查阅相关电动机类
12、型标准，选用 Y90L-4 型电动机，其额定功率为 1.5KW，额定转速为 1400r/min。根据产品样本可查得 YBX-25 的流量压力特性曲线。再由已知的快进时流量为 23.04L/min，工进时的流量为 0.942L/min，压力为 3MPa，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，查得该曲线拐点处的流量为 23L/min，压力为2MPa，该工作点处对应的功率为 KWP1.70624.所选电动机满足式（1-6） ，拐点处能正常工作。3.液压阀的选择本液压系统选定的液压元件如下表 1-2 所示表 1-2 液压元件明细表序号 元件名称 方案 通过流量（L/min）1 滤油器 XU-B32*1
13、00 28.82 压力表开关 KF3-EA10B3 溢流阀 JF3-10B 84 三位四通换向阀 E10B24 245 二位四通换向阀 24EF3-E10B 7.56 保压阀 DP1-63B 247 单向节流阀 LA-F10D-B-1 9.48 压力继电器 DP1-63B 7.59 三位四通换向阀 AF3-EA10B 7.510 单向调速阀 24EF3-E10B 7.511 二位三通换向阀 AXF3-E10B 7.512 液压泵 YBX-2528.8 7.51. 确定管道尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定。综合诸元素，现取有关的内径 d 为 12mm，参照 YBX-25 变量
14、泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d 为 28mm。2. 液压油箱容积的确定本设计为中低液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的 5-7 倍来确定，选取用容量为 160L 的邮箱。四.主要部件的结构特点分析与强度校核计算1.液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定。在本系统设计中，由于该系统属于组合机床液压系统，故液压缸工作压力通常为 4MPa。2.液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定由公式 ,又由 得,212cm14DPF 63.0dD夹紧缸： ,d=54.8mm 按照液 26.015379.0534.D压缸内径和活塞杆直径系列取得 D=100mm，d=63mm液压缸节流腔的有效工作面积 保）6310（4d422DA证最小稳定速度的最小有效面积 ，显然有效面积2mincm83.605q，故可以满足最小稳定速度的要求。minA3.液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚有液压缸的强度条件来计算。由公式 得13.402yPD75.53.10421故即可求出缸体的外径 ，根据无m103202D缝钢管标准选取 D=120mm4.液压缸工作行程的确定
