1、液压与气压传动课程设计报告题 目：双头专用车床液压系统设计 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械 112 班 学 号：201110824209 姓 名：胡志源 指导教师：张日红 仲恺农业工程学院机电学院2014 年 1 月 03 日机械原理课程设计报告1目 录一.课程设计题目及设计要求 .2二.设计任务 .2三.考虑到对液压系统的工作要求 .3四.拟定液压系统工作原理图 .3五.液压回路的工况分析 .41、工作负载及惯性负载计算 .42、导轨摩擦力计算 .53、液压缸密封摩擦阻力计算 .54、预选系统设计压力 .65、液压缸主要尺寸计算 .76、单个液压缸需求的最大流量 .97、其他工
2、作阶段的压力、流量和功率 .9六.液压系统元件与辅件的选择 .101、液压泵的选择 .102、糕点间歇运动设计 .123、切刀与棘轮的协调运动计算 .13七.验算液压系统性能 .131、回路压力损失验算 .132、油液温升验算 .13八.FLUIDSIM 对液压回路进行仿真 .14九.参考文献 .14机械原理课程设计报告2一、课程设计题目及设计要求某厂欲自行设计制造一台专用车床，用于压缩机连杆两端长轴颈的车削加工。根据加工工件尺寸较长的特点，拟采用的加工工艺方案为：工件固定，刀具旋转并进给。车床主要由床身布有相互平行的V形导轨和平导轨各一条(见图2-1)和左右两个车削动力头组成，其总体布局如图
3、2-2所示。工件装夹于床身中部。两个独立的动力头，通过机械传动带动主轴及刀具旋转实现车床的主运动；进给运动要求采用液压缸实现，即在床身上安装两个液压缸，使其活塞杆与各动力头下部相连，通过液压缸往复运动驱动动力头实现车床的进给运动。车床加工工件时，车削动力头的进给工作循环为：快进工进快退停止。已知：移动部件重约是G12kN；15kN了；各车削动力头的最大切削进给抗力(轴向力)估值为12kN，主切削力(切向力 )35 kN。要求动力头的快速进、退速度相等，1=6m/min，工进速度无级调整范围为 2=0.021.2m/min.导轨的静、动摩擦因数分别为=0.2;=0.1。图1-1 车床总体布局示意
4、图 图1-2 车床液压缸受力分析计算简图（1，8一车削动力头；2，7一主轴；3，6一连杆轴颈；4一夹具；5一工件；9一导轨；10一床身）二、设计任务（1）拟定液压系统原理图；（推荐软件 CAXA2011，AUTOCAD 机械工程师 2010） ；（2）运用 FLUIDSIM 对液压回路进行仿真；（3）选择液压系统的元件和辅件；（4）验算液压系统性能；（5）设计液压阀块和阀组；机械原理课程设计报告3（6）绘制下列图纸：(建议用 UG/PROE/SOLIDWORKS 完成)液压系统原理图 A4 1 张（7）编写设计说明书三、考虑到对液压系统的工作要求根据加工要求，刀具旋转由机械传动来实现；主轴头沿
5、导轨中心线方向的“快进(Fast Feed)一工进(Working Feed)快退(Fast Return)停止(Stop)” 工作循环拟采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作为执行机构考虑到车削进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，粗加工时负载有较大变化，故拟选用调速阀、变量泵组成的容积节流调速方式。为了自动实现上述工作循环，并保证零件一定的加工长度（该长度并无过高的精度要求），拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。四、拟定液压系统工作原理图该系统同时驱动两个车削头，且动作循环完全相同。为了保证快速进、退速度相等，并减小液压泵的流量规格，拟选用差动连接回路。在行程控制中，由快进转工进
6、时，采用机动滑阀。使速度转换平稳，且工作安全可靠。工进终了时。压下电器行程开关返回。快退到终点，压下电器行程开关，运动停止。快进转工进后，因系统压力升高，遥控顺序阀打开，回油经背压阀回油箱，系统不再为差动连接。此处放置背压阀使工进时运动平稳，且因系统压力升高，变量泵自动减少输出流量。两个车削头可分别进行调节。要调整一个时，另一个应停止，三位五通阀处中位即可。分别调节两个调速阀，可得到不同进给速度；同时，可使两车削头有较高的同步精度。同时为了保证整个系统的安全，在泵出口并联一溢流阀，用于防止过载。由此拟定的液压系统原理图如图 1-3 所示。机械原理课程设计报告4图 1-3 双头车床液压系统工作原
7、理图五、液压回路的工况分析（1）工作负载及惯性负载计算计算液压缸的总机械载荷， 根据机构的工作情况，液压缸受力如图 1-4 所示，其在不同阶段的总机械载荷计算如下：图 1-4 液压缸受力简图根据题意，工作负载：F e=12000N油缸所要移动负载总重量： 150GN根据题意选取工进时速度的最大变化量： 02.vm/s，根据具体情况选取： 2.0ts(其范围通常在 0.01- 0.5s)，则惯性力为：机械原理课程设计报告5NtvgGFi 1532.08.9153（2）导轨摩擦力计算根据车床导轨受力分析简图 1-4 可知：导轨的摩擦力Ff= 602sin2aGdzdz2sin1.02)351(.0
8、)351( 93335N图 1-5 车床导轨受力分析简图加速恒速时的动摩擦阻力：180N2sin.15.0215sin2 9332 adGFfd空载进退启动时有静摩擦力：Nssfs 36145sin.0215.0215in233 （3）液压缸密封摩擦阻力计算：作用于液压缸活塞上密封阻力 ，用下式估算：FmFecm1）（ 式中 -液压缸机械效率， 。cm 95.0.c取 ，算得启动时得静密封摩擦阻力90. N1200.113ecm）（）（恒速时的动密封摩擦阻力估取为静密封摩擦阻力的 30%，即 ，Fmsmd%即 NFmsmd36%0机械原理课程设计报告6将上述计算过程综合后得到的各工作阶段的液压
9、缸外负载结果列于表 1-1，液压缸的负载循环图、速度循环图见图 1-6。表 1-1 外负载计算结果外负载 F/N 外负载工况计算公式 结果 工况 计算公式 结果启动 Fmsfs4821N 启动 Fmsfs4821N加速 difd22323N快进恒速 mf 2170N加速 difd22323N工进 dfeF118395N快退恒速 mdfdF22170N图 1-6 液压缸的负载循环图、速度循环图由上图可知其最大值为 18395NFmax（4）预选系统设计压力本车床属于半精加工机床，负载最大时为慢速工进阶段，其他工况时载荷都不大，参考表 12，1-3表 1-2 按负载选择工作压力负载/ KN 50工
10、作压力/MPa0.811.52 2.53 34 45 5机械原理课程设计报告7表 1-3 各系统工作压力表机 床机械类型磨床 组合机床龙门刨床拉床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械工作压力/MPa0.8235 28 8101018 2032由表 1-2,1-3 得知，预选液压缸的设计压力 。MPap31（5）液压缸主要尺寸计算鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（ ） ，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发21A生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压。表 1-4 执行元件背压力系统类型 背压力/ MPa
11、简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5回油路带调速阀的系统 0.40.6回油路设置有背压阀的系统 0.51.5用补油泵的闭式回路 0.81.5回油路较复杂的工程机械 1.23回油路较短且直接回油 可忽略不计根据上表 1-4，我们得到背压为 。同时选取液压缸最小机械效率，MPap3.02即 。9.0cm由式： 得：cmFAp21机械原理课程设计报告8液压缸无杆腔有效面积：mpAcmF24211 071.)(则活塞直径： D9641按 GB/T 2348-1993，将液压缸内径圆整为 D=100mm。表 1-5 按工作压力选取 d/D工作压力/ MPa5.0 5.07.0 7.0d/D 0.50
12、.55 0.620.70 0.7表 1-6 按速比要求确定 d/D2/11.15 1.25 1.33 1.46 1.61 1d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71注： 无杆腔进油时活塞运动速度； 有杆腔进油时活塞运动速度。1v2v根据表 1-5、1-6，为了满足动力头快速进退速度相等的要求并减小液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主公作腔，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A12A21d=0.71D。即有： mDd710.7.0按 GB/T 2348-1993，将液压缸内径圆整为 d=70mm。由此求
13、得液压缸两腔的实际有效面积为：A2421784d242210)(21m38机械原理课程设计报告9差动连接快进时，液压缸有杆腔压力 必须大于无杆腔压力 ，其差值估取p2 p1，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时 ；另MPap5.012 0外，取快退时的回油压力损失为 0.6MPa。根据上述，得到液压缸实际工作压力为： 2.62MpaAPcmF121实际选取工作压力为 2.62Mpa，它是系统的最高压力。由于左右两个切削头工作时需做低速进给运动，在确定油缸活塞面积 之后，1A还必须按最低进给速度验算油缸尺寸。即应保证油缸有效工作面积 为：min1vqA式中 流量阀最小稳定流量，在此取流量阀最小稳定流量为 ，minq min/50l活塞最低进给速度，本题给定为 。inv in/20根据上面确定的液压缸直径，油缸有效工作面积为：mDA2421078423min15.25vq验算说明活塞面积能满足最小稳定速度要求。(6）单个液压缸需求的最大流量液压缸最大流量发生在快退阶段，算得单个液压缸的最大流量为：qlmax=A2Vmax=40*6*102=24000cm3/min=24L/min(7) 其他工作阶段的压力、流量和功率根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表 1-7 所列
