1、 课程设计课程名称： 成型铣刀加工出成型面的液压专用铣床 学 院： 职业技术学院 专 业： 机械设计制造 姓 名： 胡 蕤 学 号： 1020020160 年 级： 大 三 任课教师： 何 玲 2012 年 10 月 16 日目录1概述 .31.1 课程设计的目的 .31.2 课程设计的要求 .31.3 课程设计题目描述和要求 .31.4 设计内容及步骤 .42. 液压系统设计计算 .42.1 设计要求及工况分析 .42.1.1 工况分析 .42.1.2 确定液压系统方案 .62.2 确定液压系统主要参数 .72.2.1 初选液压缸工作压力 .72.2.2 计算液压缸主要尺寸 .72.3 拟定
2、液压系统原理图 .92.3.1 选择基本回路 .92.3.2 组成液压系统 .112.4 计算和选择液压件 .112.4.1 确定液压泵的规格和电动机功率 .112.4.2 确定其它元件及辅件 .122.5 验算液压系统性能 .142.5.1 验算系统压力损失 .142.5.2 验算系统发热与温升 .173总结 .184.致谢 .185.参考文献 .1931概述1.1 课程设计的目的本课程是机械设计制造及其自动化专业的主要专业基础课和必修课，是在完成液压与气压传动课程理论教学以后所进行的重要实践教学环节。本课程的学习目的在于使学生综合运用液压与气压传动课程及其它先修课程的理论知识和生产实际知识
3、，进行液压传动的设计实践，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。通过设计实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良好的基础。课程设计报告书概括性的介绍了设计过程，对设计中各部分内容作了重点的说明、分析、论证和必要的计算，系统性整理、表达了设计过程中涉及到的专业知识和基本要求，有条理的表达了自己对本课程设计的阐述。1.2 课程设计的要求(1)液压传动课程设计是一项全面的设计训练，它不仅可以巩固所学的理论知识，也可以为以后的设计工作打好基础。在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精。(2)液压传动课程设计应在教师指导下独立完
4、成。教师的指导作用是指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题，按设计进度进行阶段审查，学生必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。(3)设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。任何设计都不能凭空想象出来，利用已有资料可以避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证。另外任何新的设计任务又总有其特定的设计要求和具体工作条件，因而不能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。(4)学生应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。1.3 课程设计题目描述和要求设计一台用成型铣刀加工的液压专用铣床，要求机床工作台上一次可安装两只工件，并能同时加工
5、。工件的上料、卸料由手工完成，工件的夹紧及工作台进给由液压系统完成。机床的工作循环为：手工上料工件自动夹紧工作台快进铣削进给（工进）工作台快退夹具松开手工卸料。对液压系统的具体参数要求：运动部件总重 G=23000N，切削力 Fw=15000N;快进行程 l1=300mm，工进行程 l2=80mm；快进、快退速度 v1=v3=5m/min,工进速度 v2=100600mm/min，启动时间 t=0.5s；夹紧力 Fj=3000N,行程 lj=15mm，4夹紧时间 tj=1s。工作台导轨采用平导轨，导轨间静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数 fd=0.1，要求工作台能在任意位置上停留。 设计任务
6、：（1）确定执行元件（液压缸）的主要结构尺寸（D、d 等）（2）确定系统的主要参数；（3）选择各类元件及辅件的形式和规格，列出元件明细表；（4）绘制正式液压系统图1.4 设计内容及步骤(1)阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件； (2)收集有关资料并进一步熟悉课题。(3)明确设计要求进行工况分析；(4)确定液压系统主要参数；(5)拟定液压系统原理图；(6)计算和选择液压件；(7)验算液压系统性能；(8)选择各类元件及辅件的形式和规格，列出元件明细表；(9)绘制正式的液压原理图。2. 液压系统设计计算2.1 设计要求及工况分析2.1.1 工况分析液压系统的工况分析是指
7、对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。负载分析:工作台液压缸工作负载： 工作负载即为切削阻力 =15000NFwL摩擦负载： 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力动摩擦负载 0N23*0.1GdfF静摩擦负载 6sf5惯性负载 NF2.3915.08923tvgGi 运动时间 快进 s6.351*0vlt1工进 86lt2快退 s56.410*)3(vlt313 设液压缸的机械效率 cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所列。工况 负载组成 液压缸负载 F
8、/N 液压缸推力 F0=F/ cm/N启 动加 速快 进工 进反向启动加 速快 退fsFidfLfsiFfd4600 2691.22300173004600 4991.223005111.11 2990.222555.56192225111.11 5545.782555.56表 1 液压缸各阶段的负载和推力根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-t 和速度循环图 v-t，如图 1 所示图 1 负载循环图和速度循环图62.2.3 确定液压系统方案A、回路方式的选择一般选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。由于铣床的输出参数要求高精
9、度控制，因此应对输出量进行检测然后反馈控制液压系统的压力和流量，即构成系统的大闭环控制。B、液压介质的选择普通液压系统选用矿物油型液压油作为工作介质，其中室内液压设备多选用气轮机油和普通液压油;室外液压设备则应选用抗磨液压油或低凝液压油。对某些热加工设备或井下液压系统，应选用耐燃介质，如磷酸酯液、水-乙二醇、乳化液等。由于本课程是在室内进行加工，所以应选用气轮机油和普通液压油待介质选定后，在设计和选用液压元件时应考虑它们与所选介质的相容性和耐腐蚀性。C、分析液压系统工况初定系统压力范围对液压系统各执行元件整个工作循环的速度、负载变化规律(如负载速度谱)进行分析，确定各执行元件的最大负载，最低和
10、最高运动速度，工作行程及最大行程，列表备用。液压系统的压力即泵的出口压力与液压设备的工作环境、负载精度要求等有关，常用的液压系统的压力推荐值可参阅有关手册。D、执行元件的选择(1)用于实现连续的回转运动，选用液压马达。若转速高于 500 r/min,可直接选用高速液压马达，如齿轮马达、双作用叶片马 达和轴向柱塞马达,其中轴向柱塞马达又分为定量马达和变量马达。若转速低于 500 r/min，可选用低速液压马达或高速液压马达等机械减速装置。(2)要求机床工作台上一次可安装两只工件，并能同时加工，因此选用双向工作进给，且双向输出的力、速度相等，应选用双伸缩杆活塞缸E、液压泵类型选择考虑到流量突变时液
11、压冲击较大，工作平稳性差，且可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵(2)液压系统有多个执行元件，各工作循环所需的流量相差很大，应选用多泵供油实现分级调节。F、调速方式的选择定量泵节流调速回路，因调节方式简单，一次性投资少，在中小型液压设备特别是机床中得到了广泛应用。节流调速回路中的进、回油路调速为恒7定系统，系统的刚性较好;旁油路调速为变压系统，系统刚性较差。用调速阀或旁通调速阀的节流调速回路可提高系统的速度刚性，但会增加少量的功率损失。G、调压方式的选择溢流阀装在液压泵出口处用来保证系统压力恒定，在其他场合则为安全阀，限制系统的最高压力。一般选普通溢流阀。H、换向回路的选
12、择对于小流量的液压系统，一般采用电磁换向阀直接换向。2.2 确定液压系统主要参数2.2.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2 和表 3，初选液压缸的工作压力 p1=4MPa 表 2 按负载选择工作压力表 3 各种机械常用的系统工作压力2.2.2 计算液压缸主要尺寸液压缸在工作过程中各阶段的负载为：油缸的机械效率 cm，有各运动件摩擦损失造成，通常可取0.90.95。启动阶段 Ft= ffG/cm=0.2 23000/0.9=5111.11N加速阶段 Ft=fdG+ /cm=0.1 23000+ tvgG 5.0831.92/0.9=2689N
13、快进、快退阶段 Ft= Ft= fdG/cm=0.1 23000/0.9=2555.56N工进阶段 F t= （f dG+ ）/ cm=（0.1 23000+15000）/0.9=19222NW制动阶段 负载/KN 50工作压力/MPa0.81 1.52 2.53 34 45 5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/MPa 0.82 35 28 810 1018 20328Ft=fdG- /cm=0.1 23000- /0.9=2533.94NtvgG1.083.92工作阶段 速度 v（m/s） 负载 F
14、(N)启动加速 2689N快 进 0.083 2555.56工 进 0.000170.001 19222N快 退 0.083 2533.94N表 4 液压缸各阶段的速度和负载由表 4 看出，最大负载为工进阶段的负载 F=22555.56N，则可计算出液压缸的内径尺寸为：D= = =8.16 12-2mcptF6103.92系统类型 背压力/MPa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 可忽略不计表 5 执行元件背压力工作压力/MPa 5.
15、0 5.07.0 7.0d/D 0.50.55 0.620.70 0.7表 6 按工作压力选取 d/D12/v1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71表 7 按速比要求确定 d/D注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。查设计手册，按液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准直径，D=100mm。为了实现液压缸快进和快退速度相等，参考表 6 表 7，得 d=0.707D，所以：d=0.707 100=70.7mm圆整成标准系列活塞杆直径，d=70mm 。由 D=100mm,d=70mm，可计算出液 压缸无杆腔
16、有效作用面积 9Ac1= D2=78.5 10-4 ，有杆腔有效作用面积 Ac2= （D 2-d2）=40.5 10-442m4。2m1、活塞杆稳定性校核A)夹紧缸由于夹紧缸的活塞杆直径是利用稳定性校核来计算的，所以不需要进行校核。 B)工作台缸因为活塞杆的总行程为 380mm，活塞杆的直径是 100mm，所以L/d=3.810，所以满足稳定性要求。2、液压缸各运动阶段的压力，流量和功率工 况推力(F0)（N）进油腔压力( )pc（MPa）回油腔压力()b（MPa）流 量()qc（L/min）功 率（W） 计 算 公 式启动 5111 1.85 - - -加速 2689 1.30 0.5 -
17、-快进（差动）恒速 2555 1.19 0.5 0.1725 342.1=(F0+pA c2)/( cpAc1- Ac2)=( Ac1- Ac2)v1cqp= pcqc工进 19222 2.87 0.8 0.047 224=(F0+ Ac2pb)/ Ac1= Ac1v2cp= pcqc启动 5111 1.26 - - -加速 5545 1.36 0.5 - -快退恒速 2534 0.63 0.5 0.0202 212pc=(F0+ Ac1pb)/ Ac2qc= Ac2v1p= pcqc表 8 液压缸在各阶段的压力、流量和功率注：1差动系统连接时，液压缸的回油路口到进油口之间的压力损失,p0.5
18、MPa,2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 ；无杆腔回油，压力为 。1 2102.3 拟定液压系统原理图2.3.1 选择基本回路(1) 选择调速回路。这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。(2) 选择油源形式从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比 qmax/qmin=0.172/(0.0202 )=85。其相应的时间之210
19、比(t1+t3)/t2=(0.06+0.076)/0.8=0.17。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 2a 所示。(3) 选择快速运动和换向回路。本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图 2b 所示。(4) 选择速度换接回路。由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大，为了减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如图v21/2c 所示。(5) 选择调压和卸荷回路。在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。要求工作台能在任意位置上停留，即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。即在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路，就能在任意位置停留。
