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1、液压与气压传动课程设计说明书设计题目：单面多轴钻孔组合机床液压系统液压传动课程设计任务书学院：机械工程学院专业：机械班级：*学生姓名：*1设计题目：单面多轴钻孔组合机床液压系统设计2技术参数：组合机床系统的已知数据为：轴向切削力总和Fg=3O5OON；运动部件的总重力G=9800N；工进速度v=0.053mmin;快进速度v11=6mmin;启动、制动时间0.2s;行程长度=0.15m,其中，工进行程长度2=0.05m;导轨形状为平面导轨，静磨擦系数6=02动摩擦系数/1=0.1。3技术要求：1）工作环境温度最高应低于40；2）工作循环要求实现的动作顺序：启动T夹紧T加速T快进一减速T工进T快
2、退T停止；3）夹紧力夹紧机构的最大夹紧力必须满足夹紧要求，且具有一定的微调量；4）液压系统应考虑节油措施。4设计任务：（1）设计计算书一份。内容包括：动作程序说明，液压原理图，主要参数及液压元件选取，设计计算等。（2）油缸装配图A3#图一张（3）原理图A3#图一张（4）液压缸零件图A4#-张（5）工况图A4#一张摘要本设计主要是对单面多轴钻孔组合机床液压系统的设计，单面多轴钻孔机床是一种孔加工组合机床。机床工作时，可自动完成快进、工进（工退）、快退、停止等程序。单面多轴钻孔组合机床主要由床身、运动滑台、主轴、夹具、液压传动系、冷却系统等组成。所有孔夹具安装在动力头上，由运动滑台驱动完成各种动作
3、，具有通流能力大、响应快、结构简单、密封性好、动作准确可靠、易于集成等突出优点。液压基本回路的作用分为三个方面：控制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。本设计在液压系统的设计中采用配置执行元件，执行机构的负载分析、运动分析计算,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，绘制执行元件工况图，制订基本回路方案，绘制液压系统图，标准液压元件及辅件选型，验算液压系统的主要性能,液压装置的总体布局这样的步骤进行设计。而且其中运用了各种换向阀，溢流阀，减压阀等重要液压元件。关键词：液压，单面
4、多轴钻孔组合机床目录第一章液压系统分析的初拟1L工艺动作分析12 .夹紧缸工作系统初拟13 .工进缸工作系统初拟24 .液压系统初拟3第二章液压缸的设计计算41、液压缸的载荷4第三章流量与压力9L夹紧缸在各工作阶段的压力与流量92 .工进缸在各工作阶段的压力与流量93 .系统的流量确立94 .系统的压力确立9第四章确立系统各元件型号111.液压泵的选择112.电动机的选择11第五章系统图的总成与完善12第六章油管及其他的设计计算141 .计算油管内径142 .计算油管壁厚14第七章油箱的设计计算16第八章经济与安全评估181液压系统成本核算182安全评估19参考文献20第一章液压系统分析的初拟
5、1.1工艺动作分析根据任务书要求如下：工件由轨道输送到位，定位行程开关发出信号，夹紧机构夹紧工件一钻头快进一工件进给一钻头快退一松开工件。一个工作循环结束后，在接到定位尺信号进入下一个工作循环。(1)动作由“夹紧机构”和“钻孔机构”等，系统需要两个执行缸完成；(2)夹紧缸，完成以下动作：夹紧工件一保压一松开工件(3)工进缸，完成以下动作：钻头快进一工件进给一钻头快退分析：钻头快进速度r11=6mmin,钻头工进速度片=0.02mmin0(4)顺序要求根据任务书的动作要求，夹紧缸和工进缸交替动作，按照一定的顺序工作，动作顺序如下：动作1夹紧机构夹紧工件一夹紧缸进给动作2钻头快进一工进缸快速进给动
6、作3工件进给一工进缸慢速进给动作4钻头快退一工进缸快速后退动作5松开工件f夹紧缸后退1.2夹紧缸工作系统初拟根据对夹紧缸的分析，夹紧工进过程要考虑夹紧运动方向的速度控制，同时要考虑保压夹紧；回程无需速度和压力和控制，正反行程需要方向控制，初拟系统图如图1所示。(1)夹紧运动方向的速度控制，采用回油调速完成；(2)夹紧运动方向的夹紧保压，采用液控单向阀与带有压力继电器的压力表配合完成；(3)回程无需速度和压力和控制，但是由于保压过程中，工进缸在工作，系统不能卸荷，因此换向阀采用型三位四通电磁换向阀。图1夹紧缸工作初拟系统1一油箱2液压泵3一单向阀4一溢流网5一三位四通换向阀6液控单向阀7压力继电
7、潺8夹紧缸1.3工进缸工作系统初拟根据对工进缸的分析，工进缸工进过程要考虑工进运动方向的速度控制；回程要考虑速度控制，正反行程需要方向控制，初拟系统图如图2所示。（1）工进运动方向的速度控制，采用回油调速完成；（2）工进运动方向的速度控制有2个，采用并联（或串联）（3）回程结束后，由于夹紧缸马上就要开始工作，系统不必卸荷，因此换向阀采用“。”型三位四通电磁换向阀。图2工进缸工作初拟系统I一油箱2液压泵3一单向阀4一三位四通换向例5一调速网6一行程阀7压力继电器8一工作缸9一能向调速阀10一溢流阀1.4总液压系统初拟图3初拟钻孔机液压系统I一油箱2一滤油器3一叶片泵4一直动式溢流阀5单向阳6-三
8、位四通换向阀7液控单向阀8压力维电器9一夹紧缸10一工进缸II一行程阀12单向调速阀13一调速阀14一溢流阀表1初拟图动作电位IYA2YA3YA4YA+快进+工进+停止+松开+第二章液压缸的设计计算2.1液压缸的载荷（1）夹紧缸夹紧缸的载荷分析：1）工进静止f运动状态：克服静摩擦力2）稳态运动状态：克服动摩擦力3）夹紧状态：夹紧力4）静止一反向运动状态：静摩擦力5）稳态运动状态一静止：克服动摩擦力表2液压缸在各工作阶段的负载值工作状态负载组成负载值F（N）推力F/nm(N)工进静止f运动状态F=Fr.40004210稳态运动状态F=Ffd20002105夹紧状态F=Fj8000084211静止
9、f反向稳态运动状态F=Ffs40004210稳态运动状态f静止F=Ffd20002105注：液压缸的机械效率nfn=0.95；不考虑颠梭力矩的作用。F(N)242U-21050.4-4210图4夹紧缸工作负载图图5夹紧缸工作速度图（2）工进缸工进缸的载荷分析：1）静止f运动状态：克服静摩擦力2）加速f稳态运动状态：克服动摩擦力、加速力13）稳态运动状态一工进状态：克服动摩擦力4）工进状态：克服动摩擦力、工进阻力（轴向力）5）静止一反向运动：克服静摩擦力6）加速一稳态运动状态：动摩擦力、加速力27）稳态运动状态一静止：克服动摩擦力8）反向稳态运动状态一减速静止：动摩擦力、减速力表3工进缸在各工作
10、阶段的负载值工作状态负载组成负载值F（N）推力F/nm(N)静止f运动状态F=Fft40004210加速f稳态运动状态F=Ff+Fa35873776稳态运动状态f工进状态F=Ff20002105工进状态F=Ff+Ff1800018947静止f反向运动F=Fli40004210加速f稳态运动状态F=Ff+Fu35873776稳态运动状态f静止F=Ff20002105注：液压缸的机械效率n=0.95；不考虑颠覆力矩的作用。F(N)1894742102105-2105TQ4-4210s(m)图6工进缸工作负载图图7工进缸工作速度图（3）计算液压缸的工作面积及直径1）初选压力表4按主机类型选择执行元件
11、的工作压力主机类型机床农业机械小型工程机械工程机械辅助机构液压机中、大型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力P（MPa）235881010-162032查表可把组合机床的工作压力选为5MPa2）夹紧缸查表可把组合机床的工作压力选为5MPa,如果忽略内部摩擦力和背压力则可根据公式其中：A：液压缸面积大值Fj:夹紧时液压缸负载%：液压缸的机械效率,取0.95P：液压缸的初选压力，取5MPa液压缸的初拟面积计算得的液压缸面积为大值即168.4ci2,应依该值计算液压缸的内径D：其中：D：液压缸内径A：液压缸大内面积=14. 6cm按表取D=16 cm, d=10cm,则实际有效
12、面积为A1=-(16) 2 =200. 96cm2无杆腔有杆腔A2=-(162-IO2)=122.46cm23）工进缸查表可把组合机床的工作压力选为5MPa,如果忽略内部摩擦力和背压力则可根据公式2-3其中:A：液压缸面积大值Fg:工进时的轴向切削力Fg=30500NFf:动摩擦力Ff=980N/：液压缸的机械效率，取0.9P：液压缸的初选压力，取5MPa液压缸的初拟面积:30500+980 0.95106=70cm2计算得的液压缸面积为大值即70cm2,应依该值计算液压缸的内径D：D=栏用=9.43Cm按表取D=IOCm,d=7.5cm,则实际有效面积为A1=-(IO)2=78.5cm2无杆
13、腔4A2=-(102-7.52)=34Cnl2有杆腔4钻机行程L=150mm第三章流量与压力3.1夹紧缸在各工作阶段的压力与流量衣5夹紧缸在各工作阶段的压力与流量负载回油腔压力pi(MPa)进油腔压力pi(MPa)计算式启动42100.80.34P=(F+A,)1夹紧842110.84.19Pi=6/4后退21050.80.17pl=(F+p2Ai)A23.2工进缸在各工作阶段的压力与流量表6工进缸在各工作阶段的压力与流量负载回油腔压力A(MPa)进油腔压力Pl(MPa)输入流量q(LZmin)输入功率p(kw)计算式快进(插动)启动42100.81.09Pi=(F+2p2),i=78.5*6
14、00=47.IL/min3.4系统的压力确定工进缸A启动压力px=(F+A2Ap)/A13-2Pl=(4210+0.0034)/0.00785=0.53MPaB快进压力Pl=(3776+0.0034*500000)/0.00785=0.7MPaC工进压力Pl=(18947+0.0034*800000)/0.00785=2.8MPaD快退压力P=(F+221)23-3Pl=(2105+0.00785*500000)/0.0034=1.8MPa夹紧缸A启动压力Pl=(F+A2Ap)/A1Pl=4210+00.020096=0.34MPaB夹紧压力PI=为/A3-4Pl=842110.020096=
15、4.19MPaC松开压力Pl=(2105+0.020096*500000)/0.012246=0.17MPa第四章确立系统各元件型号4.1 液压泵的选择考虑到工作时的平稳性，选用叶片泵，并取最大工作压力等于0.8倍的油泵额定压力,即：0=0.8PSia4MPa,则夕额=5MPa(1)工作进给时所需的流量q=A4-1q2=Ai)=78.5X2=157cm,min(2)快速进给时所需的流量g快二(AA)。快4-2q=(78.5-34)X600=26700cm7min查机械设计手册选用双联泵YB1-50,该泵额定压力6.3MPa。理论输出流量为501r,960rmin,容积效率为0.884. 2电动
16、机的选择选择电机时，应以一个工作循环中的最大输入功率来选，在本系统中工作进给时，工作进给时，液压泵所需的输入功率为4.18MPa因此，工作进给时，液压泵所需的输入功率为P=p、q4-3n4.18509600.88P,=2.94W160查机械设计手册选用Y125S6型电动机，其功率为5kw,转速为960rmin,效率为83%0第五章系统图的总成与完善图8组合机床的液压原理图1油箱2一滤油器3一叶片泵4一直动式溢流阀5减压阀6一堆向阀7三位四通换向阀8液控单向阀9一压力维电器IO-夹紧缸“一工进缸12行程阀13单向调速阀14一调速阀15-溢流阀表7动作电位的mIYA2YA3YA4YA行程阀+明+丽
17、+恸胃+陶+结论：打开IYA时夹紧缸油路三位四通换向阀左位接通，开始进行夹紧动作，待夹紧工件后，触发压力继电器打开3YA,工进缸开始加速进给,过程中触发行程阀使其关闭，油路改变，进行工进运动，工进结束后打开4YA关闭3YA,开始进行快退运动，归位后打开2YA关闭1YA,夹紧缸松开。动作要求满足任务书上要求表8选取的液压元件表序号元件名称型号备注1油箱2滤油器XU-B3XI003叶片泵A1/2Y-HAI0L4直动式溢流阀XB1-255减压阀MRP-026单向阀A1/2Y-HA10L7三位四通换向阀4WE10E209液控单向阀MPA-O2-O510夹索缸YXOOOIIl工作缸YX0212两位两通换
18、向阀WEA-RC23I4013单向调速阀AQF3-E0814调速阀L-H8L15先导式溢流阀YF3-I0B第六章油管及其他的设计计算6.1 计算油管的内径油管内径计算公式D=4.66-1其中：Q：流经油管的流量V：油管内的允许流速D：油管外径由于快速后退时，部分油管中的流量最大，可达47.lL/min,所以要按Q=47.ILZmin进行计算，当压力P在2.516MPa时，取V在8-9ms.取=9ms,则10.1mmD=4.6按手册选油管内径d=10mm。6.2 计算油管的壁厚计算油管的壁厚：按额定压力为6.3MPa计算，取许用应力b=412Xl5pa,其壁厚按照如下公式2l6-2其中5：管道计
19、算壁厚P：设计压力D：油管外径油管壁厚为63105x102412x1050.765mm查机械设计手册选用121的紫铜管。油管接头根据外径取，选择M12l.25G1/8-L公制系列接头。第七章油箱的设计与计算油箱的设计油箱的有效容积根据q估算，由公式V=因，本系统属于低压系统。取3-5,q=24Lmin,V=424=96L,查表取V=100L对于本系统，若把加速、减速的时间算到快进、快退时间之中时，可以得到快进、快退时间:快进快退时间t1=3+4=3+005=0.06minv工进时间旧工U5minv20.02加工时间占循环周期的时间比例:2.5%=98.04%0.05+2.5因此在所设计的系统中
20、，工进阶段在整个工作循环中所占的时间比例达到98.04%,所以系统发热和油液温升可以用工进时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率为P=pq=F=4SIO60.11()36()=0.(X)7kw在工进时，已知泵输入功率1.47kw,得到液压系统单位时间的发热功率.H=7-P=1.47-0.007=1.463k卬根据7-1/T=_.A其中:AZnaX:系统的最大温差（油温）H：系统单位时间的发热功率K”传热系数A：油箱的表面积/T一般在在30-6（TC之间，系统的2T选为40,在系统的散热量中，可以只考虑油箱的散热量（在没有冷却器时），散热系数K在水冷却时取110775.3,取油箱的散热系数4为1
21、50,则油箱的散热表面积为.1473AOO4O2A=0.334M40110第八章经济与安全评估1液压系统成本核算表9非标件成本核算序号零件名称材料数量材料成本（元）加工费用（元）合计价格（元）1油箱Q235-A12CrNi3A160030003600液压缸Q235265020003600总合计表IO标准件成本核算序号零件名称规格型号数量单价（TG）合计价格（元）1叶片泵YBI-2512702702三位四通换向阀4WE10E2022204403滤油器XU-B32X100120204减压阀MRP-0214104105单向阀A1/2Y-HA10L190906直动式溢流阀YF3-20B31153457
22、压力继电器DP1-63B11201208液控单向阀MPA-02-0511141149两位两通换向阀WEA-RC231401363610单向调速阀AQF3-E108220040011调速阀L-H8L116816812先导式溢流阀YF3-10B1150150液压缸2170/120390总合计29532安全评估1.液压系统的使用安全液压系统出现油温过高：(1)散热不良，油箱散热面积不足，油箱储油量太小，致使油液循环太快，冷却器的冷却作用差，如冷却水供应失灵或风扇失灵，周围环境的气温较高等都是导致散热不良的原因。(2)误用粘度太大的油液，引起液压损失过大。(3)油中进入空气或水分，当液压泵把油液转变为
23、压力油时，空气和水分就会助长热量的增加而引起过热。液压系统超压：(D系统中某些部位承受大负载，当与系统安全阀隔离时，如液压锁与油缸之间的管路，静止承受重物时，若遇冲击可能导致超压、油管爆裂。(2)不注意油液清洁，未安装滤油器，或单独设清洁循环系统，未定期更换油液，安全阀尤其是先导式溢流阀内部小孔被堵塞。(4)对于粘度较大的液压油，冬季使用时，环境气温低，每天初次开机运行时,油液温度比正常工作温度低许多，相应地粘度也大许多，在正常工作温度下设置好开启压力的安全阀，此时的开启压力往往高出该设置值。(5)蓄能器入口最好单独装安全阀，为了不影响正常工作，其开启压力可以设置得比系统安全阀高一些，保证蓄能
24、器及入口管路的安全即可。2.环境安全电气短路、漏电、触电。固定式液压设备往往安装在车间或实验室内，以电能和电动机作为动力源，配电柜和电机启动柜为强电系统，液压系统的控制台为弱电系统，要尽量避免弱电与强电混装在一起，引起触电事故;要保证电机和液压系统的机械壳体可靠接地，配电柜最好配漏电保护器;配电柜和电机启动柜的强电触点容易打火，应避免可燃气体进入;要避免导电体搭接在强电导体之间；定期检查路保护装置。高速运动部件。最常见的是拖动液压泵的电动机，常用通用联轴器连接电机和泵，联轴器一般要用壳子罩住，防止硬物飞出以及操作人员不小心碰触旋转的联轴器。再者如齿轮变速箱等也需要注意。参考文献1杨培元、朱福元
25、.液压系统设计简明手册.机械工业出版社。2屈圭编.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，20023张群生.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，20044李鄂民.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，20045张德明.液压平衡回路应用实例分析J.液压气动与密封，2007,(6)6章宏甲.金属钻削机床液压传动.江苏科学技术出版社7雷天觉.新编液压工程手册.北京理工大学出版社8周士昌.液压系统设计图集.机械工业出版社9范士娟，杨超.液压系统故隙诊断方法综述J.机床与液压,200910黄长征，谭建平.液压系统建模和仿真技术现状及发展趋势J.韶关学院学报，200911张哲.浅谈机床液压系统的维护与保养LJ.张家口职业技术学院学报,200912张哲.探讨机床液压系统的维护与保养J.液压气动与密封,200913范士娟，杨超.液压系统故障智能诊断技术现状与发展趋势J.液压与气动，201014陈辉.数控机床液压系统常见故障分析及诊断方法J.林业机械与木工设备,2013
