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1、工程学院机械系课程设计液压与气压传动课程设计学生姓名：XX学号：20174023654年级：2017级指导教师：XXX所在学院：工程学院专业：机械设计制造及其自动化2019年11月目录1、设计任务及工况分析31.1 题目31.2 要求31.3 执行元件的工况分析42、执行元件主要参数的确定62.1初选执行元件的工作压力62.2确定执行元件的主要结构参数62.3、计算液压缸的工作压力、流量和功率112.4执行元件的工况图142.5液压缸结构示意图153、系统原理图的拟定154、原件的计算和选择174.1动力原件的选择174.2阀类原件的选择195、系统性能验算19设计总结20参考文献21设计计算
2、过程1、设计任务及工况分析1.1题目该系统三个液压缸，分别完成钻削（快进、工进、快退）、夹紧工件（加紧、松开）、工件定位（定位、拔销）。其工作循环为:定位夹紧一快进一工进一快退一拔销松开一原位卸荷。总轴切削阻力为29500N,运动部件重量为2300Kg;快进快退速度为6mmin,工进速度为50mmmin,工进行程为80mm,快进行成为120mm,夹紧、减速时间大约0.2s,滑台在导轨面上的法向作用力为175ON,往复加速（减速）时间为0.05s,夹紧时间为1到2秒。夹紧缸行程长度为15mm。采用水平方放置的平导轨，静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1.1.2要求一、在明确课程设计的基础上，应
3、完成：（1）、工况分析；拟定满足工作循环要求的液压系统原理图（进行方案论证及方案比较）；在确定的系统主要参数的基础上，选择液压泵、驱动电机及主要液压控制元件；验算系统性能。（2）、完成液压缸结构设计及相关计算。（3）、绘制液压工作系统图（包括元件一览表和电磁阀动作表等。）（4）、完成课程设计书。系统设计参数如表1所示，动力滑台采用平面导轨，其静摩擦、动摩擦系数分别为fs=0.2,ftl=0.其主要设计参数如表下表参数数值切削阻力（N）29500N滑台自重（N）2300kg快进快退速度（mmin）6mmin工进速度（mmmin）50unmin最大行程（mm）120mm工进行程（mm）80mm启动
4、换向时间（三）0.05液压缸机械效率0.91.3执行元件的工况分析（1）确定执行元件多轴组合钻床的工作特点要求液压系统主要完成直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。（2）动力分析在对液压系统进行工况分析是，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。（3）工作负载FW工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载。对于组合机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削即为工作负载。工作负载FW与液压缸运动方向相反是为正值，方向相同时为负值（如顺铳加工的切削力）。工作负载可能是恒定值，也可能是随时间变化的，其大小需根本具体情况进行计算
5、，有时还要通过对样机进行实测来确定。(4)负载分析：工作负载：切削阻力己知Fp=29500N摩擦阻力:机床工作部总重量为G=mg=2300X9.8=22540N取静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1,贝hFS=0.222540=4508NFK=0.122540=2254N惯性阻力：最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知加速、减速时间最大为0.05s,工作台最大移动速度，即快进、快退速度为6mmin,因此惯性负载可表示为：动力滑台启动加速，反向启动加速和快退减速制动的加速度绝对值相等，即u=0.1m/s,t=0.05m/s,
6、6Gvv、F=-=n=2300X黑=766V(t=0.3S)gtt0.3由于动力滑台为卧式装置，所以不考虑重力负载。关于液压缸内部密封装置摩擦阻力Fm的影响，计入液压缸的机械效率中。液压缸在工作过程各阶段的负载为：F快进或快退阶段z、1/Gu1=(Fs+K)=fsG+一丁一cmVgcm1=(0.222540+766)X=5274/VF=IL=X0.122540=-=2504/V启动加速阶段工进阶段_FW+Ff_FW+ffilcm1Icm29500+0.122540=09=35282/V将液压缸在各阶段的速度和负载值列在表1中。表1液压缸在各阶段的速度和负载值工进阶段速度v/(ms)负载F/N启
7、动加速5274快进0.12504工进0.00835282快退0.125042、执行元件主要参数的确定2.1初选执行元件的工作压力由负载值查表，参考同类型组合机床，取液压缸工作压力P为3Mpa2.2确定执行元件的主要结构参数(1)、液压缸主要结构尺寸的确定由表1看出，最大负载为工进阶段的负载F=35202N,则有：4352823.143IO6=12.2410-2m由于工作进给速度与快速运动速差别较大，且设计要求中给出的快进、快退速度相等，从降低总流量需求考虑，应确实采用单作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随
8、滑台运动的常用典型安装形式。在这种情况下，液压缸应设计成无杆腔的工作面积Al是有杆腔工作面积4的2倍的形式,查机械手册，按液压缸内径系列将以上计算值圆整为标准直径，取D=125mm。为了实现快进速度和快退速度相等，采用差动连接，则d=0.707D,所以d=0.707X125=88mm。同样圆整成标准系列活塞杆直径，取d=90mm。由于D=125mm,d=90mmo确定缸筒壁厚油管壁厚一般不需计算，根据选用的管材和管内径查液压传动手册的有关表格得管的壁厚0选用14mmX12mm冷拔无缝钢管。其它油管按元件连接口尺寸决定尺寸，测压管选用4mmX3mm紫铜管或铝管。管接头选用卡套式管接头，其规格按油
9、管通径选取。算出液压缸无杆腔有效作用面积Al和有杆腔有效作用面积A2,活塞杆面积A3o3.14QoAl=-D2=1252=122.7cm244Ti314A2=(D2-d2)=矍(1252-902)=59.Iczn2o3.14ooA3=-d2=X902=63.59cz112J44(2)最低稳定的速度验算。最低速度为工进时u=50znn7ni7i,工进采用无杆腔进油，单向行程调速阀调速，差的最小稳定的流量Qmin=0lLmW,则、Qmin_SlAlN=一min50=0.002t112=20cm2A2100.0025一所以本设计的液压缸采用薄壁缸。式中：一一薄壁筒壁厚；S缸筒材料的许用应力，B=Bn
10、,Eb为材料的抗拉强度，n为安全系数,当为薄壁缸时n取5；P一钢筒内液体或气体的工作压力。(4)活塞杆的稳定计算：活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当此轴向力达到临界值F、时，会出现压杆不稳定现象，临界值F、的大小与活塞杆长度和直径，以及缸的安装方式等因素有关。只有当活塞杆计算长度L210d时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。所以本设计不必进行活塞杆的稳定校核。(5)缸缓冲装置的设计：三角槽式节流缓冲装置，它是利用被封闭液体的节流产生的液压阻力来缓冲的。本设计在缓冲柱塞上开轴向三角槽，或采用锥角为5。5。的锥面缓冲柱塞，以缓和最大缓冲压力。缸盖厚度的设计：一般液压缸多为平底缸盖有孔时t0.
11、433D2.唇无孔时t0.433D2式中t缸盖有效厚度(m)；D2缸盖止口内径(m)；d0缸盖孔的直径(m)o在本设计中有孔t0.433D2J=0.433125=20mm(6)缸体与缸盖的连接形式设计缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。主要连接形式有法兰连接、螺纹连接、半环连接。a法兰连接优点：(1)结构简单、成本低容易加工、便于装拆强度较大、能承受高压缺点：(1)径向尺寸较大(2)重量比螺纹连接的大(3)用钢管焊上法兰、工艺过程复杂些b螺纹连接优点：(1)外形尺寸小(2)重量较轻缺点：端部结构复杂、工艺要求较高；装拆时需用专用工具；拧端盖易损坏密封圈。C半环连接优点
12、：结构较简单；加工装配方便缺点：外形尺寸大；缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度比较各连接形式，本设计中选取螺纹连接的形式。(7)活塞杆与活塞的连接结构设计活塞杆与活塞的连接结构有几种常用的形式，分整体式结构和组合式结构。组合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。整体式结构：结构简单，适用于缸径较小的液压缸螺纹连接：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。半环连接：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合d锥销连接：结构可靠，用锥销连接销孔必须配较，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合。由
13、于本设计是组合机床用的液压缸，根据螺纹连接多用于组合机床的叙述，选用螺纹连接的活塞杆与活塞的连接结构。(8)活塞杆导向部分的结构设计活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套结构。a端盖直接导向：端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能更换整个缸盖；盖与杆的密封常用。型，Y型等密封圈；防尘圈用无骨架的防尘圈。b导向套导向：导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料；盖与杆的密封常用Y型等密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸;防尘方式常用J型或三角形防尘装置。
14、由于密封圈的是选用O形圈的密封类型，常于O形圈配合导向套结构为端盖直接导向，因此本设计选用端盖直接导向的导向部分结构。(9)活塞及活塞杆处的密封圈的选用设计活塞及活塞杆处的密封圈的选用，根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。常用的密封圈类型有O形圈、Y形圈、V型和活塞环。O形圈的结构简单，密封性好，安装空间小，摩擦力小，易于制造，所以应用较广，但运动速度不能太大。Y形圈适用于压力在20MPa以下、往返速度较高的液压缸，密封性能可靠。V形圈耐高压性能好，耐久性也好，缺点是安装空间大，调整困难，摩擦阻力大，只适用于运动速度较低的液压缸。活塞环寿命长，不容易损坏
15、，常常用在不便于拆卸的液压缸中，缺点是泄漏较大，必须成组使用，加工工艺比较复杂，所以成本较高。(10)液压缸主要零件的材料缸体无缝钢管45钢无缝钢管作缸体毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周期断，是与大批量生产，标准液压缸大部分都采用无缝钢管，一般常用调质的45号钢。活塞铸铁HT200活塞常用材料灰铸铁，耐磨铸铁、35及40钢和铝合金等。缸径较小的整体式活塞用35、45钢，其他多用灰铸铁。活塞杆45钢活塞杆常使用35、45钢等材料。对于冲击震动很大的活塞杆，也可以使用55钢。一般实心的活塞杆用35、45钢。前缸盖35钢缸盖常用35、45钢的短剑或铸造毛坯，也可以使用铸铁材料。后缸盖铸铁HT2
16、00缸盖常用35、45钢的短剑或铸造毛坯，也可以使用灰铸铁材料。起导向作用时则用铸铁。2.3、计算液压缸的工作压力、流量和功率(1)、计算工作压力根据查表，本系统的背压估计值可在050.8Mpa范围内取，故暂定：工进时Pb=O8MPq,快速运动时Pb=O.5MP0。液压在工作循环个阶段的工作压力pi，即可按式计算：差动进给阶段：FA2PLm+不兀外2504(59.10.5X106104=(122.7-59.1)10-4+(122.7-59.1)10-4=0.86IO6MPa=0.86MPa工作进给阶段：FiA235282(59.10.8104IO61+APb=122.7104.122.7104
17、=3.26IO6MPa=3.26MPa快速退回阶段：FA12504122.70.5X10-4XIO6PL用+用Pb-59.1XIOT+59.1XKT，=1.46IO6MPa=IAGMPa(2)、计算液压缸的输入流量合组机床工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接如图下所示，因快进快退速度V=0.1ms,最大工进速度V?=0.008ms,则液压缸各阶段的输入流量为：快进阶段q1=(1-2)v1=(122.7-59.1)104X0.1=0.64103m?/s38.4L/min工进阶段q1=A2V2=122.7IOTX0.0008=0.98105m3s0.59L/min快退阶段q1=k42v2=59.
18、1IO-4X0.1=0.59103n3s=35.46L/min(3)、计算液压缸的输入功率快进阶段P=Plql=0.68IO6X0.64X103=435.2W=OASklV工进阶段P=PIql=3.26IO6X0.98XIO-5=31.95W=0.032kW快退阶段P=PIql=1.46IO60.59XIO-3=861.4W=0.86/clV液压缸的差动连接方式将计算的压力、流量和功率值列于表2表2液压缸在个工作阶段的压力、流量和功率值工作阶段工作压力P/MP输入流量ql(L/min)输出功率P/kW快速进给0.8638.40.45工作进给3.260.590.032快退1.4635.460.8
19、62.4执行元件的工况图P/MPa八96-5 OO! I W012t/s2q/ (L/min)个3、系统原理图的拟定确定供油方式液压泵的结构形式依据初定系统压力来选择，当pV21MPa时，选用齿轮泵和叶片泵。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;从节省能量、减少发热考虑，应当选用一个限压式变量叶片泵，并且可以配合调速阀构成容积节流调速I川路。调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铳削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积节流调速回路。这种调速
20、回路具有效率高、发热小和速度调节范围大的特点，并且调速阀装在回油路上.具有承受切削力的能力。速度环节方式的选择本系统用电磁阀的快慢速换接回路,它的特点是结构简单、调节行程比较方便,阀的安装也较容易，控制系统简单，但速度换接的平稳性较差，在专用铳床中能够适用。压力控制回路的选择在机床中的夹紧机构必须按固定的顺序运动，此处本系统选择使用压力控制回路。此回路较好的应用了液压控制系统中压力的特点，能够保证系统的可靠性。此回路在顺序阀的控制下可以实现先加紧，再工作，加工结束，再松开的加工顺序，符合车床工作特点。快速进给与快速退回在机床中要求加工效率，所以在刀具的进给和退回需要速度尽量快，此处选接。1；E
21、IiZ於S+4、原件的计算和选择4.1动力原件的选择(1)、选择液压泵由表2可知，快退工作压力最大，如果取进油路总的压力损失p1=0.5MP0,则液压泵最高工作压力可按式PPpi+XApi计算。Pl-执行元件的最高工作压力；E从液压泵出口到执行元件入之间总的压力损失。PpPi+WAPl=146+0.5=1.96MPQ所以，液压泵的额定压力可以取为(1.96+1.9625%)=2.45MPa(2)、确定液压泵的最大供油量Qp作七WQmax式中：自-系统的泄漏修正系数，一般取自二1.11.3,大流量取小值，小流量取大值；qz三%同时的动作各执行元件所需流量值和的最大值，对于工作始终需要溢流的系统，
22、尚需加上溢流阀的最小流量，溢流阀的最小流量可取额定流量的10机快进快退时泵的流量为：qpfc1q1=1.138.4=42.2L/min工进时泵的流量：qpc1q1=1.1X0.59=0.65L/min考虑到节流阀调速系统中溢流阀的性能特点，尚需加上溢流阀稳定工作的最小溢流量，一般取为3Lnin,所以小流量泵的流量为：qp=(0.65+3)=3.65L/min查产品样本，选用小泵匕=3.66mLrf大泵排量为匕=60znZ的限压式变量泵。其额定转速为n=960r/min,容积效率=0.9,则小泵流量为：Qpl=V1nxpv=3.66103X960=3.5L/min所需大流量泵的流量为：qp2=(
23、42.23.5)=38.5L/min而大泵的额定流量为：qp2=K2npv=60103X960X0.9=51.84L/min由于9pi+Qp2=35+51.84=55.3L/min42,2L/min,可以满足要求。故本系统选用一台YBl-32限压式变量泵。由表2可见，快退阶段的功率最大，故按快退阶段估算电动机的功率。若取快退时进油路的压力损失Ap=02MP0,液压泵的总效率为TlP=O85,则电动机的功率为：D_(Pp+EAp)qpP=一一_(1.46+0.2)XIO6(3.5+51.84)103600.85=1804W查电动机产品样本，选用YeIoOLT4型异步电动机，P=2.2kW,n=2
24、800rmino4.2阀类原件的选择根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量,选择各种液压元件和辅助元件的规格。液压元件说明序号原件名称通过流量q/(Lmin)型号规格厂家1限压式变量泵55.3YB1-32德尔特2单向阀55.3DXFlO-G昌林3三位五通换向阀51.8435D1-63BH福力得4两位四通换向阀51.8424D1-63BH温纳5溢流阀3.5Y25B无锡江南6过滤器55.3XU-B40100兴华7调速阀MK-IOG华德液压8液压缸H5G齐鑫9压力表K-6B德尔特5、系统性能验算由于态收压系统比较简单,压力损失验算可以忽略。又由于系统采用双泵供油方式,在液压缸工进阶段，大流量泵卸荷，
25、.功率使用合理：同时油箱容量已选取较大值.系统发热温升不大皮不必进行系统温升的验算。设计总结液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。液压系统可分为两类：液压传动系统和液压控制系统。液压传动系统以传递动力和运动为主要功能。液压控制系统则要使液压系统输出满足特定的性能要求（特别是动态性能）,通常所说的液压系统主要指液压传动系统。经过近周的努力，终于有了成果，完成了此次课程设计，再一次系统性的学习了有关液压方面的知识，此次课程设计，感触良多，收获颇丰。通过这次课程设计，让我再一次切身体验了课程设计的基本模式和
26、相关流程。在这次课程设计中，我学会了怎样根据老师所给的题目去构思，收集和整理设计中所需要的资料。在这些日子里，我都夜以继日的演算相关数据，在参考书上寻找参考资料，使我真正地尝试到了作为-一名设计者的辛酸与喜悦。通过本次课程设计，我将理论知识与实际设计相结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何综合去运用所学的知识，使我对所学的知识有了更加深刻的认识和了解，让我受益匪浅。设计是一个庞大而复杂的系统工程，单枪匹马是很难顺利完成任务的，这就要求我要有合理的分工,将一一个个复杂的问题分解成-一个个小问题，然后再各个击破，只有这样才能设计出很实用的产品，同时也可以大大提高工作效率。这样才能真正的学到很
27、多我平时接触不到的知识。从设计过程中，我复习了以前学过的知识，了解到了很多很多课本上学习不到的知识，更加的丰富了自己的知识领域。并且CAXA的画图水平有所提高，对Festo有了一些初步的认识，学会了一些基本的操作。Word输入、排版的技巧也有所掌握,这些应该是我最大的收获。设计是一个系统性的工程，越做到后面，越发现自己知识的局限性，在今后的学习中，还得加紧学习。参考文献1液压与气压传动2液压系统设计简明手册3液压与气压传动左键明主编机械工业出版社杨培元、朱福元主编 机械工业出版社张群生主编机械工业出版社4陈启松.液压传动与控制手册M.上海:上海科学技术出版社，20065成大先.机械设计手册单行本液压传动.北京:化学工业出版社,200422
