液壓與氣壓傳動課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目 雙面銑床 專業(yè)班級 * 姓 名 * 學(xué) 號 * 指導(dǎo)老師 * 目錄一、設(shè)計要求及數(shù)據(jù)3二、工況分析31.外負(fù)載42.阻力負(fù)載53.慣性負(fù)載5三、初步確定油缸參數(shù)，繪制工況圖81、初選油缸的工作壓力、82、計算油缸尺寸93、油缸各工況的壓力、流量、功率的計算10四、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖131.確定油源及調(diào)速方式132.選擇基本回路143.選擇調(diào)壓回路15五、選擇液壓元?dú)饧?61.液壓泵的選擇162.閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇183.確定油管直徑19六、驗算液壓系統(tǒng)性能20七、參考文獻(xiàn)：21一、設(shè)計要求及數(shù)據(jù)題目2： 一臺專用雙面銑床，最大的切削力為8000N，工作臺、夾具和行程的總重量3500N，工件的總重量為1600N，工作臺最大行程為600mm，其中工進(jìn)行程為350mm。工作臺的快進(jìn)速度為4m/min，工進(jìn)速度在50100mm/min范圍內(nèi)無級調(diào)速。工作臺往復(fù)運(yùn)動的啟制（加速減速時間）為0.05s，工作臺快退速度等于快進(jìn)速度，滑臺采用平面導(dǎo)軌。靜摩擦系數(shù)為0.2s，動摩擦系數(shù)為0.1。（夾緊力大于等于最大靜摩擦力） 機(jī)床的工作循環(huán)為：工作定位工件夾緊工作臺快進(jìn)工作臺工進(jìn)加工到位后停留快退原位停止工件松開定位銷拔出。 要求系統(tǒng)采用電液結(jié)合實現(xiàn)自動化循環(huán)，速度換接無沖擊，且速度要平穩(wěn)，能承受一定量的反向負(fù)載。 試完成：（1） 按機(jī)床要求設(shè)計液壓系統(tǒng)，繪制液壓系統(tǒng)圖；（A3手繪）（2） 確定夾緊缸、主工作液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)；（3） 計算系統(tǒng)各參數(shù)，選擇液壓元件型號，列出元件明細(xì)表；（4） 列出設(shè)計系統(tǒng)中的電磁鐵動作順序表。最大切削力工作臺、夾具的總重量快進(jìn)速度工件重量題目28000N3500N4m/min1600N題目39100N4100N5m/min1900 N題目49200N4200N5.5m/min2000 N題目59300N4300N6 m/min2100N題目67000N3000N4.5m/min1500N二、工況分析液壓系統(tǒng)的工況分析是指對液壓執(zhí)行元件進(jìn)行運(yùn)動分析和負(fù)載分析，目的是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的流量、壓力、功率的變化規(guī)律，作為擬定液壓系統(tǒng)方案，確定系統(tǒng)主要參數(shù)（壓力和流量）的依據(jù)。負(fù)載分析1.外負(fù)載 其中表示最大切削力。對于專用銑床銑削時銑刀所承受的主切削力大?。▎挝籒）為：式中 P 單位切削力（） f 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） 背吃刀量（mm）下面將進(jìn)行具體參數(shù)的計算：由公式 可得 （其中表示每分鐘進(jìn)給速度，n表示銑刀的轉(zhuǎn)速）由設(shè)計依據(jù)可知 n=300r/min ，工進(jìn)速度=50100mm/min，故我們?nèi)?90mm/min。 對于單位切削力P，由以下的常用金屬材料的單位切削力表可得，我們選P=2000。類別材料牌號單位切削力P（） 鋼易切鋼Y40Mn1700結(jié)構(gòu)鋼452000結(jié)構(gòu)鋼40Cr不銹鋼1Cr17Ni92500 鑄鐵灰鑄鐵HT2001140鑄造合金鑄造錫青銅ZcuSn5Pb5Zn5700鑄造鋁合金ZALSn7Mg720對于銑削背吃刀量,我們選用硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計算手冊可得，取。根據(jù)以上的公式 可得：因為8000<=9000N，所以選取的合適2.阻力負(fù)載靜摩擦力： 其中 靜摩擦力N G1、G2工作臺及工件的重量N 靜摩擦系數(shù)由設(shè)計依據(jù)可得：動摩擦力 其中 動摩擦力N 動摩擦系數(shù)同理可得： 3.慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=（G1+G2）/g=6400/9.81=652.40kg 慣性力Fm=ma=652.40x5/(60x0.1)=543.66 其中：a執(zhí)行元件加速度 m/s 執(zhí)行元件末速度 m/s 執(zhí)行元件初速度m/s 執(zhí)行元件加速時間s因此，執(zhí)行元件在各動作階段中負(fù)載計算如下表所示：工況油缸負(fù)載（N）負(fù)載值（N）啟動1280加速1183.66快進(jìn)640工進(jìn)9640快退640按上表的數(shù)值繪制負(fù)載如圖所示。 對于速度而言，設(shè)計依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說明，所以按照設(shè)計依據(jù)繪制如下：三、初步確定油缸參數(shù)，繪制工況圖1、初選油缸的工作壓力、 由上可以知道，銑床的最大負(fù)載F=3580N，根據(jù)下表可得： 表 按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/（kN）<5 5101020 20303050>50工作壓力（Mpa）<0.811.522.533445>=57選系統(tǒng)的工作壓力P1=2Mpa。 由設(shè)計要求可知，導(dǎo)軌要求快進(jìn)、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進(jìn)時采用差動連接，且液壓缸活塞桿直徑d0.7D?？爝M(jìn)和工進(jìn)的速度換接用三位四通電磁閥來實現(xiàn)。 銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流加背壓閥的調(diào)速回路，所以回油路上具有背壓，取背壓=0.5Mpa。 2、計算油缸尺寸可根據(jù)油缸的結(jié)構(gòu)及連接方式計算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計算出后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，然后再計算油缸的面積：此時由工進(jìn)時的負(fù)載值按計算公式計算液壓缸面積： 在將這些直徑按照國標(biāo)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得：D=0.06m, d=0.04m由此就求得液壓缸兩腔的實際有效面積為3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計算（1）、工進(jìn)時油缸需要的流量 A1:工進(jìn)時油壓作用的面積工進(jìn)時油缸的速度 (2)、快進(jìn)時油缸需要的流量 差動連接時： A1、A2分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積 U快進(jìn)油缸快進(jìn)時的速度(3)、快退時油缸需要的流量 U快退油缸退回時的速度,(4)、工進(jìn)時油缸的壓力 P2為工進(jìn)時回油腔的背壓,上面已經(jīng)選取為（5）、快進(jìn)時油缸壓力 這里：F分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。表示管路中壓力損失大小，這里我們?nèi)≈禐?。?）、快退時油缸壓力 F分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。P2的值為油缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量、功率實際值如表2所示：表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況負(fù)載F/N回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量q/輸入功率P/kW快進(jìn)(差動)啟動116000.96 加速10731.26 快進(jìn)5800.860.00630.09 工進(jìn)85800.51.600.00080.021快退啟動116000.77加速10730.51.61快退5801.280.00780.166由以上所計算的數(shù)據(jù)我們繪制出工況圖如下所示：四、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖1.確定油源及調(diào)速方式由以上的計算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負(fù)載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速方式，并選用開式循環(huán)。 從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進(jìn)和快進(jìn)的過程中，所需流量差別較小。故我們選用定量單液壓泵供油。2.選擇基本回路1.選擇換向回路及速度換接方式 由設(shè)計依據(jù)可以知道，設(shè)計過程中不考慮工件夾緊這一工序，并且從快進(jìn)到工進(jìn)時，輸入液壓缸的流量從6.3L/min降到0.8L/min，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來實現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實現(xiàn)工作臺的自動啟動和換向。同時為了實現(xiàn)工作臺能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機(jī)能的三位四通閥，如下圖所示： 由于要求工作臺快進(jìn)與快退速度相等，故快進(jìn)時采用差動連接來實現(xiàn)快速運(yùn)動回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d0.7D。3.選擇調(diào)壓回路 設(shè)計過程中，在油源中采用溢流閥來調(diào)定系統(tǒng)的工作壓力，因此調(diào)壓問題基本上已經(jīng)在油源中解決，無須在另外設(shè)置調(diào)壓系統(tǒng)。這里的溢流閥同時還能起到安全閥的作用。1、 組合成液壓系統(tǒng)圖 將上面所選的液壓基本回路組合在一起，便可得到以下的液壓系統(tǒng)原理圖。同時電磁鐵的動作順序表如下： 表3液壓專用銑床電磁鐵動作順序表 工序1Y2Y3Y4Y5YYJ 工作缸快進(jìn)+工作缸工進(jìn)+ +工作缸快退+ + 圖4 專用銑床液壓系統(tǒng)原理圖 1-油箱；2-過濾器；3-葉片泵；4-溢流閥；5-三位四通電磁換向閥;6-單向調(diào)速閥；7-兩位三通電磁換向閥；8-工作缸；9-壓力繼電器五、選擇液壓元?dú)饧?.液壓泵的選擇 由以上的設(shè)計可以得到，液壓缸在整個工作過程中的最大壓力是，如取進(jìn)油路上的壓力損失為，則此時液壓泵的最大工作壓力是。 由以上的計算可得，液壓泵提供的最大流量是,因為系統(tǒng)較為簡單，取泄漏系數(shù)，則兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為： 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為，而工進(jìn)時輸入到液壓缸的流量是，由流量液壓泵單獨(dú)供油，所以液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為。根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱機(jī)械設(shè)計手冊，最后選用型單葉片液壓泵，其排量大小為,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為時，該液壓泵的理論流量為。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實際流量大小為： 由于由以上的計算過程中，我們知道了液壓缸在快退時的輸入功率最大，此時液壓泵的工作壓力是（進(jìn)油路上的壓力損失），流量為，查表可得，取液壓泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動電機(jī)所需的功率為 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機(jī)械設(shè)計手冊選用Y801型電動機(jī)，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為。2.閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇表4 元?dú)饧男吞柤耙?guī)格 根據(jù)閥類及輔助元?dú)饧谟吐返淖畲蠊ぷ鲏毫屯ㄟ^的最大實際流量，可選擇這些器件的型號和規(guī)格如下表： 序號元件名稱額定流量（）額定壓力()質(zhì)量()型號1單葉片泵9.26.35.52三位四通電磁閥256.33二位三通電磁閥256.3 4單向調(diào)速閥0.05（最?。?.5-6.33.2QI-10B5溢流閥200.4-6.31.7Y-10B6壓力繼電器 1.0-6.30.7DP1-63B7濾油器 162.50.18XU-B16X1008開關(guān)閥256.322D-25B3.確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)、出流量已與原來的數(shù)值不同，所以要重新計算，計算如下表4所示：表5 液壓缸的進(jìn)出、流量快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量（L/min）輸出流量(L/min)運(yùn)動速度(m/min)由上表中的數(shù)值，按照書中推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 兩根油管按YB23164選用外徑為13mm，壁厚為1.2mm的冷拔無縫鋼管。（一） 油箱的設(shè)計對油箱容積我們進(jìn)行估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，故其容積為： 取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值V=50L六、驗算液壓系統(tǒng)性能 油液溫升的驗算工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例是很長的，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時的工況來計算。工進(jìn)時液壓缸的有效功率是 由以上的計算可知，液壓泵在工進(jìn)時的工作壓力為( 進(jìn)油路上的壓力損失),流量為6.8L/min,所以液壓泵的輸入功率為： 所以可得，液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為： 油箱的散熱面積為： 查表可得油箱的散熱系數(shù),則可得油液的溫升為： 查表知，此溫升值沒有超出允許范圍，故液壓系統(tǒng)不需要設(shè)置冷卻器。 七、參考文獻(xiàn)： 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊第4版 高等教育出版社液壓與氣壓傳動 高等教育出版社