液压与气动技术课程设计(卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统).doc

目 录 组合机床工况分析 3第2章 液压缸的主要参数的确定 4 第3章 拟定液压系统图 6 第4章 液压缸的机构设计 8 设计总结 12 参考资料 13 附录A液压系统原理图 附录B 液压缸结第1章 组合机床工况分析负载分析 工作负载：高速钻头钻铸铁空时的轴向切削力Ft与钻头直径D，每转进给量s（以mm/r计）和铸件硬度HB之间的经验算式为 根据组合机床加工特点，钻孔时的主转速n和每转进给量s可选下列数值：对直径13.9的孔来说 360r/min，=0.147mm/r对直径8.5的孔来说 =550r/min，=0.096mm/r带入公式得： （14x25.5x13.9xx+2x25.5x8.5x）N =30468N2）惯性负载 =(G/g)(V/t)=(9500/9.81)(7.8/(60/0.236)=533.4N3) 阻力分析 静摩擦分析 =0.18X9500N=1710N 动摩擦分析 =0.12X9500N=1140N液压缸的机械效率取0.9，由此得出液压缸在各工作的负载如下表：工况负载组成负载值 F/N推力 F*/N启动F =1710N1900N加速F = + 2243.4N2492.7N快进F =11401266.7N工进F =+ 31608N35120N快退F=11401266/7N负载图和速度图的绘制 负载图上按上面数值绘制，如下图A所示。速度图按已知数值 V1=V3=7.8m/min、L1=95mm、L2=70 mm、快退行程L3=L2+L2=165mm和工进速度V2等绘制。如图B所示。其中V2有主轴转速及每转进给量求出，即 V2=53mm/min v/m/min7.8 F/N351200.0535010015019002492L/mm1266.7050100150-1266.7L/mm-7.8图A图第2章 液压缸的主要参数的确定由表 1.0可知，组合机床液压系统在最大负载35000N时宜取P14Mpa。液压缸工作负载500050001000010000200002000030000300004000050000液压缸工作压力0.811.522.533446710 表1.0 鉴于动力滑台要求快进快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时做差动连接。这种情况下液压缸无杆腔面积为A1取为有杆腔工作面积的两倍，即活塞杆直径d 与缸筒D成d0.707D的关系。 在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，取p20.8Mpa，以防空杯钻通时滑台突然前冲。快进时液压缸虽然差动连接，单由于油管中有压降p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时p约等于0.5Mpa。快退时会有腔中有背压的，这时p2亦可按0.5Mpa估算。 由工进时的推力计算液压缸面积：F/=A1P1 A2P2=A1P1-(A1/2)P2故有 A1=（F/）/(P1-P2/2)=(35120)/(4 0.8/2)=0.0098=98 D= =11.12 d=0.707D=7.86当按GB 2348-80 将这些直径圆整成就将近标准值时得：D=11 ,d8。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1=3.14/4=95.03,A2=3.14(- )/444.77。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如表 2.0所示，并据此绘出工况图C所示：表2.0 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力P2/Mpa进油腔压力P1/Mpa输入流量Q/(L/min)输入功率P/kw计算式快进（差动）启动1900NP2=00.434-P1=(F+A2S2)/(A1-A2)Q=(A1-A2)V1P=P1Q1回速2492.7NP2=P1+P0.791-恒速1266.7N0.62235.190.39工进35120N0.84.0540.50.034P1=(F+P2A2)Q=A1V2P=P1Q启动1900NP2=00.487-P1=(F+P2A1)/A2Q=A2V2P=P1Q快退回速2492.7N0.51.45-恒速1266.7N1.30531.340.68第3章 拟定液压系统图3.1 选择液压回路(1)调速方式的选择 液压系统的调速方式可分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三种形式。由工况得知，该液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进油路节流调速回路，为防止钻通孔时负载突然消失引起运动部件的前冲现象，在回油路上加背压阀。(2)液压泵形式的选择 系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量的时间之比。根据该情况，本方案决定采用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。(3)速度换接方式的选择 因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。动作可靠，转换精度较高。(4)快速回路与工进转快退控制方式的选择 为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。(5)调压和卸荷回路的选择 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。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。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。(6)夹紧油路的选择夹紧油路中串接减压阀，可根据工件夹紧力的需要调节并稳定其压力，即使主油路压力低于减压阀所调压力，因为有单向阀的存在，夹紧系统也能维持其压力(保压)。二位四通电磁换向阀的常态位置是夹紧工件，保证了操作安全可靠。3.2组成系统系统原理图3.3 液压系统工作分析工件夹紧： 电液换向阀处于中位状态，液压泵输出的压力油进入夹紧缸的左腔，右腔回油，活塞杆向右移动，将工件夹紧。夹紧后，液压缸左腔的压力升高，当油压超过压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号指令使电磁铁1YA通电，液压缸8动作。快速前进： 电磁铁1YA通电，电液换向阀左位接入系统，溢流阀17因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸8作差动连接，液压泵18输出最大量。系统中油液流动的情况为： 进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（左位）行程阀7（左位）液压缸8左腔 回油路：液压缸8右腔换向阀10（左位）单向阀3行程阀7（左位）液压缸8左腔工进阶段：工进在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀7时开始，这时系统压力升高，溢流阀17打开，液压泵单泵供油，系统中油液流动情况为： 进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（左位）调速阀4液压缸8左腔 回油路：液压缸8右腔换向阀10（左位）溢流阀2顺序阀1油箱停留阶段： 停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始，并在系统压力进一步升高，压力继电器9发出信号后终止。快退阶段：快退在压力继电器9发出信号后，电磁铁1YA断电、2YA通电时开始，这时系统压力下降，液压泵供油量增加，系统中油液的流动情况为： 进油路：液压泵18单向阀16换向阀10（右位）液压缸8右腔 回油路：液压缸8左腔单向阀6换向阀12（右位）油箱松开 ： 松开在挡块压下终点开关时3YA通电，夹紧缸松开。其油液流动情况为： 进油路：液压泵18单向阀16减压阀15单向阀14换向阀13（右位）夹紧缸右腔 回油路：夹紧缸左腔换向阀13（右位）油箱停止 停止在滑台快速退回到原位，挡块压下终点开关，电磁铁2YA断电、换向阀10处于中位，液压泵卸荷，滑台停止运动。 油路：液压泵18单向阀16换向阀10（中位）油箱第四章 液压缸的机构设计4.1 为满足本题目中液压系统 快进工进快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸。1）液压缸的组成：液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。2）液压缸组件的连接方式：缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导套的结构，以及密封、防尘、锁紧装置等。 3）活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择O型的密封 圈。4）液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。5）液压缸排气装置 对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。6）密封装置的选择选0形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点。4.2 液压缸设计需要注意的事项 1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。 3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。 4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。4.3 液压缸主要零件的材料和技术要求 1）缸体 材料-灰铸铁: HT200,HT350。 粗糙度-液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.2 0.4um 技术要求：a内径用H8-H9的配合 b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度 2）缸盖 材料-35钢 粗糙度-导向表面粗糙度为Ra0.8 1.6um 技术要求：同轴度不大于分析： 缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度，以承受活塞频繁的往复摩擦，保证活塞密封件的可靠密封，缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料与工作压力有关，当工作压力p10Mpa时使用铸铁，当工作压力10Mpap20Mpa时使用铸刚或锻刚，本题目中工作压力的最大值为3.98 Mpa，故选用铸铁缸筒。缸盖的材料常用35号，40钢号锻件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT250. HT 300等灰铸铁。 3）活塞 材料-灰铸铁：HT300 粗糙度-活塞外圆柱粗糙度Ra0.8 1.6um 技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H8。 4）活塞杆 材料-实心：45钢，调质处理， 粗糙度-杆外圆柱粗糙度为Ra0.40.8um 技术要求：a调质2025HRC b活塞与导向套用 的配合，与活塞的连接可用 分析：活塞组件主要包括活塞，活塞杆，连接件等 。活塞杆是液压传力的主要零件，由于液压缸被用于不同的条件，因此要求活塞杆能经受压缩，拉伸，弯曲，振动，冲击等载荷作用，还必须具有耐磨，耐腐蚀性能，故活塞杆材料可用35号钢，45号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆 ，为提高耐磨和防锈能力，可在活塞杆表面镀铬并抛光，活塞材料通常采用钢. 耐磨铸铁，有时也用黄铜或铝合金。 5）导向套 材料-青铜，球墨铸铁 粗糙度-导向表面粗糙度为 技术要求：a导向套的长度一般取活塞杆直径的60%80%b外径D内孔的同轴度不大于内孔公差之半分析：导向套按材料分为金属型和非金属型两种，金属型一般选用摩擦系数小耐磨好的青铜材料制造，非金属型导向套可采用塑料，聚四氟乙烯或聚三氟乙烯等材料制作。4.4 液压缸主要尺寸的计算液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D，活塞杆直径d，液压缸筒的长度L，1）液压缸内径D的计算，根据最大负载和选取的工作压力来确定内径D=110mm，2）活塞杆直径d的计算在前面的计算中已经确定d=80 mm，3）液压缸筒长度L的计算液压缸筒长度L由活塞最大行程l，活塞宽度B，活塞杆导向长度H和有特殊要求的其他长度确定。查手册选取活塞行程L=250 mm，活塞宽度 B=（0.61.0）d，选B=88 mm，导向套长度H=（0.61.0）d，选H=0.8 d=64 mm，且液压缸筒长度不超过内径110 mm的20倍，综上所述，得液压缸筒长度L=450 mm。6）液压缸参数的计算液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度1）壁厚的计算查表取缸筒外径为133 mm，则壁厚=（133110）/2=11.5 mm2）液压缸油口直径在计算设定液压缸油口液流速度为1.0m/min则液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度V 和油口最高液流速度Vo=而定Do=0.13D Do液压缸油口直径 =0.13X0.11 D液压缸内径 =40mm V液压缸最高输出速度 Vo油口液流速度7）缸底厚度计算D液压缸内径（mm） 【】缸底材料的许用应力（Mpa） Py 试验压力（Mpa）8）缸头厚度计算由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同，这里选用螺钉联结法兰式缸头。H= F= +（d-）qF法兰受力总和（N） q附加密封压力（pa）螺钉孔分布圆直径（m） 密封环平均直径（m） 【】法兰材料许用应力（pa） d密封环内径（m）密封环外径（m） P系统工作压力（pa）选取d=90 mm =100 mm =110 mm =130 mm P=3.98 Mpa q=0.5 Mpa将数据代入式中，求得h=28 mm设计总结通过这次的课程设计，我基本学会了液压系统的设计和计算，强化了对液压元件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用，进一