铣床液压系统设计.doc

1、目录绪论.1一、 液压系统设计目的、要求及题目. .4二、 液压系统的设计与计算. . .4（一） 确定执行元件. .4（二） 分析液压系统工况. .4 三、确定系统主要参数. .7（一）确定系统的工作压力. .7 （二）确定液压缸的主要尺寸.7（三）计算最大流量要求. .8（四）拟定系统工作原理图. .10五、确定液压泵和电动机规格.11（一）确定液压泵流量.11（二）确定电动机功率及型号.11（三）确定各类控制阀、蓄能器、压力表、滤油器.11六、液压缸的设计.13（一）活塞杆直径验算.13（二）确定液压缸长度和壁厚.13（三）液压缸外经计算.14（四）液压缸缸底缸盖计算.15（五）液压缸进

2、出油口尺寸计算.18（六）液压缸结构设计.18七、设计总结和心得体会.20八、参考文献.20绪论液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。液压系统的设计是整机设计的有机组成部分。液压系统的设计除了具备坚实的机械基础知识外，还必须熟练掌握液压传动的专业知识，本次任务通过分析系统工况，拟定液压系统原理图，并进行系统参数的计算，液压元件选择，液压系统布置，同时运用CAD绘制工程图纸。本次设计涉及课程广泛：液压与气压传动、机械制图、机械设计、机械制造技术基础、互换性与技术测量、CA

3、D、工程力学、电工学、机械零件、流体力学等一些机械专业课程以及一些工具书与手册。关键词：液压系统，组合机床，机械专业课程一、 液压系统设计目的、要求和题目（一）设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决

4、策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。（二）设计的要求1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。（三）设计题目：设计铣床液压系统工作循环：手工上料夹紧工作台快进工作台工进工作

5、台快退卸料表1 设计参数要求参 数数 值负载力（N）15000移动件重力 (N)8000快进、快退速度(m/min)12工进速度(m/min)0.3快进行程(mm)650工进行程(mm)200启动换向时间（s）0.5工作台采用平面导轨，导轨面的静、动摩擦系数分别为fs = 0.2、fd = 0.1。二、液压系统的设计与计算(一) 确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。（二） 分析系统工况在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑工作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。 1、工作负载FW工作负载是在工

6、作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即：FW=15000N2、惯性负载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。已知启动换向时间为0.5s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为12m/min，因此惯性负载可表示为：3、摩擦负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力：动摩擦阻力：N根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表2所示。表2 液压缸在各工作阶段的负载（单位：N）

7、工况计算公式负载值F液压缸推力=F/起动=16001684加速=+Fa1127 1186快进=800842工进=+1580016632反向起动=16001684加速=+Fa1127 1186快退=800842注：此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。4、负载循环图和速度循环图的绘制根据表2中计算结果，绘制铣床动力滑台液压系统的负载循环图如图1所示。 图1 铣床动力滑台液压系统负载循环图图1表明，当铣床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为16632N，其他工况下负载力相对较小。所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度、快进行程650mm、工进行程

8、，工进速度 m/min。根据上述已知数据绘制铣床动力滑台液压系统的速度循环图如图2所示。图2 铣床液压系统速度循环图三、确定系统主要参数（一） 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，其值为16632N，其它工况时的负载都相对较低，参考资料表3-1按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3.5MPa。（二） 确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双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

9、液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.5MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取0.5MPa。快退时为了减缓液压冲击，回油腔中也要有背压，选取被压值=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为：，式中：F

10、负载力 hm液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压缸有杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为： m3 液压缸缸筒直径为： mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为d=0.70780.7=57.5mm，根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm，活塞杆直径为d=60mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为： m2 m2（三）计算最大流量需求工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此

11、时系统所需要的流量为q快进 =（A1-A2）v1=34.8 L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 =A2v3=42 L/min工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1v2=1.9 L/min 其中最大流量为快退流量为42 L/min。根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表3所示。表3 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动168400.58P1=q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p加速11860.90.41恒速842

12、0.790.2934.80.1工进166320.52.601.90.05P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起动168400.48P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速11860.60.34恒速8420.60.24420.1四、拟定系统原理图 根据铣床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。 图3 铣床工作台工作循环图 工况图表明，所设计组

13、合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。但由于存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。拟定液压系统原理图如图4 图4 液压系统原理图五、确定液压泵和电机规格（一）确定液压泵流量考虑到泄漏流量和溢流阀

14、的溢流流量，可以取液压泵流量为系统最大理论流量的1.11.3倍，现取1.2倍值计算，则有： 因为系统压力为3.5MPa,所以由表5-4（液压设计指导书）查得泵YB-63型单级叶片泵为系统的供油泵。其额定流量为63L/min，额定压力为6.3MPa.额定转速为960rad/min。（二）确定电动机功率及型号按YB63型单级液压泵技术规格，查得的驱动电机功率为10kw, 为安全起见，或取功率略大一点的异步电机，查表可选Y160L6型三相异步电动机，额定功率为11kw，满载转速为970r/min。（三）确定各类控制阀系统工作为3.5MPa,油泵额定最高压力为6.3Pa,所以可以选取额定压力大于或等于

15、6.3MPa的各种元件，其流量按实际情况分别选择。目前中低压系统的液压元件，多按6.3MPa系列的元件选取，所以可以选取液压元件型号如下表：序 号元件名称通过最大实际流量（L/min）型号 1 过滤器 46.66 XU-B32100 2 叶片泵46.66 YB-6 4 单向阀46.66 I-10B 6三位四通电磁阀46.66 35E/E2-63B 7调速阀2.11 Q-10B 8 压力继电器 DP1-63B 9二位二通电磁阀11.664 22D/D2-63B 12 背压阀0.02 B-10B 13 溢流阀4.8 Y-10B 14 压力表 Y-60T 15 压力表开关 K-6B注：表中序号与图液

16、压系统原理图中序号相同各液压阀间连接管道的规格按液压阀连接油口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、输出的最大流量来计算。本题中当液压缸差动连接时，油管内通油量最大，实际流量为泵的额定流量的2倍。因此液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内径为20mm、外径25mm的冷拔无缝钢管。蓄能器供油量仅作定位夹紧系统在工作台快进、工进与快退时补充泄漏和保持压力之用，其补油量及其有限，所以可以按容积最小的规格选取。现选取NXQ-0.6/10-I型胶囊式蓄能器，当p=15%时，其有效补油体积为V=0.07l。滤油器可选型号WU-25180J的网式滤油器，过滤精度为180um压力表可选用Y-60型量程6.

17、3MPa的普通精度等级的量表，选用量程较高的压力表可以避免在系统有压力冲击时经常损坏，但量程选得过大会使观察和调整精度降低。管道通径与材料：阀类一经选定，管道的通径基本上已经决定，这是标准化设计的一大方便。只有在有特殊需要时才按管内平均流速的要求计算管道通径。按标准：（1）通径当油液在压力管中流速取4m/s时，可算得与液压缸相连的油管内径为：，取标准值18mm63L/min流量处，选用18通径的管道。为了便于安装，可以采用紫铜管，扩口接头安装方式。（2）壁厚按强度公式有： 其中，紫铜的【 】=250kgf/c=25MPa,为安全起见，取p=2.5MPa来计算: 取=2.5mm所以可以取直径为1

18、8mm、壁厚2.5mm的紫铜管。考虑到扩口处管子的强度，壁厚可以略有增加，一般按常用紫铜管的规格选取即可。六、液压缸的设计（一）、活塞杆直径的验算活塞杆一般用碳素结构钢制造，用45号钢，查机械设计课程设计手册12-7 ，n1.4，取n=1.5.= P=16632N 当L10d时dmm（二）液压缸长度及壁厚的确定。1、液压缸的长度一般由工作行程长度（650mm+200mm）来确定，但还要注意制造工艺性和经济性，一般应取l(2030) l液压缸长度 缸体外径 现取 L=1000mm2、液压缸壁厚的计算低压系统的液压缸都是薄壁缸。所以取=4mm式中：缸壁厚度（m） 试验压力 额定压力 D液压缸内径

19、D=90mm=0.09m缸体材料的许用应力（Pa）= n安全系数，n=5。 （三）.液压缸外径的计算按标准查表3-13得，d=90mm ,反算得L(2030)108=21603240取l=1400mm（四）.液压缸缸底和缸盖的计算（1）缸底厚度的计算 用平面形缸底（无油孔）, P=16632N, =236.67h=0.433=0.433 为安全起见，取h=6mmh缸底厚度（cm）缸底止口内径(cm) 【】材料许用应力(105Mpa) （2）缸盖厚度的计算 用整体法兰缸盖 h= 为安全保证 现取法兰厚度h=6mm 取D=200mm=20cm=236.67P=16632N(3) 液压缸缸体与端盖的

20、连接结构用法兰连接缸筒与端盖连接图如下：（4）法兰连接（钢筒端部）螺栓的强度计算 螺栓强度根据下式计算：系数选择：本设计中最大推力为：F=16632N使用4个螺栓紧固缸盖，即：Z=4螺纹外径和底径选择 =14mm d1=12mm考虑到载荷可能有变化，为了安全，选取：K=3=0.12根据式23.320得到螺纹处的拉应力为：=333.32MP根据式23.321得到螺纹处的剪应力为：=196.37MP根据式23.322得到合成应力为：=476.25MP由以上运算结果知，应选择螺栓等级为12级：查表的得：抗拉强度极限=1220MP 屈服极限强度=1100MP取安全系数n=2可以得到许用应力值：=/n=

21、1100/2=550MP再次使用式23.322得到： 成立证明选用螺栓等级合适。（五）. 液压缸进出油口尺寸的确定。查表3-15得 进出口尺寸锥螺纹接头(mm) 法兰接头（mm） Z3/4 20（六） 液压缸结构设计1. 最小导向长度的确定式中，H最小导向长度（m）；L液压缸最大工作行程(m)；D液压缸内径（m）. 2. 防尘装置 在活塞杆上的防尘装置，多用J形、三角形和组合形等专用防尘圈。 3. 活塞杆的缓冲装置 当工作机构质量较大，运动速度较高时，液压缸有较大的动量，为了减少液压缸在行程终点由于动量较大所行程的液压冲击和噪声，一般液压缸在结构上需要采取缓冲措施,设置缓冲装置是最常用的形式。

22、 4. 液压缸的排气装置 液压系统如果长期停止工作，或油中混有空气，压重新工作时将产生爬行、噪声和发热等现象，为防止这些不正常现象的产生，一般在液压缸的最高位置设置排气阀。 5. 活塞与活塞杆的连接结构活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图： 活塞与活塞杆整体式连接6. 活塞与缸体的密封形式 使用O型密封圈，此密封形式属于挤压密封，结构简单，方便，安装空间小，适用范围广，一般工作压力在10MPa,用挡圈可达2030MPa 。7. 选择液压油该系统为一般金属切削机床液压传动,所以在环境温度为-5C35C之时,一般可选用20号或30号机械油.冷天用20

23、号机械油,热天用30号机械油. 8. 油箱结构和有效容积的确定 油箱结构可以采用开式、分立、电动机垂直安置式标准油箱。油箱应贮存油压装置所需要的液压油，液压油的贮存量与液压泵的流量有直接的关系，在一般情况下，油箱的有效容积可以用经验公式确定： V=KQ式中，V油箱的有效容积Q油泵的额定流量（l/min） K系数，低压系统 K=24中压系统 K=57高压系统 K=612由于选用泵为：YB-63叶片泵 泵Q额=63L/min，P额=6.3MPa， 转速n=960r/min 按中压系统计算V=（57）Q 现取K=6，得V=663L/min=378L所以按标准选取V=400L七、 设计总结与心得体会

24、经过一周半的课程设计，让我们学到了很多以前没有学到的组织，也让以前学到的书本上的知识和现实生产相结合，让我们的专业知识有了进一步提高。特别是对液压系统有了更深的了解。通过本次铣床液压系统的设计，我掌握了液压缸的设计步骤，对液压系统进行工况分析，对液压缸各种尺寸进行了设计计算，并完成了液压缸的装配图纸。在设计中也查阅相关的文献资料，也了解了液压缸设计过程中的一些注意事项。可能在设计过程中也会有一些不完善的地方，我会从本次设计中汲取经验，使自己有所提高。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同

25、学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，体现出自己单独设计液压系统的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此非常感谢韦老师的细心指导，老师严谨细致、一丝不苟的

26、作风，令人欣佩。本次设计取得的每一点成果，都离不开老师的细心指导。同时也感谢本组所有成员和班上的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到团队合作的重要性和同学之间的友好关系。由于我们能力有限，设计中难免有错误和不妥之处，恳请各位老师、同学们批评指正！八、 参考文献 1. 杨培元、朱福元。液压系统设计简明手册 北京，机械工业出版社1994 2. 何存兴。液压元件 北京，机械工业出版社1982 3. 雷天觉。新编液压工程手册 北京，北京理工大学出版社2005 4. 李寿刚。液压 传动 北京，北京理工大学出版社1981 5. 张利平编著 液压气动技术速查手册 北京：化学工业出版社。2006 6. 许福玲、陈尧明主编 液压与气压传动 北京：机械工业出版社。2007 19