夹紧进给液压系统设计.doc

1、攀枝花学院本科课程设计 液压传动课程设计摘要现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，液压系统的设计与改良已成为相关企业生存和发展的必要条件。动力装置行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展。在新经济时代，这一行业呈现了新的发展趋势，由此对其动力装置的质量、性能产生了新的变化。输出轴作为动力装置的主要零件，液压系统的设计与改良直接影响着其质量与性能。本文首先介绍了液压的作用和工况分析，其次确定液压缸尺寸，然后进行了工艺规程设计。关键词：工况分析 液压元件设计 液压缸设计ABSTRACTThe modern machine-finishing profession is ha

2、ving the profound constitutive change, the craft work clothes design and the Improvement has become the correlation enterprise survival and the development essential condition. The power unit obtained the development which progresses by leaps and bounds. In the new economical time, this profession h

3、as presented the recent development tendency, from this to its power unit quality; the performance has had the new change. The output shaft took the power unit the major parts, the craft work clothes design and the improvement directly is affecting its quality and the performance.This article first

4、introduced the output shaft function and the craft analysis, next the definite semi finished materials size, then has carried on the technological process design, finally has carried on the jig design to the 70th working procedure and the 80th working procedure.Key words technical analyze the techni

5、cal rules plan modular design目 录摘 要ABSTRACT 1 液压传动课程设计任务书 22 负载与运动分析33确定液压系统主要参数531初选液压缸工作压力532计算液压缸主要尺寸54 拟定液压系统原理图941选择基本回路942组成液压系统115 计算和选择液压件1351确定液压泵的规格1352 确定电动机功1353 确定其它元件及辅件146验算液压系统性能 1861验算系统压力损失18 62验算系统发热与温升21参考文献23致 谢 241 设计任务书题目夹紧进给液压系统设计1、课程设计的目的1. 让学生学会运用液压知道解决一些简单的液压设计2. 学会理解并能熟练运

6、用液压知识2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）在某专用机床上有一夹紧进给液压系统，完成工件的先夹紧、后进给任务，工作原理如下：夹紧油缸：快进 慢进 达到夹紧力后启动进给油缸工作进给油缸：快进 慢进 到达进给终点 快速退回夹紧油缸快速退回。工况参数：夹紧缸快进速度：0.07 m/s；夹紧缸慢进速度： 10mm/s；最大夹紧力：30 KN；进给油缸快进速度：0.2 m/s；进给油缸慢进速度：0.02 m/s；最大切削力：110 KN；要求：1、升降速度可调，升降平稳、同步 2、设计计算液压系统 3、画出原理图: 选择液压元件 4、画出集成块图3、主要参考文献1 王积伟章宏

7、甲黄谊液压传动第2版机械工业出版社 2 张利平液压传动与控制西北工业出版社3 马玉贵马治武新编液压使用与维修技术大全中国建材工业出版社4 成大先机械设计手册化学工程出版社4、课程设计工作进度计划内容学时明确主机对液压系统的要求，进行工作过程分析2初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统的方案，拟定液压系统图4确定液压系统零件的类型，并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能运算4集成块的结构设计和制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。2 负载与运动分

8、析已知最大夹紧力为30KN，则夹紧油缸工作负载，液压缸的机械效率取，则推力，由于夹紧工作工作部件总质量很小，可以忽略。则惯性负载，阻力负载。夹紧缸快进、快退速度：= =0.07m/s，夹紧缸慢进速度：=10mm/s。夹紧缸行程：用行程开关调节最大250mm已知最大切削力为110KN，则进给油缸工作负载。 由式 式（21）式（21）中 工作部件总质量快进或快退速度运动的加速、减速时间求得： 惯性负载 阻力负载： 静摩擦阻力 动摩擦阻力 液压缸的机械效率取，则推力。进给油缸快进、快退速度：=0.2m/s，进给油缸慢进速度：=0.02m/s，进给缸行程：用行程开关调节最大1000mm。综上所诉得出液

9、压缸在各工作阶段的负载表21和表22。表21 夹紧缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组合负载值工况负载组合负载值启动0工进30000加速0快退0快进0表22 进给缸各工作阶段的负载F(N)工况负载组合负载值工况负载组合负载值启动392工进110196加速396快退196快进196根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载图F-l和速度图-l，如图2-1，图2-2所示。 夹紧缸负载图F-l 进给缸负载图F-l 图2-1 夹紧缸速度图-l 进给缸速度图-l 图2 - 23 确定液压系统主要参数3.1初选液压缸工作压力表3-1按负载选择执行元件工作压力负载F/kN55101020203

10、0305050工作压力p/MPa0.811.522.53344557根据系统中夹紧油缸工作最大负载为，在工进时负载最大，在其它工况负载很小参考表3-1，初选液压缸的工作压力p1=4MPa。进给油缸工作最大负载为，在工进时负载最大，在其它工况负载较小，参考表3-1，初选液压缸的工作压力p1=8MPa。3.2计算液压缸主要尺寸鉴于液压缸快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式即液压缸有（A1=2A2）。工进时为防止冲击现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表机械设计手册选用有杆腔回油路直接油缸，背压可忽略不计，选此背压为p2=0MPa。无杆腔回油路带调速阀的系统，这时参考机械设计手册可选取背压

11、为p2=0.5MPa。由 ， 式（3-1）在式（3-1）中 、分别为缸的工作压力、回油路背压、分别为缸的无杆腔工作面积、有杆腔工作面积缸的工作负载液压缸的机械效率，取再根据 ， 得 计算得：夹紧油缸无杆腔工作面积，进给油缸无杆腔工作面积 ，由 得，夹紧油缸活塞直径，进给油缸活塞直径，由 得，。参考，圆整后取标准数值，得夹紧缸，进给缸，。 由，求得液压缸两腔的实际有效面积为夹紧缸两腔的实际有效面积为，进给缸两腔的实际有效面积为，经检验，参考机械设计手册，活塞杆强度和稳定性均符合要求。根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表32和表33所列，由此绘制的液压

12、缸工况图如图3-1，图3-2所示 进给缸的工况图图3-1 夹紧缸的工况图图3-2表32夹紧缸在各阶段的压力、流量和功率值夹紧缸工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进00.352夹紧3333303.7440.095快退0.50.3129表33进给缸在各阶段的压力、流量和功率值进给缸工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动435.5600.055加速4400.34恒速217.780.311.570.49工进12244007.9560.312.

13、45快退启动435.5600.0578加速4400.51.08恒速217.781.051.51.575注： 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。 4 拟定液压系统原理图4.1选择基本回路4.1.1 选择调速回路 由图3-1可知，机床液压系统功率与运动速度，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。4.1.2 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作中两个液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。夹紧系统中最大流量与最小流量之比，而在进给系统中最大流量与最小流量之比。在

14、工作前可根据加工需要夹紧和进给最大行程可以随时调节。根据该机床工作原理，则系统两个油缸可公用一个泵，为此可选用限压式变量泵或叶片泵作为油源。且两者都能实现系统功能，从要求压力较高、系统效率、经济适用的角度来看，最后确定选用双作用叶片泵方案。4.1.3 选择快速运动和换向回路考虑系统流量较大，系统中选用电磁换向阀换向回路，控制进油方向选用三位四通电液换向阀，控制液压缸选用三位四通电液换向阀，如图4-1所示。 图4-14.1.4 选择速度换接回路 系统由快进转为工进时，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路。为了给进给缸快退发出信号，由于最大行程可以随时调节，则需要设置一个行程开关。

15、为了便于进给缸动作完成后系统能自动为夹紧缸发出快退信息，在进给缸旁设置一个压力继电器。如图4-2所示。 图4-24.1.5 选择进油调压回路 在双缸利用一个双作用叶片泵供油，根据本机床工作原理和工作参数可知两个油缸不是同时进行工作且两个油缸所需要的供油压力不同。需要设置简单的调压，即在夹紧系统中设置一个调压阀调节压力。如图4-3所示。 图4-34. 2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图4-4所示。在图4-4中，为了避免机床夹紧工作停止后，夹紧油缸回路中无法保持夹紧力，图中在夹紧缸旁添置了蓄能器。图4-41-液压泵；2-减压阀；

16、3-三位四通电磁换向阀；4-电磁阀；5-调速阀；6-电磁阀；7-调速阀；8-行程开关；9-溢流阀；10-滤油器；11-单向阀；12-压力继电器；13-液控单向阀运动名称信号来源电磁铁工作状态液压元件工作状态1YA2YA3YA4YA5Y6Y阀3a阀3b阀4阀6夹紧缸快进起动按钮-+-中位左位右位右位夹紧过程压下行程开关8a-+-+-左位进给缸快进压力继电器12a +-+-+-左位进给缸工进压下行程开关8b+-+-+左位进给缸快退压下行程开关8c-+-+-右位右位夹紧缸快退压力继电器12b-+-中位右位右位表4-1系统的动作循环表5 计算和选择液压件5.1确定液压泵的规格5.1.1 计算液压泵的最

17、大工作压力由表21和表32可知，进给缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=8.0MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则泵的最高工作压力估算为由式 式（5-1）在式（5-1）中 最高工作压力 最大工作压力总压力损失动作要求压差5.1.2 计算液压泵的流量由表32和表33可知，油源向进给缸输入的最大流量为1.5710-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1， 由式 式（5-2）式（5-2）中 缸最大的流量回路泄漏系数 输入的最大流量。则泵提供油缸最大的流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L

18、/min，则泵的总流量，根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取型叶片泵，排量为。若取液压泵的容积效率为，则当泵的转速时：液压泵的实际输出流量为：。5.2确定电动机功率由表32和表33可知，进给油缸工进时输入功率最大，这时液压泵最大工作压力为7.956MPa，若取液压泵总效率p=0.81，由式 式（5-3）式（5-3）中 电动机功率， 工作压力，工作流量 ，液压泵总效率。这时液压泵的驱动电动机功率为 ，根据此数值查阅产品样本，选用规格相的Y200L26型电动机，其额定功率为22KW，额定转速为970r/min。5.3确定其它元件及辅件5.3.1 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压

19、力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表51所列。表51液压元件规格及型号序号元件名称估计通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1双作用叶片泵119.95142调压阀250300140-143a三位四通电液换向阀250300250.5b三位四通电液换向阀451604行程阀200.0750160.55调速阀66行程阀12010000/600.2120.57调速阀2050168行程开关9溢流阀119.951502010滤油器120160320.3511单向阀120125250.3512压力继电器10

20、13液控单向阀1040250.355.3.2 确定油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，由于液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表52所列。由表52可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。 表52各工况实际运动速度、时间和流量参 数快进工进快退夹紧缸输入流量排除流量运动速度进给缸输入流量排除流量运动速度根据表52数值，系统中当油液在压力管中流速取由式计算得各液压缸系统中相连的油管内径分别为 由于两根管道内径差别大，则不统一选取。查阅产品样本，选出夹紧缸系统中选用外径、厚度1.6mm的钢管，进给缸系

21、统中选用外径、厚度3mm的无缝钢管。5.3.3确定油箱油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统，=24；中压系统，=57；高压系统，=612。由式 式（5-4）式（5-4）中 油箱的容量 经验系数最大工作流量现取，得：按规定，取标准值。6 验算液压系统性能6.1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，整个系统的压力损失无法全面估算，所以只能估算阀类元件压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路压力损失可以不考虑。压力损失的验算应按一个工作中不同阶段分别进行。 6.1.1夹紧缸系统的验算1）快进快进时，液压缸通过电液换向阀连接。在进油路上，

22、油液通过单向阀10、通过电液换向阀7、再通过电液换向阀2、通过行程阀3的流量都为，然后进入液压缸无杆腔。由式 式（6-1）式（6-1）中 总压力总损失元件压力损失实际通过流量额定通过最大流量在进油路上，由式（6-1）得压力总损失为 此值不大，不会影响提供液压缸所需压力。在回油路上，无腔杆中油液通过通过单向阀10流量为，流入回油箱。在回油路上，由式（6-1）计算压力损失为此值不大，不会影响提供液压缸系统。2）夹紧夹紧过程，在进油路上，油液通过单向阀10、通过电液换向阀7、再通过电液换向阀2的流量都为、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀7

23、返回油箱。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上由式（6-1）计算总的压力损失为在回油路上由式（6-1）计算总的压力损失为该值微略大于液压缸的回油腔压力p2=0MPa，可见此值与初算时选取的背压值基本相符。按表32的公式重新计算液压缸的工作压力为此值与表32数值很接近。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，故由式（5-1）溢流阀的调压应为3）快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀7、电液换向阀10的流量都为，然后进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀5、液控单向阀2和电液换向阀1流量都为，返回油箱。在进油路上由式（6-1）总的压力损失为

24、此值较小，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路由式（6-1）上总的压力损失为 该值小于表32液压缸的回油腔压力p2=0.5MPa，但由于机床夹紧缸系统中冲击很小，再参考表52中的速度数据则不会影响系统安全。6.1.2进给缸系统的验算（1）快进快进时，液压缸通过电液换向阀连接。在进油路上，油液通过单向阀14、通过电液换向阀2、再通过电液换向阀3a、通过二位二通电磁换向阀7的流量都为，然后进入液压缸无杆腔。在进油路上，压力总损失失 此值不大，再参考表52中的速度数据，不会太影响提供液压缸所需压力和速度。在回油路上，无腔杆中油液通过通过单向阀3a流量为，流入回油箱。在回油路上，压力损失为此

25、值不大，再参考表52中的速度数据，不会太影响提供液压缸所需压力和速度（2）工进夹紧过程，在进油路上，油液通过单向阀14、通过电液换向阀2、再通过电液换向阀3a的流量都为是、调速阀8进入液压缸无杆腔，在调速阀8处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀3a返回油箱。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为 此值略大于估计值0.5MPa但基本相符。在回油路上总的压力损失为该值微略大于液压缸的回油腔压力p2=0MPa，可见此值与初算时选取的背压值基本相符。按表33的公式重新计算液压缸的工作压力为此值与表33数值很接近。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe

26、=0.5MPa，故溢流阀12的调压应为：此值是调整溢流阀12的调整压力的主要参考数据。（3）快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀14、电液换向阀2、电液换向阀3a的流量都为，然后进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀9和电液换向阀3a流量都为，返回油箱。在进油路上为总的压力损失此值远小于估计值，因此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为该值小于表33液压缸的回油腔压力p2=0.5MPa，但由于机床夹紧缸系统中冲击很小，则不会影响系统安全。6.2验算系统发热与温升系统工进在整个工作循环中占90%以上，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。根据机床工作原理夹紧缸和

27、进给缸不会同时工作，则分别计算。由式 式（6-2）式（6-2）中 输出功率，工作负载，工作速度对于夹紧缸工进时液压系统的有效功率即系统的输出功率由式（6-2）为在工进时，系统流量通过溢流阀11来控制，由式（5-3）泵的总输出功率为由此可计算出系统的发热功率为按式计算工进时系统中的油液温升，即设环境温T2=25C，则油液温升近似值 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。对于进给缸由式（6-2）工进时液压系统的有效功率即系统的输出功率为：在工进时，由式（5-3）系统流量通过溢流阀11来控制，泵的总输出功率为由此可计算出系统的发热功率为：按式计算工进时系统中的油液温升，即设环境温T

28、2=25C，则油液温升近似值 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。参 考 文 献1 王积伟，黄谊，章宏甲液压传动 M北京：机械工业出版社，20062 张利平液压传动系统及设计 M北京：化学工业出版社，20053 雷天觉，新编液压工程手册 M北京：北京理工大学出版社，19984 路甬祥，液压气动技术手册 M北京：机械工业出版社，20025 成大先，机械设计手册 M北京：化学工业出版社，20026 王春行，液压控制系统 M北京：机械工业出版社，20027 李状云，液压元件与系统 M北京：机械工业出版社，2002致 谢感谢谭兴强老师在本次课程设计期间给予我的指导和帮助。由于时间和个人能力有限，本设计难免存在缺点和错误，恳请老师批评指正。24