液压课程设计机械手腰部回转液压系统设计学位论文Word格式.docx
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最大转矩
650Nm
机械效率
0.95
容积效率
0.88
题目要求:
1、驱动装置:
单叶片摆动缸;
2、安装方式:
缸筒顶端法兰固定,中心轴回转;
3、调速方式:
双向回油节流调速,背压1.5MPa。
设计要求:
1、进行工况分析与计算,绘制工况图(包括速度图、负载图)。
2、拟定液压系统原理图,选择标准液压元件,绘制电磁铁动作循环表。
3、液压缸设计计算、图纸绘制。
上交材料:
1、设计说明书一份。
2、液压系统原理图一张(A2)。
3、液压缸(A1)装配图及部分零件图(A2)。
1工况分析与计算
1.1工况分析
机械手腰部回转是机械手完成整个动作的一部分,在工作过程中所受载荷相对比较平稳,冲击和振动的比较小,驱动它所用的力矩也不大,在工作过程中要求机械手腰部所能回转的角度为220°
,最小回转速度和最大回转速度分别是12o/s和30o/s,其最大转矩为650Nm,考虑在工作过程中还受到摩擦力等方面的影响所受摩擦转矩为50Nm,液压系统在工作中还会受到其他因素的影响,该回路中的机械效率和容积效率分别是0.95和0.88。
1.1.1工作循环
机械手腰部回转的工作循环为:
启动→快进→工进→快退。
1.1.2工作循环图
1.2负载分析与计算
工作循环负载见表一。
表1工作循环负载
工况
负载组成
负载值(Nm)
快进
启动
T=Tfs+Tms
50
加速
T=Tfd2+Tmd
恒速
工进
T=Te+Tmd
650
快退
T=Tms+Tg
T=Tfd2+Tmd+Tg
t=tfd2+tmd+Tg
50
1.2.1负载分析
工作负载Tmd=650Nm-50Nm=600Nm
摩擦负载Tfs=50Nm
1.2.2负载计算
负载流量计算
在恒速时,T=50Nm,
根据T=b(R22–R12)(p1-p2)/2和ω=2q/b(R22–R12)得
q实=ωb(R22–R12)/2=1.39L/min
表2负载流量
流量(L/min)
50.15
18.14
1.39
18.14
1.2.3负载图与速度图绘制
快进时w=30o/s,工进时w=12o/s,快退时w=30o/s。
负载图与速度图见图2。
图2负载图与速度图
2液压系统图的拟定
2.1系统功能分析
要求此液压系统实现的工作循环是:
启动→快进→工进→快退,快进和快退的速度是30o/s,工进速度是10o/s,快进行程120o,工进行程100o,快进行程,最大转矩为650Nm,摩擦转矩为50Nm。
对于此液压系统,要求加工过程中定位精确,能够快速换向。
在设计阀的时候,要考虑到工作在最低速度时节流阀的最小调节流量能否满足要求。
在行程方面,应该比要求的工作行程大点,包括工作行程和最大行程,主要是考虑到安全方面和实际运用中,在压力方面也要考虑到满足最大负载要求。
并且在满足要求的情况下,尽量使液压系统的成本降低。
2.2调速方式的选择
考虑到机械手腰部回转液压系统中,由于机械手在来回的旋转过程中会产生热量,导致系统中温升比较高,而其要求运动过程中要平稳和具有一定承受负值负载的能力,所以选择双向回油节流调速,因为在回油节流调速回路中有背压力存在,它可以起到阻尼的作用,同时空气也不容易进入,而且也能阻止工作部件的前冲。
2.3执行元件的选择
因系机械手腰部回转要求实现来回的旋转,而且统动作循环要求正向快进和工作,反向快退,且快进、快退速度相等,所以选择单叶片摆动缸。
2.4换向回路的选择
由于机械手腰部回转的过程中要求具有换向精度高,为了便于工作台在任意位置停止,方便调整,所以采用三位四通换向阀“O”型中位机能,因为“O”型中位机能具有锁定和换向精度高的特点,虽然“O”型中位机能在换向的过程中有冲击,但是冲击也是比较小的,对此系统的影响也不是特别大。
2.5快速运动回路和速度换接回路
因为快进、快退和工进的速度相差比较大,通过改变电磁体的通断电情况和节流阀的同流量来实现此功能。
2.6系统图的绘制
将上述所选定的液压回路进行组合,并根据要求作必要的修改补充,即组成如图三所示的液压系统图。
图3液压系统图
液压系统中电磁铁的动作顺序见表3。
表3电磁铁的动作顺序表
动作
电磁铁工作状态
1YA
2YA
+
-
停止
3液压元件的计算与选择
3.1液压泵的选择
根据系统要求,选取变量叶片泵YBP-E作为系统液压泵。
该泵额定排量为20~125mL/r,额定压力为16MPa,额定转速为1000~1500r/min。
3.2阀类元件及辅助元件的选择
各类阀可通过最大流量和实际工作压力选择,阀的规格见表4。
表4阀的规格
序号
名称
型号
额定压力(MPa)
额定流量(L/min)
1
过滤器
SU1型烧结式过滤器
2.5~20
4~125
2
齿轮叶片泵
BBXQ型
6
16mL/r(排量)
3
压力表开关
KF-L8/M14
35
—
4
压力表
Y-60
0~60
5
直动式溢流阀
DBD
≤31.5
250
三位四通电磁换向阀
G66/01
31.5
100
7
单向阀
S10
18~15000
8
调速阀
2FRM10
10
9
先导式顺序阀
G460/1
150
4液压缸的结构设计
4.1液压缸的结构计算
(1)缸筒壁厚和外套的计算选
选
所以
液压缸的壁厚一般是指钢筒结构中最薄处的厚度其值由液压缸的强度条件来确定对于高压系统或当时缸筒的厚度一般按厚壁筒来计算
式中:
D为液缸直径py为缸筒试验压力,当缸的额定压力时为缸筒材料的许用应力
为材料的抗拉强度,n为安全系数一般取n=5
选材料为:
45
因为所以
(2)液压卸盖固定螺栓的计算
液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中同时承受拉应力和扭应力
F为液压缸负载z为固定螺栓个数K为螺栓拧紧系数
选材料:
45
选
所以选d=8mm
(3)叶片强度校核
选叶片厚度20
叶片承受均布载有
所以安全
(4)进油口径的计算
对于高压管路,通常流速在3-4mm/s对于吸油管路
考虑泵的吸口和防止气学现象应降低流速通常在
0.6-1.5m/s左右
选N=1m/s
所以选
(5)液压缸的主要零件材料和技术要求
液压缸材料选择45,表面粗糙度为
叶片材料选择ZQSn6-6-3,内外表面粗糙度为
轴材料选择45,配合表面粗糙度为
缸盖材料选择45钢,配合表面粗糙度为
4.2液压缸结构图
结合以上计算,液压缸结构原理图见图四。
设计总结
通过本次设计,让我很好的锻炼了理论联系实际,与具体项目、课题相结合设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际,又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中,我们还需要大量的以前没有学到过的知识,于是机械设计手册和INTERNET成了我们很好的助手,不仅对制图有了更进一步的掌握,MathType、AutoCAD和WORD这些软件的掌握也是很有必要的。
通过制定设计方案,合理选择各液压零件类型,正确计算零件的工作能力,以及针对课程设计中出现的内容查阅资料,大大扩展了我们的知识面,在此过程中,和队员的探讨,大大扩大了我们的动手能力和合作能力,对每一个标准件,查阅国标,在查阅资料的过程中,我们要判断优劣、取舍相关知识,不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的,在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域,这方面的能力将会使我们受益非浅。
在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候,需要做大量的工作,花大量的时间才能解决。
自然而然,我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验,增强了信心。
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