液压系统课程设计Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:17473329
- 上传时间:2022-12-01
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:150.97KB
液压系统课程设计Word文档下载推荐.docx
《液压系统课程设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《液压系统课程设计Word文档下载推荐.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2011年5月16日至2011年5月27日
设计题目
组合机床液压系统设计
设计任务总述
设计组合机床液压系统。
机床要求液压系统完成的工作循环是:
工件夹紧——工作台快进——工作台工进——工作台快退——工作台原位停止、液压泵卸荷——松开工件。
液压执行机构:
工作台驱动——单个,双作用、单杆、活塞式液压缸。
工作夹持——两个,双作用、单杆、活塞式液压缸
工作台驱动部分:
驱动质量:
1000kg;
快进、退速度:
4.6m/min;
工进速度范围/:
v=(0.1~1.18)m/min可无级调速;
最大切削力(工作负载)F=18750N;
加(减)速时间:
0.11s。
液压缸工作压力、机械效率及工作行程:
p=5MPa、ηm=0.95、L=150/250/400;
工件夹持部分:
工件夹紧力24000N,夹紧液压缸工作行程22mm,夹紧时间1.4s。
课程设计
要求
一、在明确课程设计任务要求的基础上,应完成:
1.工况分析;
拟订满足工作循环要求的液压系统原理图(进行方案论证及方案比较);
在确定系统主要参数的基础上;
选择液压泵、驱动电机及主要液压控制元件;
验算系统性能;
2.完成工作台液压缸的主要结构设计及相关计算;
3.绘制液压系统工作图(包括元件一览表、电磁阀动作表等);
4.完成课程设计说明书。
说明书包括:
目录;
设计正文;
小结;
参考资料。
(约5000字)。
二、具体要求
设计说明书用Word撰写,采用AutoCAD绘制液压系统工作图、符合规范。
通过本课程设计:
①巩固理论知识;
②培养学生根据设计要求收集相关资料、查阅设计手册的能力;
设计和工程运算的能力;
采用Word、AutoCAD撰写设计说明书及绘制工作图的能力.
工作计划安排
日期
设计内容
5.16~5.17
工况分析、拟订液压系统原理图及相关设计计算
5.18~5.19
设计液压缸及选择确定液压元件
5.20,5.23~5.24
绘制液压系统工作图
5.25~5.27
撰写课程设计计算说明书
主要参考
资料
《液压与气压传动》(明仁雄等编,国防工业出版社);
《液压系统设计简明手册》(杨培员等编,机械工业出版社);
相关液压设计手册。
指导教师
意见
签字:
__________年月日
系主任
目录
1.液压系统设计2
1.1工况分析2
1.2拟订液压系统原理图3
2.2.1确定供油方式3
2.2.2调速方式的选择3
2.2.3速度换接方式的选择4
2.2.4夹紧回路的选择4
1.3液压系统的计算和选择液压元件5
1.3.1液压缸的主要尺寸计算5
1.3.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格6
1.3.3液压阀的选择9
1.3.4确定管道尺寸9
1.3.5液压油箱容积的确定10
1.4.液压系统的验算10
1.4.1压力损失的验算(省略)10
1.4.2系统温升的验算10
2.液压缸设计11
2.1液压缸主要尺寸的确定11
2.1.1液压缸工作压力的确定11
2.1.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定11
2.1.3液压缸的壁厚和外径11
2.1.4液压缸的工作行程12
2.1.5最小导向长度的确定12
2.1.6缸体长度的确定13
2.2液压缸的结构设计13
2.2.1缸体与缸盖的连接形式13
2.2.2活塞杆与活塞的连接结构13
2.2.3活塞杆导向部分的结构14
2.2.4密封14
2.2.5液压缸与外部设备连接14
2.2.6主要连接强度计算14
2.3液压缸主要零件的材料和技术要求15
3.总结16
4.参考资料16
1.液压系统设计
1.1工况分析
根据已知条件,绘制运动部件的速度循环图,如图1-1所示。
根据已知条件,计算各阶段的外负载并绘制负载图。
液压缸所受外负载F包括三种类型,即
F=FL+Ff+Fa(1-1)
式中FL——工作负载,对于金属切削机床来说,即沿活塞运动方向的切削力,在本实验中FL为18750N;
Fa——运动部件速度变化时的惯性负载;
Ff——导轨摩擦阻力负载,启动时为静摩擦阻力,启动后为动摩擦阻力,对于平导轨Ff可由下式求得
Ff=f(G+FRn);
G——运动部件重力,在本实验中G=1000×
9.8N=9800N;
FRn——垂直于导轨的工作负载;
f——导轨摩擦系数,通常静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1。
则求得
Ffs=0.2×
9800N=1960N
Ffa=0.1×
9800N=980N
上式中Ffs为静摩擦阻力,Ffa为动摩擦阻力。
Fa=
式中
t——加速或减速时间,根据设计任务书:
t=0.11s;
v——
t时间内的速度变化量。
×
N=697N
根据上述计算结果,列出各工作阶段所受的外负载(见表1-1),并画出如图1-2所示的负载循环图。
然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。
表1-1工作循环各阶段的外负载
工作循环
外负载F(N)
外负载F(N)
启动、加速
F=Ffs+Fa
2657
工进
F=Ffa+Fw
19730
快进
F=ffa
980
快退
F=Ffa
图1-1速度循环图图1-2负载循环图
1.2拟订液压系统原理图
1.2.1确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时负载较大,速度较低。
而在快进、快退时负载较小,速度较高。
从节省能量、减少发热考虑,泵源系统宜选用双泵供油或液压泵供油。
现采用带有压力反馈的限压式变量叶片泵。
1.2.2调速方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中,进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。
根据镗削类机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点,决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。
这种节流调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点,并且调速阀装在回油路上,具有承受切削力的能力。
1.2.3速度换接方式的选择
本系统采用电磁阀的快慢速换接回路,它的特点是结构简单、调节行程比较方便,阀的安装也比较容易,但速度换接的平稳性较差。
若要提高系统的换接平稳性,则可改用行程阀切换的速度换接回路。
1.2.4夹紧回路的选择
用两位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时,为了避免工作时突然失电而松开,应采用失电夹紧方式。
考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍然保持夹紧力,所以接入节流阀调速和单向阀保压。
在该回路中还装有减压阀,用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。
最后把所选择的液压回路组合起来,即可组合成图1-3所示的液压系统原理图。
图1—3液压系统原理图
1.3液压系统的计算和选择液压元件
1.3.1液压缸的主要尺寸计算
1.工作压力P的确定。
工作压力P可根据负载大小及机器的类型来初步确定,参考表2-1,取液压工作压力为5MPa。
2.计算液压缸内径D和活塞杆直径d。
由负载图知:
最大负载F=19730N,按表2-2可取p2为0.5MPa,考虑到快进、快退速度相等,取d/D=0.7;
ηm=0.95,将上述数据代入式(2-3)可得
D=
=
=7.5×
10-2m
根据表2-4,将液压缸内径圆整为标准系列直径D=80mm;
活塞杆直径d,按d/D=0.7及表2-5活塞杆直径系列取d=56mm。
按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供,考虑到夹紧力的稳定,夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力,现取夹紧缸的工作压力为2.5Mpa,回油背压为零,ηm=0.95,则按公式可求得
m=8.0×
10-2m
根据表2-4及表2-5液压缸与活塞的尺系列,取夹紧液压缸的D和d分别为80mm及56mm。
按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度,由公式可得
A>
cm2=5cm2
式中qmin是由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10B的最小稳定流量为0.05L/min。
本设计中调速阀是安装在回油路上,故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积,即
A=
(D
-d
)=
(8
-5.6
)cm2=26cm2
可见上述不等式能满足,液压缸能达到所需的低速。
3.计算在各工作阶段液压缸所需的流量
q快进=
d2v快进=
=12.3×
10
m3/min=12.3L/min
q工进1=
D2v工进=
=5.9×
10-3m3/min=5.9L/min
q快退=
(D2-d2)v快退=
=11.2×
10-3m3/min=11.2L/min
q夹=
D2夹v夹=
=4.74×
10-3m3/min=4.74L/min
1.3.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格
1.泵的工作压力的确定
考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为
pp=p1+
(1-2)
式中pp——液压泵最大工作压力;
p1——执行元件最大工作压力;
——进油管路中的压力损失,初算时简单系统可取0.2~0.5MPa,复杂系统取0.5~1.5MPa,本题取0.5MPa。
pp=p1+
=(5+0.5)MPa=5.5MPa
上述计算所得的pp是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。
另外考虑到系统需要有一定的压力贮备量,并确保泵的寿命,因此选泵的额定压力pn应满足pn
(1.25~1.6)pp。
中低压系统取最小值,高压系统取最大值。
在本设计中
pn=1.25pp=6.9MPa。
2.泵的流量的确定。
液压泵的最大流量应为
qp≥KL(
)max(1-3)
式中qp——液压泵的最大流量;
(
)max——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。
如果这时溢流阀正进行工作,尚须加溢流阀的最小溢流量2~3L/min;
KL——系统泄露系数,一般取KL=1.1~1.3。
现取KL=1.2。
qp=KL(
)max=1.2×
12.3L/min=14.8L/min
3.选择液压泵的规格。
根据以上算得的pn和qp再查阅有关手册,现选用YBX-16液压泵。
该泵的基本参数为:
每转排量V=16mL/r,泵的额定压力pn=6.3MPa,电动机转速nn=1450r/min,容积效率ηv=0.85,总效率η=0.7。
4.与液压泵匹配的电动机的选定。
首先分别计算出快进与工进两种不同工况时的效率,取两者较大值作为选择电动机规格的依据。
由于在慢进时泵输出的流量减小,泵的效率积聚降低,一般当流量在0.2~1L/min范围内时,可取η=0.03~0.14。
同时还应注意到,为了使所选择的电动机在经过泵流量特性曲线最大功率点时不致停转,需进行验算,即
≤2pn
式中pn——所选电动机额定功率;
pB——限压式变量泵的限定压力;
qp——压力为pB时,泵的输出流量。
首先计算快进时的功率,快进时的外负载为980N,进油路的压力损失定为0.3MPa,由式(1-2)可得
pp=(
)MPa=0.7MPa
快进时所需电动机功率为
P=
kw=0.21kw
快进时的外负载为19730N,进油路的压力损失定为0.3MPa,由式(1-2)可得
pp=(
)MPa=2.8MPa
工进时所需电动机功率P为
kw=0.39kw
查阅电动机产品样本,选用Y80M2-4型电动机,其额定功率0.75kw,额定转速为1390r/min。
根据产品样本可查得YBX-16的流量压力特性曲线。
再由已知的快进时流量为15L/min,工进时的流量为7.1L/min,压力为5.5MPa,作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线,如图1-4所示,查得该曲线拐点处的流量为15L/min,压力为2.6MPa,该工作点对应的功率为
kw=0.93kw
所选电动机功率满足式(1-4),拐点处能正常工作。
图1-4YBX-16液压泵特性曲线
1-额定流量、压力下的特性曲线2-实际工作时间的特性曲线
1.3.3液压阀的选择
本系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。
现均选用GE系列阀。
根据所拟订的液压系统图,按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。
选定的液压元件如表1-2所示。
表1-2液压元件明细表
序号
元件名称
型号规格
通过流量(L/min)
方案一
方案二
1
滤油器
XU-B32×
100
14.8
2
液压泵
YBX-16
3
压力开关表
KF3-EA10B
K-H6
4
三位四通换向阀
34EF30-E10B
4WE6E560/OAG24
12.3
5
二位三通换向阀
23EF3B-E10B
3WE6A50/OAG24
6
单向调速阀
AQF3-E10B
2FRM5-20/6
7
减压阀
JF3-10B
J-FC10D-P-1
5.9
8
与3功用
4K-F10D-1
9
单向阀
AF3-EA10B
A-F10D-D/DP1
二位四通换向阀
24EF3-EA10B
24DF3B-E10B-B
11
压力继电器
DP1-63B
12
单向节流阀
ALF-E10B
1.3.4确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可按照选用的液压元件接口尺寸而定,也可按管路允许流速进行计算。
本系统主油路流量为差动时流量q=24.6L/min,压油管的允许流速取v=4m/s,则内径d为
d=4.6
=11.4mm
若系统主油路流量按快退时取q=12.3L/min,则可算得油管内径d=8.1mm。
综合诸因素。
现取油管的内径d=10mm。
吸油管同样可按上式计算(q=14.8L/min、v=1.5m/s),现参照YBX-16液压泵吸油口连接尺寸,取吸油管内径d=14.5mm。
1.3.5液压油箱容积的确定
本次设计为中压液压系统,液压油箱有效容量按泵流量的5~7倍来确定(参照表4-1),现选用容量为160L的油箱。
1.4.液压系统的验算
1.4.1压力损失的验算(省略)
1.4.2系统温升的验算
在整个工作循环过程之中,工进阶段所占的时间最长,为了简化计算,主要考虑工进时的发热量。
一般情况下,工进速度大时发热量较大,由于限压式变量泵在流量不同时,效率相差极大,所以计算最大、最小时的发热量,然后加以比较,取数值大着进行分析。
当v=0.1m/min时
q=
D2v=
0.082×
0.1m3/min=0.5×
10-3m3/min=0.5L/min
此时泵的效率为0.1,泵的出口压力为3.2Mpa,则有
P输入=
kW=0.27kW
P输出=Fv=
kW=0.033kW
此时的功率损失为
P=P输入-P输出=(0.27-0.033)kW=0.237kW
当v=1.18m/min时,q=5.9L/min,总效率
=0.7
则P输入=
kW=0.45kW
kW=0.388kW
P=P输入-P输出=(0.45-0.388)kW=0.062kW
可见工进速度低时,功率损失为0.237kW,发热量最大。
假定系统的散热情况一般,取K=10×
10-3kW/(cm2℃),油箱的散热面积A为
A=0.065
=0.065
m2=1.92m2
三系统温升计算
系统温升为:
=12.3℃
验算表明系统的温升在许可的范围内
2.液压缸设计
2.1液压缸主要尺寸的确定
2.1.1液压缸工作压力的确定
见系统设计:
液压缸的最大工作压力=5MPa
2.1.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定
D=80mm;
d=56mm
2.1.3液压缸的壁厚和外径
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。
从材料力学可知,承受内压力的圆筒,其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。
一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D/d≥10的圆筒称为薄壁圆筒。
起重运输机械和工程机械的液压缸,一般用无缝钢管材料,大多属于薄壁圆筒结构,其壁厚按薄壁圆筒公式计算
δ≥
δ——液压缸壁厚(m);
D——液压缸内径(m);
py——试验压力;
当工作压力p≤16MPa时,py=1.5p;
当压力p>16MPa时,py=1.25p;
取py为最大工作压力的1.5倍(py=7.5MPa)
〔σ〕——缸筒材料的许用应力。
其值为:
缸筒采用无缝钢〔σ〕=100~110MPa。
取〔σ〕=100MPa
按薄壁筒公式计算得:
δ=3mm
取标准值δ=3mm
外径D1=D+2δ=86mm
2.1.4液压缸的工作行程
由设计任务书知;
L=400mm
2.1.5最小导向长度的确定
对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求
=60mm
式中:
L——液压缸的最大行程
D——液压缸的内径
算得H=60mm
活塞的宽度B=(0.6~1.0)D=64mm。
端盖滑动支承面长度l1,根据内径确定
取l1=44.8mm
隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定:
C=H-
(l1+B)=5.6mm
2.1.6缸体长度的确定
液压缸缸体的内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和l=464mm。
2.2液压缸的结构设计
2.2.1缸体与缸盖的连接形式
缸体与缸盖的连接形式,采用外半环连接,如图2-1所示
图2-1液压缸缸体与缸盖连接形式
2.2.2活塞杆与活塞的连接结构
活塞杆与活塞的连接结构:
采用螺纹连接、如图2-2所示。
图2-2活塞杆与活塞的连接结构
2.2.3活塞杆导向部分的结构
利用端盖直接导向
2.2.4密封
液压缸密封见表2-10。
密封部位
材料
类型
数量
端盖与活塞杆处密封
NBR
O型圈
2
端盖与活塞杆处防尘
NBR+夹纤维
V型圈
前端盖与缸筒处密封
NBR+PTFE
O型圈加挡环
1
后端盖与缸筒处密封
活塞与活塞杆处密封
NBR
活塞与缸筒处密封
奥米加型
2.2.5液压缸与外部设备连接
采用后端盖法兰连接
2.2.6主要连接强度计算
一、缸筒端部螺纹连接强度计算
螺纹处的拉应力:
MPa
螺纹处的剪应力:
MPa
合成应力:
[
]MPa(见新编液压工程手册)
K——拧紧螺纹的系数;
不变载荷取K=1.25~1.5,变载荷取K=2.5~4;
计算时取K=4;
-螺纹连接的摩擦系数
=0.12;
[
]-缸筒的材料的许用应力(MPa);
-螺纹外径(m);
-螺纹底径(m);
F-缸筒端部承受的最大推力;
Z-螺钉的数量。
设:
连接螺钉M20;
螺钉的数量Z=4;
螺钉的材料采用45钢,取〔σ〕=120MPa
按照上式校核螺钉的连接强度。
二、卡环连接强度计算
卡环剪应力:
卡环侧面的挤压应力
通常卡环尺寸:
;
按照上式校核卡环的剪应力及挤压应力。
(与卡环材料的许用剪应力及许用挤压应力比较)
并按下式验算缸筒最小截面的拉应力。
(与缸筒材料的许用拉应力比较)
三、活塞杆端部螺纹连接强度计算
同一,并验算活塞杆最小截面的应力。
2.3液压缸主要零件的材料和技术要求
液压缸主要零件的材料和技术要求,见表2-1
表2-1液压缸主要零件的材料和技术要求
零件名称
主要表面粗糙度
技术要求
缸体
无缝钢
0.2~0.4
(1)内径采用H8-H9的配合
(2)内径圆度、圆柱度不大于直径公差之半
(3)内表面母线直线度在500mm长度上不大于0.03mm
(4)缸体断面T对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm
(5)缸体与端盖采用螺纹连接时,螺纹采用6H级精度
(6)为防止腐蚀和提高寿命,内径表面可以镀0.03—0.04mm厚的硬鉻,再进行抛光,缸体外涂耐腐蚀油漆
活塞
45钢
0.8~1.6
外径D的圆度、圆柱度不大于外径公差之半
外径D对内孔d1的径向跳动不大于外径公差之半
端面T对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04
活塞外径用橡胶密封圈密封时可取f7-f9配合
活塞杆
0.4~0.8
材料热处理,调质20-25HRC,可以镀0.015—0.025mm
(2)外径d和d2的圆度、圆柱度不大于直径公差之半
(3)外径表面直线度在500mm长度上不大于0.03mm
d2对d的径向跳动不大于0.01mm
(5)活塞杆与导向套采用H8/
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 液压 系统 课程设计