设计一台专用卧式钻床的液压系统课程设计报告Word文件下载.docx

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Abstract

Hydraulicsystemispoweredmotorbasis,theuseofhydraulicpumptochangemechanicalenergyintopressure,promotethehydraulicoil.Throughvariouscontrolvalvestochangetheflowofhydraulicoil,thuspromotingthehydrauliccylindersmadeofdifferentdistanee,differentmovement.Allkindsofdifferentequipmenttocompletetheactionsrequired.Hydraulicsystemhasbeenusedinmanydepartments,suchasindustryandagriculturehavebeenincreasinglywidelyused,andthemoreadvaneedequipment,itsapplicationpartofthehydraulicsystemwillbe.Sostudentslikeustolearnandpersonallydesignedasimplehydraulicsystemisverymeaningful.

Keywords:

hydraulictransmission,stability,hydraulicsystem

初始条件：

最大轴向钻削力为14000N动力滑台自重为15000N工作台快进行程为100mm工进行程为50mm快进、快退速度为5.5m/min，工进速度为51—990mm/min力卩、减速时间为0.1s，动力滑台为平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

要求液压系统完成“快进一工进一快退一停止”的工作循环。

二、课程设计内容

（1）明确设计要求进行工况分析；

（2）确定液压系统主要参数；

（3）拟定液压系统原理图；

（4）计算和选择液压件,验算液压系统性能;

（5）结构设计及绘制零部件工作图；

（6）编制技术文件。

三、时间安排

（1）5月19日：

阅读、研究设计任务书，明确设计内容和要求，了解原始数据和工作条件；

收集有关资料并进一步熟悉课题。

（2）5月20日：

明确设计要求进行工况分析；

确定液压系统主要参数；

拟定液压系统原理图；

计算和选择液压件；

验算液压系统性能；

（3）5月21日：

绘制正式的液压原理图；

绘制液压缸装配图

（4）5月22日：

编写设计计算说明书；

编写零部件目录表。

（5）5月24日：

整理资料，答辩

.液压系统主要参数计算

1.1液压缸负载分析

1）切削力：

Ft=14000N

动力滑台自重为：

W=15000N

2）导轨摩擦阻力

静摩擦力：

Ffs=fsW=0.215000=3000N

动摩擦力：

Ffd=fdW=0.115000=1500N

3）惯性阻力

动力滑台快进惯性阻力Fm,动力滑台启动加速、反向启动加速和快退减速制动的

加速度相等，t0.1s，v6m/s

液压缸各动作阶段负载列表如下所示:

工况

计算公式

液压缸负载F（N）

液压缸推力

（F/m）

启动

F=fSW

3000

3333.33

加速

F=fdW+Fm

2903.06

3225.62

快进

F=fdW

1500

1666.67

工进

F=Ft+fdW

15500

17222.22

快退

注：

液压缸机械效率：

m0.9

1.2绘制液压工况（负载速度）图

根据计算的液压负载和各阶段工作行程、速度，可绘制液压缸的F—L与

V—L图。

0.1

551s

60

液压缸负载图和速度图如下所示:

JOO

图1液压缸F—L图

L昭户门、

1.3确定液压缸的主要参数1.3.1初选液压缸的工作压力

已知液压缸负载值最大为15500N查参考文献［1］表9-3、9-4,并参考同类型组合机床，取液压缸工作压力为3.5MPa,为中低压液压系统。

1.3.2确定液压缸的主要结构参数

由第1分析章可知液压缸最大推力为工进阶段时且为17222N则

/4F

D==79.2mm

3.14*3.5*10^6

查参考文献［3］表2-4液压缸内径尺寸系列（GB/T2348-80），将以上计算值圆整为标准直径，取D=80mr为了实现快进速度与快退速度相等，采用差动连接，

则d=0.7D。

所以d=0.7D=0.7X80=56mm同样按参考文献［3］表2-5活塞杆直径系列（GB/T2348-80）圆整成标准系列活塞杆直径。

取d=56mm由D=80mm,d=56mm

算出液压缸无杆腔有效作用面积为A=50.25mm有杆腔有效作用面积为

2

A2=25.7mm。

工进时采用调速阀，查产品样本，调速阀最小稳定流量qvmin=0.05l/min,

因最小工进速度Vmin=0.051l/min,则q50mnn=9.8<

A2<

A1故能满足低速稳定

v51

性要求。

1.4计算液压缸的工作压力、流量和功率

1.4.1计算液压缸的工作压力

根据参考文献执行元件背压的估计值，本系统的背压值估计可在0.5〜

0.8MPa范围内选取，故暂定：

工进时，&

=0.8MPa，快速运动时，&

=

0.5MPa，液压缸在工作循环各阶段的工作压力。

即可按参考文献计算：

差动快进阶段:

工作进给阶段:

FA17222

AA2Pb0--0050250・256106Pa3.686MPa

快速退回阶段:

R—Pb1.52MPa

A2A1

1.4.2计算液压缸的输入功率

55

快进阶段：

P1.204106（50.2525.7）1040.271kw

工进阶段：

P3.68610650.2500511040.047kw

快退阶段：

P1.5210625.7551040.36kw

表1液压缸在各阶段的压力、流量和功率

工作阶段

工作压力（%

Pa）

输入流量qv

1

（l?

min）

输入功率（%w）

快速前进

1.204

13.503

0.271

工作进给

3.686

0.755

0.047

快速退回

1.52

14.135

0.36

.拟定液压系统原理图

2.1选择液压回路

1）调速方式的选择

钻孔床工作时，要求低速运动平稳性好；

速度负载性好，液压缸快进和工进时功率都较小，负载变化也较小，因此采用调速阀的的进油节流调速回路。

为防止工作负载突然消失（钻通孔）引起前冲现象，在回油路上加背压阀。

（2）快速回路和速度换接方式的选择

我们选用差动液压缸实现“快，慢，快”的回路。

进口节流一次进给回路。

（3）油源的选择：

系统快进时低压大流量时间短，工进时高压小流量时间长。

所以采用双联叶片泵或限压式变量泵。

2.2液压系统的组合

选择基本回路后，按拟定液压系统图的几个注意点，可以组成一个完整的系

统图。

图中为了使液压缸快进时实现差动连接，工进时主油路和回油路隔离，在

系统中增设一个单向阀11及液控顺序阀8,在液压泵和电磁换向阀3的出口处，

分别增设单向阀9和12,以免当液压系统较长时间不工作时，压力油流回油箱,

形成真空。

为了过载保护或行程终了利用压力继电器13。

组合成液压系统图组合的液压系统图。

如图所示。

液压系统图

1-双联叶片泵2-三位五通电液阀3-行程阀4-调速阀5、6、10、13-单向

阀

7-顺序阀8-背压阀9-溢流阀11-过滤器12-压力表开关14-压力继电

器

动作名称

信号来源

1YA

2YA

背压阀8

换向阀2

电磁阀3

启动按钮

+

-

关闭

左位

下位

挡块压下行程阀7

打开

停留

滑块靠压死在挡块处

上位

时间继电器14发出信号

右位

停止

挡块压下终点开关

中位

三.选择液压元件

3.1液压泵的选择

由表一可知工作进给阶段液压缸最大工作压力为3.686x106Pa,进油路上的

压力损失一般为Pa,现取进油路总压力损失为pi8105Pa,则小流量泵最

高工作压力为：

Pb（3.6860.5）4.186MPa

因此，小泵的额定压力可取（4.25186+4.186x25%）=5.2325MPa。

确定液压泵的最大供油量：

qvpkqvmax

K-系统的泄漏修正系数,一般取k1.1:

1.3

快退时泵的流量为：

qvpkq11.114.13515.5481/min

工进时泵的流量为：

qvpkq11.10.7550.8305l/min

考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，尚须加上溢流阀稳定工作的最小溢流量,一般取3l/min.所以小流量泵的流量为：

qvp1=（0.8305+3）=3.8305l/min

查产品样本,选用小泵排量为V=4nL/r的YB1型双联叶片泵,额定转速为

n=1450l/min,则小泵的额定流量为:

qvn1410314500.95.22l/min

因此大流量泵的流量为：

qvn2（15.54855.22）10.3685l/min

查产品样本,选用大泵排量为V=16mL/r的YB1型双联叶片泵,额定转速为n=960r/min,则大泵的额定流量为：

qvn2161039600.913.824l/min

所以,满足要求.故本系统采用一台YB1-16/4型双联叶片泵

由前面分析可知，快退阶段的功率最大，故按快退阶段估算电动机功率•若快退时进油路的压力损失p,0.2MPa,液压泵的总效率p=0.7,则电动机的功

率为：

PbQvp

Pb

p

（1.770.2）106（5.1817.28）103

600.7

查电动机产品样本，选用丫90L-6型异步电动机P=1.1kw,n=910r/min3.2阀类元件的选择

根据所拟定的液压系统原理图，计算分析通过各液压阀的最高压力和最大流量,选择个液压阀的型号规格，下面列出各控制阀通过的实际流量，见表2。

表2各阀通过的实际流量及型号规格

序号

元件名称

通过流量

（L?

型号规格

双联叶片泵

19.044

YB1-20/6

3

溢流阀

5.22

EAZ63-25

4

单向阀

AF3-Ea10B

9

12

压力继电器

EYX63-6

5、6

液控顺序阀

V0.5

ECZ25-25

7

三位五通电磁阀

>

F22DH-25

11

行程阀

13.824

E22JH-63

10

调速阀

0.2

EQL-3

8

背压阀

EFZ10-25

过滤器

UX-40*100

E35ZD-63

321确定阀类元件的调整参数

溢流阀的压力调整值Py5显然的系统压力最高值，Py5Pmax4.2510°

MPa对溢流阀3的压力调整值Py4需作如下计算：

P为液压缸无杆腔的压力，F为液压缸有杆腔压力，为液压缸回油流经

电液换向阀时的压力损失，F为左滑台快速运动时的推力（3333No

考虑到管道内及通道体内的压力损失，溢流阀的损失可调Py4=1.5106Pa

表3阀的校正

名称

型号

额定流量下的压力损失

AF3-EA10B

2X105Pa

5

2X10Pa

1.5X105Pa

3.3辅助元件的选择

油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路允许流速进行计算，本系统油管内径的选择可参照所接元件接口尺寸确定。

查参考文献［1］油箱容量按下式确定：

Vmqvp（5~7）14.135L70.675L~98.945L

4.液压系统性能的验算

由于本液压系统相对比较简单，压力损失验算可以从略，又由于系统采用双泵供油方式，在液压缸工进阶段，大流量泵卸荷，功率利用合理；

同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故不必进行系统温升的验算。

5.液压缸的主要尺寸的设计计算

5.1液压缸主要尺寸的确定

由元件参数计算与设计中液压缸的内径D=80m,舌塞杆直径d=56mn已确定

5.2液压缸壁厚和外径的计算

液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚一般指缸体结构中最薄处的厚度。

从参考文献可知，承受内压力的圆筒，其内应力的圆筒，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。

当缸体壁厚与内径之比小于0.1时，称为薄壁缸体，薄壁缸体的壁厚按材料

式中：

缸体壁厚（m

P

液压缸的最大工作压力（Pa）

D

缸体内径（m

缸体材料的许用应力（Pa）

查参考文献⑸可得常见缸体材料的许用应力:

铸钢：

=（1000〜1100）105Pa

无缝钢管：

锻钢：

=（1000〜1200）105Pa

铸铁：

=（600〜700）105Pa

选用铸钢作为缸体材料：

严37需谓0^017m17mm

在中低压机床液压系统中，缸体壁厚的强度是次要的，缸体壁厚一般由结构,工艺上的需要而定，只有在压力较高和直径较大时，才由必要校核缸体最薄处的壁厚强度。

当缸体壁厚与内径D之比值大于0.1时，称为厚壁缸体，通常按参考文献中第二强度理论计算厚壁缸体的壁厚：

D0.4P

11001050.43.75106'

■11001051.33.75106

2-1.3P1

20.00149m

1.49mm

因此缸体壁厚应不小于1.7mm又因为该系统为中低压液压系统，所以不必对缸体最薄处壁厚强度进行校核。

缸体的外径为：

80+2*1.7=83.4mm

5.3液压缸工作行程的确定

液压缸的工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。

以液

压左滑台为例，因为左滑台的最大行程为150mm由查参考文献液压缸活塞行程

参数（GB2349-80，选择液压缸的工作行程为160mm

5.4缸盖厚度的确定

缸筒底部（即缸盖）有平面和拱形两种形式，由于该系统中液压缸工作场合的特点，缸盖宜选用平底形式，查参考文献可得其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算：

t缸盖有效厚度（m

P液压缸的最大工作压力（Pa）

缸体材料的许用压力（Pa）

d2缸底内径（m

do缸底孔的直径（m

查参考文献⑸缸盖的材料选用铸铁，所以：

缸盖有孔时：

t0.433D2fT（m）

t=10.2mm

缸盖无孔时：

t0.433D2[————（m）

V（D2do）

t=18.972mm

缸盖的宽度：

110mm

5.5最小导向长度的确定

H

影响液

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离称为最小导向长度，如果最小导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。

对一般的液压缸最小导向长度H应满足以下要求:

H丄D=120mm

202

L-液压缸的最大行程

D-液压缸的内径

5.6缸体长度的确定

液压缸的缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体长度不大于内径的20〜30倍,即在本系统中缸体长度不大于2000-3000mm现取缸体长度为450mm

5.7液压缸的结构设计

液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。

主要包括：

缸筒与缸

盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓

冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接结构等。

5.7.1缸筒与缸盖的连接形式

缸筒与缸盖的连接形式有多种，如法兰连接、外半环连接、内半环连接、外螺纹连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接等。

该系统为中低压液压系统，缸体材料为铸钢，液压缸与缸盖可采用拉杆式连接，该连接方式具有结构简单加工装配方便等特点。

5.7.2活塞

活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此它于缸筒的配合应适当，即

不能过紧，也不能间隙过大。

设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构形式，

其次还有活塞与活塞杆的连接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。

1）活塞的结构形式

活塞的结构形式分为整体活塞和组合活塞，根据密封装置形式来选用活塞结构形式，查参考文献活塞及活塞杆的密封圈使用参数，该系统液压缸中可采用O形圈密封。

所以，活塞的结构形式可选用整体活塞，整体活塞在活塞四周上开沟槽，结构简单。

2）活塞与活塞杆的连接

查参考文献活塞杆与活塞的连接结构分整体式结构和组合式结构，组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。

该系统中采用螺纹连接，该连接方式结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置，多在组合机床上与工程机械的液压缸上使用。

3）活塞的密封

查参考文献活塞与缸筒的密封采用0形圈密封活塞与缸体的密封采用0形圈密封，0形圈的代号为：

64.5X4GB/T3452.1-1992。

查参考文献活塞与活塞杆的密封采用0形圈密封，因该系统为中低压液压系统（P32Mpa）,所以活塞杆上的密圭寸沟槽不设挡圈,其沟槽尺寸与公差由GB/T3452.3-98确定,0形圈代号为：

48X7GGB/T3452.1-92，具体说明从略。

4）活塞材料

因为该系统中活塞采用整体活塞，无导向环结构，参考文献所以活塞材料可选用HT200-HT300或球墨铸铁，结合实际情况及毛坯材料的来源，活塞材料选用HT200

5）活塞尺寸及加工公差

查参考文献活塞的宽度一般取B=（0.6〜1.0）D,缸筒内径为80mm现取B=0.6X80=48,活塞的外径采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm活塞的内孔直径D设计为48mm精度为H8,查参考文献可知端面T对内孔D轴线的垂直度公差值按7级精度选取，活塞外径的圆柱度公差值按9级、10级或11

级精度选取。

外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结

构形式不同而各异。

活塞的详细结构见附图。

5.7.3缸筒

缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸体还要求有良好的焊接性能，结合该系统中液压缸的参数、用途和毛坯的来源等，缸筒的材料可选

用铸钢。

在液压缸主要尺寸设计与计算中已设计出液压缸体壁厚最小厚度应不小于1.7mm缸体的材料选用铸钢，查参考文献，缸体内径可选用H8H9或H10

配合，现选用H9配合，内径的表面粗糙度因为活塞选用0形圈密封取R为

0.3m，且需珩磨，缸筒内径的圆度和圆柱度可选取8级或9级精度具体结构

见附图。

缸筒与缸盖之间的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为804G

GB/T3452.1-1992，密封沟槽及其公差可按GB/T3452.3-1988确定。

见所附零件图。

5.7.4缓冲装置

液压缸的行程终端缓冲装置可使带着负载的活塞，在到达行程终端减速到

零，目的是消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖的机械撞击，同时

也为了降低活塞在改变运动方向时液体发出的噪声。

因为该系统为液压动力滑台液压系统速度换接平稳，进给速度稳定，且工进完毕采用死挡铁停留，所以液压缸上可不设置缓冲装置。

5.7.5后缸盖

查参考文献并参考同类型液压缸，后缸盖的材料选用HT20Q缸盖与缸体采

用拉杆式连接，选用的螺栓的代号为:

GB/T5782-86M12140。

查参考文献参照液压缸螺纹连接的油口系列（GB/T2878-93），液压缸的进油口螺纹选用M121.5,出油口螺纹选用M122。

具体结构尺寸见所附零件图。

5.7.6前缸盖及与活塞杆的密封、防尘

查参考文献并参考同类型的液压缸，前缸盖的材料选用35钢，缸盖与缸筒

采用的连接方式和后缸盖与缸筒的连接方式一致。

在缸盖的顶部加工进油孔道，其孔道的的结构与形式参照后缸盖上的而定。

查参考文献油管与缸盖接口处的尺

寸配合确定为©

18H9/g9,具体结构见附图。

为了清除活塞杆处外露部分粘附的灰尘，保证油液清洁及减少磨损，在端盖

外侧增加防尘圈。

活塞杆的防尘采用往复运动橡胶防尘密封圈（GB/T

10708.3-89）A型液压缸活塞杆防尘圈。

5.7.5活塞杆

1）活塞杆结构尺寸的确定

活塞杆杆体分为实心杆和空心杆两种，实心杆加工简单，采用较多，该系统

中采用实心杆。

已知活塞杆的直径为56mm查参考文献活塞杆的材料选用45钢,根据液压缸的实际结构