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1、课程设计-卧式单面多轴钻孔组 合机床动力滑台的液压系统LT目 录引言1第一章明确液压系统的设计要求2第二章负载与运动分析3第三章负载图和速度图的绘制5第四章确定液压系统主要参数64. 1确定液压缸工作压力64. 2计算液压缸主要结构参数64. 3绘制液压缸工况图8第五章液压系统方案设计95. 1选用执行元件95. 2速度控制回路的选择95. 3选择快速运动和换向回路105. 4速度换接回路的选择105. 5组成液压系统原理图115. 5系统图的原理12第六章 液压元件的选择156. 1确定液压泵的规格和电动机功率156. 2确定其它元件及辅件166. 3主要零件强度校核18第七章液压系统性能验
2、算207. 1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值207. 2油液温升验算21设计小结23参考文献24引言液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应 用液压系统的部门就越多。液压传动是用液体作为来传递能量的，液压传动有以下优点：易于获得较大 的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变 速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵, 易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其 所具有的压力及力流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控
3、制液压介质 的压力和流量，因此液压基本回路的作用就是三个方面：控制压力、控制流量 的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大 类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。第一章 明确液压系统的设计要求设计一卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统（含图）。动力滑台 的工作循环是：快进f工进f快退f停止。液压系统的主要参数与性能要求如 下：切削力Ft=20000N,移动部件总重力G=10000N,快进行程l1=100mm, 工 进行程l2=50mm,快进快退的速度为4m/min,工进速度为005m/min；加速、 减速时间A t=0.2s，静摩擦系数fs=02,动摩
4、擦系数fd=01。该动力滑台采用水 平放置的平导轨,动力滑台可在任意位置停止。第二章 负载与运动分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻 力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这 样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受 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F =12700Nt(2) 阻力负载Ff阻力
5、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。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为F，则f静摩擦阻力 F 二 0.2 x 20000 二 4000Nfs动摩擦阻力 F 二 0.1x 20000 二 2000Nfd(3) 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005s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为4. 5m/min,因此惯性负载可表示为AvAtN 二 1585.68N200007x9.8160 x 0.15如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液
6、压缸的机械效率耳w =0. 9,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 1 所示。表1液压缸总运动阶段负载表(单位：N)工况负载组成负载值 F/N推力F/n /Nw启动F = Ffs40004444.44加速F = F + Ffdm3585.683984.08快进F = Ffd20002222.22工进F = F + Ffdt147001633333反向启 动F = Ffs40004444.44加速F = F + Ffdm3585683984.08快退F = Ffd20002222.22制动F = F - Ffdm414.32460.36第三
7、章负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1(a) 所示，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 v = v = 7m/min 、快进行程 L1=400-100=300mm13工进行程L2=100mm、快退行程L3=400mm，工进速度v = 50mm/min。2快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。快进1300 x10-3760=2.57 s工进Lv2100 X10 -30.0560-=120 s快退60 x 300 60 x 400,+ s = 6s7X10007X1000根据上述已知数据绘制组
8、合机床动力滑台液压系统绘制负载图(F-t)如图 1(b),速度循环图如图1 (c)所示。快进丁-进_快进停止a )图1速度负载循环图a）工作循环图b）负载速度图c）负载速度第四章 确定液压系统主要参数4.1 确定液压缸工作压力由表2和表3可表,组合按床负压系选择工负载压力00 N时宜取3MP。 / jzxi zr: rn负载/ KN_t 加 rr50、匚丄作压 力/MPa 表30.81 各种机丄52机械常2.5 3 1用的3 4u系统4 5E工作牙5压力4.2计算液压缸主要结构参数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
9、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A是有杆腔工作面积A两倍的形式，即活塞12杆直径d与缸筒直径。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=0.8MPa。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Ap，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，
10、估 算时取Ap0. 5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值 p2=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为F / 耳=A p - A p = A p - （A / 2） p ， m 1 1 2 2 1 1 1 2 式中：f负载力nm液压缸机械效率A1压缸无杆腔的有效作用面积A2压缸有杆腔的有效作用面积p1压缸无杆腔压力 p2压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为FA=1= 0.006282m216333.33 X1063 - 082液压缸缸筒直径为D =、：4A .兀=89.46mm 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.
11、707D,因此活 塞杆直径为d=0707x8946=6332mm,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=110mm， 活塞杆直径为 d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：A =n D 2； 4 = 63.585 x 10-4 m 2A =n 2 d2）4 = 32.43x 10-4m22工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q=（A A ）x v = 23.07 Lmin快进121工作台在快退过程中所需要的流量为q = A x v = 22.7 Lmin快退 23工作台在工进过程中所需要
12、的流量为q工进=AiXvi=0-318 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 4 所示。表4 各工况下的主要参数值推力n/n油腔压力喰Pa输入min-i输入功率耽w计算公式启动加速快速781.540.9922.73q =(A - A1 2起动加速快退7 8 3 io9 92 7 8 2 8 & 48o.6o.制动6o.3.290.492.841.821.30.9520.020.052二0.607-P = p qp = p +Ap2 1p =(F+p A1 2 2q = Av1 2P = p q=(F+p A ) A2 1， 2
13、q = Av2 3P = p + q注：F = F /“ m。4.3 绘制液压缸工况图并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图 2所示。弘U 1.厂r1. 1!.：-.0.4480. H 1 :U.318U. Uj.1. 1II 1. H1F 1：图2组合机床液压缸工况图Ap P第五章 液压系统方案设计根据组合机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。5.1 选用执行
14、元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等， 因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A 的两倍。5.2 速度控制回路的选择工况图表明，所设计组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。钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过 程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在钻头钻入铸件 表面及孔被钻通时的
