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1、摘 要本次毕业设计是以Z3040-13摇臂钻床为参考机型，对主轴控制系统进行了液压系统进行设计。该系统设计主要是实现主传动和进给传动的低速运转，且实现低速段的无级变速，高速段可采用机械无级变速，其间配以齿轮传动过渡。在本次设计过程中首先了解该钻床的运动形式，然后确定液压传动系统采用限压试变量泵与调速调速阀组成的调速回路实现了执行机构数的稳定，功率损失小，发热小效率高。在辅助元件的选择上大量采用了标准件，由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化使得液压传动装置的重量轻、结构紧凑、简单、惯性小、传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。且使得整个液压系统整体结构简化，缩短制造周期，同时实现在加工过
2、程中的无极变速。关键字:Z3040摇臂钻床、主轴控制、液压传动、无级变速目 录1 绪论31.1 液压系统在工程中的应用31.2 液压传动系统的优缺点42 液压系统的初步设计62.1 液压系统的设计步骤62.2 设计要求62.3 钻床对液压系统的要求63 液压系统方案设计83.1传动方案设计83.2 调速方式式与液压泵的选择103.3 制定调速方案103.4 制定顺序动作方案113.5 制定压力控制方案113.6 绘制液压系统图124 液压执行元件的设计计算与选用134.1 液压系统设计参数134.2液压马达的选用144.3确定液压缸的参数144.4 液压泵的选择154.5 液压泵驱动电机的选择
3、164.6各种阀类的选择174.7管道尺寸的确定184.8确定油箱的有效容积195 液压系统性能验算205.1 沿程压力损失205.2 局部压力损失206 系统发热量的计算226.1 计算发热功率226.2 计算散热功率227 液压系统安装、调试247.1 安装前的技术准备工作247.2 液压件安装要求257.3 液压系统清洗267.4 调试26结论28参考文献29致谢301 绪论液压传动是以流体（液压油液）为工作介质，在密闭容器内进行能量的转换、调节控制和传递的一种传动形式。液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加
4、的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递2。 图1-1 液压传动基本原理 液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。1.1 液压系统在工程中的应用液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年
5、开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展；同时，减小元件的重量和体积
6、，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。 解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部
7、门中的用应，也将会越来越广泛。现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。1.2 液压传动系统的优缺点液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。 除了上述的
8、元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。1.2.1 优点1) 传动平稳 在液压传动装置中，由
9、于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。 2) 质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的1m3挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1t。 3) 承载能力大 液压传动易于获得很大的力
10、和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。 4) 容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且调速范围很大，可达2000：1，很容易获得极低的速度。 5) 易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。6) 液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。7) 容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件 8) 简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械
11、零部件数目。9) 便于实现自动化 液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。10) 便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本3。1.2.2 缺点1) 液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。2) 实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮
12、加工机床的传动系统。3) 油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。4) 不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。5) 油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。6) 油液容易污染 油液污染后，会影响系统工作的可靠性。7) 发生故障不易检查和排除。2 液压系统的初步设计液压系统是机械伺服装置中的经典结构。即使在机电类元件获得长足进步的今天，液压系统仍以其高功率/重量比，响应快，低速特性好等特点而在不少系统当中扮演举足轻重的角色。在现代电子和控制技术推动下涌
13、现出了一些原理新颖，物美价廉的液压元器件，给这一传统的技术带来了新的生机。液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。2.1 液压系统的设计步骤1) 明确设计方案；2) 确定液压执行元件的形式；3) 进行工况分析，确定系统的主要参数；4) 制定基本方案，拟定液压系统原理图；5) 选择液压元件；6) 液压系统的性能验算。2.2 设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据，在制定基本方案并进一步着手液压
14、系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。目前，大部分的钻床机床的卡盘，钻头等都是由液压来控制的。而他们的基本工作原理都是：通过液压系统回路，来实现控制卡盘的夹紧，松开及对不同的零件类型来实现正转，反转的控制。而它们的工作循环大都为：夹紧保压快进钻孔快退松开其中快进和卡紧并是通过高低压的换向来控制来实现的，而保压过程是通过换向阀来实现的，它是保证工件在加工过程中不会发生移动和在突然断电等事故发生时保护设备和人员安全的必要设备。2.3 钻床对液压系统的要求1) 卡盘夹紧，松开时动作要求平稳，在进行动做换向时不应有冲击；2) 当卡盘夹紧后，液压缸机构应具有足够的保压
15、能力，以防止因系统内泻而造成工件的脱落或当数控机床在加工零件时因为卡紧力不够而使工件轴向不垂直，加工零件尺寸出现偏差。3) 系统中要有减压装置，其作用为当卡盘接触工件时，系统压力忽然升高，为防止因压力过大而造成加上工件的事故发生，该系统在工作过程中因为恒压。4) 钻头工作时应没有冲击，爬行等不良现象。所以对系统的密封应有较高的标准。283 液压系统方案设计3.1传动方案设计Z3040液压传动系统由3部分组成：主轴传动系统、进给传动系统、及立柱加紧系统。主轴传动系统和进给传动系统均采用液压马达配以锥轮机械无级变速器和同步带，以扩大变速范围，并满足主轴转矩匹配的要求。立柱加紧液压系统基本保留了原Z3040D的设计，只是由原来独立供油系统改为现在的共用供油系统。主轴传动部分采用限压传动系统（即系统压力越高流量越小从而实现低速转动）进油路由变量泵和调速阀实现二级减速，回路有顺序阀回油路上有一定的背压，使系统运动更平稳。系统图如图3-1：图3-1 主轴传动系统进给传动部分同样采用限压式传动系统在进油路上由两个减压阀和一个调压阀组
