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1、江蘇畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院論文（設(shè)計(jì)）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)王 晨指導(dǎo)老師： 王 明 蘭 班 級(jí)： 高 職 機(jī) 電04（1）系 （部）： 機(jī) 電 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī) 電 一 體 化 答辯時(shí)間： 2009.6 摘要液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，利用壓力能來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接頭等組成。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵經(jīng)濾油器從油箱中吸油，油液被加壓后,從泵的輸出口輸入管路。油液經(jīng)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞而使工作臺(tái)左右移動(dòng)。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回
2、油箱。工作臺(tái)的移動(dòng)速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油量減少，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減少。由此可見，速度是由油量決定的?？偠灾?，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)將得到克服，液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式的結(jié)合更是前途無量。關(guān)鍵詞液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的原理；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)AbstractLiquids for hydraulic transmission is based on the work of media, driven by pressure to drive the
3、 implementation of institutions. Hydraulic-driven machine tool table system is provided by the fuel tanks, filters, hydraulic pumps, relief valve, the stop valve, throttle, valve, hydraulic cylinder and the tubing connecting these components, connectors and other components. Motor-driven hydraulic p
4、ump by the oil filter from the oil tank, oil was pressurized, the pump output from the input line. Oil by opening stop valve, throttle, valve into the hydraulic cylinder, piston push around by mobile workstations.缸里hydraulic valve and the oil by pipeline to row back to the tank. Speed table is to ad
5、just the throttle. When the throttle opening when the oil into the hydraulic cylinder increased, increasing the speed table; when the throttle valve clearance-hour into the hydraulic cylinder of the oil starts to diminish, to reduce the speed table. This shows that the speed is determined by the fue
6、l. In short, the advantages of hydraulic prominent, with the scientific and technological progress, the shortcomings of hydraulic transmission will be overcome, it will become increasingly improve the hydraulic transmission, hydraulic technology and electronic technology and other means of transmiss
7、ion is a promising combination .Key words The principle of the hydraulic drive system; hydraulic drive system design目 錄摘要2 前言61、分析系統(tǒng)工況72、確定液壓缸的主要參數(shù)和尺寸82.1確定液壓缸的工作壓力82.2確定液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑.82.3確定缸筒壁厚82.4確定液壓缸其它部位尺寸82.5計(jì)算液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率93、擬定液壓系統(tǒng)圖113.1選擇液壓缸回路及供油形式113.2確定換向方式123.3確定工作進(jìn)給油路123.4確定快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)方案123
8、.5選擇終點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式133.6分析并寫出油路路線143.7寫出電磁鐵動(dòng)作表144、液壓元件選擇.164.1確定液壓缸的參數(shù)164.2選擇閥類零件174.3確定油管尺寸194.4確定油箱容量195、進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).205.1缸體與端蓋的選擇205.2活塞與活塞桿的連接.205.3液壓缸的密封裝置.225.4液壓缸的緩沖裝置.225.5液壓缸的排氣裝置.236、液壓系統(tǒng)驗(yàn)算246.1油管的壓力損失計(jì)算246.2閥類元件的壓力損失計(jì)算246.3計(jì)算泵的實(shí)際工作壓力256.4確定壓力閥的參考調(diào)整壓力256.5電動(dòng)機(jī)功率校核266.6液壓系統(tǒng)的效率276.7液壓系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算27附錄:致謝.29
9、附錄: 參考文獻(xiàn)30 前 言本設(shè)計(jì)主要是為機(jī)床設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床中，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給，刀具的自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。而且可以使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)更平衡，加工精度更高，效率更高，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化。為了達(dá)到以上效果，我們做了這個(gè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要涉及的內(nèi)容有機(jī)床負(fù)載的分析，運(yùn)動(dòng)特性的分析，液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)，液壓元件的選擇，液壓缸的設(shè)計(jì)等。1、分析系統(tǒng)工況1.1負(fù)載分析1）切削阻力工作負(fù)載：由切削原理課程可知，高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時(shí)的軸向切削力F，與鉆頭直徑D（以mm計(jì)）、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（以mm/r計(jì)）和鑄件硬度HB之間的經(jīng)驗(yàn)算式為：Fq切削阻力為已知 Fq=28000N2）摩擦阻力 機(jī)床工作
10、部件總重量為G14700N；取靜摩擦系數(shù)=0.2,動(dòng)摩擦系數(shù)ud=0.1,則：靜摩擦阻力 =0.214700N=2940N動(dòng)摩擦阻力 =0.114700N=1470N3）慣性阻力 動(dòng)力滑臺(tái)起動(dòng)加速，反向起動(dòng)加速和快退減速制動(dòng)的加速度的絕對(duì)值相等，既u=0.1m/s，t=0.05s，故慣性阻力為：=Gu/gt=147000.19.80.05=3000N4）由于動(dòng)力滑臺(tái)為臥式放置，所以不考慮重力負(fù)載。5）關(guān)于液壓缸內(nèi)部密封裝置摩擦阻力Fm的影響，計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中。2、確定液壓缸的主要參數(shù)和尺寸2.1確定液壓缸的工作壓力液壓缸各階段工作負(fù)載計(jì)算：1）啟動(dòng) F1=/cm=2940/0.9=326
11、7N2）加速 F2=（+）/cm=（1470+3000）/0.9=4470N3）快進(jìn) F3=/cm=1740/0.9N=1633N4）工進(jìn) F4=(+)/cm=(28000+1470)/0.9N=32744N5）快退 F5= /cm=1470/0.9N=1633N2.2確定液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑確定缸筒內(nèi)徑D，活塞桿直徑dD= 按GB/T23481993，取D=100mm d=0.71D=71mm 按GB/T23481993，取d=70mm2.3確定缸筒壁厚 油管壁厚一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查液壓傳動(dòng)手冊(cè)的有關(guān)表格得管的壁厚。選用14mm12mm冷拔無縫鋼管。其它油管按元件連接口尺
12、寸決定尺寸，測(cè)壓管選用4mm3mm紫銅管或鋁管。管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。2.4確定液壓缸其它部位尺寸（1）、液壓缸實(shí)際有效面積計(jì)算 無桿腔面積 A1=D2/4=3.141002/4 mm2=7850mm2 有桿腔面積 A2=（D2d2）/4=3.14（1002702）/4 mm2=4004 mm2 活塞桿面積 A3=D2/4=3.14702/4 mm2=3846 mm2 （2）、最低穩(wěn)定速度驗(yàn)算。最低速度為工進(jìn)時(shí)u=50mm/min，工進(jìn)采用無桿腔進(jìn)油，單向行程調(diào)速閥調(diào)速，查得最小穩(wěn)定流量qmin=0.1L/min A1qmin/umin=0.1/50=0.002 m2=
13、2000 mm2 滿足最低速度要求。2.5計(jì)算液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率（1）、計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的壓力、流量、功率列于表（1）表（1）液壓缸壓力、流量、功率計(jì)算工況差動(dòng)快進(jìn)工 進(jìn)快退啟動(dòng)加速恒速啟動(dòng)加速恒速計(jì)算公式p= F/A3q=u3A3P=pqp=(F+ p2A2) / A1q=u1 A1P=pqp=(F+ p2A1) / A2q=u2 A2P=pq速度m/su2=0.1u1=310-4510-3u3=0.1有效面積m2A1=785010-6A2=400410-6A3=384610-6負(fù)載N32663000163332744326630001633壓力MPa0.
14、850.780.424.41.41.10.99流量L/min230.3924.0功率KW0.161.7550.40取背壓力p2=0.4MP取背壓力p2=0.3MP3、擬定液壓系統(tǒng)圖3.1選擇液壓缸回路及供油形式該機(jī)床負(fù)載變化小，功率中等，且要求低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好速度負(fù)載特性好，因此采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路上加背油閥。本題已選用差動(dòng)型液壓缸實(shí)現(xiàn)“快、慢、快”的回路。由于快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)有平穩(wěn)性要求，故采用行程閥或電磁閥皆可來實(shí)現(xiàn)（比較表如下表2），工進(jìn)轉(zhuǎn)快退則利用壓力繼電器來實(shí)現(xiàn)。表2 快進(jìn)工進(jìn)的控制方法比較項(xiàng)目采用行程閥采用電磁閥轉(zhuǎn)換性能1液壓沖擊小2轉(zhuǎn)換精度高3可靠性好4控制靈活性
15、小1液壓沖擊較大2轉(zhuǎn)換精度較低3可靠性較差4控制靈活性大安裝特點(diǎn)1行程閥裝在滑座上2管路較復(fù)雜3須設(shè)置液壓撞塊機(jī)構(gòu)（撞塊長(zhǎng)度大于工進(jìn)行程）1電磁閥可裝在液壓站（或控制板）上，安裝靈活性大2管路較簡(jiǎn)單3須設(shè)置電氣撞塊機(jī)構(gòu)3.2確定換向方式1. 快速前進(jìn)按下起動(dòng)按鈕，電磁經(jīng)鐵1YA通電，電磁換向閥A的左拉接入回路，液動(dòng)換向閥B在制油液的作用下其左位接入系統(tǒng)工作，這時(shí)系統(tǒng)中油液的通路為：2 進(jìn)油路：過濾器1變量泵1換向閥A單向閥C換向閥B左端3 回油路：換向閥右端節(jié)流閥F換向閥A油箱。于是，換向閥B的閥芯右移，使其左位接入系統(tǒng)。4主油路5 進(jìn)油路：過濾器1變量泵1單向閥3換向閥B行程閥11液壓缸左腔
16、。6 回油路：液壓缸右腔換向閥B單向閥6行程閥11液壓缸左腔，形成差動(dòng)連接。此時(shí)由于負(fù)載較小，液壓系統(tǒng)的工作壓力較低，所以液控順序閥5關(guān)閉，液壓缸形成差動(dòng)連接，又因變量泵2在低壓下輸出流量為最大，所以動(dòng)力滑臺(tái)完成快速前進(jìn)。3.3確定工作進(jìn)給油路1.工作進(jìn)給當(dāng)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，控制擋鐵壓下行程閥11。切斷了快進(jìn)油路，電液動(dòng)換向閥7的工作狀態(tài)不變(閥B和閥A的左位仍接入系統(tǒng)工作)，壓力油須經(jīng)調(diào)速閥8、二位二通電磁12才能進(jìn)入液壓缸的左腔，由于油液流經(jīng)調(diào)速閥而使系統(tǒng)壓力升高，于是液控順序閥5打開，單向閥6關(guān)閉，使液壓缸右腔的油液經(jīng)閥5、背壓閥4流回油箱，使滑臺(tái)轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其主要油路：2.
17、進(jìn)油路：過濾器1 變量泵2單向閥3換向閥B 調(diào)速閥8電磁閥12液壓缸左腔。3.回油路：液壓缸右腔換向閥B順序閥5背壓閥4油箱。因?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)給時(shí)系統(tǒng)壓力升高，所以變量泵2的輸出流量便自動(dòng)減小，以適應(yīng)工作進(jìn)給的城要，進(jìn)給速率的大小由調(diào)速閥8來調(diào)節(jié)。3.4確定快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)方案1.死擋鐵停留當(dāng)滑臺(tái)第二次工作進(jìn)給完畢，碰上死擋鐵后停止前進(jìn)，停留在死擋鐵處，這時(shí)液壓缸左腔油液的壓力升高，當(dāng)升高到壓力繼電器13的調(diào)整值時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)給時(shí)間繼電器，其停留時(shí)間由時(shí)間繼電器控制，經(jīng)過時(shí)間繼電器的延時(shí)，再發(fā)出信號(hào)使滑臺(tái)返回。2.快速退回時(shí)間繼電器延時(shí)發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵YA停電，2YA通電，這時(shí)換向閥A的右
18、位接入回路，控制油液換向閥B的右位拉入系統(tǒng)工作，此時(shí)，由于滑臺(tái)返回的負(fù)載小，系統(tǒng)壓力較低，變量泵2的流量自動(dòng)增大至最大，所以動(dòng)力滑臺(tái)快速退回。這時(shí)系統(tǒng)油液的通路為：控制油路進(jìn)油路：過濾器1變量泵2換向閥A單向閥D換向閥B右端。回油路：換向閥B左端節(jié)流閥E換向閥A油箱。主油路進(jìn)油路：過濾器1變量泵2單向閥3換向閥B液壓缸右腔?；赜吐罚阂簤焊鬃笄粏蜗蜷y10換向閥B油箱。動(dòng)力滑臺(tái)快速后退，當(dāng)其快退到一定位置(即工進(jìn)的起始位置)時(shí)，行程閥11復(fù)位，使回油路更為暢通，但不影響快速退回動(dòng)作。3.5選擇終點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式5.原位停止當(dāng)滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋鐵壓下行程開關(guān)而發(fā)出信號(hào)，使2YA斷電，換向閥A、B都處于中
19、位，液壓缸失去動(dòng)力源，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。變量泵2輸出的油液經(jīng)單向閥3、換向閥B流回油箱，液壓泵卸荷。單向閥3使泵卸荷時(shí)，控制油路中仍保持一定的壓力。這樣，當(dāng)電磁換向閥A通電時(shí)，可保證液動(dòng)換向閥B能正常工作。3.6分析并寫出油路路線由液壓缸工況圖（圖2）清楚的看出，其系統(tǒng)特點(diǎn)是快速時(shí)低壓、大流量、時(shí)間短，工進(jìn)時(shí)高壓、小流量、時(shí)間長(zhǎng)，故采用雙聯(lián)葉片泵或限壓式變量泵。將兩者進(jìn)行比較（見表3）考慮本機(jī)床要求系統(tǒng)平穩(wěn)、工作可靠。因而采用雙聯(lián)葉片泵。表3雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時(shí)，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時(shí)，定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊大2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作
20、性能較好。2內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動(dòng)及噪聲較大，工作平衡性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜3系統(tǒng)較簡(jiǎn)單4有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低3.7寫出電磁鐵動(dòng)作表系統(tǒng)工作循環(huán)表4 元件名稱 動(dòng)作循環(huán)電磁鐵行程閥壓力繼電器1Y2Y快 進(jìn)工 進(jìn)壓下（工進(jìn)終了）快 退停止（或中途停止）4、液壓元件選擇4.1確定液壓缸的參數(shù)（1）確定液壓泵的工作壓力由前面可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為4.4MPa，本系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管道壓力損失為0.6MPa。由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大0.5MPa，故
21、泵的最高壓力為 Pp1=（4.4+0.6+0.5）MPa=5.5MPa 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調(diào)整工作壓力。 液壓泵的公稱工作壓力Pr為 Pr=1.25 Pp1 =1.255.5MPa=6.7MPa大流量泵只在快速時(shí)向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時(shí)的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa，故快退時(shí)泵的工作壓力為 Pp2=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa 這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥7和8調(diào)整的參考數(shù)據(jù)。（2）液壓泵的流量 由流量可知，在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為2
22、3Lmin,取K=1.1，則可計(jì)算泵的最大流量 K( )max =1.123Lmin=25.3Lmin 在工進(jìn)時(shí)，最小流量值為0.39 Lmin.為保證工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)壓力較穩(wěn)定，應(yīng)考慮溢流閥有一定的最小溢流量，取最小溢流量為1 Lmin（約0.01710-3m3s）故小流量泵應(yīng)取1.39Lmin 根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，選用公稱流量分別為18Lmin、12Lmin；公稱壓力為70MPa壓力的雙聯(lián)葉片泵。（3）選擇電機(jī)由功率可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，其數(shù)值按下式計(jì)算 Pp= Pp2（qv1+ qv2）p=1.35106（0.2+0.3）10-30.75=993W式中 qv1大泵流量，qv1=18 Lm
23、in（約0.310-3m3s） qv2小泵流量，qv2=12Lmin（約0.210-3m3s） p液壓泵總效率，取p =0.75。根據(jù)快退階段所需功率993W及雙聯(lián)葉片泵要求的轉(zhuǎn)速，選用功率為1.1KWJ526型的異步電機(jī)。4.2選擇閥類零件根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實(shí)際流量，選擇各種液壓元件和輔助元件的規(guī)格。液壓元件說明編號(hào)元件名稱型 號(hào)技術(shù)數(shù)據(jù)P(MPa)( Lmin)調(diào)整壓力P（MPa）1葉片泵YB1218雙聯(lián)p=7.0，=12P=5.382葉片泵YB1218雙聯(lián)p=7.0，=18P=1.353三位五通電磁換向閥35D25Bp=6.3，=254單向行程調(diào)速閥QCI25p=6.3，=2
24、5 P=23qvmin =0.035溢流閥Y10p=6.3，4=10，卸荷壓p1.56背壓閥B10Bp=6.3，=10背壓力p=0.50.6 實(shí)際通過流量 1.57液動(dòng)順序閥XYB10Bp=6.3，qv =10卸荷壓力p1.5實(shí)際通過流量qv =9（做卸荷閥用）P=1.358液動(dòng)順序閥XYB10Bp=6.3，qv =10卸荷壓力p1.5實(shí)際通過流量qv =1.5P=1.35+（0.50.8）9單向閥I25Bp=6.3，qv=25 P2最大實(shí)際通過流量qv =2210單向閥I25Bp=6.3，qv=25 P2實(shí)際通過 流量qv =1011單向閥I25Bp=6.3，qv=25 P2實(shí)際通過 流量q
25、v 1512單向 閥I25Bp=6.3，qv=25 P2實(shí)際通過 流量qv 3013壓力繼電器DP163BP=16.3，反向區(qū)間壓力調(diào)整范圍為0.50.814壓力表開關(guān)K6Bp=6.3，測(cè)量6點(diǎn)壓力值，實(shí)測(cè)4點(diǎn)壓力值15濾油器WU25180J型公稱直徑1510-3m公稱流25（0.4210-3m3s） 注：以上元件除液壓泵、濾油器外，均為板式連接。4.3確定油管尺寸 由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，油管內(nèi)通油量較大，其實(shí)際流量qv 24 Lmin(0.510-3m3s),取允許流速u=0.5ms,則主壓力油管d用下式計(jì)算 d=圓整化，取d=12mm。 油管壁厚一般不需計(jì)算，根據(jù)選用的管材和管內(nèi)徑查
26、液壓傳動(dòng)手冊(cè)的有關(guān)表格得管的壁厚。 選用14mm12mm冷拔無縫鋼管。 其它油管按元件連接口尺寸決定尺寸，測(cè)壓管選用4mm3mm紫銅管或鋁管。管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按油管通徑選取。4.4確定油箱容量 中壓系統(tǒng)油箱的容量，一般取液壓泵公稱流量的57倍 V=7=730L=210L5、進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1缸體與端蓋的選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個(gè)：缸筒內(nèi)徑D、活塞桿外徑d和缸筒長(zhǎng)度L。(1)缸筒內(nèi)徑D。液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運(yùn)動(dòng)速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再?gòu)腉B234880標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。根據(jù)負(fù)載和
27、工作壓力的大小確定D：以無桿腔作工作腔時(shí)以有桿腔作工作腔時(shí)式中：pI為缸工作腔的工作壓力，可根據(jù)機(jī)床類型或負(fù)載的大小來確定；Fmax為最大作用負(fù)載。5.2活塞與活塞桿的連接(2)活塞桿外徑d?；钊麠U外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。若速度比為v，則該處應(yīng)有一個(gè)帶根號(hào)的式子： 也可根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時(shí)，d=0.30.5D。受壓力作用時(shí)：pI5MPa時(shí)，d=0.50.55D5MPapI7MPa時(shí)，d=0.60.7DpI7MPa時(shí),d=0.7D(3)缸筒長(zhǎng)度L。缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=l+B+A+M+
28、C式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長(zhǎng)度，由密封方式定；C為其他長(zhǎng)度。一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過內(nèi)徑的20倍。另外，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。(4)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定。當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H(如圖4-19所示)。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度(間隙引起的撓度)增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。圖4-19油缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度K隔套對(duì)于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下式：HL/20+D/2 式中：L為液壓缸最大
29、工作行程(m);D為缸筒內(nèi)徑(m)。一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在D80mm時(shí)取A=(0.6-1.0)D,在D80mm時(shí)取A=(0.6-1.0)d；活塞的寬度B則取B=(0.6-1.0)D。為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，過分增大A和B都是不適宜的，最好在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套K，隔套寬度C由所需的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定，即：C=H-采用隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，還可以改善導(dǎo)向套及活塞的通用性。3.強(qiáng)度校核對(duì)液壓缸的缸筒壁厚、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。(1)缸筒壁厚校核。缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況，當(dāng)D/10時(shí)為薄壁，壁厚按下式進(jìn)行校核：=ptD/2式中：D為缸筒
30、內(nèi)徑；pt為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn16MPa時(shí)，取pt=1.5pn，pn為缸生產(chǎn)時(shí)的試驗(yàn)壓力;當(dāng)pn16MPa時(shí)，取pv=1.25 pn;為缸筒材料的許用應(yīng)力，=b/n,b為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。當(dāng)D/10時(shí)為厚壁，壁厚按下式進(jìn)行校核：在使用式進(jìn)行校核時(shí)，若液壓缸缸筒與缸蓋采用半環(huán)連接，應(yīng)取缸筒壁厚最小處的值。(2)活塞桿直徑校核?；钊麠U的直徑d按下式進(jìn)行校核：d式中：F為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，=b/1.4。(3)液壓缸蓋固定螺栓直徑校核。液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計(jì)算：d 式中：F為液壓缸負(fù)載；Z為固定螺栓個(gè)數(shù)；k為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.1
31、21.5,=s/(1.2-2.5),s為材料的屈服極限。4.液壓缸穩(wěn)定性校核活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，其直徑d一般不小于長(zhǎng)度L的1/15。當(dāng)L/d15時(shí)，須進(jìn)行穩(wěn)定性校核，應(yīng)使活塞桿承受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載Fk,以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。Fk的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及缸的安裝方式等因素有關(guān)，驗(yàn)算可按材料力學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行。5.3液壓缸的密封裝置5.1活塞桿密封密封件1在一個(gè)公共唇上有3個(gè)密封棱邊，隨著壓力升高和線接觸向前移動(dòng)，一個(gè)新的剪切棱邊形成，摩擦隨壓力的升高被保持成最小，且該單一密封件的密封質(zhì)量在整個(gè)壓力范圍內(nèi)恒定。密封件2實(shí)際上是
32、一個(gè)刮圈，它去除粘附牢固的最后油層。該密封件在活塞桿外伸時(shí)是剛性的，在返回時(shí)是撓性的，在行程末端把油液突然擠回。該結(jié)構(gòu)自動(dòng)補(bǔ)償壓力、溫度和磨損狀態(tài)。該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)減少劃傷、低摩擦。非金屬減磨環(huán)消除活塞與缸體間隙上金屬對(duì)金屬的接觸，減磨環(huán)的高可嵌入性因數(shù)和擦拭作用的結(jié)合，防止污染進(jìn)入活塞導(dǎo)向環(huán)與密封表面之間，因而大大減少劃傷，有助于延長(zhǎng)青銅填充特氟隆環(huán)的壽命。5.4液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖計(jì)算主要是估計(jì)緩沖時(shí)缸中出現(xiàn)的最大沖擊壓力，以便用來校核缸筒強(qiáng)度、制動(dòng)距離是否符合要求。緩沖計(jì)算中如發(fā)現(xiàn)工作腔中的液壓能和工作部件的動(dòng)能不能全部被緩沖腔所吸收時(shí)，制動(dòng)中就可能產(chǎn)生活塞和缸蓋相碰現(xiàn)
33、象。液壓缸在緩沖時(shí)，緩沖腔內(nèi)產(chǎn)生的液壓能E1和工作部件產(chǎn)生的機(jī)械能E2分別為：E1=pcAclcE2=ppAplc+mV2-Fflc 式中：pc為緩沖腔中的平均緩沖壓力；pp為高壓腔中的油液壓力；Ac、Ap為緩沖腔、高壓腔的有效工作面積；Lc為緩沖行程長(zhǎng)度；m為工作部件質(zhì)量；v0為工作部件運(yùn)動(dòng)速度；Ff為摩擦力。式(4-42)中等號(hào)右邊第一項(xiàng)為高壓腔中的液壓能，第二項(xiàng)為工作部件的動(dòng)能，第三項(xiàng)為摩擦能。當(dāng)E1=E2時(shí)，工作部件的機(jī)械能全部被緩沖腔液體所吸收，由上兩式得：Pc=E2/Aclc如緩沖裝置為節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置，在緩沖過程中的緩沖壓力逐漸降低，假定緩沖壓力線性地降低，則最大緩沖壓力即沖
34、擊壓力為：Pcmax=Pc+m02/2Aclc 如緩沖裝置為節(jié)流口變化式緩沖裝置，則由于緩沖壓力Pc始終不變，最大緩沖壓力的值。5.5液壓缸的排氣裝置有排氣裝置的系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行排氣，無排氣裝置的系統(tǒng)應(yīng)往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)多次，使之自然排出氣體。6、液壓系統(tǒng)驗(yàn)算6.1油管的壓力損失計(jì)算由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗(yàn)算壓力損失值。下面以工進(jìn)時(shí)的管路壓力損失為例計(jì)算如下： 已知：進(jìn)油管、回油管長(zhǎng)約為l=1.5m，油管內(nèi)徑d=1.210-3m，通過流量=0.39 Lmin（0.006510-3m3s），選用LHM32全損耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度為15，v=1.52s。1）判斷油流類型 利用下式
35、計(jì)算出雷諾數(shù) Re=1.273104=1.2730.006510-31041.210-3/1.5662000為層流。6.2閥類元件的壓力損失計(jì)算 （1）沿程壓力損失P1 利用公式分別算出進(jìn)、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。 進(jìn)油路上P1=4.41012v.l.qvd4=4.310121.51.50.006510-3124Pa=0.0313105Pa 回油路上，其流量qv=0.75 Lmin（0.012510-3m3s）（差動(dòng)液壓缸A12A2）,壓力損失為P1=4.31012v.l.qvd4=4.310121.51.50.0032510-3124Pa=0.01532105Pa由于是差動(dòng)
36、液壓缸，且A12A2，故回油路的損失只有一半折合到進(jìn)油腔，所以工進(jìn)時(shí)總的沿程損失為 P1=（0.03103+0.50.01532）105Pa=0.039105Pa（2）局部壓力損失P2 由于采用液壓裝置為集成塊式，故考慮閥類元件和集成塊內(nèi)的壓力損失。為方便起見，將工進(jìn)時(shí)油流通過各種閥的流量和壓力損失列于下6.3計(jì)算泵的實(shí)際工作壓力（1）確定液壓泵的工作壓力由前面可知，液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為4.4MPa，本系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，選取進(jìn)油管道壓力損失為0.6MPa。由于采用壓力繼電器，溢流閥的調(diào)整壓力一般應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大0.5MPa，故泵的最高壓力為 Pp1=（4.4+0.
37、6+0.5）MPa=5.5MPa 這是小流量泵的最高工作壓力（穩(wěn)態(tài)），即溢流閥的調(diào)整工作壓力。 液壓泵的公稱工作壓力Pr為 Pr=1.25 Pp1 =1.255.5MPa=6.7MPa大流量泵只在快速時(shí)向液壓缸輸油，由壓力圖可知，液壓缸快退時(shí)的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，這時(shí)壓力油不通過調(diào)速閥，進(jìn)油路比較簡(jiǎn)單，但流經(jīng)管道和閥的油流量較大。取進(jìn)油路壓力損失為0.5MPa，故快退時(shí)泵的工作壓力為 Pp2=（0.99+0.5）MPa=1.49MPa 這是大流量泵的最高工作壓力，此值是液控順序閥7和8調(diào)整的參考數(shù)據(jù)。6.4確定壓力閥的參考調(diào)整壓力閥的流量和壓力損失編號(hào)名 稱實(shí)際通過流量(Lmin)公稱流量Lm
38、in)公稱壓力損失Pr105(Pa)1單向閥0.392522三位五通電磁換向閥0.392523單向行程調(diào)速閥0.392554液動(dòng)順序閥0.195251.5（卸荷時(shí)壓力損失）5液動(dòng)順序閥0.195106 計(jì)算各閥局部壓力損失之和Pv如下 Pv=2105（0.3925）2+2105（0.3925）+5105+0.51.5（0.3925）2+0.56105Pa =8.1105Pa 取油流通過集成塊時(shí)的壓力損失為 PJ=0.3105Pa故工進(jìn)時(shí)總的局部壓力損失為 P2=（8.1+0.3）105Pa=8.4105Pa所以P=（0.5+8.4）105Pa=9105Pa 這個(gè)數(shù)值加上液壓缸的工作壓力（由外負(fù)
39、載決定的壓力）和壓力繼電器要求系統(tǒng)調(diào)高的壓力（取其值為5105Pa），可作為溢流閥調(diào)整壓力的參考數(shù)據(jù)。其壓力調(diào)整值p為 P= PP15105式中 P1液壓缸工進(jìn)時(shí)克服外負(fù)載所需壓力。而 P1= F0A1=32744785010-6Pa=41.7105Pa所以 P=（41.7+9+5）105Pa=55.7105Pa這個(gè)值比估算的溢流閥調(diào)整壓力值67105Pa小。因此，主油路上的元件和油管直徑均可不變。6.5電動(dòng)機(jī)功率校核最大功率出現(xiàn)在快退階段，其數(shù)值按下式計(jì)算 Pp= Pp2（qv1+ qv2）p=1.35106（0.2+0.3）10-30.75=993W式中 qv1大泵流量，qv1=18 Lm
40、in（約0.310-3m3s） qv2小泵流量，qv2=12Lmin（約0.210-3m3s） p液壓泵總效率，取p =0.75。6.6液壓系統(tǒng)的效率本機(jī)床的工作時(shí)間主要是工進(jìn)工況，為簡(jiǎn)化計(jì)算，主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱，故按工進(jìn)工況驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。（1）液壓泵的輸入功率 工進(jìn)時(shí)小流量泵的壓力Pp1=54105Pa，流量qvp1=12Lmin (0.210-3m3s)小流量泵的功率為 P1= Pp1qvp1p=540.21020.75W=1440W式中 p液壓泵的總效率。工進(jìn)時(shí)大流量泵卸荷，順序閥的壓力損失P=1.5105Pa，即大流量泵的工作壓力Pp2=1.5105Pa，流量qvp2=18Lmin
41、(0.310-3m3s)大流量泵的功率P2為 P2= Pp2qvp2p=1.50.31020.75W=60W故雙聯(lián)泵的合計(jì)輸出功率Pi為 Pi= P1+ P2=1440+60W=2040W（2）有效功率 工進(jìn)時(shí)，液壓缸的負(fù)載F=32744N，取工進(jìn)速度v=0.0008310-3ms輸出功率P0為 P0=Fv=327440.00083W=27W6.7液壓系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算 （3）系統(tǒng)發(fā)熱功率Ph 系統(tǒng)總的發(fā)熱功率Ph為 Ph= P iP0=2013W（4）散熱面積 油箱容積V=210L，油箱近似散熱面積A為 A=0.065（5）油液溫升t 假定采用風(fēng)冷，取油箱的傳熱系數(shù)Kt =23W(.),可得油
42、液溫升為 t= PhKt A=1198（232.296）=22.7設(shè)夏天的室溫為30，則油溫為（30+22.7）=52.7，沒有超過最高允許油溫（5065）。致 謝本課題在選題及研究過程中得到王明蘭老師的悉心指導(dǎo)。王老師多次詢問研究過程，并為我指點(diǎn)研究方法，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)，對(duì)王老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的，我將在今后用我的行動(dòng)來表示。感謝五年來教過我的所有老師，衷心感謝你們的教育之恩。在五年的大學(xué)生活中，讓我學(xué)到了很多知識(shí)，為我今后走向社會(huì)，奠定了良好的基礎(chǔ)。你們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，我不知道怎樣表達(dá)我此刻的心情。就讓我在此對(duì)老師們深深的鞠上一躬。最后感謝老師幫我
43、批改論文，向你們說一聲衷心的感謝。參考文獻(xiàn) 1.雷天覺主編.新編液壓工程手冊(cè).北京：北京理工大學(xué)出版社，19982. 屈圭主編.液壓與氣壓傳動(dòng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20023.張群生主編.液壓與氣壓傳動(dòng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20044.李鄂民主編.液壓與氣壓傳動(dòng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20045.章宏甲、黃誼、王積偉主編.機(jī)床液壓傳動(dòng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20006.趙錫華、張世偉、姜德鳳主編. 液壓傳動(dòng)及設(shè)備故障分析. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19917.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)1.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1979.10.8. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.9.9.王啟義等 .中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典5.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2001.1.10. 成大先主編 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.4.30
組合機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc
