專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 計(jì)算說明書 設(shè)計(jì)題目：專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械 系 機(jī)械及自動(dòng)化 專業(yè) 班級(jí) 031013班 學(xué)號(hào) 20030343 設(shè)計(jì)者： 夏國(guó)慶 指導(dǎo)教師： 錢雪松（老師） 學(xué)校：河海大學(xué)常州校區(qū) 2006 年 6 月 30 日 一、設(shè)計(jì)流程圖 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整機(jī)設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，設(shè)計(jì)步驟的一般流程如圖 明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 否 否 液 壓 CAD 是否符合要求？ 繪制工作圖，編制技術(shù)文件 是否通過？

2、 驗(yàn)標(biāo)液壓系統(tǒng)性能 選擇液壓元件 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析 是 結(jié) 束 是 下面將按照這一流程圖來進(jìn)行本次液壓課程設(shè)計(jì)。 二、設(shè)計(jì)依據(jù)： 專用銑床工作臺(tái)重量G1=3000N，工件及夾具重量G2=1000N，切削力最大為9000N，工作臺(tái)的快進(jìn)速度為4。5m/min，工進(jìn)速度為60～1000mm/min，行程為L(zhǎng)=400mm（工進(jìn)行程可調(diào)），工作臺(tái)往復(fù)加速、減速時(shí)間的時(shí)間t=0.05s，假定工作臺(tái)用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fj=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1。設(shè)計(jì)此專用

3、銑床液壓系統(tǒng)。 三、工況分析 液壓系統(tǒng)的工況分析是指對(duì)液壓執(zhí)行元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析，目的是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過程中的流量、壓力、功率的變化規(guī)律，作為擬定液壓系統(tǒng)方案，確定系統(tǒng)主要參數(shù)（壓力和流量）的依據(jù)。 負(fù)載分析 （一） 外負(fù)載 =9000N 其中表示最大切削力。 對(duì)于專用銑床銑削時(shí)銑刀所承受的主切削力大小（單位N）為： (N) 式中 P — 單位切削力（） f — 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） — 背吃刀量（mm） 下面將進(jìn)行具體參數(shù)的計(jì)算： 由公式 可得 （其中表示每分鐘進(jìn)給速度，n表

4、示銑刀的轉(zhuǎn)速） 由設(shè)計(jì)依據(jù)可知 n=300r/min ??工進(jìn)速度=60—1000mm/min，故我們?nèi)?300mm/min。 對(duì)于單位切削力P，由以下的常用金屬材料的單位切削力表可得，我們選P=2000。 類別 材料 牌號(hào) 單位切削力P（） 鋼 易切鋼 Y40Mn 1700 結(jié)構(gòu)鋼 45 2000 40Cr 不銹鋼 1Cr17Ni9 2500 鑄鐵 灰鑄鐵 HT200 1140 鑄造 合金 鑄造錫青銅 ZcuSn5Pb5Zn5 700 鑄造鋁合金 ZALSn7Mg 720 對(duì)

5、于銑削背吃刀量,我們選用硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計(jì)算手冊(cè)可得，取=1.5mm。 根據(jù)以上的公式 可得： 因?yàn)?000<=3185N，所以選取的合適 （二） 阻力負(fù)載 靜摩擦力：Ffj=（G1+G2）fj 其中 Ffj—靜摩擦力N G1、G2—工作臺(tái)及工件的重量N fj—靜摩擦系數(shù) 由設(shè)計(jì)依據(jù)可得：Ffj=（G1+G2）fj=(4000+1800)X0.2=1160N 動(dòng)摩擦力Ffd=（G1+G2）fd 其中 Ffd—?jiǎng)幽Σ亮 fd—?jiǎng)幽Σ料禂?shù) 同理可得： Ffd=（G1+G2）fd=(4000+1800)X0.1=580N （三

6、） 慣性負(fù)載 機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=（G1+G2）/g=5800/9.81=592kg 慣性力Fm=ma=N 其中：a—執(zhí)行元件加速度 m/s ut—執(zhí)行元件末速度 m/s u0—執(zhí)行元件初速度m/s t—執(zhí)行元件加速時(shí)間s 因此，執(zhí)行元件在各動(dòng)作階段中負(fù)載計(jì)算如下表所示： 工況 油缸負(fù)載（N） 負(fù)載值（N） 啟動(dòng) F=Ffj 1160 加速 F=Ffd+Fm 1073 快進(jìn) F=Ffd 580 工進(jìn) F=Ffd+Fc 3580 快退 F=Ffd 580 按上表的數(shù)值繪制負(fù)載如圖所示。

7、 對(duì)于速度而言，設(shè)計(jì)依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說明，所以按照設(shè)計(jì)依據(jù)繪制如下： 圖1銑床液壓缸負(fù)載圖 圖2銑床液壓缸速度圖 銑床機(jī)床液壓缸負(fù)載圖 四、初步確定油缸參數(shù)，繪制工況圖 1、初選油缸的工作壓力、 由上可以知道，銑床的最大負(fù)載F=3580N，根據(jù)下表可得： 表 按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力 載荷/（kN） <5 5—10 10—20 20—30 30—50 >50 工作壓力（Mpa） <0.8

8、~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >=5~7 選系統(tǒng)的工作壓力P1=2Mpa。 由設(shè)計(jì)要求可知，導(dǎo)軌要求快進(jìn)、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，且液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D?？爝M(jìn)和工進(jìn)的速度換接用三位四通電磁閥來實(shí)現(xiàn)。 銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流加背壓閥的調(diào)速回路，所以回油路上具有背壓P2，取背壓P2=0.5Mpa。 2、計(jì)算油缸尺寸 可根據(jù)油缸的結(jié)構(gòu)及連接方式計(jì)算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計(jì)算出后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，然

9、后再計(jì)算油缸的面積： 此時(shí)由工進(jìn)時(shí)的負(fù)載值按計(jì)算公式計(jì)算液壓缸面積： 在將這些直徑按照國(guó)標(biāo)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得： D=0.06m, d=0.04m 由此就求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為，。 3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計(jì)算 （1）、工進(jìn)時(shí)油缸需要的流量Q工進(jìn) Q 工進(jìn)= A1U工進(jìn)= A1:工進(jìn)時(shí)油壓作用的面積 U工進(jìn)—工進(jìn)時(shí)油缸的速度 mm/min (2)、快進(jìn)時(shí)油缸需要的流量Q快進(jìn) 差動(dòng)連接時(shí):Q快進(jìn)=(A1-A2) U快進(jìn) = A1、A2—分別表示油缸

10、活塞腔、活塞桿截面積 m U快進(jìn)—油缸快進(jìn)時(shí)的速度mm/min (3)、快退時(shí)油缸需要的流量Q快退 , Q快退= A2U快退 = U快退—油缸退回時(shí)的速度, mm/min (4)、工進(jìn)時(shí)油缸的壓力 P2—為工進(jìn)時(shí)回油腔的背壓,上面已經(jīng)選取為0.5Mpa。 （5）、快進(jìn)時(shí)油缸壓力 這里：F分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力， P—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。 表示管路中壓力損失大小，這里我們?nèi)≈禐?.3Mpa。 （6）、快退時(shí)油缸壓力

11、 F—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力， P—分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。 P2的值為0.5MPa 油缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量、功率實(shí)際值如表2所示： 表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工況 負(fù)載 F/N 回油腔壓力 進(jìn)油腔壓力 輸入流量 q/ 輸入功率 P/kW 快進(jìn) (差動(dòng)) 啟動(dòng) 1160 0 0.96 — — 加速 1073 1.26 — — 快進(jìn) 580 0.86 0.0063 0.09 工進(jìn) 8580 0.5 1.6

12、0 0.0008 0.021 快退 啟動(dòng) 1160 0 0.77 — — 加速 1073 0.5 1.61 — — 快退 580 1.28 0.0078 0.166 由以上所計(jì)算的數(shù)據(jù)我們繪制出工況圖如下所示： 圖3液壓缸工況圖 五、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 (一)確定油源及調(diào)速方式 由以上的計(jì)算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負(fù)載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速方式，并選用開式循環(huán)。

13、 從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進(jìn)和快進(jìn)的過程中，所需流量差別較小。故我們選用定量單液壓泵供油。 （二）選擇基本回路 1.選擇換向回路及速度換接方式 由設(shè)計(jì)依據(jù)可以知道，設(shè)計(jì)過程中不考慮工件夾緊這一工序，并且從快進(jìn)到工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸的流量從6.3L/min降到0.8L/min，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)和換向。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機(jī)能的三位四通閥，如下圖所示：

14、 由于要求工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接來實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D。 （三）選擇調(diào)壓回路 設(shè)計(jì)過程中，在油源中采用溢流閥來調(diào)定系統(tǒng)的工作壓力，因此調(diào)壓?jiǎn)栴}基本上已經(jīng)在油源中解決，無須在另外設(shè)置調(diào)壓系統(tǒng)。這里的溢流閥同時(shí)還能起到安全閥的作用。 1、 組合成液壓系統(tǒng)圖 將上面所選的液壓基本回路組合在一起，便可得到以下的液壓系統(tǒng)原理圖。同時(shí)電磁鐵的動(dòng)作順序表如下： 表3液壓專用銑床電磁鐵動(dòng)作順序表 工序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y YJ 工作缸快進(jìn) + — + — — +

15、 工作缸工進(jìn) + — — — — + 工作缸快退 — + — — — + 圖4 專用銑床液壓系統(tǒng)原理圖 1-油箱；2-過濾器；3-葉片泵；4--溢流閥；5-三位四通電磁換向閥 6單向調(diào)速閥；7-兩位三通電磁換向閥；8-工作缸；9-壓力繼電器 六、選擇液壓元?dú)饧? （一） 液壓泵的選擇 由以上的設(shè)計(jì)可以得到，液壓缸在整個(gè)工作過程中的最大壓力是1.61Mpa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.4Mpa，則此時(shí)液壓泵的最大工作壓力是=1.61+0.4=2.01Mpa。 由以上的計(jì)

16、算可得，液壓泵提供的最大流量是7.8L/min,因?yàn)橄到y(tǒng)較為簡(jiǎn)單，取泄漏系數(shù)，則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為： 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入到液壓缸的流量是3.8L/min，由流量液壓泵單獨(dú)供油，所以液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為6.8L/min。 根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，最后選用YB1-6.3型單葉片液壓泵，其排量大小為6.3ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，該液壓泵的理論流量為9.14L/min。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實(shí)際流量大小為： 由于由以上的計(jì)算過程中，我

17、們知道了液壓缸在快退時(shí)的輸入功率最大，此時(shí)液壓泵的工作壓力是1.28+0.4（進(jìn)油路上的壓力損失）=1.68Mpa，流量為6.8L/min，查表可得，取液壓泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用Y801型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.55kW，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min。 （二）閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇 表4 元?dú)饧男吞?hào)及規(guī)格 根據(jù)閥類及輔助元?dú)饧谟吐返淖畲蠊ぷ鲏毫屯ㄟ^的最大實(shí)際流量，可選擇這些器件的型號(hào)和規(guī)格如下表： 序號(hào) 元件名稱 額定流量（L/min） 額定壓

18、力(Mpa) 質(zhì)量(kg) 型號(hào) 1 單葉片泵 9.2 6.3 5.5 YB1-6.3 2 三位四通電磁閥 25 6.3 — 34D-25BOP 3 二位三通電磁閥 25 6.3 — 23D-25B 4 單向調(diào)速閥 0.05（最?。? 0.5-6.3 3.2 QI-10B 5 溢流閥 20 0.4-6.3 1.7 Y-10B 6 壓力繼電器 — 1.0-6.3 0.7 DP1-63B 7 濾油器 16 2.5 0.18 XU-B16X100 8 開關(guān)閥 25 6.3 — 22D-25B

19、 （三）確定油管直徑 由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已與原來的數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，計(jì)算如下表4所示： 表5 液壓缸的進(jìn)出、流量 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量 （L/min） 輸出流量 (L/min) 運(yùn)動(dòng)速度 (m/min) 由上表中的數(shù)值，按照書中推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 兩根油管按YB231—64選用外徑為13mm，壁厚為1.2mm的冷拔無縫鋼管。 （四） 油箱的設(shè)計(jì) 對(duì)油箱容積我們進(jìn)行估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故其容積為：

20、 取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值V=50L 七、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 ——油液溫升的驗(yàn)算 工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例是很長(zhǎng)的，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時(shí)的工況來計(jì)算。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率是 由以上的計(jì)算可知，液壓泵在工進(jìn)時(shí)的工作壓力為p=1.6+0.4( 進(jìn)油路上的壓力損失)=2Mpa,流量為6.8L/min,所以液壓泵的輸入功率為： 所以可得，液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為： 油箱的散熱面積為： 查表可得油箱的散熱系數(shù)，則可得油液的溫升為： 查表知，此溫升值沒有超出允許范圍，故液壓系統(tǒng)不需要設(shè)置冷卻器。 參考文獻(xiàn)： 液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 上海科學(xué)技術(shù)出版社 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)——液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及機(jī)床現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 機(jī)械工業(yè)出版社 新編銑工計(jì)算手冊(cè) 劉承啟 主編 機(jī)械零件手冊(cè) 高等教育出版社 液壓與氣壓傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社