專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計

液壓傳動課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目：專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計機械系機械及自動化專業(yè)班級 031013班學號 20030343 設(shè)計者：夏國慶 指導(dǎo)教師： 錢雪松（老師）學校：河海大學常州校區(qū) 2006年6月30 日一、設(shè)計流程圖液壓系統(tǒng)設(shè)計與整機設(shè)計是緊密聯(lián)系的，設(shè)計步驟的一般流程如圖明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求否否 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？ 驗標液壓系統(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)行元件運動與負載分析是 結(jié) 束是 下面將按照這一流程圖來進行本次液壓課程設(shè)計。二、設(shè)計依據(jù)：專用銑床工作臺重量G1=3000N，工件及夾具重量G2=1000N，切削力最大為9000N，工作臺的快進速度為4。5m/min，工進速度為601000mm/min，行程為L=400mm（工進行程可調(diào)），工作臺往復(fù)加速、減速時間的時間t=0.05s，假定工作臺用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fj=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1。設(shè)計此專用銑床液壓系統(tǒng)。三、工況分析液壓系統(tǒng)的工況分析是指對液壓執(zhí)行元件進行運動分析和負載分析，目的是查明每個執(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)。負載分析（一） 外負載 =9000N其中表示最大切削力。對于專用銑床銑削時銑刀所承受的主切削力大?。▎挝籒）為： (N)式中 P 單位切削力（） f 每轉(zhuǎn)進給量（mm/r） 背吃刀量（mm）下面將進行具體參數(shù)的計算：由公式 可得 （其中表示每分鐘進給速度，n表示銑刀的轉(zhuǎn)速） 由設(shè)計依據(jù)可知 n=300r/min ?工進速度=601000mm/min，故我們?nèi)?300mm/min。 對于單位切削力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。類別材料牌號單位切削力P（） 鋼易切鋼Y40Mn1700結(jié)構(gòu)鋼45200040Cr不銹鋼1Cr17Ni92500 鑄鐵灰鑄鐵HT2001140鑄造合金鑄造錫青銅ZcuSn5Pb5Zn5700鑄造鋁合金ZALSn7Mg720對于銑削背吃刀量,我們選用硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計算手冊可得，取=1.5mm。根據(jù)以上的公式 可得：因為3000<=3185N，所以選取的合適（二） 阻力負載靜摩擦力：Ffj=（G1+G2）fj 其中 Ffj靜摩擦力N G1、G2工作臺及工件的重量N fj靜摩擦系數(shù)由設(shè)計依據(jù)可得：Ffj=（G1+G2）fj=(4000+1800)X0.2=1160N動摩擦力Ffd=（G1+G2）fd 其中 Ffd動摩擦力N fd動摩擦系數(shù)同理可得： Ffd=（G1+G2）fd=(4000+1800)X0.1=580N（三） 慣性負載機床工作部件的總質(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/st執(zhí)行元件加速時間s因此，執(zhí)行元件在各動作階段中負載計算如下表所示：工況油缸負載（N）負載值（N）啟動F=Ffj1160加速F=Ffd+Fm1073快進F=Ffd580工進F=Ffd+Fc3580快退F=Ffd580按上表的數(shù)值繪制負載如圖所示。 對于速度而言，設(shè)計依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說明，所以按照設(shè)計依據(jù)繪制如下：圖1銑床液壓缸負載圖圖2銑床液壓缸速度圖 銑床機床液壓缸負載圖 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，銑床的最大負載F=3580N，根據(jù)下表可得： 表 按負載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/（kN）<5 5101020 20303050>50工作壓力（Mpa）<0.811.522.533445>=57選系統(tǒng)的工作壓力P1=2Mpa。 由設(shè)計要求可知，導(dǎo)軌要求快進、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進時采用差動連接，且液壓缸活塞桿直徑d0.7D。快進和工進的速度換接用三位四通電磁閥來實現(xiàn)。 銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負值負載，故采用調(diào)速閥的進油節(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、計算油缸尺寸可根據(jù)油缸的結(jié)構(gòu)及連接方式計算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計算出后應(yīng)按標準予以圓整，然后再計算油缸的面積：此時由工進時的負載值按計算公式計算液壓缸面積： 在將這些直徑按照國標圓整成標準值得：D=0.06m, d=0.04m由此就求得液壓缸兩腔的實際有效面積為，。3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計算（1）、工進時油缸需要的流量Q工進 Q 工進= A1U工進=A1:工進時油壓作用的面積U工進工進時油缸的速度 mm/min(2)、快進時油缸需要的流量Q快進 差動連接時:Q快進=(A1-A2) U快進 =A1、A2分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積 mU快進油缸快進時的速度mm/min(3)、快退時油缸需要的流量Q快退 , Q快退= A2U快退= U快退油缸退回時的速度, mm/min(4)、工進時油缸的壓力 P2為工進時回油腔的背壓,上面已經(jīng)選取為0.5Mpa。（5）、快進時油缸壓力 這里：F分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。表示管路中壓力損失大小，這里我們?nèi)≈禐?.3Mpa。（6）、快退時油缸壓力 F分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。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載F/N回油腔壓力進油腔壓力輸入流量q/輸入功率P/kW快進(差動)啟動116000.96 加速10731.26 快進5800.860.00630.09 工進85800.51.600.00080.021快退啟動116000.77加速10730.51.61快退5801.280.00780.166由以上所計算的數(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)速方式由以上的計算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負值負載，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)。 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，因此工進和快進的過程中，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)計依據(jù)可以知道，設(shè)計過程中不考慮工件夾緊這一工序，并且從快進到工進時，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現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實現(xiàn)工作臺的自動啟動和換向。同時為了實現(xiàn)工作臺能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機能的三位四通閥，如下圖所示： 由于要求工作臺快進與快退速度相等，故快進時采用差動連接來實現(xiàn)快速運動回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d0.7D。（三）選擇調(diào)壓回路 設(shè)計過程中，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)壓問題基本上已經(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。同時電磁鐵的動作順序表如下： 表3液壓專用銑床電磁鐵動作順序表 工序1Y2Y3Y4Y5YYJ 工作缸快進+工作缸工進+ +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、選擇液壓元氣件（一） 液壓泵的選擇 由以上的設(shè)計可以得到，液壓缸在整個工作過程中的最大壓力是1.61Mpa，如取進油路上的壓力損失為0.4Mpa，則此時液壓泵的最大工作壓力是=1.61+0.4=2.01Mpa。 由以上的計算可得，液壓泵提供的最大流量是7.8L/min,因為系統(tǒng)較為簡單，取泄漏系數(shù)，則兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為： 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進時輸入到液壓缸的流量是3.8L/min，由流量液壓泵單獨供油，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)值查閱機械設(shè)計手冊，最后選用YB1-6.3型單葉片液壓泵，其排量大小為6.3ml/r,當液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時，該液壓泵的理論流量為9.14L/min。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實際流量大小為： 由于由以上的計算過程中，我們知道了液壓缸在快退時的輸入功率最大，此時液壓泵的工作壓力是1.28+0.4（進油路上的壓力損失）=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)動電機所需的功率為 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機械設(shè)計手冊選用Y801型電動機，其額定功率為0.55kW，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min。（二）閥類元氣件及輔助元氣件的選擇表4 元氣件的型號及規(guī)格 根據(jù)閥類及輔助元氣件所在油路的最大工作壓力和通過的最大實際流量，可選擇這些器件的型號和規(guī)格如下表： 序號元件名稱額定流量（L/min）額定壓力(Mpa)質(zhì)量(kg)型號1單葉片泵9.26.35.5YB1-6.32三位四通電磁閥256.334D-25BOP3二位三通電磁閥256.3 23D-25B4單向調(diào)速閥0.05（最?。?.5-6.33.2QI-10B5溢流閥200.4-6.31.7Y-10B6壓力繼電器 1.0-6.30.7DP1-63B7濾油器 162.50.18XU-B16X1008開關(guān)閥256.322D-25B（三）確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原來的數(shù)值不同，所以要重新計算，計算如下表4所示：表5 液壓缸的進出、流量快進工進快退輸入流量（L/min）輸出流量(L/min)運動速度(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YB23164選用外徑為13mm，壁厚為1.2mm的冷拔無縫鋼管。（四） 油箱的設(shè)計對油箱容積我們進行估算，取經(jīng)驗數(shù)據(jù)，故其容積為： 取靠其最近的標準值V=50L七、驗算液壓系統(tǒng)性能 油液溫升的驗算工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例是很長的，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進時的工況來計算。工進時液壓缸的有效功率是 由以上的計算可知，液壓泵在工進時的工作壓力為p=1.6+0.4( 進油路上的壓力損失)=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： 液壓傳動設(shè)計手冊 上海科學技術(shù)出版社機床設(shè)計手冊液壓、氣動系統(tǒng)設(shè)計及機床現(xiàn)代設(shè)計方法 機械工業(yè)出版社新編銑工計算手冊 劉承啟 主編機械零件手冊 高等教育出版社液壓與氣壓傳動 機械工業(yè)出版社