液壓課程設(shè)計鉆鏜專用機床液壓系統(tǒng)設(shè)計
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1、 目錄 一、 課程設(shè)計任務(wù)及設(shè)計要求……………………………………………………5 二、液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算……………………………………………………… 6 1.進(jìn)行工況分析……………………………………………………………… 6 三、擬訂液壓系統(tǒng)原理圖………………………………………………………… 7 1.確定供油方式………………………………………………………………… 7 2. 調(diào)速回路的選擇………………………………………………………………8 3. 快速回路的選擇………………………………………………………………8 4. 速度換接回路的選擇…………………………………………………………8
2、 5. 換向回路的選擇………………………………………………………………8 6. 定位夾緊回路的選擇…………………………………………………………8 7. 動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇…………………………………………………… 8 四、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)…………………………………………………………9 1. 工作壓力的確定……………………………………………………………… 9 2.確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d…………………………………………9 3. 計算在各工作各運動階段液壓缸所需的流量…………………………… 10 4. 液壓缸壁厚和外徑的計算……………………………………………………10
3、 5. 液壓缸工作行程的確定………………………………………………………10 6. 缸蓋厚度的確定………………………………………………………………10 7. 最小導(dǎo)向長度的確定…………………………………………………………10 五、確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號………………………………………11 1. 計算液壓泵的壓力……………………………………………………………11 2. 計算液壓泵的流量……………………………………………………………11 3. 選用液壓泵規(guī)格和型號………………………………………………………11 4. 確定電動機功率及型號…………………………………………………
4、……12 5.液壓閥的選擇………………………………………………………………… 12 6. 液壓元件及輔助元件的選擇……………………………………………… 13 7. 油箱容量的確定………………………………………………………………13 六 液壓系統(tǒng)驗算 ……………………………………………………………… 13 1.壓力損失的驗算……………………………………………………………… 13 2.工作進(jìn)給時回油路的壓力損失……………………………………………… 14 3.變量泵出口處的壓力為……………………………………………………15 4.快進(jìn)時的壓力損失…………………………………………………
5、………… 15 (2). 系統(tǒng)溫升的驗算……………………………………………………………16 七、課程設(shè)計簡單小結(jié)……………………………………………… 17 八、參考文獻(xiàn)………………………………………………………… 17 一 、液壓課程設(shè)計任務(wù)書 (一)課程設(shè)計題目與設(shè)計要求 某廠設(shè)計一臺鉆鏜專用機床,要求孔德加工進(jìn)度有IT6,。要求該機床液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是:工件定位、夾緊——動力頭快進(jìn)——工進(jìn)——終點停留——動力頭快退——工件松開、拔銷。該機床運動
6、部件的重量為30000N,快進(jìn)、快退速度為6m/min,工進(jìn)的速度為20~120mm/min可無極調(diào)速,工作臺的最大行程為400mm,其中工進(jìn)的總行程為150mm,工進(jìn)時的最大軸向切削力為20000N,工作臺的導(dǎo)軌采用平導(dǎo)軌支撐方式;夾緊缸和拔銷缸的行程都為25mm,夾緊力在12000~8000之間可調(diào),夾緊時間不大于1秒鐘。 依據(jù)上述題目完成下列設(shè)計任務(wù): (1) 完成該液壓系統(tǒng)的工況分析、系統(tǒng)計算并最終完成該液壓系統(tǒng)工作原理圖的設(shè)計工作; (2) 根據(jù)已完成的液壓系統(tǒng)工作原理圖選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件; (3) 對上述液壓系統(tǒng)中的進(jìn)給液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,完成該液壓缸的相關(guān)計算和部件裝配圖設(shè)
7、計,并對其中的1-2非標(biāo)準(zhǔn)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計; 液壓缸 負(fù)載力(N) 運動部件重量(N) 行程(mm) 速度(m/min) 定位夾緊時間(s) 啟動時間(s) 靜摩擦系數(shù)fs 動摩擦系數(shù)ft 快進(jìn) 工進(jìn) 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 工進(jìn)缸 20000 30000 250 150 6 0.02~0.12 6 0.8 0.3 0.2 0.12 夾緊缸 8000~12000 40 25 定位缸 200 20 25 二、液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算 1.進(jìn)行工況分
8、析 液壓缸負(fù)載主要包括:切削阻力,慣性阻力,重力,密封阻力和背壓閥阻力等 (1)切削阻力F切 F切=20000N (2),摩擦阻力F靜,F(xiàn)動 F靜=F法f靜=300000.2=6000N F動=F法f動=300000.12=3600N 式中:F法-運動部件作用在導(dǎo)軌上的法向力 f靜-靜摩擦系數(shù) f動-動摩擦系數(shù) (3)慣性阻力 F慣=GΔv/(gΔt)=300006/(9.80.360)=1020.41N 式中: g-重力加速度 G-運動部件重力 Δ v-在t時間內(nèi)變化值 Δt-啟動加速度或減速制動時間 (4
9、)重力F: 因運動部件是水平位置,故重力在水平方向的分力為零。 (5)密封阻力F密: 一般按經(jīng)驗取F密=0.1F總 (F為總負(fù)載) (6)背壓阻力 這是液壓缸回油路上的阻力,初算時,其數(shù)值待系統(tǒng)確定以后才可以定下來。 根據(jù)以上分析,可以計算出液壓缸各動作中的負(fù)載表如下: 工作循環(huán) 計算公式 外負(fù)載F(N) 啟動 F啟=F靜+F密 F啟=6000/0.9=6666.67 加速 F加=F動+F慣+F密 F加=(3600+1020.41)/0.9=5133.79 快進(jìn) F快=F動+F密 F快=3600/0.9=4000 工進(jìn) F工=F切+F動+F密 F工
10、=(20000+3600)/0.9=26222.22 快退 F快=F動+F密 F快=3600/0.9=4000 三、擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 1.確定供油方式 考慮到該機床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大,速度較低。而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小,速度較高。從節(jié)省能量、減小發(fā)熱考慮,泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油?,F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片保泵。 2. 調(diào)速回路的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)要求是進(jìn)給速度平穩(wěn),孔鉆透時不前沖,可選用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路,出口加背壓。 3. 快速回路的選擇 根據(jù)設(shè)計要求v快進(jìn)=6m/min,v快退=6m/min,而盡量采用較小規(guī)格的液壓泵,可以選擇差動連
11、接回路。 4. 速度換接回路的選擇 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路,它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便,閥的安裝也較容易,但速度換接的平穩(wěn)性較差。 5. 換向回路的選擇 由速度圖可知,快進(jìn)時流量不大,運動部件的重量也較小,在換向方面又無特殊要求,所以可選擇電磁閥控制的換向回路。為方便連接,選擇三位四通電磁換向閥。 6. 定位夾緊回路的選擇 按先定位后夾緊的要求,可選擇單向順序閥的順序動作回路。通常夾緊缸的工作壓力低于進(jìn)給缸的工作,并由同一液壓泵供油,所以在夾緊回路中應(yīng)設(shè)減壓閥減壓,同時還需滿足:夾緊時間可調(diào),在進(jìn)給回路壓力下降時能保持夾緊力,所以要接入節(jié)流閥調(diào)速和單
12、向閥保壓。換向閥可連接成斷電夾緊方式,也可以采用帶定位的電磁換向閥,以免工作時突然斷電而松開。 7. 動作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇 為了確保夾緊后才進(jìn)行切削,夾緊與進(jìn)給的順序動作應(yīng)采用壓力繼電器控制。當(dāng)工作進(jìn)給結(jié)束轉(zhuǎn)為快退時,,由于加工零件是通孔,位置精度不高,轉(zhuǎn)換控制方式可采用行程開關(guān)控制。 液壓系統(tǒng)原理圖如下: 四、確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 1. 工作壓力的確定 工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及設(shè)備類型來初步確定,現(xiàn)參閱液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊表2-1,液壓缸工作壓力4 MPa。 2.確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d 由
13、負(fù)載圖知最大負(fù)載F為26222.22,按表2-2可取P2為0.5 MPa,油缸的機械效率η為0.95,考慮到快進(jìn)、快退速度相等,取d/D為0.7.將上述數(shù)據(jù)代入(2-3) 可得 D={426222.22/3.14401050.95{1-5/4[1-(0.7)2]}}1/2 =0.117m 根據(jù)表2-4,將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=125mm;活塞桿直徑d,按d/D=0.7及表2-5活塞桿直徑活塞桿直徑系列取d=90mm。 考慮到夾緊力的穩(wěn)定,夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作的壓力,現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為2.5Mpa,回油背壓力為零,η為0.95,則按式(2-3)可得 D=
14、(412000/3.14251050.95)1/2=0.08m 按表2-4及表2-5液壓缸和活塞桿的尺系列,取夾緊液壓缸的D和d分別為80 mm 和56 mm。 按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度。若驗算后不能獲得最小的穩(wěn)定速度是,還需要響應(yīng)加大液壓缸的直徑,直至滿足穩(wěn)定速度為止。 A>q/v=0.05103/2=25cm2 式中q是由產(chǎn)品樣本查得GE系列調(diào)速閥AQF3-E10BD的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。 本題中調(diào)速閥是安裝在回油路上,故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實際面積,即 A= π/4(D2-d2)=π/4(12.52-92)cm
15、2=59.1 cm2 可見上述不等式能滿足,液壓缸能達(dá)到所需低速。 3. 計算在各工作各運動階段液壓缸所需的流量 q快進(jìn)=πd2v快進(jìn)/4=π(910-2)26/4=38.210-3m3/ min 38.2L/min q工進(jìn)=πD2v工進(jìn)/4=π0.12520.12/4=1.4710-3m3/ min 1.47L/min q快退=π(D2-d2)v快進(jìn)/4=π(0.1252-0.092)6/4=35.510-3m3/ min 35.5L/min q夾=πD2v夾/4=π0.12522510-360/4=18.410-3m3/ min 18.4L/min 4. 液壓缸壁厚和外徑的計
16、算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。由公式:PyD/s[]得:4.51.25125/(260)=5.86mm,為了保證有足夠的強度將其選一個較大值為6mm 故即可求出缸體的外徑DD+2=110+25=137mm。 5. 液壓缸工作行程的確定 根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定,并參照表2-6中的系列尺寸可選得進(jìn)給液壓缸工作行程H=400mm 。 6. 缸蓋厚度的確定 選取無孔的平底缸蓋,其有效厚度t按強度要求用下面公式進(jìn)行近似計算 t0.433D得 t0.433110=0.0166m 故取t=125mm 7. 最小導(dǎo)向長度的確定 對一般的液壓缸,最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以
17、下要求H 故可得夾緊缸最小導(dǎo)向長度Hmm 。 活塞的寬度B一般由公式B=(0.6~1.0)D 得進(jìn)給缸活塞寬度B=0.6125=75mm;當(dāng)液壓缸內(nèi)徑D>80mm時,活塞桿滑動支承面的長度=(0.6~1.0)d 故=0.790=63mm。 五、確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號 1. 計算液壓泵的壓力 液壓泵的工作壓力應(yīng)當(dāng)考慮液壓缸最高有效工作壓力和管路系統(tǒng)的壓力損失。所以泵的工作壓力為: P泵=P1+ΣΔP 式中:P泵----液壓泵最大工作壓力 P1----液壓缸最大有效工作壓力 ΣΔP ----管路系統(tǒng)的壓力損失,復(fù)雜系統(tǒng)取0.5~1.5 MP
18、a,取ΣΔP=1MPa。 P泵= P1+ΣΔP= F1/ A1+1MPa =[26222.22/(π0.1252/4)]+1MPa =2.1MPa。 上述計算所得的P泵是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力,另外考慮到一定的壓力儲蓄量,提高泵的壽命,所以選泵的額定壓力應(yīng)滿足P額=1.25~1.6P泵。本系統(tǒng)為中低壓系統(tǒng)應(yīng)取小值,故取P額=1.25 P泵=2.63MPa 2. 計算液壓泵的流量 液壓泵的最大流量q泵應(yīng)為 q泵>K(∑q)max 式中:(∑q)max----同時動作各液壓缸所需流量之和的最大值 K----系統(tǒng)的泄露系數(shù),一
19、般取K=1.1~1.3,現(xiàn)取K=1.2。 q泵=K(∑q)max=1.238.2=7.6310-4m3/s 3. 選用液壓泵規(guī)格和型號 根據(jù)P額、P泵值查閱有關(guān)手冊,選用YBX-25限壓式變量葉片泵,該泵的基本參數(shù)為:每轉(zhuǎn)排量q = 25ml/r,泵的額定壓力P = 6.3MPa,電動機的轉(zhuǎn)速n = 1450r/min,容積效率為 = 0.88,總效率 = 0.7。 4. 確定電動機功率及型號 由工況圖可知,液壓缸最大輸入功率在快退階段,可按此階段估算電動機功率,由于工況圖中壓力值不包括由泵到液壓缸這段管路的壓力損失,在快退時這段管路的壓力損失若取△P=0.2MPa,液壓泵總效率η=
20、0.75,則電機功率P電為: P電= P泵q泵/η=2.631067.6310-4/0.75=2.7KW 查閱電動機樣本,選用Y132S-40電動機,其額定功率為3.0KW,額定轉(zhuǎn)速為960r/min. 5.液壓閥的選擇 本液壓系統(tǒng)可采用力士樂系統(tǒng)的閥,控制液壓缸部分選用力士樂系列的閥,其夾緊部分選用疊加閥。選定的液壓元件如下表1-2所示。 表1-2 液壓元件明細(xì)表 序 號 元 件 名 稱 方 案 通過流量(L/min) 1 濾 油 器 XU—J6380 63 2 液 壓 泵 YBX-25 28.8 3 壓 力 表開 關(guān) KF3-EA10B
21、 4 二位四通換向閥 24EF30-E10B 24 5 調(diào)速閥 QF3-E6bB 10 6 減 壓 閥 JF3-E10B 24 7 三位四通換向閥 34EF30-E10B 60 8 單向閥 AF3-EA10B 40 9 二位三通換向閥 23EF3B-E10B 30 10 壓力繼電器 DP1-63B 9.4 11 順序閥 XF3-C10B 63 6. 液壓元件及輔助元件的選擇 (1)液壓元件的選擇 根據(jù)所擬訂的液壓原理圖,進(jìn)行計算和分析通過各液壓元件的最大流量和最高工作壓力選擇液壓元件規(guī)格。
22、 (2)油管的計算和選擇 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定,也可以按管路允許流速進(jìn)行計算,流量q=45.8l/min,壓油管的允許流速取v=4m/s 則壓油管內(nèi)徑d為: d=(4q/πv) 1/2 =(47.6310-4/3.144) 1/2 =1.6cm 可選內(nèi)徑為d=15mm的油管。 流量q=38.2 l/min,吸油管的允許流速取v=1.5m/s 則吸油管內(nèi)徑d為: d=(4q/πv) 1/2 =(46.3710-4/3.141.5) 1/2 =2.3cm 可選內(nèi)徑為d=24mm的油管。 7. 油箱容量的確定 該方案為中壓
23、系統(tǒng),液壓油箱的有效容量按泵的流量5~7倍來確定,油箱的容量V為: V=(5~7) q泵=(5~7) 45.78=(229~320)L 按油箱公稱容量系列JB/T7938—1995,且考慮散熱因素,取靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=400L。 六 液壓系統(tǒng)驗算 已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)勁均為15mm,現(xiàn)設(shè)各段管道的長度分別為:AB = 1.7m,AC = 0.3m,AD = 1.7m,DE = 2m。選用L-HL32液壓油,考慮到油的最低溫度為15C時該液壓油的運動粘度=150cst =1.5cm/s,油的密度= 920kg/m。 1.壓力損失的驗算 1)工作進(jìn)給時進(jìn)油路壓力損失。運動部
24、件工作進(jìn)給時的最大速度為 0.12m/min,進(jìn)給時的最大流量為1.47L/min,則液壓油在管內(nèi)流速為 = = cm/min = 13.87cm/s 管道流動雷諾系數(shù)Re為 Re = = =13.87 Re1<2300,可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流,其沿程阻力系數(shù)1===5.41。 進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失p為 查得換向閥34EF30-E10B的壓力損失p=0.0510Pa 忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失,剛進(jìn)油路總壓力損失 為 P= 2.工作進(jìn)給時回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸,且液壓缸有桿的工作面積為無桿腔的工作
25、面積的二分之一,則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一,則 回油管道的沿程壓力損失為: 查產(chǎn)品樣本知換向閥23EF3B-E10B的壓力損失=0.02510Pa,換向閥22D-H10B的壓力損失,調(diào)速閥QF3-E6aB的壓力損失=0.5。 回油路總壓力損失為為 =+++2* =(0.003+0.025+0.025+1.0)=0.08 3.變量泵出口處的壓力為 = = 4.快進(jìn)時的壓力損失。快進(jìn)時液壓缸為差動連接,自匯流點A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中,流量為液壓泵出口流量的兩倍既為46L/min,AC段管路的沿程壓力損失為 Re = = = 72
26、1 =75/721=0.1 同樣可求得管道AB段及AD段的沿程壓力損失和為 Re = = = 360 = = = 查產(chǎn)品樣本知,流經(jīng)各閥的局部壓力損失為: 34EF30-E10B的壓力損失,23EF3B-E10B的壓力損。 據(jù)分析在差動連接中,泵的出口壓力為 =2+++++= 快退時壓力損失驗算從略。上述驗算表明,無需修改原設(shè)計。 (2)系統(tǒng)溫升的驗算 在整個工作循環(huán)中,工進(jìn)階段所占的時間最長,為了簡化計算,主要考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量。一般情況下,工進(jìn)速度大時發(fā)熱量較大,由于限壓式變量泵在流量不同時,效率相差極大,所以分別計算最大、最小時的
27、發(fā)熱量,然后加以比較,取數(shù)值大者進(jìn)行分析。 當(dāng) =2cm/min時 q = D = 0.125 此時泵的效率為0.4,泵的出口壓力為4MPa,則有 P P 此時的功率損失為 當(dāng) = 12cm/min時,q=1.47Lmin,總效率,則 PKW P 可見在工進(jìn)速度高時,功率損失為0.055KW,發(fā)熱量最大。 假設(shè)系統(tǒng)的散熱狀況一般,取K=10,油箱的散熱面積A為 A= 系統(tǒng)的溫升為 驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。 七、課程設(shè)計簡單小結(jié) 通過這次的
28、課程設(shè)計,加深了我對液壓各個元件的了解和對各工作原理的理解,也加深了我對液壓各個元件的設(shè)計計算和選擇,讓我明白了液壓系統(tǒng)的工作原理,在設(shè)計過程中,讓我明白到查閱相關(guān)的設(shè)計手冊的重要性,最后讓我再次熟悉CAD軟件的操作。 八、參考文獻(xiàn) 1.液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊/楊培元,朱福元主編.——北京:機械工業(yè)出版社,1999.12 2.機械設(shè)計手冊.單行本.液壓控制/成大先主編——化學(xué)工業(yè)出版社,2004.1 3.新編液壓工程手冊(上、下冊)/雷天覺主編——機械工業(yè)出版社 4.液壓氣動設(shè)計手冊/張利平主編——機械工業(yè)出版社 5、張世亮編寫,液壓與氣壓傳動課程設(shè)計指導(dǎo)書,廣東海洋大學(xué)印刷,2006年6月 6、張世亮主編,液壓與氣壓傳動,機械工業(yè)出版社,2006年3月 7、楊元明主編,液壓傳動設(shè)計簡明手冊,機械工業(yè)出版社,2005年3月 16
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