ZXH54型銑槽機(jī)分度箱部件設(shè)計(jì)
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上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ZXH54型銑槽機(jī)設(shè)計(jì)—立柱部件設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)
工業(yè)液壓系統(tǒng)環(huán)路
泵的作用當(dāng)然是給油液提供壓力，從而為機(jī)器提供動(dòng)力。而閥的作用是控制油液的流動(dòng)，在需要的時(shí)間和地方提供動(dòng)力。如圖11.1和11.2所示，簡(jiǎn)單的說明“環(huán)路”是如何實(shí)現(xiàn)的：油從油箱出來，通過泵、閥、驅(qū)動(dòng)部件，回到油箱。
圖11.1 典型液壓回路
首先，大致的介紹一下圖11.1（省略輸入機(jī)構(gòu)）的回路，然后，通過圖11.2包括輸入機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單的細(xì)節(jié)，詳細(xì)的分析一下速度控制和換向閥的工作原理。
在圖11.1中，速度控制閥是打開的（閥的柱塞被推開），它允許回油通過V型槽（9）回到油箱。當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，油從油箱里被抽出，按箭頭的方向通過R1到閥的進(jìn)口（1），然后從（3）流出，進(jìn)入液壓缸右手邊的末端，從而推動(dòng)柱塞（和工作臺(tái)）向左運(yùn)動(dòng)。柱塞左邊受擠壓的油液通過（4）流出液壓缸，再通過滑閥上的槽（2）和V型槽（9）流回油箱。
當(dāng)閥的狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候，流過閥的油的流向也發(fā)生了改變，同時(shí)柱塞也移到了相反的方向。
圖11.2 圖11.1中控制閥的放大
如圖11.2a所示（圖11.1中閥的放大），油從油箱（或泵）通過R1經(jīng)（1）（3）進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)柱塞向左運(yùn)動(dòng)；柱塞另一側(cè)的油從液壓缸流出，經(jīng)（4）（2）（9）和R2流回油箱。注意油可以從（1）流入，但不能從（5）流入，因?yàn)樗慌_(tái)階（8）擋住了，同樣的油也不能從（10）（12）流入，因?yàn)樗麄兎謩e被臺(tái)階（11）和（13）擋住了。
在圖11.2b中，閥移位到了左邊。這只不過關(guān)閉了（1）而打開了（5），現(xiàn)在油通過R1（5）（4）流入液壓缸的左側(cè)，與此同時(shí)液壓缸右側(cè)的油通過（3）流出，經(jīng)（2）（9）R2流回油箱。注意，如圖11.2a所示，油能像所述那樣流動(dòng)，而在別處，它是被閥的柱塞上的臺(tái)階關(guān)閉的。
V型槽是開在速度控制閥柱塞上的一個(gè)簡(jiǎn)單的槽。輕微的旋轉(zhuǎn)柱塞可以減小槽的尺寸，同樣也減少了流過槽的油液，因此可以改變液壓缸里驅(qū)動(dòng)柱塞的速度和滑動(dòng)工作臺(tái)的速度。當(dāng)閥處在圖示11.2c所在位置時(shí)，沒有油從V型槽（9）流出，工作臺(tái)保持靜止，從泵中抽上來的油從回油槽（12）和空當(dāng)（14）直接流回油箱。用這種方法停止工作臺(tái)，代替了完全切斷油路的做法，用卸荷的方法避免了油液的擠壓。
值得注意的是，擋住塞處于圖11.2c位置時(shí)，液壓驅(qū)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)停止，在控制閥柱塞上的空當(dāng)（15）使油路（10）打開，油可以通過（10）流到油箱的另一端，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的手動(dòng)進(jìn)給。也就是當(dāng)工作臺(tái)通過手動(dòng)后退和前進(jìn)進(jìn)給時(shí)，由于柱塞的前后移動(dòng)，液壓缸和管路里的油通過管路從一邊被擠壓到另一邊。這是很容易理解的，首先參考圖11.2c，注意管路（10）和（15）是相通的，在參考圖11.2a，想象這條路和圖11.2c一樣是相通的。當(dāng)工作臺(tái)從右向左運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，油液將從液壓缸流出，通過（4）（10）（15）和（10）的剩余部分向上經(jīng)（3）流回液壓缸。當(dāng)這一動(dòng)作換向，工作臺(tái)自左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，油的流向也將換向，由（3）流到（10）經(jīng)過（15）和（10）的剩余部分到（4），從那里流入液壓缸的左端。
液壓泵
每一個(gè)液動(dòng)系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)泵增加油液的壓力。油液的壓力依次作用在液動(dòng)系統(tǒng)的輸出部分。因此，常用壓力油來推動(dòng)液壓缸內(nèi)的柱塞和驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的軸。
液動(dòng)系統(tǒng)里泵的作用是增加油液的壓力，從而進(jìn)行工作。一些液動(dòng)系統(tǒng)使用低壓泵來工作—100磅/英寸2或者更低。還有一些要求大功率輸出的場(chǎng)合，常常使用高壓泵—10000磅/英寸2或者更高的。所以，我們可以看到每一個(gè)現(xiàn)代的液動(dòng)系統(tǒng)至少使用一個(gè)泵來提高油液的壓力。
1． 泵的種類
液動(dòng)系統(tǒng)常用的三種泵：1）回轉(zhuǎn)泵，2）往復(fù)式泵，3）離心泵。
簡(jiǎn)單的液動(dòng)系統(tǒng)可能僅僅只使用一種類型的泵。因此，泵的選擇應(yīng)該發(fā)揮它最好的特性曲線以適應(yīng)不同的特殊工作。有時(shí)為了和液動(dòng)系統(tǒng)所需的泵的特性曲線相匹配，經(jīng)?？梢钥匆妰煞N類型的泵串聯(lián)。例如：離心泵可能用于給往復(fù)式的泵加壓，回轉(zhuǎn)泵則提供壓力油以控制變排量往復(fù)式泵的換向。
2． 回轉(zhuǎn)泵
回轉(zhuǎn)泵有許多不同的樣式，是液壓系統(tǒng)中用的最為普遍的泵。目前，用的最普遍的回轉(zhuǎn)泵的形式有外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵、滑動(dòng)葉片泵和螺桿泵。每一種泵都有各自適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。
外嚙合齒輪泵（圖11.3），他由在密封的殼體內(nèi)相互嚙合的兩個(gè)齒輪組成。主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)，主軸與上級(jí)泵的齒輪相聯(lián)接。當(dāng)泵開始工作時(shí)，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)把殼體內(nèi)的空氣擠出，擠入出油管。泵殼體內(nèi)空氣的減少，在泵的吸油口處形成一個(gè)局部的真空。油液在大氣壓的作用下從外部油箱吸入泵的進(jìn)油口，在那里油被密封在兩個(gè)嚙合齒輪和外殼之間。齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)將油擠出泵體。
圖11.3 外嚙合齒輪泵
1 出口
2 主動(dòng)輪
3 工作腔，油被密封和帶動(dòng)
4 進(jìn)口
5 齒輪脫開區(qū)域，油從油箱
被吸入
6 齒輪嚙合區(qū)域，油被壓出
齒輪泵中壓力的升高是由于對(duì)油液的擠壓作用而產(chǎn)生的。因此，油液在齒輪進(jìn)入嚙合的部分被排出泵體。在齒輪脫開嚙合的空間，形成局部真空，使更多的油液被吸入泵體。外嚙合齒輪泵是一個(gè)定量泵，它的排量在給定的轉(zhuǎn)速下是個(gè)常數(shù)。而要控制圖11.3所示的齒輪泵的排量，唯一的方法就是改變軸的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在的齒輪泵可以提升的壓力大概是3000磅/英寸2。
3． 滑動(dòng)式葉片泵
這種類型的泵有許多葉片，在泵轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候葉片可以在葉片槽中任意的滑動(dòng)。電機(jī)帶動(dòng)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片在離心力、彈力和葉片底部壓力油的作用下，向外伸出，其頂部緊貼定子橢圓形的內(nèi)表面上。在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，當(dāng)工作腔經(jīng)過吸油口時(shí)，油液進(jìn)入兩個(gè)葉片形成的腔內(nèi)。并且被密封在工作腔內(nèi)隨葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，直到達(dá)到出油口，在那里油被壓出泵體進(jìn)入出油管。
控制閥
壓力控制閥是用來保持液壓回路中各部分調(diào)定壓力的閥。壓力控制閥保持調(diào)定壓力的方法有下面兩種（1）轉(zhuǎn)移高壓油到低壓區(qū)域，從而限制高壓區(qū)的壓力。（2）限制流量。用于轉(zhuǎn)移油液的閥的類型有安全閥、溢流閥、單向閥、順序閥和卸荷閥。調(diào)節(jié)流量到另一區(qū)域的閥類可能是減壓型的。
壓力閥也可以定義為常閉式或常開式二通閥。溢流閥、順序閥、卸荷閥和單向閥是常閉式的二通閥，當(dāng)它們?cè)趫?zhí)行設(shè)定的功能時(shí)才部分或完全打開。減壓閥是常開式的二通閥，它的作用是限制和阻礙油液流入下一個(gè)區(qū)域。任何一種形式閥的動(dòng)作，可以看作是通過開啟一個(gè)自動(dòng)的控制口來實(shí)現(xiàn)調(diào)定壓力的控制。當(dāng)閥是由外部控制時(shí)，控制口往往是關(guān)閉的。卸荷閥就是一個(gè)這種類型的閥——它不是自動(dòng)控制的，它需要一個(gè)外部的信號(hào)來控制。而溢流閥、減壓閥、單向閥和順序閥則可以通過內(nèi)部的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
1． 壓力控制閥的類型
一些常用的壓力控制閥有：
安全閥。安全閥通常是一個(gè)二通式的提升閥，它的作用是當(dāng)油液的壓力接近于閥控制口調(diào)定壓力時(shí)，釋放一定得油也到別的地方，已達(dá)到控制壓力的目的。這種閥可以在超壓的情況下保護(hù)管路和液壓設(shè)備。
溢流閥。溢流閥是回路中該閥所聯(lián)結(jié)的區(qū)域內(nèi)限制可以施加的最大壓力的閥。
單向閥。單向閥的作用是使油液只能向一個(gè)方向流動(dòng)，而不能反向流動(dòng)。
順序閥。順序閥的作用是使油液可以按一定的順序流入回路的多個(gè)部分。
卸荷閥。該閥允許壓力升到某一可調(diào)的設(shè)定值，然后只要控制油源在控制口處保持事先調(diào)定的壓力值，它就使液流旁路。
減壓閥。其作用是不管進(jìn)油口壓力如何，保持出油口的一個(gè)降低了的穩(wěn)定壓力。
2． 速度控制
調(diào)速閥是用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度。早期的設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的控制是通過控制每秒鐘抽取油液的多少來實(shí)現(xiàn)的。它需要一個(gè)變量泵來控制流量，但對(duì)于大多數(shù)的回路來說，使用一個(gè)定量泵和速度控制閥來改變流速是比較實(shí)際的。
3． 流量控制的方法
這里有三種基本的形式關(guān)于應(yīng)用調(diào)速閥來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的方法：進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，出口節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速。
進(jìn)口節(jié)流調(diào)速用于進(jìn)油控制。流量控制閥安裝在進(jìn)油路上，串聯(lián)在定量泵和執(zhí)行元件之間，調(diào)節(jié)和控制進(jìn)入執(zhí)行元件的流量。而泵提供的多余的油液通過溢流閥流回油箱。
流量控制閥安裝在進(jìn)油管路里，控制一個(gè)方向的流量?？刂崎y必需在流量控制閥中或是與其并聯(lián)。如果想要在兩個(gè)方向上控制流速，流量控制閥就必需安裝在泵的出口，方向閥之前。
進(jìn)口節(jié)流調(diào)速較高的精度，它使用于克服連續(xù)載荷作用下運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，例如在負(fù)載作用下垂直提升液壓缸或者以一個(gè)控制的速度推動(dòng)負(fù)載。
出口節(jié)流調(diào)速使用在負(fù)載可能“失去控制”的場(chǎng)合。它調(diào)節(jié)和控制流出執(zhí)行元件的流量。
為了在兩個(gè)方向上控制流速，控制閥應(yīng)該安裝在經(jīng)過方向閥的出油管路上。但大多數(shù)的控制只要求單方向的，所以控制閥安裝在執(zhí)行元件和方向閥之間。為使油缸快速退回，這里要求配置一個(gè)旁路單向閥。
旁路節(jié)流調(diào)速，在旁路節(jié)流調(diào)速回路中，流速控制不是在油泵的供油管路里，確定執(zhí)行元件速度的是有泵傳遞給油箱的那部分流量。這樣泵可以在工作所需得的壓力下運(yùn)行，因?yàn)槎嘤嗟挠鸵嚎梢酝ㄟ^流量控制閥流回油箱而不是溢流閥。
采用旁路節(jié)流時(shí)，被控制流量是進(jìn)入油箱的流量，而不是進(jìn)入液壓缸的流量，因而，由于工作載荷的變化，泵對(duì)液壓缸的供液量也會(huì)發(fā)生變化，這是一個(gè)缺點(diǎn)。
旁路節(jié)流調(diào)速不能用于出油回路中。
4． 流量控制的類型
流量控制可以歸為兩個(gè)基本的類型：壓力補(bǔ)償型和非壓力補(bǔ)償型，后者常用在負(fù)載壓力相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)給率要求不太嚴(yán)格的地方。它們可能是一個(gè)簡(jiǎn)單控制口或是一個(gè)可調(diào)的針形閥，也可能是類似允許油液反向流動(dòng)的單向閥似的復(fù)雜元件。使用非壓力補(bǔ)償型的閥在有些情況下受到限制，因?yàn)橥ㄟ^控制口的流量從本質(zhì)上講與其兩端的壓力差（ΔP）的平方根成正比。這就意味著，工作負(fù)載的變化將會(huì)影響到進(jìn)給率。
液壓動(dòng)力在機(jī)床中的應(yīng)用
液壓動(dòng)力控制機(jī)床的這種應(yīng)用并不是什么新鮮事，然而，液壓像現(xiàn)在這樣廣泛的使用，還是比較近期的事。事實(shí)上，正是現(xiàn)代整體泵的出現(xiàn)，促進(jìn)了這種機(jī)床操作形式的發(fā)展。
液壓機(jī)床具有許多的優(yōu)點(diǎn)。第一，它可以提供相當(dāng)寬范圍的無級(jí)變速控制。另外，它們還可以輕易的改變驅(qū)動(dòng)方向就像改變速度一樣。因此，在許多其它類型的機(jī)床里，使用液壓系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化許多復(fù)雜的機(jī)械聯(lián)結(jié)，甚至將它們整體刪除。
液壓動(dòng)力的適應(yīng)性和順應(yīng)性是這種驅(qū)動(dòng)方式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它除了可以獲得一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行，還在工件的表面加工，刀具的無損切削和使用的耐用度上都有了很大的改進(jìn)。
到目前為止，更大功率的機(jī)床液壓系統(tǒng)被局限于直線運(yùn)動(dòng)。用于開啟一個(gè)以上的線性液壓馬達(dá)的回轉(zhuǎn)泵通常是柱塞式的。在一些情況下，例如在某個(gè)液壓車床上，切削刀具的直線運(yùn)動(dòng)和工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都可以通過液壓驅(qū)動(dòng)和/或控制。這樣的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。
[自]《機(jī)械制造工藝及設(shè)備專業(yè)英語》 華南理工大學(xué)，1986
[自]《機(jī)械專業(yè)英語》 陜西機(jī)械學(xué)院，1992
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zxh54
型銑槽機(jī)
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