卧式单面多轴钻孔组合机床液压-系统设计

液压与气压传动课程设计说明书课程设计题目：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计作者所在系部：机电工程学院作者所在专业：机械设计制造及其自动化作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：北华航天工业学院摘要液压系统具有广泛的工艺适应性、优良的控制性能、反应快、输出力（或力矩）大等优点。在机床中被广泛的采用。液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来与微电子、计算机技术的结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中广泛引用液压技术。作为学习该专业的学生应初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的。本文主要阐述了液压系统的设计包括系统工况分析，拟定液压系统原理图，液压元件的计算和选择以及液压系统的性能验算等。关键字：液压系统液压传动液压元件北华航天工业学院课程设计说明书1目录第一章绪论.......................................................11、液压与气压传动系统综述...........................................12、液压系统的组成...................................................1第二章液压系统的设计...............................................21、明确液压系统的设计要求...........................................22、负载与运动分析....................................................22.1负载分析....................................................22.2速度分析....................................................33、选定液压系统主要参数.............................................43.1初选液压缸工作力.............................................43.2计算液压缸结构数.............................................54、拟定液压系统图....................................................74.1选择基本回路................................................74.2回路的合成.................................................75、液压元件的选择...................................................105.1液压泵及驱动电动机功率的确定...............................105.2元件、辅件选择..............................................116、系统油液升温验算................................................11致谢..............................................................13参考文献..........................................................14第一章绪论北华航天工业学院课程设计说明书21液压与气压传动系统综述液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。液压传动是用液体作为来传递能量的，液压传动有以下优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其所具有的压力及力流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量，因此液压基本回路的作用就是三个方面：控制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。2液压系统组成一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能。动力元件指液压系统中的液压泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。执行元件的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。执行元件有液压缸和液压马达。控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱、压力计、流量计、密封装置等,它们起连接、储油、过滤和测量油液压力等辅助作用，工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压系统就是通过其实现运动和动力传递的。第二章液压系统的设计北华航天工业学院课程设计说明书31.明确液压系统的设计要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求完成工件的定位与夹紧，所需夹紧力不得超过6000N。该系统工作循环为：快进——工进——快退——停止。机床快进快退速度约为6m／min，工进速度可在30～120mm／min范围内无级调速,快进行程为200mm，工进行程为50mm，最大切削力为25kN，运动部件总重量为15KN，加速（减速）时间为0.1s，采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。2.负载分析与速度分析2.1负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。（1）工作负载FW工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即NFtK25（2）阻力负载fF阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为fF，则静摩擦阻力NFfs3000150002.0动摩擦阻力NFfd1500150001.0（3）惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为0.1s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为6m/min，因此惯性负载可表示为NNtvF04.15291.060681.915000mm北华航天工业学院课程设计说明书4如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率w=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。表1液压缸总运动阶段负载表（单位：N）2.2速度分析根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1（a）所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度m/min631vv、快进行程L1=200mm、工进行程L2=50mm、快退行程L3=250mm，工进速度mm/min502v。快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。快进svLt2606102003111工进svLt606005.010503222工况负载组成负载值F/N推力F/w/N定位夹紧jFF60006666.67启动加速mfdFFF4529.045032.3快进fdFF15001666.66工进tfdFFF2650029444.44快退fdFF15001666.66北华航天工业学院课程设计说明书5快退ssvlt5.2606102503333根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t）如图1(b),动力滑台速度循环图如图1（c)所示。图1动力滑台速度负载循环图a)工作循环图b）负载图c)速度循环图3.确定液压缸主要参数3.1初选液压缸工作压力由表2可知，取动力滑台液压缸工作压力p1=4MP，所需夹紧力不得超过6000N，取夹紧液压缸工作压力为1.5MP.表2按负载选择工作压力负载/KN55~1010~2020~3030~5050工作压力/MPa0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5北华航天工业学院课程设计说明书63.2计算液压缸结构参数为使液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞缸差动连接的方式实现，应把液压缸设计成无杆腔工作面积1A是有杆腔工作面积2A两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，动力滑台液压缸有可能会发生前冲的现象，因此动力滑台液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.8MP，快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值0.6MPa。夹紧液压缸回油背压3p取0MPa。工进时动力滑台液压缸的推力计算公式为11221112/(/2)mFApApApAp，因此，根据已知参数，动力滑台液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为26211m008179.028.041029444.442ppFAm夹紧液压缸无杆腔的有效作用面积26211m004444.010205.167.66662ppFAm夹动力滑台液压缸缸筒直径为mmAD1.10241夹紧液压缸缸筒直径为mmAD2.7541夹夹由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d=0.707D，因此动力滑台活塞杆直径为d=0.707×102.1=72.2mm，夹紧缸活塞杆直径为夹d=0.707×80.8=57.1mm圆整后取D=110mm，d=80mm。夹D80mm,夹d=56mm此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：242110954mDA242221077.444mdDA北华航天工业学院课程设计说明书72421102.504mDA夹242221062.254mdDA夹工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量min/05.0qminL，设计要求最低工进速度min/30Vminmm，经验算可知满足vqminminA3.计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔，取两腔间回路及阀上压力损失为0.5MPa，5.012pp计算结果如表3所示。表3各工况下的主要参数值工作循环负载F/N回油背压P2/MPa进油压力P1/MPa输入流量133110/smq输入功率P/Kw计算公式快进启动加速5032.35.012pp1.45————111211211221)()(q