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1、液壓傳動課程設計說明書學 院：機械工程學院專 業(yè)：機械制造設計及其自動化班 級：機制四班學 號：11090040122學生姓名：指導教師：2013年6月20日目 錄第一章.設計要求及工況分析21.設計要求22.設計參數(shù)23.負載與運動分析2第二章.構(gòu)建液壓系統(tǒng)41.確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)41.1. 初選液壓缸的工作壓力41.2. 計算液壓缸的主要尺寸42.液壓缸各階段工況53.擬定液壓系統(tǒng)原理圖73.1. 選擇基本回路73.2. 組成液壓系統(tǒng)9第三章.計算和選擇液壓元件121. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率121.1. 計算液壓泵的最大工作壓力121.2. 計算液壓泵的流量121.3. 液壓泵

2、和電動機的選用122.確定其它元件與輔件132.1. 確定閥類元件及輔件132.2. 確定油管142.3. 確定油箱14第四章.驗算液壓系統(tǒng)性能161. 驗算系統(tǒng)壓力損失161.1.快進時的回路壓力損失161.2.工進時的回路壓力損失171.3.快退時的回路壓力損失172. 液壓泵的工作壓力183. 液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率184. 液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗算19總結(jié)20第一章. 設計要求及工況分析1. 設計要求設計一臺用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料工作臺快進銑削進給工作臺快退手工卸料。2. 設計參數(shù)要求設計的動力工作臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進、工進、快退、停止

3、。主要性能參數(shù)與性能要求如下：工作臺液壓缸負載力為；工作臺液壓缸移動件重力為；工作臺快進、快退速度為；工作臺工進速度為；工作臺液壓缸快進行程為；導軌面靜摩擦系數(shù)為；工作臺液壓缸工進行程為；導軌面動摩擦系數(shù)為；工作臺啟動時間為。液壓缸效率為。3. 負載與運動分析（1） 工作負載：；（2） 摩擦負載：摩擦負載極為導軌的摩擦阻力；（3） 靜摩擦阻力：；動摩擦阻力：；（注：為垂直于導軌的工作負載；）（4） 慣性負載：；（注：等于工作臺快進、快退速度）（5） 運動時間:快進時間；快退時間；工進時間。（6） 各階段的總負載與液壓缸推力:啟動階段：，;加速階段：，；快進快退階段：，；工進階段：，；反向啟動：

4、，。（7） 根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負載和運動時間，即可繪制出液壓缸推力循環(huán)圖和速度循環(huán)圖，如圖1所示。圖1 和圖21第二章. 構(gòu)建液壓系統(tǒng)1. 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)1.1. 初選液壓缸的工作壓力所設計的動力工作臺在工進時負載最大為38200N，在其他情況下負載都不太高，查機械手冊下表，參考表1初選液壓缸的工作壓力為。負載/KN50工作壓力/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-55表1 按負載選擇工作壓力1.2. 計算液壓缸的主要尺寸鑒于工作臺快進和快退速度相等，可選用單活塞桿式差動液壓缸（），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止銑削時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背

5、壓，查機械手冊下表，參考表選擇背壓為。系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或節(jié)輕載流調(diào)速系統(tǒng)0.2-0.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4-0.6回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)0.5-1.5用補油泵的閉式回路0.8-1.5回油路較復雜的工程機械1.2-3表2 執(zhí)行元件背壓力在工進過程中，液壓缸的受力如下圖。圖2 液壓缸受力圖所以，由圖可得工進階段的方程式；所以無桿活塞腔的直徑為11.28cm。由于選擇單活塞桿式差動液壓缸作為執(zhí)行元件，快進快退的速度相等，則。參考表3和表4取標準值為，。81012162025324050638090100110125140160180200220表3 液壓缸的內(nèi)徑尺寸系列4568

6、10121416182022252832364045505663708090100110125140160180200表4 活塞桿直徑系列所以可得：無桿腔面積：；有桿腔面積：2. 液壓缸各階段工況 根據(jù)計算出液壓缸尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率。（1）快進啟動階段：推力：；進油腔壓力：；（2）快進加速階段：推力：；進油腔壓力：；回油腔壓力：；（注：為液壓缸差動鏈接時，回油口到進油口之間的壓力損失，?。?）快進恒速階段：推力：進油腔壓力：；回油腔壓力：；輸入流量：；輸入功率：。（4）工進階段：推力：進油腔壓力：；回油腔壓力：即為背壓；輸入流量：；輸入功率：。（5）快退

7、啟動階段：推力：；進油腔壓力：；（6）快退加速階段：推力：；進油腔壓力：；回油腔壓力：；（7）快退恒速階段：推力：進油腔壓力：；回油腔壓力：；輸入流量：；輸入功率：。（注：快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為，無桿腔回油，壓力為。）圖3 液壓缸工況圖3. 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1. 選擇基本回路（1）選擇調(diào)速回路：由圖3 可知，這臺銑床液壓系統(tǒng)功率較小，工作臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可用進口節(jié)流調(diào)速回路。為防止工進后期負載突然消失引起運動部件前沖，所以在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。（2）選擇油源形式：從圖3可以得到，液壓缸要求油源提供

8、快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比為：其相應的時間之比：。由此可得，在一個工作周期內(nèi)大部分時間處于高壓小流量工作。所以可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵做油源。由于前者流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實現(xiàn)快速運動，所以選用雙聯(lián)葉片泵方案，如下圖。圖4 雙聯(lián)泵（3）選擇快速運動和換向回路：本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動。由于從工進轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減少液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如下圖所示。圖5 換向回路

9、（4）選擇速度換接回路：由于工作臺由快進轉(zhuǎn)為工進時，由于,所以速度變化大，為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如下圖所示。圖6 選擇速度換接回路（5）選擇調(diào)壓和卸荷回路：工作臺工進時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設調(diào)壓回路。在工作臺工進和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在工作臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設卸荷回路。3.2. 組成液壓系統(tǒng)將已選的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，即得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如下圖所示。圖7 液壓系統(tǒng)工作原理圖電磁鐵動作循環(huán)表如下： 元件動作1YA2YA行程閥壓力繼電器快進+工進

10、+（+）快退+（）停止表5 電磁動作循環(huán)表在圖7中，為了解決工作臺工進時進、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設了單向閥6；為了避免機床停止工作時回油路中的油液流會油箱，導致空氣進入系統(tǒng)，影響工作臺運動的平穩(wěn)性，添置了一個單向閥13；因為銑床對位置定位精度要求較高，增設了一個壓力繼電器14，當工作臺碰上擋塊后，系統(tǒng)壓力上升，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。第三章. 計算和選擇液壓元件1. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率1.1. 計算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，經(jīng)過第二章的計算得到液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為，若在調(diào)速閥進口節(jié)流閥調(diào)速回路中，選取

11、進油路上的總壓力損失為，由于壓力繼電器的可靠動作要求壓差，所以小流量泵的最高工作壓力估算為：。大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，快進和快退時的最大工作壓力為快退加速階段，由于快退時進油不通過調(diào)速閥，所以取進油路上的總壓力損失為，則大流量泵的最高壓力估算為：。1.2. 計算液壓泵的流量經(jīng)過第二章的計算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，取回油路泄露系數(shù)（一般取1.11.3），則兩個泵的總流量為；由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為，工進時的流量為，則小流量泵的流量最小為。1.3. 液壓泵和電動機的選用考慮液壓泵存在容積損失，并且泵的額定壓力應比上述最大工作壓力高20%-60%，以便留有一定的壓力儲備，

12、所以。額定流量則只須滿足上述最大流量即可。根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱機械設計手冊4（第二版）23-89頁，選取PV2R12-6/30型雙聯(lián)葉片泵。其額定壓力是14MPa，小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和30mL/r，轉(zhuǎn)速范圍為750r/min1800 r/min，當液壓泵的轉(zhuǎn)速時，其理論流量分別為5.46L/min和27.3L/min，取液壓泵的容積效率，則液壓泵的實際輸出流量為4.37 L/min和21.84 L/min。由于該液壓泵的總效率為，根據(jù)下表可得，符合葉片泵的效率范圍。液壓泵類型齒輪泵葉片泵柱塞泵螺桿泵總效率0.6-0.70.6-0.750.8-0.850.65-0.8

13、表6 液壓泵的總效率電動機的選擇依據(jù)是功率和轉(zhuǎn)速，電動機的轉(zhuǎn)速為，電動機功率為：。查機械設計手冊5（第二版）35-19頁，選擇規(guī)格相近的三相異步電動機Y2-90L-6，其額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為910r/min。2. 確定其它元件與輔件2.1. 確定閥類元件及輔件 根據(jù)系統(tǒng)的最高壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，選出所需的閥類元件及輔件如下表，其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min，小于本系統(tǒng)工進時的流量0.43L/min。序號元件名稱規(guī)格型號額定流量L/min額定壓力MPa1雙聯(lián)葉片泵PV2R126/304.37/21.8

14、4*142三位五通電液換向閥E35ZY63636.33行程閥22C63BH636.34調(diào)速閥Q6B66.35單向閥I100B1006.36單向閥I100B1006.37液控順序閥XY 63B636.38背壓閥B10B106.39溢流閥Y10B106.310單向閥I100B1006.311濾油器XU80200806.312壓力表開關(guān)K6B13單向閥I100B1006.314壓力繼電器PFB8L14表7 各液壓元件型號與規(guī)格（*注：此為電動機額定轉(zhuǎn)速為910r/min時的流量。）2.2. 確定油管在選擇標準液壓泵以后液壓缸在一個運動周期內(nèi)各階段的運動速度以及輸入和流出液壓缸的流量與初計算值不同，重

15、新計算如下。（1）快進階段：輸入流量：；排出流量：；移動速度：。（2）工進階段：輸入流量：；排出流量：；移動速度：。（3）快退階段：輸入流量：；排出流量：；移動速度：。所以可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度基本符合設計要求。根據(jù)以上參數(shù)，按下表推薦的管道內(nèi)允許速度取，為了統(tǒng)一規(guī)格，所選管道均為內(nèi)徑18mm的冷拔鋼管。管道吸油管道壓油管道回油管道推薦流速（m/s）0.51.5，一般取1以下36，壓力高，管道短，粘度小，取大值1.53表8 允許流量推薦值2.3. 確定油箱油箱的容量按式估算，為經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)；高壓系統(tǒng)；高壓系統(tǒng)。取，得。查標準油箱容量表，取油箱容量為。46.31025406

16、310016025031540050063080010012501600200031504000表9 油箱容量標準第四章. 驗算液壓系統(tǒng)性能1. 驗算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路位置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。取進、回油管道長為，油液的運動粘度取。且電液換向閥和行程閥的額定壓力損失為，單向閥為。1.1. 快進時的回路壓力損失因為進油管中，所以此時進油管中是層流。進油管的沿程損失為：由于管道結(jié)構(gòu)未確定，進油管的局部損失約為：因為進油管中，所以此時回油管中是層流?；赜凸艿难爻虛p失為：進油管的局部損失約為：快進時，進油路中的油液通過換向閥2和行程閥3，但是通過換向閥的流量為25.88L/min，

17、通過行程閥3的流量為49.56L/min，所以兩處的壓力損失為：同樣，快進時回油路中的油液由于通過電液換向閥2、單向閥6和行程閥3，且通過前兩者的流量為23.35L/min，后者為49.56 L/min，所以回油路在這三處的壓力損失為：由此得進油路上總壓力損失為：回油路上總壓力損失為：將回油路上的壓力損失折算到進油路上，就可求出快進時回路中的整個壓力損失為：1.2. 工進時的回路壓力損失工進時進入液壓缸的流量極少，進油路和回油路上的壓力損失很小，可忽略不計，但工進時進油路上的油液通過調(diào)速閥4，回油路上的油液通過順序閥7和背壓閥8。為了保證工進時的速度穩(wěn)定，使調(diào)速閥上有0.5MPa的壓降，背壓閥

18、上有0.8MPa的壓降，所以工進回路中的整個壓力損失為：1.3. 快退時的回路壓力損失因為進油管中，所以此時進油管中是層流。進油管的沿程損失為：由于管道結(jié)構(gòu)未確定，進油管的局部損失約為：因為進油管中，所以此時回油管中是層流?；赜凸艿难爻虛p失為：進油管的局部損失約為：快退時，進油路中的油液通過換向閥2和行程閥3，但是通過換向閥的流量為25.88L/min，通過行程閥3的流量為26.21L/min，所以兩處的壓力損失為：同樣，快退時回油路中的油液由于通過電液換向閥2、單向閥6和行程閥3，且通過前兩者的流量為55.63L/min，后者為26.21 L/min，所以回油路在這三處的壓力損失為：由此得進

19、油路上總壓力損失為：回油路上總壓力損失為：將回油路上的壓力損失折算到進油路上，就可求出快退時回路中的整個壓力損失為：2. 液壓泵的工作壓力小流量泵在工進時的工作壓力可以按求出，為液壓缸最高工作壓力，為總的管路損失（一般取0.20.5MPa，管路復雜取0.51.5MPa）。由于中已將背壓折算在內(nèi)，所以這里的只需考慮進油路的損失。所以小流量泵的工作壓力為：。大流量泵以快退時的工作壓力為最高，根據(jù)與上述相同考慮，其最大工作壓力最大為：。3. 液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率在該液壓系統(tǒng)中，快進時間；快退時間；工進時間。在整個循環(huán)周期內(nèi)，工進所用時間占94%，所以系統(tǒng)效率只需計算工進的情況即可。工進時，計算回

20、路效率。，而且，經(jīng)順序閥7卸荷的大流量泵在通過該閥的壓力損失按：估計，所以，。所以可得：。系統(tǒng)總效率為：。4. 液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗算系統(tǒng)在工進時的發(fā)熱與溫升最大，因此只須驗證工進階段的發(fā)熱與溫升。工進時液壓缸的負載為，移動速度為，所以輸出功率為：。輸入功率為:。由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量：。系統(tǒng)中的油液溫升的值近似為：在溫升的許可范圍內(nèi)，不用采取冷卻措施。溫升的許可范圍如下表一般機床數(shù)控機床粗加工機械，工程機械許可溫升（攝氏度）25-302535-45表10 機床許可溫升總結(jié) 經(jīng)過一周的努力，液壓傳動課程設計終于結(jié)束了，以前對專業(yè)課的學習一直停留在課本上，在這一周的學習中，深感自己專業(yè)知識的匱乏以及課本知識與實際聯(lián)系的緊密型，以后一定要努力學好專業(yè)知識。其次，在這里要感謝帥俊峰老師的悉心指導和幫助，謝謝老師。