液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)--液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課題名稱：液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院：機(jī)電工程系</p><p>　　專業(yè)班級(jí): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化107</p><p>　　2012年12月27日</p><p>　　《液壓與氣壓傳動(dòng)課

2、程設(shè)計(jì)》評(píng)閱書</p><p>　題目液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　學(xué)生姓名學(xué)號(hào)</p><p>　指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)指導(dǎo)教師簽名：年 月 日</p><p>　答辯評(píng)語及成績(jī)答辯教師簽名：年 月 日</p><p>　教研室意見總成績(jī)：室主任簽名： 年 月 日</p&

3、gt;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，液壓系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、建筑、航空等領(lǐng)域中，成為一種新型的動(dòng)力源。由于液壓元件的制造精度越來越高，再配合電信號(hào)的控制，使液壓系統(tǒng)在換向方面可以達(dá)到較高的頻率。不管是在重型機(jī)械和精密設(shè)備上都能滿足要求。 液壓系統(tǒng)本身有較多的優(yōu)點(diǎn)，比如：在同等的體積下，液壓裝置產(chǎn)生的動(dòng)力更大；由于它的質(zhì)量和慣性小、反映快，

4、使液壓裝置工作比較平穩(wěn)；能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速，特別是在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行調(diào)速；液壓裝置自身能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。但是液壓傳動(dòng)對(duì)溫度的變化比較敏感，不宜在很高或很低的溫度下工作。 液壓系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)和夾緊工件的循環(huán)控制起著重要的作用。對(duì)銑削類組合機(jī)床，運(yùn)用液壓來控制運(yùn)動(dòng)循環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占空間小，而且能滿足較大的切削負(fù)載要求。</p><p>　　本文為立式鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)

5、快速進(jìn)給、工進(jìn)、快退的動(dòng)作?？爝M(jìn)采用差動(dòng)連接。</p><p>　　根據(jù)給定的條件完成液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)；根據(jù)給定的條件和已完成的液壓系統(tǒng)圖，選擇元件明細(xì)表；根據(jù)給定的條件和已完成的液壓系統(tǒng)圖，對(duì)主要元件進(jìn)行初步計(jì)算；完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵字：差動(dòng)連接 雙泵供油 進(jìn)口節(jié)油調(diào)速回路</p><p><b>　　目 錄</b&g

6、t;</p><p>　　摘 要....................................................I</p><p>　　1設(shè)計(jì)任務(wù)...................................................1</p><p>　　2 液壓回路的工況分析......................

7、..................2</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)要求及工況分析.......................................2</p><p>　　2.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).....................................3</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖..................

8、......................6</p><p>　　3.1 初選液壓件及基本回路.....................................6</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)............................................7</p><p>　　4計(jì)算和選擇液壓件及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能...

9、......................8</p><p>　　4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率..............................8</p><p>　　4.2確定油管及壓力...........................................9</p><p>　　4.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性...............

10、...........................10</p><p>　　4.4驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升.......................................12</p><p>　　總 結(jié).....................................................13</p><p>　　參考文獻(xiàn).....

11、...............................................14</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　學(xué)生通過《液壓與氣壓傳動(dòng)》課的課堂學(xué)習(xí)，初步掌握了基本理論知識(shí)。本課程設(shè)計(jì)即為了給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)運(yùn)用課堂理論知識(shí)，解決較復(fù)雜的問題的平臺(tái)，鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)的能力，初步接觸一下“設(shè)計(jì)”的味道。<

12、;/p><p>　　液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算是液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計(jì)算和選擇液壓件以及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能等。本次設(shè)計(jì)的是一臺(tái)立式雙軸鉆孔組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。</p><p>　　要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)→工進(jìn)→快退。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力；運(yùn)動(dòng)部件所受重力；快進(jìn)、快退速度，工進(jìn)速度；快進(jìn)行

13、程，工進(jìn)行程；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)，動(dòng)摩擦系數(shù)。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。</p><p>　　2 液壓回路的工況分析</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)要求及工況分析</p><p>　　(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力。</p><p><b>　　(2) 摩擦負(fù)載 </b></p>&l

14、t;p>　　靜摩擦阻力 （2—1）</p><p>　　動(dòng)摩擦阻力 （2—2）</p><p><b>　?。?）慣性負(fù)載</b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><p>&

15、lt;b>　?。?）運(yùn)動(dòng)時(shí)間</b></p><p>　　快進(jìn) （2—4）</p><p>　　工進(jìn) </p><p><b>　　快退 </b></p><p>　　

16、設(shè)液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力</p><p>　　表2.1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力</p><p>　　2.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)</p><p>　　1.初選液壓缸工作壓力</p><p>　　所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2.2和表2.3，初選液壓缸的工作壓力。</p

17、><p>　　2.計(jì)算液壓缸主要尺寸</p><p>　　鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表2.4選此背壓為。</p><p>　　表2.2 按負(fù)載選擇工表</p><p>　　2.3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)

18、工作壓力</p><p>　　表2.4 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　表2.5 按工作壓力選取d/D</p><p>　　表2.6 按速比要求確定d/D</p><p>　　注：—無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；</p><p>　　—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。</p><p><b

19、>　　由式： 得</b></p><p><b>　?。?—5）</b></p><p>　　則活塞直徑： （2—6）</p><p>　　參考表2.5及2.6得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得 D=110mm， d=80mm。</p><p>　　由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為：</p&

20、gt;<p>　　根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，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，如表2.7所列， </p><p>　　表2.7 液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1. Δp為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。</p><p>　　2． 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p

21、1，無桿腔回油，壓力為p2。</p><p>　　3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.1 初選液壓件及基本回路</p><p>　　(1) 選擇調(diào)速回路 由于這臺(tái)機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)

22、必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 選擇油源形式 在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比；其相應(yīng)的時(shí)間之比。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用限壓式變量葉片泵。</p><p>　　(3) 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接快

23、速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位四通電液換向閥。</p><p>　　(4) 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路。</p><p>　　(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路 在限壓式變量葉片泵的油

24、源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。</p><p>　　3.2 組成液壓系統(tǒng)</p><p>　　將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，詳情見設(shè)計(jì)圖紙。</p><p>　　4計(jì)算和選擇液壓件及驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p>　　4.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p>

25、<p>　　(1) 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為p1=4.06MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　大流量泵只在快進(jìn)

26、和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為p1=1.68MPa，比快進(jìn)時(shí)大。考慮到快退時(shí)進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為</p><p>　　(2) 計(jì)算液壓泵的流量</p><p>　　由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.55×10-3 m3/s ，若取回路泄漏

27、系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為</p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率</p><p>　　根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和26mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=1000r/min時(shí)，其理論流量分別為6 L/min和26L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9

28、，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為</p><p>　　由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為</p><p>　　根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。</p><p>　　4.2確定油管及壓力</p><p>　　表4

29、.1 各工況實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和流量</p><p>　　表4.2 允許流速推薦值</p><p>　　由表4.1可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　根據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計(jì)算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為</p><p>　　為了統(tǒng)一規(guī)格，按

30、產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑15mm、外徑22mm的10號(hào)冷拔鋼管。</p><p><b>　　確定油箱</b></p><p>　　油箱的容量按式估算，其中α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=6～12?，F(xiàn)取α=6，得</p><p>　　4.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</p><p>&l

31、t;b>　　驗(yàn)算壓力損失</b></p><p>　　由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為L(zhǎng)=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取=110-4m2/s，油液的密度取=0.9174103kg/m3。</p><p>　　(1) 判斷流動(dòng)狀態(tài)</p><p>　

32、　在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快退時(shí)回油流量q2=32L/min為最大，因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。</p><p>　　(2) 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)</p><p><b>　　和油液在管道內(nèi)流速</b

33、></p><p>　　同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得</p><p>　　可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。</p><p>　　在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失?pζ常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算</p><p>　　各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算</p>

34、;<p>　　其中的pn由產(chǎn)品樣本查出，滑臺(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：</p><p><b>　　1．快進(jìn)</b></p><p>　　滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為</p><p>　

35、　在回油路上，壓力損失分別為</p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失</p><p><b>　　2．工進(jìn)</b></p><p>　　滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥、調(diào)速閥進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起

36、返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為</p><p><b>　　此值略小于估計(jì)值。</b></p><p>　　在回油路上總的壓力損失為</p><p>　　該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.66MPa，可見此值與初算時(shí)選取的背壓值基本相符。</p>

37、<p>　　重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為</p><p>　　考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的工作壓力為</p><p>　　此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3．快退</b></p><p>　　滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油

38、液通過單向閥、電液換向閥進(jìn)入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為</p><p>　　此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。</p><p>　　在回油路上總的壓力損失為數(shù)值基本相符。</p><p>　　4.4驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升</p><p>　　由于工進(jìn)在整個(gè)工作

39、循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，經(jīng)液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失</p><p>　　液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率</p><p>　　液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率</p><p>　　由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為</p><p>　　按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系

40、統(tǒng)中的油液溫升，即</p><p>　　其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·C）。</p><p>　　設(shè)環(huán)境溫T2=25C，則熱平衡溫度為</p><p>　　油溫不在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積不符合要求，需要設(shè)置冷卻器。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　

41、　本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完液壓基礎(chǔ)專業(yè)課程,進(jìn)行的一個(gè)綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié),學(xué)生通過課程設(shè)計(jì),能綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論以及學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)進(jìn)行的基本訓(xùn)練,掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維和方法,專用元件和通用元件的參數(shù)確定。通過給定設(shè)計(jì)題目，初步掌握確定壓力，進(jìn)行缸的主要參數(shù)的初步確定，按系列要求確定缸體和活塞桿的直徑。然后確定其他元件的參數(shù)，最后進(jìn)行效核。通過液壓課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際液壓?jiǎn)栴}的能力,為后續(xù)課程學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究

42、,工程技術(shù)工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 左建民．液壓與氣壓傳動(dòng)【M】．第4版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[2] 楊培元．液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)【M】．第1版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[3] 王昆．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)【M】．第1版．北京：機(jī)械工業(yè)出版