機電液綜合設(shè)計課程設(shè)計2

1、<p>　　本科課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題目 機電液綜合設(shè)計與實驗 </p><p>　　學(xué) 院 機械工程學(xué)院 </p><p>　　年 級 專 業(yè) 機械工程及自動化 </p><p>　　班 級 學(xué) 號

2、 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 任 務(wù) 書</b></p><p><b>　　1.1實驗?zāi)康?lt;/b></p><p><b>　　1.2實驗任務(wù)</b></p><p>　　2

3、 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算及元件選型</p><p>　　2.1 選用液壓元件</p><p>　　2.2計算和選擇液壓元件</p><p>　　3 液壓缸的設(shè)計計算</p><p>　　3.1 液壓缸主要零件的材料</p><p>　　3.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計算</p><p

4、>　　3.3 液壓缸壁厚的計算 </p><p><b>　　3.4 校核d</b></p><p>　　3.5 缸蓋固定螺栓d3的計算</p><p>　　3.6 缸體與缸蓋采用螺紋連接時的計算</p><p>　　3.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時的計算</p><p&

5、gt;　　4 實驗安裝及調(diào)試</p><p>　　4.1 電器控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　4.2 基本工作過程</p><p><b>　　5 心得體會</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　附錄</

6、b></p><p>　　1 任 務(wù) 書</p><p><b>　　1．1實驗?zāi)康模?lt;/b></p><p>　　熟悉、了解本實驗臺的組成</p><p>　　掌握常見典型液壓回路的設(shè)計、安裝及調(diào)試</p><p>　　掌握繼電器控制電路的設(shè)計；PLC控

7、制程序的設(shè)計、安裝及調(diào)試</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生綜合運用機械、液壓、電氣等知識及設(shè)計、安裝調(diào)試等綜合技能</p><p><b>　　1．2實驗任務(wù)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬C械動作要求</b></p><p><b>　　┏━━━━→┓</b><

8、/p><p>　　┃ ┃工 進(jìn)50</p><p>　　┃快 退 ━━━━━━━━━━━→┓</p><p>　　┗━━━━━━━←━━━━━━━ ━━┛</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計參數(shù)</b></p><p>　　工作是最大負(fù)載F=3000N;液壓缸工作壓

9、力為P1=1.5M;快進(jìn)、快退速度V快=5m/min;工進(jìn)速度V=0.8m/min;油缸內(nèi)徑與活塞桿直徑比d/D=0.75;回油腔背壓P2=0.5Mpa;油路壓力損失∑ΔP=0.3Mpa;Qmin=0.2L/min。</p><p><b>　?。ㄈ┰O(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）繪制液壓缸總圖和繪制端蓋零件圖</p><p>　

10、?。?）液壓泵及匹配的電動機選擇</p><p>　?。?）液壓元件的選擇</p><p>　　（4）按規(guī)定機械動作要求，設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)原理圖，設(shè)計電器控制系統(tǒng)</p><p>　　（5）液壓傳動裝置的安裝及電氣控制系統(tǒng)的鏈接</p><p><b>　?。?）調(diào)試</b></p><p>　　

11、2 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　2.1 選用液壓元件如下表2-1： </p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　根據(jù)動作要求和提供的元件，設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)，其工作情況由表2-2所示</p><p>　　油路中用到的上述提供的元器件有：二位二通電磁換向閥、調(diào)速閥

12、、先導(dǎo)式溢流閥、三位四通電磁換向閥。</p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　2.2計算和選擇液壓元件</p><p>　?。?）確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p>　　(1) 計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓

13、力為p1=1.5MPa，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=0.3Mpa，則小流量泵的最高工作壓力估算為:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　(2) 計算液壓泵的流量</p><p>　　油源向液壓缸輸入的最大流量為：</p><p><b>　　所以

14、泵的流量 ：</b></p><p><b>　　qv≥q</b></p><p><b>　　共進(jìn)時的流量為:</b></p><p><b>　　qg </b></p><p>　　(3) 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率</p><p

15、>　　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CB-C外齒合單級齒輪泵。泵的排量為32mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時，其理論流量分別為31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為:</p><p>　　q=30L/minx0.9=27L/min</p><p>　　由于液壓缸在快進(jìn)時輸入功率最大，若取液壓泵

16、總效率ηp=0.8，這時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為</p><p><b>　　（2.2）</b></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型電動機，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。</p><p>　　(4) 確定其它元件及輔件</p><p>　　（1）確定閥類元件及

17、輔件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表2-3所列。</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　(2) 確定油管內(nèi)徑</p><p>　　表2-4允許流速推薦值</p><p><b&g

18、t;　　表2-4</b></p><p><b>　　有管內(nèi)徑為：</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　根據(jù)內(nèi)徑尺寸系列，選取內(nèi)徑為20mm的軟管</p><p>　　3 缸的設(shè)計計算</p><p

19、>　　3.1 液壓缸主要零件的材料</p><p>　　(1)缸體 無縫鋼管 45鋼</p><p>　　無縫鋼管作缸體毛坯加工余量小，工藝性能好，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期斷，是與大批量生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)液壓缸大部分都采用無縫鋼管，一般常用調(diào)質(zhì)的45號鋼。</p><p>　　(2)活塞 鑄鐵HT200</p><p>　　活塞常用材料灰鑄鐵，耐磨鑄鐵

20、、35及40鋼和鋁合金等。缸徑較小的整體式活塞用35、45鋼，其他多用灰鑄鐵。</p><p>　　(3)活塞桿 45鋼</p><p>　　活塞桿常使用35、45鋼等材料。對于沖擊震動很大的活塞桿，也可以使用55鋼。一般實心的活塞桿用35、45鋼。</p><p>　　(4)前缸蓋 45鋼</p><p>　　缸蓋常用35、45鋼的短劍

21、或鑄造毛坯，也可以使用鑄鐵材料。</p><p>　　(5)后缸蓋 45鋼</p><p>　　缸蓋常用35、45鋼的短劍或鑄造毛坯，也可以使用灰鑄鐵材料。起導(dǎo)向作用時則用鑄鐵</p><p>　　3.2 液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的計算</p><p>　　Px1A1=P2xA2+F

22、 (3.1)</p><p>　　式中：P1------液壓剛工作壓力（Mpa）</p><p>　　P2---------回油腔背壓(Mpa)</p><p>　　A1--------無桿腔面積(mm^2)</p><p>　　A2--------有桿腔面積(mm^2)</p><p>　　F----------最大

23、負(fù)載（N）</p><p>　　A1=¼π DxD （3.2）</p><p>　　A2=A1-¼π dxd （3.3）</p><p>　　式中：D----------液壓缸的內(nèi)徑</p><p>　　d--

24、---------活塞桿的直徑</p><p>　　所給的設(shè)計參數(shù)為：最大負(fù)載F=3000N;工作壓力為P1=1.5M; d/D=0.75;回油腔背壓P2=0.5Mpa 。依據(jù)式(1.1) 、（1.2）、（1.3）可計算出</p><p>　　內(nèi)徑D和活塞桿直徑d.</p><p><b>　　計算結(jié)果為：</b></p><

25、;p>　　D=54.61 d=40.96</p><p>　　根據(jù)GB/T2348-1993,液壓缸內(nèi)徑尺寸系列和液壓缸活塞桿外徑尺寸對D和d進(jìn)行圓整，取D=63 d=45.</p><p>　　3.3 液壓缸壁厚的計算 </p><p>　　q ≥ PyD /2[σ] (3.4)</

26、p><p>　　式中：q----------液壓缸缸筒厚度（mm）</p><p>　　Py------------實驗壓力（Mpa）,工作壓力P≤16Mpa時，Py=1.5P；工作壓力P≥16Mpa時，Py=1.25P</p><p>　　[σ]--------缸體材料的許用應(yīng)力（Mpa）</p><p><b>　　[σ]= σ/n

27、</b></p><p>　　σ--------缸體材料的抗拉強度（Mpa）</p><p>　　n--------安全系數(shù)，n=3.5~5，一般n取5</p><p>　　選用45剛，其抗拉強度為500~550Mpa，根據(jù)式1.4求得：</p><p>　　q ≥ 0.708mm</p><p>　　根據(jù)

28、鋼管外徑尺寸系列，選取其外徑為76mm，其厚度也就為6mm>0.708mm,滿足要求。</p><p><b>　　3.4 校核d</b></p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　[σ]= σ/1.4=357Mpa</p><p>　　式中：F-------- 最大

29、負(fù)載（N） </p><p>　　據(jù)式1.5計算得d≥3.2mm</p><p>　　上述計算得d=45mm>3.2mm,所以滿足要求。</p><p>　　3.5 缸蓋固定螺栓d3的計算</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　式中：F-------液壓

30、缸負(fù)載</p><p>　　K-------螺紋擰緊系數(shù)，K=1.12~1.5</p><p>　　Z-------固定螺栓個數(shù)</p><p>　　[σ]----螺栓許用應(yīng)力，[σ]= σ3/(1.22~2.5), σ3為材料的屈服點為355Mpa</p><p>　　其中負(fù)載為3000N，寧緊系數(shù)取1.5，螺栓個數(shù)取六個，根據(jù)式1.6計算

31、得：</p><p>　　d3≥2.46mm,選取M10的螺栓。</p><p>　　3.6 缸體與缸蓋采用螺紋連接時的計算</p><p>　　缸體螺紋處的拉應(yīng)力：</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p><b>　　螺紋處的切應(yīng)力為:</b><

32、;/p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　式中：σ-------螺紋處的拉應(yīng)力（pa）</p><p>　　K-------螺紋擰緊系數(shù)，靜載荷時，取K=1.25~1.5；動載荷時，取K=2.5~4,(取K=3)</p>

33、;<p>　　K1-------螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，（取K1=0.12）</p><p>　　d0-------螺紋外徑m （d0=82mm）</p><p>　　d1-------螺紋內(nèi)徑m (d1=80mm)</p><p>　　D-------液壓缸內(nèi)徑m (D=62mm)</p><p>　　τ -------螺紋外的切

34、應(yīng)力pa</p><p>　　[σ]----螺紋材料的許用應(yīng)力pa</p><p><b>　　[σ]=σs/n</b></p><p>　　σs-------螺紋材料的屈服點pa （σs=355Mpa）</p><p>　　n-------安全系數(shù) （n=2）</p><p>　　σn-----

35、合成應(yīng)力（pa）</p><p>　　F-------缸體螺紋處所受到的拉力（N）</p><p>　　將各參數(shù)帶入式1.7、1.8、1.9得：</p><p>　　σ =6.74Mpa τ =1.86Mpa σn =7.47Mpa [σ]=175Mpa</p><p>　　所以σn =7.47Mpa< [σ]=175Mpa,其

36、螺紋聯(lián)接符合要求。 </p><p>　　3.7 活塞與活塞桿采用螺紋連接時的計算</p><p>　　螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。</p><p>　　活塞桿危險截面處的拉應(yīng)力：</p><p><b>　?。?.10）</b></

37、p><p><b>　　切應(yīng)力為：</b></p><p>　　（3.11） </p><p><b>　　合應(yīng)力為：</b></p><p>　　≤ [σ] （3.12）</p><p>　　式中：F1-------液壓缸輸出壓力<

38、/p><p>　　式中：d-------活塞桿直徑；[σ]----活塞桿材料的許用應(yīng)力 Mpa </p><p>　　將各參數(shù)帶入式2.0、2.1、2.2得：</p><p>　　σ=9.07Mpa τ=4.3Mpa σn=11.6Mpa</p><p>

39、;　　所以σn=11.6Mpa≤[σ]=175Mpa,其螺紋聯(lián)接滿足要求。</p><p>　　4 電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 </p><p>　　電氣控制油路圖如圖4-1所示</p><p>　　4.1 電器控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　根據(jù)圖1-1液壓傳動系統(tǒng)及表2-2所示工作情況，設(shè)計電器控制系統(tǒng)如圖1-2

40、所示</p><p>　　4.2 基本工作過程：</p><p>　　快進(jìn) ：按下SB2,啟動液壓泵，按下SB3使2DT和1DT得電，執(zhí)行快進(jìn)。</p><p>　　工進(jìn)：碰到行程開關(guān)YA3，使1DT失電，2DT仍得電，執(zhí)行工進(jìn)。</p><p>　　快退：碰到行程開關(guān)YA5，使3DT和1DT得電，2DT失電，執(zhí)行快退。</p>

41、<p>　　強退：按下SB4，使3DT和1DT得電，2DT失電，執(zhí)行強退。</p><p>　　按圖4-1連接系統(tǒng)油路，連接時需注意調(diào)速閥的P1口和P 2口的鏈接。按圖4-2連接電氣控制線路，連接時注意控制電路接的是220V,從火線引出一根線，最后回到的是零線。接信號指示燈時，是并聯(lián)到，每個電磁上不是串聯(lián)，否則電路將出現(xiàn)問題。</p><p><b>　?。ㄎ澹┬牡皿w

42、會</b></p><p>　　通過這為期三周的課程設(shè)計，對之前的液壓知識加深了了解?；菊莆樟艘粋€液壓回路的設(shè)計過程。</p><p>　　通過對液壓缸的設(shè)計，了解了液壓缸的設(shè)計過程和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中有些細(xì)節(jié)問題需要特別注意，比如像缸蓋與缸體采用的聯(lián)接方式是否滿足要求；設(shè)計的缸體本身雖滿足參數(shù)上的要求，但還得考慮加工是否簡單；繪制液壓缸的裝配圖時，要注意哪些是標(biāo)準(zhǔn)件，不能隨

43、便想當(dāng)然地畫上去；總體結(jié)構(gòu)要合理，一般繪制裝配圖時，畫其終止位或開始位，以表示其總的行程有多少。設(shè)計液壓系統(tǒng)控制電路時，要注意的很多。比如：機械設(shè)計的首要理念是以最少的元器件來達(dá)到要滿足的動作要求，盡量簡單易懂，不要太繁瑣?？紤]一定要周全，假如液壓缸在運動中途停了怎么辦，此時就需要設(shè)計一個強退開關(guān)，細(xì)節(jié)問題要注意，一定要把可能出現(xiàn)的情況都考慮在內(nèi)。在調(diào)試過程中，接線要特別細(xì)心，一條支路一條支路的接，不要看到哪個就接哪個，容易亂。接好后要

44、特別注意先檢查一遍，接了幾個常開開關(guān)或常閉開關(guān)，基本線路接的是否正常，檢查下來沒問題才能通電調(diào)試。油路連接中最重要的細(xì)節(jié)是分清哪個是進(jìn)油口哪個是出油口，特別是接調(diào)速閥的時候。整個設(shè)計過程下來，學(xué)到了很多東西。主要是鍛煉自己處理復(fù)雜問題的思路，考慮細(xì)節(jié)問題的能力。在設(shè)計過程中，提高了查閱資料的能力，機械設(shè)計需要在前人的基礎(chǔ)</p><p>　　作為機械工程學(xué)院的學(xué)生，過硬的專業(yè)知識與相關(guān)技能是必不可缺少的。技能的熟

45、練來自平時的培養(yǎng)與鍛煉。長時間的不去訓(xùn)練，在好的技能也會荒廢掉。所謂勤能補拙，知識的匱乏是可以通過后天的努力來培養(yǎng)的，來積累的。但是，缺少了勤奮與專研的精神，那么，在以后的學(xué)習(xí)，工作，生活中，都將會出現(xiàn)很多問題。面臨挫折，我們需要的是面對他的勇氣，而不是畏縮的后退。沒有挫折的經(jīng)歷的人生本身算是個是失敗的人生。</p><p>　　最后，我要說的是，感謝我的課程設(shè)計指導(dǎo)老師，有了他們的親切關(guān)懷</p>

46、<p>　　和悉心指導(dǎo)，我才能順利完成課程設(shè)計任務(wù)。才能順利從理論過渡到實踐。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李笑 吳冉泉主編，《液壓與氣壓傳動》，國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2]楊培元 朱福元主編，《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》，機械工業(yè)出版社，1998</p>