铣床液压系统设计.doc
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1、目录绪论.1一、 液压系统设计目的、要求及题目. .4二、 液压系统的设计与计算. . .4(一) 确定执行元件. .4(二) 分析液压系统工况. .4 三、确定系统主要参数. .7(一)确定系统的工作压力. .7 (二)确定液压缸的主要尺寸.7(三)计算最大流量要求. .8(四)拟定系统工作原理图. .10五、确定液压泵和电动机规格.11(一)确定液压泵流量.11(二)确定电动机功率及型号.11(三)确定各类控制阀、蓄能器、压力表、滤油器.11六、液压缸的设计.13(一)活塞杆直径验算.13(二)确定液压缸长度和壁厚.13(三)液压缸外经计算.14(四)液压缸缸底缸盖计算.15(五)液压缸进
2、出油口尺寸计算.18(六)液压缸结构设计.18七、设计总结和心得体会.20八、参考文献.20绪论液压系统应用在机床上,实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床,运用液压来控制运动循环,结构简单,所占空间小,而且能满足较大的切削负载要求。液压系统的设计是整机设计的有机组成部分。液压系统的设计除了具备坚实的机械基础知识外,还必须熟练掌握液压传动的专业知识,本次任务通过分析系统工况,拟定液压系统原理图,并进行系统参数的计算,液压元件选择,液压系统布置,同时运用CAD绘制工程图纸。本次设计涉及课程广泛:液压与气压传动、机械制图、机械设计、机械制造技术基础、互换性与技术测量、CA
3、D、工程力学、电工学、机械零件、流体力学等一些机械专业课程以及一些工具书与手册。关键词:液压系统,组合机床,机械专业课程一、 液压系统设计目的、要求和题目(一)设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节,通过该教学环节,要求达到以下目的:1.巩固和深化已学知识,掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤,培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力;2.正确合理地确定执行机构,选用标准液压元件;能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统;3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决
4、策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练,以提高这些技能的水平。(二)设计的要求1.设计时必须从实际出发,综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求,就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样,在安全性、方便性要求较高的地方,应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件,不能单独考虑简单、经济;2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料,但必须深入理解,消化后再借鉴。不能简单地抄袭;3.在课程设计的过程中,要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成,积极思考。(三)设计题目:设计铣床液压系统工作循环:手工上料夹紧工作台快进工作台工进工作
5、台快退卸料表1 设计参数要求参 数数 值负载力(N)15000移动件重力 (N)8000快进、快退速度(m/min)12工进速度(m/min)0.3快进行程(mm)650工进行程(mm)200启动换向时间(s)0.5工作台采用平面导轨,导轨面的静、动摩擦系数分别为fs = 0.2、fd = 0.1。二、液压系统的设计与计算(一) 确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动,因此液压系统的执行元件确定为液压缸。(二) 分析系统工况在对液压系统进行工况分析时,本设计实例只考虑工作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
6、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:FW=15000N2、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0.5s,工作台最大移动速度,即快进、快退速度为12m/min,因此惯性负载可表示为:3、摩擦负载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。静摩擦阻力:动摩擦阻力:N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2所示。表2 液压缸在各工作阶段的负载(单位:N)
7、工况计算公式负载值F液压缸推力=F/起动=16001684加速=+Fa1127 1186快进=800842工进=+1580016632反向起动=16001684加速=+Fa1127 1186快退=800842注:此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。4、负载循环图和速度循环图的绘制根据表2中计算结果,绘制铣床动力滑台液压系统的负载循环图如图1所示。 图1 铣床动力滑台液压系统负载循环图图1表明,当铣床动力滑台处于工作进给状态时,负载力最大为16632N,其他工况下负载力相对较小。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、快进行程650mm、工进行程
8、,工进速度 m/min。根据上述已知数据绘制铣床动力滑台液压系统的速度循环图如图2所示。图2 铣床液压系统速度循环图三、确定系统主要参数(一) 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大,其值为16632N,其它工况时的负载都相对较低,参考资料表3-1按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法,初选液压缸的工作压力p1=3.5MPa。(二) 确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大,且快进、快退速度要求相等,从降低总流量需求考虑,应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件,最好采用活塞杆固定,而
9、液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下,应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式,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,液压缸有可能会发生前冲的现象,因此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=0.5MPa。快进时液压缸虽然作差动连接(即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接),但连接管路中不可避免地存在着压降,且有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时取0.5MPa。快退时为了减缓液压冲击,回油腔中也要有背压,选取被压值=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为:,式中:F
10、负载力 hm液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压缸有杆腔压力因此,根据已知参数,液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为: m3 液压缸缸筒直径为: mm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,因此活塞杆直径为d=0.70780.7=57.5mm,根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定,圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm,活塞杆直径为d=60mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为: m2 m2(三)计算最大流量需求工作台在快进过程中,液压缸采用差动连接,此
11、时系统所需要的流量为q快进 =(A1-A2)v1=34.8 L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 =A2v3=42 L/min工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1v2=1.9 L/min 其中最大流量为快退流量为42 L/min。根据上述液压缸直径及流量计算结果,进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值,如表3所示。表3 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动168400.58P1=q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p加速11860.90.41恒速842
12、0.790.2934.80.1工进166320.52.601.90.05P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起动168400.48P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速11860.60.34恒速8420.60.24420.1四、拟定系统原理图 根据铣床液压系统的设计任务和工况分析,所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求,因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外,与所有液压系统的设计要求一样,该组合机床液压系统应尽可能结构简单,成本低,节约能源,工作可靠。 图3 铣床工作台工作循环图 工况图表明,所设计组
13、合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小,系统的效率和发热问题并不突出,因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低,但适合于小功率场合,而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性,因此有三种速度控制方案可以选择,即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。但由于存在负载突变的可能,因此考虑在工作进给过程中在回油路上设置背压阀。由于选定了节流调速方案,所以油路采用开式循环回路,以提高散热效率,防止油液温升过高。拟定液压系统原理图如图4 图4 液压系统原理图五、确定液压泵和电机规格(一)确定液压泵流量考虑到泄漏流量和溢流阀
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