卧式单面多轴钻孔组合机床.doc

液压课程设计说明书

题目 卧式单面多轴钻孔组合机床

系、专业 装备制造分院机械设计制造及其自动化

班级学号 08101228

学生姓名 郑 天 恩

指导教师 张 福

2010年06月 04日
沈阳理工大学应用技术学院

目录

任务书………………………………………………………………………………1

计划书………………………………………………………………………………3

绪论……………………………………………………………………………………4

1. 工况分析…………………………………………………………………………5

2. 拟定液压系统原理图……………………………………………………………8

3. 液压系统的计算和选择液压元件………………………………………………8

3.1 液压缸主要尺寸的确定……………………………………………………8

3.2 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格………………………………9

3.3 液压阀的选择………………………………………………………………10

3.4 确定管道尺寸………………………………………………………………10

3.5 液压油箱容积的确定………………………………………………………10

4. 液压系统的验算……………………………………………………………… 10

4.1 压力损失的验算……………………………………………………………11

4.2 系统温升的验算………………………………………………………… 11

参考文献……………………………………………………………………………12

总结…………………………………………………………………………………12

液压课程设计任务书

班级： 081012 姓名： 郑天恩 学号： 28
一．设计题目：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加紧，所需夹紧力不得超过3000N。机床快进、快退的速度约为4.5m/min，工进速度可在20-100mm/min范围内无极调速，快进行程为150mm，工进行程为40mm，最大切削力为30000N，运动部件总重量为11000N，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。
二．课程设计目的
本课程设计是学生在学完液压与气动技术基础专业课程,进行的一个综合性和实践性很强的教学环节,学生通过课程设计,能综合运用所学基本理论以及学到的实践知识进行的基本训练,掌握液压系统设计的思维和方法,专用元件和通用元件的参数确定。通过给定设计题目，初步掌握确定压力，进行缸的主要参数的初步确定，按系列要求确定缸体和活塞杆的直径。然后确定其他元件的参数，最后进行效核。通过液压课程设计，提高学生分析和解决实际液压问题的能力,为后续课程的学习及今后从事科学研究,工程技术工作打下较坚实的基础。
三.课程设计内容
(一)对题目进行分析,初步计算确定缸体和活塞的直径
(二)绘制液压缸装配图(2A)
(三)1个零件图(3A)
（四）绘制液压原理图
（五）说明书一份
四.课程设计的基本要求
(一)课程设计要求
1.要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、精益求精的态度。
2.学生必须独立完成设计任务，严禁抄袭、剽窃他人成果或找人代做等行为，一经发现，按舞弊行为论处。
3.掌握相关课程的基本理论与基本知识，概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，说明书撰写规范。
4.课程设计期间学生的考勤与纪律按学校有关规定执行。要严格遵守学习纪律，遵守作息时间，不得迟到、早退和旷课。因事、因病不能参加设计，需履行请假手续，否则按旷课论处。
5.课程设计期间要爱护公物、搞好环境卫生，保证设计(实训)场所整洁、文明、安静。严禁在设计场所嬉戏或开展其他休闲娱乐活动。
(二)通过本课程设计,应使学生在以下几方面得到锻炼：
1.能正确地理解和应用液压知识解决实际问题，进行简单的系统计算。
2.学会使用手册及图标资料.掌握与本设计有关的各种资料的名称及用途,做到熟练运用。
3.学生独立完成设计任务内容，利用计算机进行辅助设计.设计资料符合国家有关标准。
(三)在规定时间内应完成以下任务:
1.装配图(规格A2)
2.零件图1张（规格A3图纸）
3设计说明书一份(参见说明书写格式)
4绘制液压原理图一张(A3)
5.设计资料装订格式：
(1)设计说明书封面(见设计说明书封面样板)
(2)设计任务书
(3)目录
(4)设计说明书
(5)总结
五.成绩评定内容
1.成绩评定应综合以下因素：设计说明书及设计图纸的质量，独立工作能力及设计过程的表现。各部分评分权重由系及教研室确定。
2.课程设计的成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，评为优秀的学生人数一般不超过20%，优良的比例一般不超过40%。
3.五级评分制的评定标准
优秀：能独立完成课程设计工作，方案先进，计算正确，设计符合规范要求，说明书叙述透彻，图面整洁，体现一定的创新能力。设计过程中表现好，无违纪现象。
良好：能独立完成课程设计工作，方案合理，计算正确。设计符合规范要求，说明书叙述清楚，图面清晰。设计过程中表现较好，无违纪现象。
中等：能完成课程设计工作，达到要求，计算基本正确，设计符合规范要求，说明书叙述比较清楚，图面基本清晰。设计过程中表现较好，无违纪现象。
及格：能完成课程设计工作，基本达到要求，计算基本正确，设计符合规范要求，说明书叙述基本清楚，图面基本清晰。设计过程表现一般，无违纪现象。
不及格：课程设计达不到基本要求；说明书叙述不清楚。
六.课程设计的时间
课程设计一周时间集中安排,每人一题。先计算确定缸的尺寸后绘制装配图和零件图。最后写说明书。

计 划 书

一.课程设计目的
本课程设计是学生学完《液压与气动技术》基础专业课程之后进行的一个综合性和实践性很强的教学环节，学生通过课程设计,能综合运用所学基本理论以及学到的实践知识进行的基本训练，掌握液压系统设计的思维和方法，专用元件和通用元件的参数确定。通过给定设计题目，初步掌握确定压力，进行缸的主要参数的初步确定，按系列要求确定缸体和活塞杆的直径。然后确定其他元件的参数，最后进行效核。通过液压课程设计，提高学生分析和解决实际液压问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究和工程技术工作打下较坚实的基础。
二.课程设计内容
(一)对题目进行分析,初步计算确定缸体和活塞的直径
(二)绘制液压缸装配图(2A)
(三)1个零件图(3A)
(四) 液压原理图一张
(五) 说明书一份
三.课程设计的时间
课程设计一周时间集中安排,每人一题。
时间安排如下：
周1
周2
周3
周4
周五
计算确定缸直径
装配图绘制
零件图绘制
液压回路设计
说明书

沈阳理工大学应用技术学院

机械工程系机制教研室
2010年5月28日

1. 工况分析
首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1.5所示，然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。
液压缸所受外负载F包括三种类型，即
F=Fw+Ff+Fa
FW为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本例中为30000N；
Fa-运动部件速度变化时的惯性负载；
Ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可出下式求得
Ff=f（G+FRn）
G-运动部件动力；
FRn-垂直于导轨的工作负载，事例中为零
f-导轨摩擦系数，本例中取静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1。求得：
FfS=0.2×11000N=2200N
Ffa=0.1×11000N=1100N
上式中Ffs为静摩擦阻力，Ffa为动摩擦阻力。
Fa=(G/g)×(△v/△t)
g-重力加速度；
△t-加速度或减速度，一般△t=0。01~0.5s
△v-△t时间内的速度变化量。在本例中
Fa=（11000/9.8）×（4.5/0.1×60）=842N
根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1.4），并画出如图1.5所示的负载循环图
Fa=(G/g)×（△v/△t）
图1.1速度和负载循环图

表 1.4
工作循环
外负载F（N）
工作循环
外负载F（N）
启动、加速
F=Ffs+Fa
3042
工进
F=Ffs+Fw
31100
快进
F=Ffa
1100
快退
F=Ffa
1100

2拟定液压系统原理图
（1） 确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量减少发热，泵源系统宜采用双泵或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量泵。
(2)调速方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的溶剂节流调速。这种调速回路具有效率高发热少和速度刚性好等特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负载切削力的作用。
（3） 速度换接方式的选择
本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单，调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接平稳性差。若要提高系统换接的平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。
（4） 加紧回路选择
用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。
最后把所选择的液压回路组合起来，即可合成图1.2所示的液压系统原理图。
3.液压系统的计算和选择液压元件
3.1液压缸主要尺寸的确定
1）工作压力p的确定。工作压力p可确定根据负载大小及机器的类型来初步确定，表1.1取液压缸工作压力为4MPa。
2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d。有负载图知最大负载F为31100N，按表1.2可取P2为0.5Mpa，cm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d/D为0.7。将上数据代入式可得
D=
==105mm
根据指导书表2.1，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=110mm；活塞杆直径d，按d/D=0.7及表2.2活塞杆直径系列取d=80mm。
按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，先去夹紧缸的工作压力为3.5MPa，回油背压力为零，为0.95，可得
D==33.9mm
按表2.1及2.2液压缸和活塞杆的尺系列，取夹紧液压缸的D和d分别为40mm及28mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式可得
A>=cm2=25cm2
本例中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸由杆腔的实际面积，即
A=cm2=45cm2
可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。
3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量
q快进===22.6×10-3m3/min=22.6L/min
q工进==0.112×0.1=0.95×10-3m3/min=0.95L/min
q快退===20×10-3m3/min=20L/min
q夹===1.51×10-3m3/min=1.51L/min

3.2 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格
1）泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为
Pp=P1+∑△p
PP—液压泵最大工作压力；
P1—执行元件最大工作压力
∑△p—进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取0.5～1.5MPa，本题取0.5MPa。
pP=p1+∑△P=（4+0.5）=4.5MPa
上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn≥（1.25～1.6）Pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本题中Pn=1.3 Pp=5.85MPa。
2）泵的流量确定 液压泵的最大流量应为
qp≥KL(∑q)min
qp—液压泵的最大流量；
（∑q）min同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2～3L/ min；
KL—系统泄露系数，一般取KL=1.1～1.3，现取KL=1.2
qp≥KL(∑q)min=1.2×45L/min=54L/min
3)选择液压泵的规格，根据以上算得的pq和qp，再查阅有关手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量16mL/r，泵的额定压力6.3MPa，电动机转速1450r/min，容积效率0.85，总效率0.7。
3.3 液压阀的选择
本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。方案一：控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表1.5所示。
表1.5 液压元件明细表
序号
元 件 名 称
通过流量/L·min-1
型 号
1
过滤器
24
XU-B32×100
2
变量叶片泵
24
YBX-16
3
压力表

KF3-EA10B
4
三位四通电磁阀
20
34EF30-E10B
5
二位三通电磁阀
20
23EF3B-E10B
6
单向行程调速阀
20
AQF3-E10B
7
减压阀
9.4
JF3-10B
8
压力表

KF3-EA10B
9
单向阀
9.4
AF3-EA10B
10
二位四通电磁阀
9.4
24EF3-E10B
11
压力继电器
9.4
DP1-63B
12
单向节流阀
9.4
ALF-E10B
3.4 确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=40L/min，压油管的允许流速取u=4m/s，内径d为
d=4.6=4.6=15.4mm
若系统主油路流量按快退时取q=20L/min，则可算得油管内径d=10.3mm。
综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管同样可按上式计算（q=24L/min、v=1.5m/s），现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为28mm。
3.5 液压油箱容积的确定
本题为中压液压系统，液压油箱有效容积按泵的流量的5～7倍来确定，现选用容量为400L的油箱。
4. 液压系统的验算
已知该液压系统中进﹑回油管的内径均为 12mm，各段管道的长度分别为：
AB=0.3m, AC=1.7mm, DE=2mm . 选用L-HL32 液压油，考虑到油的最低温度为
15℃ ，差得15℃ 时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm2/s,油的密度=920㎏/m3
4.1压力损失的验算
1）工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度0.1m/min,
进给时的最大流量为0.95L/min,则液压油在管内流速v1为
v1===840cm/min=14.01cm/s
管道流动雷诺数R为
R===11.2
R﹤2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数===6.70。
进油管道BC的沿程压力损失△P为
△P==6.70×=0.01×10P
查得换向阀4WE6E50/AG24的压力损失△P=0.05×10P
忽略油液通过管接头﹑油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失△P为
△P=△P+△P=0.01×10+0.05×10=0.06×10 P
2）工作进给时回油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则
V2=V1/2=7㎝/s
Re2= V2d/v=7×1.2/1.5=5.6
λ2=75/ Re2=75/6.488=13.39
回油管道的沿程压力损失ΔP2-1为
ΔP2-1=λlpv2/2d=13.39×2/1.2×10-2×920×0.072=5030pa
查产品样本知换向阀3WE6A50/AG24的压力损失ΔP2-2=0.025×106pa,换向阀4WE6E50/AG24的压力损失ΔP2-3=0.025×106pa，调速阀2FRM5-20/6的压力损失ΔP2-4=0.5×106pa。
回油路总压力损失ΔP2为
ΔP2=ΔP2-1+ΔP2-2+ΔP2-3+ΔP2-4=（0.00503+0.025+0.025+0.5）×106=0.555×106pa
3）变量泵出口处的压力PP
PP=(F/η㎝+A2ΔP1)/ A1+ΔP1=(31100/0.95+40.05×10-4×0.6×106)/78.54×10-4+0.06×106=4.53×106
4）快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即45L/min，AC段管路的沿程压力损失ΔP1-1为
V1=q/（πd2/4）=4×45×103/(3.14×1.22×60)=663㎝/s
Re1=v1d/v=663×1.2/1.5=530
λ1=75/Re1=75/530=0.142
ΔP1-1=λlpv2/2d=0.142×1.7/(1.2×10-2) ×920×6.632/2=0.41×106pa
同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失ΔP1-1和ΔP1-3为
V2==q/（πd2/4）=4×22.6×103/(3.14×1.22×60)=333㎝/s
Re2= v2d/v=333×1.2/1.5=266
λ2=75/Re2=75/266=0.28
ΔP1-2=0.28×0.3/（1.2×10-2）×920×3.332/2=0.036×106
ΔP1-3=0.28×1.7/（1.2×10-2）×920×3.332/2=0.204×106
查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为4EW6E50/AG24的压力损失ΔP2-1=0.17×106pa。
据分析在差动连接中，泵的出口压力PP为
PP=2ΔP1-1+ΔP1-2+ΔP1-3+ΔP2-1+ΔP2-2+F/A2η㎝
=（2×0.41﹢0.036﹢0.204﹢0.17+0.17）×106+1100/40.05×10-4×0.95
=1.43×106pa
快退时压力损失验算从略。上述验算表明无需修改原设计。
4.2 系统温升的验算
在整个工作循环中，工作阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工作时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析。
当V=2cm/min时
q=D2v=×0.112×0.02=0.190×10-3 m3/min=0.190L/min
此时泵的效率为0.05，泵的出口压力为3.6MPa,则有
P输入=3.2×0.0.190/60×0.05=0.20kW
P输出=Fv=31100×2/60×10-2×10-3=0.010kW
此时的功率损失为
ΔP= P输入-P输出=0.20-0.010=0.19kW
当V=10cm/min时，q=0.95L/min,总效率η=0.7
则P输入=3.2×0.95/60×0.7=0.072kW
P输出=Fv=31100×10/60×10-2×10-3=0.052kW
ΔP= P输入-P输出==0.072-0.052=0.020kW
可见在工进速度低时，功率损失为0.19kW，发热量最大。
假定系统的散热状况一般取K=10×10-3kW/(cm2. ℃)，油箱的散热面积A为
A=0.065
系统的温升为
Δt=ΔP/KA=0.19/(10x10-3x1.92）=9.89 0C
验算表明系统的温升在许可范围内。

参考文献

1. 马春风主编. 液压课程设计指导书.2007
2. 李新德. 液压与气动技术. 北京：中国商业出版社，2006
3. 雷天觉. 液压工程手册. 北京：机械工业出版社，1990
4. 俞启荣. 液压传动. 北京：机械工业出版社，1990
5. 左健民. 液压与气动传动. 北京：机械工业出版社，1998
总 结
通过一周的液压课程实训，学会了好多好多！第一次操作CAXA时，记得不知道从何开始，如何保存等等。后来，通过老师和同学们的帮助，渐渐地懂了，知道了这些知识!
感谢老师一周的指导，深感基础知识的重要性，我们每一个学生都应该在大学生涯中好好把握，为将来的社会生涯开拓一个良好起点。课程设计是累的但也是令人高兴的，这次实训使我和同学间的友情更进，更加体会到了团结的重要性。
“人生能有几回搏，今日不搏何时搏！”我认真把握每一次实训的机会，仔细聆听老师的指导，做好自己的学习工作。
收获的喜悦是我们大家都能够领略的，播种的心情则是我们大家所共享的。人生的路途荆棘丛生，逃，懦弱：避，消极：退，无能！我们只有播下坚定的信念，播下坚忍的品质，播下不灭的希望，才能在收获成功的鲜花大道上，昂首前行！
播下你的梦想，无路也有希望;
播下你的梦想，踏出一路风光！