本科液压与气压传动设计论文1.doc

液压与气压传动设计说明书

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（一）、设计要求 ----------------------------------------------（3）
（二）、设计计算、元件选择及验算 ------------------------------（3）
一、 运动分析 -------------------------------------- （3）
二、 负载分析 --------------------------------------- （4）
三、 负载图与速度图的绘制 -----------------------------（5）
四、 主要参数的确定 ----------------------------------（8
五、 液压系统图的拟定 -----------------------------（11）
六、 液压元件的选择 ----------------------------------（13）
七、 液压系统的性能验算 ----------------------------（13）
（三）、液压缸的装配图 ----------------------------------------（15）
（五）、各类阀零件图 -----------------------------------------（16）
（六）、集成块装配图 ----------------------------------------- （22）
（七）、个人设计小结 ---------------------------------------- （23）
（八）参考文献 ------------------------------------------ （24）

（一） 设计要求

1、以小组为单位（每小组5人）按进度完成全部设计任务，设计思想，技术路线正确，计算，说明完整。
2、 设计步骤
（1）明确设计要求
（2）分析油缸在往复运动过程中负载、运动速度的变化，画出系统工况图
（3）确定执行元件的主要参数：根据最大负载确定系统的工作压力，油缸的面积，活塞及活塞杆的直径等，画出执行元件工况图
（4）确定液压系统方案及拟订液压系统原理图
（5）选择液压元件：包括液压泵、控制阀、油管（软管、硬管）、油箱的容量等
（6）验算液压系统性能
（7）液压集成块设计
（8）绘制工作图和编制技术文件
3、设计计算说明书（技术文件）要求
设计计算说明书采用A4纸，5号字体，单倍行距，不少于15页。内容包括：
（1）设计要求
（2）设计计算、元件选择、验算等
（3）液压系统原理图一张
按机械制图装配图要求绘制，标出元件的序号，列出所有元件的明细表，画出工作循环图，电磁铁动作顺序表。
（4）液压缸的装配图
（5）非标零件的零件图
（6）液压集成块零件图
（7）液压集成块装配图
（8）相关的电气控制原理图
（9）设计总结
（10）参考文献

题目（1）：
试设计一专用钻床的液压系统，要求完成“快进——工作——快退——停止”的工作循环。已知：切削阻力为13412N，运动部件自重为5390N，快进行程为300mm，快进，快退运动速度为4.5m/min，工作速度为60~1000mm/min，加速和减速时间为t=0.2s，机床采用平导轨，摩擦系数为Fs=0.2，Fd=0.1。

（二） 设计计算、元件选择及验算
一 运动分析：
1动作循环图：

二 负载分析：
1 工作负载
工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载。
FL=13412N

2 摩擦负载：
摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，它与支承面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关。
静摩擦负载 Ffs = (0.2*5390)=1078N
动摩擦负载 Ffd = (0.1*5390)=539N

3 惯性负载：
惯性负载是运动部件的速度变化是，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。
加速 Fa1 = m*a1=(5390/9.81)*(0.075/0.2)=206.04N

减速 Fa2 = m*a2=(5390/9.81)*(0.074/0.2)=203.29N

制动 Fa3 = m*a3 =(5390/9.81)*(0.001/0.2)=2.75N

反向加速 Fa4 = Fa1 = 206.04N

反向制动 Fa5 = Fa4 =206.04N

液压缸的机械效率取 ηm=0.85

三 负载图与速度图的绘制：

液压缸各阶段的负载

工况
计算公式
总负载 F/N
缸推力 F/N
启动
Ffs+FL
14490
17047.1
加速
FL+Ffd + Fa1
14157
16655.34
快进
Ffd+FL
13951
16412.94
减速
FL+Ffd - Fa2
13747.71
16173.78
工进
FL + Ffd
13951
16412.94
制动
FL+Ffd – Fa3
13948.25
16409.7
反向加速
Ffd + Fa4
745.04
876.52
快退
Ffd
539
634.12
制动
Ffd – Fa5
332.96
391.72

四 主要参数的确定：
1 初选液压缸的工作压力
根据最大负载F=17047N, 初选液压缸的工作压力为3MPa
（取自《液压传动与控制》表9-3、表9-4）
2 计算液压缸的尺寸
A=F/P=17047/3000000=0.00568 m2 D=85mm
按标准取D = 90mm(壁厚5mm，单重11.17kg/m)
根据快进与快退的速度比值来确定活塞杆的直径
D2/(D2-d2) =1.3 d=43.23mm
按标准取 d = 45mm
则液压缸的有效作用面积为：
无杆腔的面积 A1=1/4 *π*D2 = 1/4*π*92=63.59cm2
有杆腔的面积 A2=1/4 *π*(D2-d2) = 1/4*π*(92-4.52) =47.69cm2
3 活塞杆稳定性校核
活塞杆的总行程为400 mm , 而活塞杆的直径为45mm , l/d =400/45=8.89<10
∴不用稳定性校核
4 求液压缸的最大流量
q 快进=A1*v快进= 0.0006359*0.075m/s=0.000477m3/s=28.6L/min
q 工进= A1*v工进=0.0006359*0.001m/s=6.359×10-6 m3/s =0.382L/min
q 快退= A2*v快退 =45.69 ×10-4×0.075m/s=21.5L/min
5 绘制工况图
工作循环中的各个工作阶段的液压缸的压力、流量和功率为：

快进：P=4F/(3.14d*d)
工进：P=F/A1
快退：P=F/A2

液压缸各工作阶段的压力、流量和功率为
工况
压力p/Mpa
流量 （L/min）
功率 P/W
快进
2.19
28.6
104.39
工进max
2.19
3.82
13.94
工进min
2.19
0.382
1.39
快退
0.113
21.5
4.05

由上表可绘制出液压缸的工况图：

五 液压系统图的拟定：

供油方式：
由工况图分析可知，该系统在快上和快下时所需流量较大，可用单泵供油回路。；

六 液压元件的选择:
YB1～系列叶片泵系中低压双作用定量叶片泵。YB1～系列叶片泵额定压力为63kgF。排量为4～100ml/r，用户可根据需要选择。本产品将根据不同的排量组合成单泵和双泵。
　　它广泛使用于金属切削机床或其它机械的中低压液压系统中。该泵一般为正转，根据需要可安装成反转。 一、 特点及用途：FEATURES AND APPLICATIONS
　　YB1叶片泵系中压、双作用、定量叶片泵，适用于金属切削机床或其他机械的中、低压液压系统中。该泵一般为正转，根据需要，可安装成反转。
由于YB1～系列叶片泵噪音小，性能比较稳定，价格比较低廉。
工进：3.82/0.85/0.96=3.03ml/r
所以YB1系列查表选泵: YB1～4
快进：28.6/0.85/0.96=22.7ml/r
所以YB1系列查表选泵：YB1～25

1、 单泵Single pump

型号
排量
压力
转速
容积效率
驱动功率
重量
YB1～4
4
6.3
960
≧85
1.1
5
YB1～25
25
6.3
960
≧90
3.3
9

2、 双泵：Double Pump

L
L1
L2
L3
B
B1
H
S
D1
D2
d
d1
C
t
b
Z1
Z2
Z3
255
106
38
144
45
20
145
110
90dc
128
20d
11
5
22
5
Z1”
Z3/4”
Z1/4”

根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB1～4型的双联液压泵，其额定压力为6.3MPa;容积效率pv=0.85 ，总效率p=0.72，所以驱动该泵的电动机的效率可由泵的工作压力和输出流量qp=6.3×1450×0.85×10-3L/min=7.76L/min

根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB1～25型的双联液压泵，其额定压力为6.3MPa;容积效率pv=0.9，总效率p=0.72，所以驱动该泵的电动机的效率可由泵的工作压力和输出流量qp=20×960×0.9×10-3L/min=21.6L/min
所以由以上两个泵可以求出电机功率：
pp=（pp*qp+ pp*qp）/p=(2.19×106×21.6×10-3+2.19×106×7.76×10-3)/60×0.72=1488W
查Y系列电动机表，拟选用电动机的型号为Y100L1，功率为2.2KW，额定转速为1440r/min。

功率
型号
电流
转速
效率
2.2kw
Y100L--1
5.0
1440
0.81

选择阀类元件及辅助元件(GE系列)

序号
名称
通过流量q/(L/min)
型号及规格
1
滤油器
11.47
XLX-06-80
2
叶片泵
15.04
YBX-16
3
溢流阀
3.375
YF3*10B
4
两位两通电磁换向阀
8.21
22EF3-E10B
5
三位四通电磁换向阀
9.75
34EF3Y-E10B
6
单向调速阀
9.75
AQF3-E10B
7
两位三通电磁换向阀
9.75
23EF3-E10B
8
电动机

Y100L1

(1).油管 V取1.5m/s 内径d =
取d=12mm 管接头连接螺纹M18*1.5mm 钢管外径 18mm
吸油管同上(q=8.64L/min,v=1.5m/s)且参照液压泵YBX-16,吸油管内径取d=25mm
《液压元件手册》电子书 表6-4-1 P496

(2).油箱 V=(5～7)Qp
V =7 * 29.36 =205L 考虑到温升问题取标值250 L

七 液压系统的性能验算
1 压力损失几调定压力的确定
在快退、快进时，系统工作压力很低，所以不必验算。
快进时液压缸的速度为
V1= q p /A1 = (7.76*10-3)/( 63.59*10-4*60)=20mm/s
此时油液在进油管的流速为
V= q p /A=(7.76*10-3)/(0.25π*82*10-6*60)=2.57m/s
⑴ 沿程压力损失
首先要判断管中的流态，设采用N32液压油，室温为20℃时，γ =0.0001m²/s，所以有Re=v*d/γ=(2.57*8*10-3)/(0.1*10-3)=205.6<2320
管中为层流，则阻力损失关系系数
λ=75/Re=0.36
若取进出口油管长度约为2m,油液的密度ρ=890kg/m3
则其进油路上的沿程压力损失为
Pλ1=λ* v2=0.36*(2/8*10-3)*(890/2)*2.572=0.265Mpa
⑵ 局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失,前者视管道具体结构而定,一般取沿层压力损失的10﹪;而后者则与通过阀的流量大小有关,若阀的额定流量和额定压力损失为qn和⊿pn,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失⊿pv为:
⊿pv=⊿pn*(q/qn)²
,因为GE系列10mm通径的阀的额定流量为63l/min,叠加阀10mm通径系列的额定流量为42 l/min，而在本题中通过每个阀的最大流量仅为7.76l/min，所以，通过整个阀的压力损失很小可忽略不计。
同理，工进时回油路上的流量
q 2=A 2*q 1/ A 1=( 4769*7.76)/ 6359=5.82 l/min
则回油路油管上的流速
v= q p/A=(5.82*10-3)/(60*0.25π*82*10-6)=1.93m/s
由此可得Re=v*d/γ=(1.93*8*10-3)/(0.1*10-3)=154.4（层流）
λ=75/Re=0.49
∴回油路上沿程压力损失为
Pλ=λ* v2=0.49*(2/8*10-3)*(890/2)*1.932=0.203Mpa
⑶ 总压力损失
∑P=P1+（A2/A1）*P2=(0.265+0.0265)+(4768/6359)*(0.203+0.0203)
=0.459Mpa
∴原设∑P=0.4Mpa ，这与结果无差异
⑷ 压力阀的调定值
Pp= F/A1+∑P=2.58+0.459=3.04Mpa
∴卸荷阀得调定压力应取3.1Mpa为宜
溢流阀的调定压力大于卸荷阀压力0.3—0.5Mpa ,所以取溢流阀调定压力为4Mpa。
2、 系统的发热与温升
快进时电机输出功率为
Pp= Pp* q p/p=(3.1*106*7.76*10-3)/(60*0.72)=556.9w
工进时电机输出功率为
Pp1= Pp1* q p1/p=(4*106*3.88*10-3)/(60*0.72)=359.3w
而快进时有效功率
P1=(2.58*106*7.76*10-3)/(60)=333.7w
工进时有效功率
P2=13.88w
所以快进时的功率损失为556.9-333.7=223.2w，而工进时的功率损失为359.3-13.88=231.12 W,比较大的值231.12来校核其热平衡,求出温升:

设油箱得三边长在1:1:1-1:2:3范围内，则散热面积为
A=0.065=0.065*2102/3=2.30m
假设通风良好,取h=15*0.001 KW/(m²*℃),所以油液的温升为:
∴△t=H/（hA）=0.53/(15*10-3*2.30)= 15.36℃
室温为20 ℃,热平衡温度为35.36℃<65 ℃,没有超出允许范围

（三） 液压缸的装配图

（四） 各类阀零件图及其它元件

双联液压泵

两位两通电磁阀

三位四通换向阀

调速阀

电机

联轴器

溢流阀

法兰盘

油箱

油箱平面视图

（六）液压集成块装配图

（七） 个人设计小结
液压是一们机械专业十分重要的专业基础课。同时液压在实际生产的应用上也发挥了契机巨大的作用。在工业生产的各个部门应用液压传动技术。工程机械，矿上机械，压力机械和航天工业中，常常采用液压传动，因为其结构简单，体积小，重量轻，输出力大；机床上采用液压传动是取其能在工作过程中方便的实现无级调速，易于实现频繁的换向，易于实现自动化；在电子工业，包装机械，印染机械，食品机械等方面应用气压传动主要是取其操作方便，无油，无污染。由此可见，液压的应用很广泛，发挥的作用也十分巨大。
液压课程设计是是对液压课程所学理论知识的一次具体的应用和实践，增强学生所学知识以及具体方法的实际应用有很大的帮助。通过这次课程设计，使我对于液压系统设计有了一个更加形象和直观的认识与掌握。这个过程中锻炼了我分析解决问题，应用和查阅相关机械资料进行设计的能力。
由于这次课程设计是在教学的过程中进行的，刚刚学过的理论知识印象还很深刻，但要在在短短的几周时间做好液压课程是不是一件容易的事，做课程设计又需要很多的相关的知识，这次课程设计又相当于让自己再次温固了一遍课程。真正做到理论与实践的相统一。做好一个设计首要的是理清思路，把具体要做的工作细分，循序渐进，走一步再走一步，这也有助于使自己不会遇到大的任务，繁杂的事情而手慌脚忙，不知所措。
作为我们小组的组长，首先我的责任是让自己的组员都知道了解我们所要做的设计的具体要求，拿到课题的时候我们都有点懵，就这么一段短短的文字怎么能设计处要达到至少15页的报告呢？我及时给我的组员鼓劲，并起带头作用开始着手查找资料。
查找资料是在整个设计过程中也是一项至关重要的事情，因为我们都没有经验，要想在短短的时间里完成一套设计，有用的资料是必不可少的。图书馆中找到了一些和我们的题目相近的设计实例，老师给了我们一套关于液压设计的工程手册。设计实例可以快速给我们设计思路，设计过程中要包括哪几个方面的内容也一目了然，于是大概是怎么样的一个过程就有了；液压设计工程手册提供了我们需要选取的元件，这些都是标准件，比如电磁换向阀，液压泵等等
有了充足的资料之后就要开始做自己的设计了。设计分为几个模块：设计计算及元件选择，验算，图纸（溢流阀零件图、三位四通换向阀、集成块零件图等等）设计并不是照搬照抄书上原有的东西，而是要根据前人的经验和一些经典回路，再加入自己所需的一些功能，最终设计完成的。设计的过程我们小组遇到了不少问题和疑点，通过和同学的讨论交流，以及请教王老师，最终使问题得以解决。自己也在这个过程中学到了很多实战知识。
通过小组队员的一起努力，终于完成了液压课程设计。
整个课程设计过程是在教学的同时进行的，理论与实践相结合的效果特别好。自己也收获了不少的东西。全盘规划，具体分析，付诸实施，合理调整，以及团队协作等等科学的做事方法都得到了很好的体现。
感谢这次的王孝聪老师的精心指点和辅导。
我会以这次课程设计为契机，更好的学习专研机械知识。在今后学校的学习生活中更加严格的要求自己，我会继续努力，朝着二工大“知识型”“高技能”“创新型”人才的培养标准而不断奋斗。

（八） 参考文献
1.《液压与气压传动》教材
2.《机械零件设计手册》（液压与气动部分） 冶金出版社
3.《组合机床设计》（液压传动部分） 机械出版社
4.《液压工程手册》 机械工业出版社
5.《液压系统设计简明手册》 杨培元主编，机械工业出版社
6.《液压元件手册》 黎启柏主编，冶金/机械工业出版社
7. 机械设计手册《液压传动》PDF版 化学工业出版社
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