專用銑床液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、專用銑床液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第1章 引言 液壓傳動技術(shù)是一門應(yīng)用廣泛的技術(shù)，液壓傳動系統(tǒng)是由液壓泵、液壓閥、執(zhí)行器及其它輔助元件等組成，其原理是把液壓泵或原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽缓笸ㄟ^控制、調(diào)節(jié)閥和液壓執(zhí)行器，把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)完成所需求的各種動作。 液壓傳動技術(shù)是各傳動技術(shù)發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，其發(fā)展速度僅次于電子技術(shù)，特別是近年來液壓與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使液壓技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。從70年代開始，電子學(xué)和計(jì)算機(jī)進(jìn)入了液壓技術(shù)領(lǐng)域，并獲得了重大的效益。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和測試方面，通過利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)計(jì)算、性能仿真、

2、自動繪圖以及數(shù)據(jù)的采取和處理，可大大提高液壓產(chǎn)品的質(zhì)量、降低其成本?？傊?，液壓技術(shù)在與微電子技術(shù)緊密結(jié)合后，在微計(jì)算機(jī)或微處理器的控制下，可以進(jìn)一步拓寬它的應(yīng)用領(lǐng)域，使得液壓傳動技術(shù)發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟(jì)的各方面都得到了應(yīng)用。 隨著液壓技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合，已研制出許多新的獨(dú)立產(chǎn)品，其中高技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展到把已經(jīng)編程的芯片和液壓控制件、液壓執(zhí)行件、能源件、檢測反饋裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、集成電路等匯成一體。這種匯集在一起的聯(lián)結(jié)體只要一收到微處理器或微計(jì)算機(jī)處送來的信息，就能實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)定的任務(wù)，它實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的完整的智能單元。正是因?yàn)橐簤杭夹g(shù)

3、在國民經(jīng)濟(jì)中的作用很大，它常作為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。目前機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地逐漸得到提高，這就對液壓機(jī)械的需求也越來越廣泛，對其性能也提出了更高的要求。在結(jié)構(gòu)方面，液壓機(jī)械正向著集成化方向發(fā)展，使機(jī)床體積越來越小，結(jié)構(gòu)更緊湊更優(yōu)化。正是這種美好的發(fā)展前景，決定了對液壓技術(shù)進(jìn)行革新已是刻不容緩。 本設(shè)計(jì)是專用銑床液壓傳動的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路基本上體現(xiàn)了典型的液壓傳動的思路，液壓傳動在各類金屬切削機(jī)車中廣泛的使用。如磨床、車床、銑床、鉆床以及組合機(jī)床等的進(jìn)給裝置多采用液壓傳動，它可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，有良好的換向性能，并易實(shí)現(xiàn)自動工作循環(huán)。本設(shè)計(jì)采用疊加閥元件進(jìn)行設(shè)計(jì)

4、，疊加閥組成的液壓系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)很多，如結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、標(biāo)準(zhǔn)化等，因此，近年來疊加閥產(chǎn)品系列不斷增多，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大。 由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺和知識的局限性，設(shè)計(jì)中存在不少的缺點(diǎn)和錯誤之處，敬請?jiān)u閱老師批評指正。 第2章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 2.1 用途及主要結(jié)構(gòu) 本專用銑床主要用于擴(kuò)孔、鉸孔等加工工藝，本課題設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)必需符合一般銑床的工作條件。 2.2 工作臺工作循環(huán)及其行程 機(jī)床的工作臺循環(huán)：啟動--快進(jìn)--工進(jìn)--停留--快退。 作為液壓執(zhí)行元件的液壓缸在工作時(shí)執(zhí)行水平的往復(fù)直線運(yùn)動。 液壓缸的快進(jìn)行程為300mm。 液壓缸的工進(jìn)行程為100mm。 2.3

5、 負(fù)載和速度參數(shù) 工作臺重量為400KG，工件和夾具重量為150KG 移動部件的總重： G=550Kg10m/S2=5500 N(取g=10 m/S2) 銑削動力頭電動機(jī)功率為：7.5KW，銑刀直徑100mm,轉(zhuǎn)速300r/min 則切削力為：Ft===30000N 作為執(zhí)行元件的液壓缸的運(yùn)動速度大小為： 快進(jìn)速度： 1=2 m/min 工進(jìn)速度： 2=0.05 mm/min 加減速時(shí)間為： =0.5 s 靜摩擦系數(shù)： μs=0.2 動摩擦系數(shù)： μd=0.1 2.4 工作環(huán)境和工作條件 本設(shè)計(jì)專用銑

6、床的液壓系統(tǒng)傳動是在一般機(jī)械車間使用，對工作環(huán)境要求不高，對環(huán)境的溫度、濕度、灰塵等情況沒有特殊的要求，但是整個(gè)的液壓系統(tǒng)的安裝必需穩(wěn)定，避免對其造成直接的沖擊振動。 2.5 液壓系統(tǒng)的要求 本液壓系統(tǒng)裝置通過電磁節(jié)流閥來控制液壓系統(tǒng)流量的大小從而來控制液壓缸的運(yùn)動速度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具體的工況要求。整個(gè)液壓系統(tǒng)應(yīng)具備調(diào)壓、調(diào)速、卸荷等特殊的要求，同時(shí)工作時(shí)必需平穩(wěn)可靠。本課題所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)對重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性沒有特殊的要求，但是必需符合一些公認(rèn)的普遍設(shè)計(jì)原則即要求重量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用維護(hù)方便。本設(shè)計(jì)液壓閥類元件采用疊加閥元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7、 第3章 工況分析及系統(tǒng)參數(shù)的確定 本章在明確了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求后，針對液壓系統(tǒng)在性能和動作方面的特性，要確定系統(tǒng)的工作壓力等一些具體的系統(tǒng)主參數(shù)。 本系統(tǒng)采用液壓缸筒固定，活塞動作的方式。 3.1 系統(tǒng)工況分析 液壓系統(tǒng)的工況分析，就是要計(jì)算出它的每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過程中負(fù)載的變化規(guī)律。當(dāng)用理論分析確定系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載時(shí)，就需要確定工作負(fù)載、慣性負(fù)載和阻力負(fù)載等。 取液壓泵的機(jī)械效率為ηm=0.9，則 靜摩擦負(fù)載： Ffs=μsG= 動摩擦負(fù)載： Ffd=μdG= 慣性負(fù)載： Fm= =

8、 液壓缸的負(fù)載情況： 1. 啟動 負(fù)載： F= Ffs=1100N 液壓缸的推力： F0= =N=1222.2N 2. 加速 負(fù)載： F= Ffd+ F =550N+36.7N=586.7N 液壓缸的推力：F0= =N=659.1N 3． 快進(jìn) 負(fù)載： F= Ffd=550N 液壓缸的推力：F0= =N=611.1N 4． 工進(jìn) 負(fù)載： F=Ft +Ffd=(30000+550)N=30550N 液壓缸的推力： F0= =N=33944.4N 5． 快退 負(fù)載： F=Ffd=550N 液壓缸的推力： F0= ==61

9、1.1N 6． 原位停止 圖2-1 液壓缸的負(fù)載圖 圖2-2液壓缸的速度圖 3.2 確定主要參數(shù) 3.2.1 初選液壓缸的工作壓力 設(shè)計(jì)要求給定的銑床工進(jìn)負(fù)載為33944.4N,由GB/T2346-1988可初選工作壓力P1=4MPa。 3.2.2 確定液壓缸的主要尺寸 液壓缸內(nèi)徑： D1= = mm =117.1mm 由GB/T2348-1993可將其圓整為125mm,即液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為D=125mm。 活塞桿的外徑可為活塞內(nèi)徑的1/3～1/5，由GB/T2348-1993可取為60mm則取活塞桿內(nèi)徑d=60mm 活塞桿的材料多為45號鋼，其材料屈服極限

10、為σs=335Mpa,取屈服全系數(shù)為ns=5，則 [σ]= =MPa =67MPa 校核活塞桿的強(qiáng)度： σ= =MPa =12.1MPa <67MPa 符合要求。即活塞桿的標(biāo)準(zhǔn)外徑為d=60mm。 由此得無桿腔的有效面積為： A1= =mm2=12265.6mm2 有桿腔的有效面積為： A2= =mm2 =9439.6mm2 3.2.3 確定各工況所需的壓力、流量及功率 液壓缸進(jìn)給時(shí)液壓缸輸出的推力為： F=(p1A1-p2A2)ηm 液壓缸退回原位時(shí)輸出的推力為： F1=(p1A2-p2A1)ηm 式中： p1——進(jìn)油腔壓力； p2

11、——出油腔壓力； 由以上公式可得進(jìn)給時(shí)進(jìn)油腔壓力為： p1=( + p2A2) /A1 退回原位時(shí)的進(jìn)油腔壓力為： p1=( + p2A1) /A2 則各階段油腔壓力、輸入流量、及輸入功率為：2 1. 快進(jìn)啟動 回油腔壓力： p2=0.5 MPa 進(jìn)油腔壓力： p1=（1222.2+0.5 1069439.610-6）/(12265.610-6)MPa =0.4844Mpa 輸入流量： Q=A1ν=0 輸入功率： P= p1Q=0 2. 快進(jìn)加速： 回油腔壓力： p2=p1+Δp=(0.4844+0.5)MPa

12、=0.9844 MPa 進(jìn)油腔壓力： p1=（659.1+0.98441069439.610-6）/(12265.610-6)MPa =0.811Mpa 輸入流量： Q=A1ν=0 輸入功率： P= p1Q=0 3. 快進(jìn)恒速 回油腔壓力： p2=p1+Δp=(0.811+0.5)MPa=1.311 MPa 進(jìn)油腔壓力： p1=（611.1+1.3111069439.610-6）/(12265.610-6)MPa =1.068Mpa 輸入流量： Q=A1ν=12265.610-62 L/min =24.5L/min 輸入

13、功率： P= p1Q=1.068MPa24.5L/min=0.43KW 4. 工進(jìn) 回油腔壓力： p2=(1.068 +0.5)MPa=1.568 MPa 進(jìn)油腔壓力： p1=（33944.4+1.5681069439.610-6）/(12265.610-6)MPa =3.58Mpa 輸入流量: Q=A1ν=12265.610-60.05=0.0613L/min 輸入功率： P= p1Q=3.58MPa0.0613L/min=3.6610-3 KW 5. 快退啟動 回油腔壓力： p2=0 進(jìn)油腔壓力： p1=（1222.2+0）/(9439.610-6)MPa

14、=0.13 MPa 輸入流量： Q=A2ν=0 輸入功率： P= p1Q=0 6. 快退加速 回油腔壓力：p2=0 進(jìn)油腔壓力： p1 =（659.1+0）/9439.610-6)MPa=0.0.075pa 輸入流量: Q=A2ν=0 輸入功率： P= p1Q=0 7. 快退恒速 回油腔壓力： p2=0 進(jìn)油腔壓力： p1=（611.1+0）/(9439.610-6)=0.065 Mpa 輸入流量: Q=A2ν=9439.61

15、0-62=18.88L/min 輸入功率： P= p1Q=0.6518.88=0.02 KW 第4章 液壓傳動系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì) 液壓傳動系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)原理圖對提高系統(tǒng)的性能具有十分重要的作用。它的擬訂包含以下三步：確定系統(tǒng)的類型、選擇液壓回路和組成液壓系統(tǒng)。確定系統(tǒng)的類型就是根據(jù)課題提供的要求，參照專用銑床液壓系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，選擇合適的系統(tǒng)類型。選擇液壓回路就是根據(jù)課題提供的要求和具體運(yùn)動特點(diǎn)，選擇適合本課題的液壓回路。組成液壓系統(tǒng)就是根據(jù)課題要求在確定各個(gè)液壓回路的基礎(chǔ)上，將各個(gè)液壓回路拼接

16、在一起，對草圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改進(jìn)，最后形成一個(gè)符合課題要求、合理有效的液壓系統(tǒng)原理圖。 4．1 系統(tǒng)類型的確定 液壓系統(tǒng)在類型上究竟采用開式還是采用閉式，主要取決于它的調(diào)速方式和散熱要求。一般說來，凡具有較大空間可以存放油箱且不另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)或采用節(jié)流調(diào)速或容積--節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，都宜采用開式；凡容許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并通過換油來達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)、對工作穩(wěn)定和效率有較高要求的系統(tǒng)或采用容積調(diào)速的系統(tǒng)，都宜采用閉式。在開式回路中，液壓泵從油箱吸油，把壓力油輸送給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油則直接流回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，油液能得到較好的冷卻，但油箱的尺寸大，空氣和贓物易進(jìn)入回路；在閉

17、式回路中，液壓泵的排油管直接與執(zhí)行元件的進(jìn)油管相連，執(zhí)行元件的回油管直接與液壓泵的吸油管相連，兩者形成封閉的環(huán)狀回路。閉式回路是采用雙向液壓泵直接控制液壓缸的換向，不需要換向閥及其控制回路，液壓元件顯著減少，液壓系統(tǒng)簡單，用油不多而且動作迅速，但回路的散熱條件較差，所用的雙向液壓泵比較復(fù)雜而且系統(tǒng)要增設(shè)補(bǔ)、排油裝置，成本較高，故應(yīng)用還不普遍。依據(jù)上面的對比，本液壓系統(tǒng)采用開式。 4．2 液壓傳動回路設(shè)計(jì) 任何液壓系統(tǒng)都是由一個(gè)或多個(gè)基本液壓回路組成的。液壓回路是用于實(shí)現(xiàn)液體壓力、流量及方向等控制的典型回路。首先要確定基本回路，因?yàn)樗菦Q定主機(jī)動作和性能的基礎(chǔ)，然后在此回路的基礎(chǔ)上再增設(shè)其

18、它一些輔助回路及輔助元件，以便完整地實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求。 4.2.1 油源形式的確定 由工況分析可清楚的看出：系統(tǒng)工作循環(huán)主要由快進(jìn)、快退行程時(shí)的低壓大流量和工進(jìn)行程時(shí)的高壓小流量兩個(gè)階段所組成，其最大流量和最小流量之比很大。這表明，系統(tǒng)在一個(gè)工作循環(huán)中的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)處于工進(jìn)時(shí)的高壓小流量下工作。 從提高系統(tǒng)效率出發(fā)，選用單個(gè)定量泵油源顯然是不合理的，為此可選限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。 下面將限壓式變量泵和雙聯(lián)葉片泵做以下比較： 1. 雙聯(lián)葉片泵有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高。限壓式變量泵沒有溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升比較小。 2. 雙聯(lián)葉片泵在流量突變時(shí)，液壓沖擊取決

19、于溢流閥的性能，一般沖擊較小。限壓式變量泵在流量突變時(shí)，由于定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊較大。 3. 雙聯(lián)葉片泵須配有溢流閥——卸荷閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜。限壓式變量泵系統(tǒng)較簡單。 從以上比較可看出，兩者各有利弊。這里選用限壓式變量葉片泵。它和調(diào)速閥組成的容積——節(jié)流聯(lián)合調(diào)速回路，一方面可以保證運(yùn)動的平穩(wěn)性及速度的穩(wěn)定，另一方面可實(shí)現(xiàn)流量充足供應(yīng)，減小系統(tǒng)功率的損失和系統(tǒng)發(fā)熱。 4.2.2 壓力控制回路的確定 壓力控制回路是以控制回路壓力，使之完成特定功能的回路。壓力控制回路種類很多。例如液壓泵的輸出壓力控制有恒壓、多級、無級連續(xù)壓力控制及控制壓力上下限等回路。 液壓系統(tǒng)中壓力必須與載荷相適應(yīng)，

20、才能既滿足工作要求又減少動力損耗。這就要通過調(diào)壓回路實(shí)現(xiàn)。調(diào)壓回路是指控制整個(gè)液壓系統(tǒng)或系統(tǒng)局部的油液壓力，使之保持恒定或限制其最高值。調(diào)壓控制回路包括連續(xù)調(diào)壓回路、多級調(diào)壓回路、恒壓控制回路等。 這里選擇溢流閥單級調(diào)壓回路。溢流閥開啟壓力可通過調(diào)壓彈簧調(diào)定，即設(shè)定供油壓力的最高值。系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力有負(fù)載決定，當(dāng)外負(fù)載壓力小于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥處無溢流流量，此時(shí)溢流閥起安全閥作用 為保證系統(tǒng)安全工作，除了在泵的出口并聯(lián)一溢流閥，以限定系統(tǒng)壓力；并在其遠(yuǎn)程控制端連一電磁換向閥，使系統(tǒng)卸荷，這樣變量泵可在空載下迅速啟動，還可減少油液發(fā)熱。簡圖如2-3所示：

21、 圖2-3 壓力控制回路原理圖 4.2.3 速度換向回路 在液壓傳動系統(tǒng)中執(zhí)行元件的啟動、停止或改變運(yùn)動方向均采用控制進(jìn)入執(zhí)行元件的液流通斷或改變方向來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)方向控制的基本方法有閥控、泵控和執(zhí)行元件控制。閥控主要是采用方向控制閥分配液壓系統(tǒng)中的能量；泵控是采用雙向定量泵和變量泵改變液流的方向和流量；執(zhí)行元件控制是采用雙向液壓馬達(dá)改變液流方向。除在換向要求高的主機(jī)（如各類磨床）上換向回路中換向閥需特殊設(shè)計(jì)外，簡單的換向回路只需采用標(biāo)準(zhǔn)的普通換向閥。這類換向回路按換向要求的不同而分成時(shí)間控制制動式和行程控制制動式兩種。 為了滿足專用銑床工作臺在任意位置停留

22、，便于調(diào)整，本液壓系統(tǒng)采用一個(gè)三位四通“O”型機(jī)能的電磁換向閥實(shí)現(xiàn)換向。 簡圖如2-4所示： 圖2-4 速度換向回路原理圖 4.2.4 確定調(diào)速回路及油液循環(huán)的形式 一般節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中流量控制元件的通流截面積的大小或自執(zhí)行元件流出的流量以調(diào)節(jié)其速度，這種調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單，并能獲得較大的調(diào)速范圍，但這種回路節(jié)流損失大、效率低、容易引起油液發(fā)熱。因此節(jié)流調(diào)速回路一般用于小功率（一般為P=2～5KW）及中壓（一般為在6.5Mpa以下）的場合，或系統(tǒng)功率較大但節(jié)流工作時(shí)間短暫的情況。 根據(jù)節(jié)流元件安放在油路上的位置的不同，節(jié)流調(diào)速回路分為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)

23、速、旁路節(jié)流調(diào)速和雙向節(jié)流調(diào)速等幾種。 節(jié)流調(diào)速回路，無論采用進(jìn)口、出口或旁路節(jié)流調(diào)速，都是通過改變節(jié)流口的大小來控制進(jìn)入執(zhí)行元件的流量，這樣就要產(chǎn)生能量損失。但旁路節(jié)流回路，外載荷壓力就是泵的工作壓力。外載荷變化，泵輸出功率也變化，所以旁路節(jié)流回路的效率高于進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路。而旁路節(jié)流調(diào)速回路因?yàn)榈退俨环€(wěn)定，其調(diào)速比就比較小。 出口節(jié)流調(diào)速由于在回油路上有節(jié)流背壓，工作平穩(wěn)，在負(fù)的載荷下仍可工作。而進(jìn)口和旁路節(jié)流調(diào)速節(jié)流調(diào)速背壓為零，工作穩(wěn)定性差。由上面的工況分析可看出，本課題所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)在快進(jìn)、快退階段，所需壓力較低、流量較大，且持續(xù)時(shí)間較短；而系統(tǒng)在工進(jìn)階段，所需壓力較高、

24、流量較小，持續(xù)時(shí)間較長。同時(shí)，所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)功率不大，工作負(fù)載為阻力負(fù)載，且工作過程中變化不大，依此選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。由于系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)中油液的循環(huán)必然是開式的。 簡圖如2-5所示： 圖2-5 調(diào)速回路原理圖 4.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 一個(gè)液壓系統(tǒng)都是由多個(gè)回路組成，所以將上面的幾個(gè)回路進(jìn)行拼搭，組合在一起，再添加幾個(gè)必要的輔助元件便可組成所需的完整液壓系統(tǒng)。經(jīng)整理所成的液壓系統(tǒng)原理圖如2-6所示： 圖2-6 液壓系統(tǒng)原理圖 圖2-7 用疊加閥組成的液壓系統(tǒng)原理圖

25、 第5章 液壓缸設(shè)計(jì) 液壓油缸在液壓系統(tǒng)中的作用是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，使機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動或小于360。的往復(fù)擺動，是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。 5．1 確定液壓缸的類型 機(jī)床上用的液壓缸大致可分為三類：活塞式液壓缸，柱塞式液壓缸，擺動式液壓缸。本課題所選用的是單桿雙作用活塞式液壓缸，結(jié)構(gòu)簡單，制造便宜，容易操作，安裝面積小，可以滿足力和運(yùn)動的要求。 5．2 液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù) 液壓缸的主要技術(shù)性能參數(shù)有壓力、流量、活塞的運(yùn)動速度、速比、行程時(shí)間、活塞的理論推力和拉力、活塞的最大允許行程、液壓缸的功和功、液壓缸的效率活塞作用力等。以上工況分析已經(jīng)算出。

26、由工況分析可知該液壓缸的最高驅(qū)動力約為33944.4N，初選工作壓力為4Mpa，油缸行程最小行程應(yīng)為400㎜，油缸工作速度為0.05m/min到2m/min。 在確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)時(shí)已得出： 液壓缸內(nèi)徑 D=125mm； 活塞桿直徑 d=60mm。 5．3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可由缸筒和缸蓋，活塞和活塞桿，導(dǎo)向套，密封裝置，緩沖裝置等組成。 5.3.1 缸筒的設(shè)計(jì) 1、 對缸筒的要求 a．有足夠的強(qiáng)度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力，而不至于產(chǎn)生永久變形。 b．有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至于產(chǎn)生彎曲。 c．內(nèi)表面

27、與活塞密封件及導(dǎo)向套在摩擦力作用下，能長期工作而磨損少， 尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性。 d．需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在法蘭式管接頭后不至于產(chǎn)生裂縫或過大的變形。 2、 缸筒的結(jié)構(gòu) 常用的缸筒結(jié)構(gòu)有法蘭、螺紋、焊接等結(jié)構(gòu)。通常根據(jù)缸筒與端蓋的連接形式選用，而連接形式又取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。 由于工作壓力為4Mpa小于10Mpa， 本設(shè)計(jì)采用法蘭型液壓缸。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易加工、易裝卸，重量比螺紋連接的大，但比拉桿連接的小，外徑較大。 3、缸筒材料 缸筒材料的選擇有以下原則： a．一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對焊

28、接的缸筒還要求有良好的焊接性能。 b．對于工作溫度低于-50。C的缸筒，必須用35，45號鋼，且要調(diào)質(zhì)處理。 c．與端蓋焊接的缸筒，使用35號鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)。不與其他零件焊接的缸筒，使用調(diào)質(zhì)的45號鋼。 d．較厚壁的毛坯仍用鑄件或鍛件，或用厚鋼板卷成筒形，焊接后退火，焊縫需用X光射線或用磁力探傷檢查。 根據(jù)以上原則本設(shè)計(jì)采用45號鋼。 4、 缸筒壁厚的確定 擬選缸筒厚度為5mm,則外徑為135mm,下面對此進(jìn)行校驗(yàn)。 額定壓力Pn應(yīng)要低于一定極限值，以保證安全，即： Pn≤0.35× Mpa 式中： Pn——液壓缸額定工作壓力 1——缸外徑

29、 2——缸內(nèi)徑 δs——缸筒材料的屈服強(qiáng)度，這里取δs =335MPa 則 0.35××335Mpa=16.72MPa 本設(shè)計(jì)課題給定的Pn為4Mpa，小于18.72MPa,所以缸筒工作安全。 5、 缸筒制造加工要求 a．缸筒內(nèi)徑D采用H7或H8級配合，表面粗糙度Ra值一般為0.16～0.32μm,都需進(jìn)行研磨。 b．熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB≥241～285. c．缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半。 d．缸筒直線度公差在500mm長度上不大于0.03mm。 e．缸筒端面T對內(nèi)徑的垂直度在

30、直徑100mm上不大于0.04mm. f．當(dāng)缸筒為尾部和中部耳軸型時(shí) (a) 孔d1的軸線對缸徑 D的偏移不大于0.03mm。 (b) 孔d1的軸線對缸徑D的垂直度在100mm長度上不大于0.1mm。 (c) 軸徑d2對缸徑軸線的垂直度在100mm長度上不大于0.1mm。 此外，還有通往油口、排氣閥的內(nèi)孔口必須倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔口應(yīng)倒角15度。需要在缸筒上焊接法蘭、油口、排氣閥座時(shí)，都必須在半精加工以前進(jìn)行，以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕生銹和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進(jìn)行研磨和拋光，在缸筒外表面涂耐

31、油油漆?？傊?，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封容腔，用與容納壓力油液，同時(shí)還是活塞的運(yùn)動軌道。在設(shè)計(jì)液壓缸筒時(shí)，應(yīng)該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力運(yùn)動速度和有效行程，同時(shí)，還必須具有一定的強(qiáng)度，能承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力，缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級、表面粗糙度和行位公差等級，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動平穩(wěn)性和耐用性。 其圖如下： 圖2-8 液壓缸圖 5.3.2 活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能有間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率，

32、而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。 液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。所以設(shè)計(jì)活塞式的主要任務(wù)是確定活塞的結(jié)構(gòu)型式。 1、 活塞結(jié)構(gòu)型式 根據(jù)密封裝置型式來選用活塞結(jié)構(gòu)型式。通常分為整體活塞和組合活塞兩類。 整體活塞在活塞四周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封型式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長。 依據(jù)以上知識,本設(shè)計(jì)采用整體式活塞。 2、 活塞的材料 無導(dǎo)向環(huán)活塞：用高強(qiáng)

33、度鑄鐵HT200～300或球墨鑄鐵。 有導(dǎo)向環(huán)活塞：用優(yōu)質(zhì)碳素鋼20號、35號及45號。 本設(shè)計(jì)采用含導(dǎo)向環(huán)的活塞，則采用35號鋼。 3、 活塞尺寸及加工公差 活塞寬度一般為活塞外徑的0.6～1.0倍，但也要根據(jù)密封件的型式、數(shù)量和安裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽尺寸而定。有時(shí)，可以結(jié)合中隔圈的布置確定活塞寬度。 活塞外徑的配合一般采用f9，外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)型式不同而各異。 依據(jù)以上知識及前面計(jì)算可確定活塞的尺寸為寬度80mm,外徑為mm。 4、 活塞的密封

34、 密封形式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用和不同工作壓力來選擇。一般有密封圈密封、活塞環(huán)密封、間隙密封。這里采用O形密封圈密封。 5、 活塞的技術(shù)要求 a 活塞外徑對內(nèi)孔的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。 b 端面對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)該按照7級精度選取。 c 外徑的圓柱度公差值，按9、10或者11級精度選取。 其圖如下： 圖2-9 活塞圖 5.3.3 導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向環(huán)安裝在活塞外圓的溝槽內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圓的溝槽內(nèi)，以保持活塞與缸筒或活塞桿與其導(dǎo)向套同軸度，并用以承受活塞或活塞桿的側(cè)向力。 1、 導(dǎo)向環(huán)的型式 有嵌入型和浮動型。 嵌入型

35、導(dǎo)向環(huán)：在活塞外圓加工出燕尾型截面溝槽，用QAL9-4或紫銅制的銅帶，表面加工成略帶拱形，用木槌鉚入溝槽內(nèi)，最后加工導(dǎo)向環(huán)外圓。導(dǎo)向環(huán)圓周切出一個(gè)45度斜口。 浮動型導(dǎo)向環(huán)：用高強(qiáng)度塑料等制的帶，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙，導(dǎo)向環(huán)可在溝槽內(nèi)移動，并有一個(gè)45度斜開口。也可在溝槽底用粘合劑固定導(dǎo)向環(huán)。 本設(shè)計(jì)采用浮動型導(dǎo)向環(huán)。 2、 導(dǎo)向環(huán)的尺寸 采用不同的材料，導(dǎo)向環(huán)的尺寸也不同。 聚四氟乙烯（也有摻青銅粉）導(dǎo)向環(huán)：根據(jù)活塞外圓直徑或?qū)蛱變?nèi)圓直徑，導(dǎo)向環(huán)厚度可為1.5～2.5mm,寬度可為5.6～25mm。 纖維增強(qiáng)酚醛樹脂摻石墨導(dǎo)向環(huán)，厚度可為3～5mm，寬度

36、可為2.5～25mm。 基于此，本設(shè)計(jì)采用聚四氟乙烯導(dǎo)向環(huán)，其厚度為1.5mm，寬度為10mm。 5.3.4 活塞桿的設(shè)計(jì) 1、 活塞桿的結(jié)構(gòu)與材料 活塞桿的材料為45號鋼，采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，調(diào)質(zhì)處理，并對其淬火，淬火深度一般為0.5～1.0mm，或活塞桿直徑每毫米深0.03mm。兩個(gè)端部均采用螺紋連接，當(dāng)活塞桿的端部為螺紋連接時(shí)，其尺寸可依據(jù)GB2350-80液壓缸活塞桿螺紋尺寸系列查表求得。 2、活塞桿尺寸的確定 活塞桿的總長要根據(jù)油缸的行程來確定，本課題的工作臺行程為400㎜，再綜合其它方面的要求，我選取活塞桿的總長為500mm。 3、活塞桿的技術(shù)要求 a．活塞桿的熱處理：

37、粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229-285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)到HRC45-55。 b．活塞桿在導(dǎo)向套中滑動，一般采用H8/h7或H8/f7配合。 c．圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。 d．安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01mm。 e．安裝活塞的軸肩端面與活塞桿的軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。 f．活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1～0.3μm。 g．為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需鍍鉻處理，并進(jìn)行拋光或磨削加工。 h．活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心，特別是緩沖柱塞，最好與活塞桿做成一體。 5.3.5 活塞與

38、活塞桿的連接 活塞與活塞桿連接有多種型式，卡環(huán)型，軸套型，螺母型等。所有型式均需有鎖緊措施，以防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動而松開。同時(shí)在活塞與活塞桿之間設(shè)置許靜密封。 本設(shè)計(jì)采用螺母型連接, 其圖如下： 圖2-10 活塞桿圖 5.3.6 缸蓋的設(shè)計(jì) 1、缸蓋的材料和結(jié)構(gòu) 缸蓋分為左缸蓋和右缸蓋，其中一個(gè)油口位于左缸蓋之上。缸蓋的材料選擇45號鋼。 2、缸蓋的尺寸的確定 缸蓋的尺寸是由導(dǎo)向套、缸筒、活塞桿及固定裝置的尺寸來確定。其法蘭的尺寸由安裝條件確定。缸蓋與缸筒內(nèi)壁的接觸面為其定位基準(zhǔn)。為了保證缸蓋與缸筒兩者軸線的同軸度，

39、其裝配面要經(jīng)過磨削加工。 3、缸蓋的技術(shù)要求 a．與缸筒內(nèi)徑配合的直徑采用h8，與活塞桿上的緩沖柱塞的配合的直徑采用H9。這三個(gè)尺寸的圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑公差的一半，三個(gè)直徑的同軸度誤差不大于0.03mm。 b．與缸筒接觸的端面和與活塞接觸的端面對軸線的垂直度誤差在直徑100mm上不大于0.04mm。 c．導(dǎo)向孔的表面粗糙度應(yīng)不超過Ra=1.6μm。 圖2-11 左端蓋圖 圖2-12 右端蓋圖 5.3.7 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì) 活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以

40、保證缸筒有桿腔密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿后退是把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處損壞密封裝置。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)形式有軸套式和端蓋式。由上面的計(jì)算可知，本系統(tǒng)為低壓、低速、小行程液壓缸，所以本設(shè)計(jì)采用端蓋式。 1、導(dǎo)向套的材料 端蓋式直接導(dǎo)向型的導(dǎo)向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等，本設(shè)計(jì)采用HT300 2、導(dǎo)向套長度的確定 導(dǎo)向套長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大。影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長度，一般缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足： H 式中： ——為液壓缸的最大行程，S=400㎜; ——為液壓缸筒內(nèi)徑,D=125㎜; H—

41、—為導(dǎo)向套最小導(dǎo)向長度； 則： H(+)mm=82.5mm 最終根據(jù)設(shè)計(jì)要求的需要，選擇導(dǎo)向套的長度為85mm。 3、導(dǎo)向套的密封 導(dǎo)向套與活塞桿之間的密封采用O形密封圈。 并且采用防塵圈以防止活塞在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水份帶到密封裝置處。 4、導(dǎo)向套的加工技術(shù)要求 a．導(dǎo)向套外圓與端蓋的配合為H8/f7。 b．內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合為H9/f9。 c．外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑之半。 d．內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。 其圖如下：

42、圖2-13 導(dǎo)向套圖 5.3.8 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸的活塞桿具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運(yùn)動時(shí)具有很大的動量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的終端和缸底部分市，匯引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊力和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械碰撞，但沖擊力仍在，這就必然會嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常的工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動部件在運(yùn)動時(shí)對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 緩沖裝置的工作原理是使缸筒低壓腔內(nèi)油液（全部或部分）通過節(jié)流把動能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。在液壓缸中常用的緩沖裝置有恒節(jié)流型和

43、變節(jié)流型兩種。本設(shè)計(jì)采用變節(jié)流型。 5.3.9 油口的設(shè)計(jì) 油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或缸筒上。本設(shè)計(jì)將油口布置在缸筒上和缸蓋上。 油口孔大多屬于薄壁孔（指孔的長度與直徑之比l/d≥0.5的孔）。油口面積的計(jì)算公式為： 式中: ——油孔的截面積，m2； ——油孔的流量，m3/s； ——流量系數(shù)，接頭處大孔與小孔之比大于7時(shí)，C=0.6～62，小于7時(shí)，C=0.7～0.8； ρ——液壓油的密度，Kg/m3； 1——油孔前腔的壓力，Pa； 2——油孔后腔的壓力，Pa； 本系統(tǒng)采用YN32液壓油，其密度為0.87×103 Kg/

44、m3；流量系數(shù) 取0.7,則： 2.5×10-5 m2 由此可得油口直徑為d=,依此由GB/T2878-1993可取油口連接螺紋尺寸為M16×1.5。 5.3.10 液壓缸固定螺栓直徑校核 ds≥ 式中： —— 固定螺栓數(shù)； ——液壓缸負(fù)載； ——螺紋擰緊系數(shù)k=1.12——1.5，這里取1.3； [σ]——材料的許用應(yīng)力。Error! No bookmark name given. Z取較小值時(shí)，為滿足要求螺栓的直徑將取更大值，從而加大安裝空間，可能會發(fā)生安裝干涉的情況；如果Z值取得太大，則會加大調(diào)整時(shí)的難度，經(jīng)過綜合考慮，這

45、里取Z=6（均布）。 ,其中ns的值為1.2～2.5,這里取ns=1.5，則MPa 則 ds≥6.27mm 圓整8mm。根據(jù)實(shí)際情況，選取六角螺栓。由《機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)》選取規(guī)格為直徑為12mm的螺栓。 第6章 液壓元件的選擇與傳動裝置總體設(shè)計(jì) 6．1液壓元件的選擇及安裝方式 根據(jù)液壓系統(tǒng)要求和設(shè)計(jì)方案，選擇合適的液壓元件，對液壓系統(tǒng)有決定作用，所以對液壓元件一定要有合理的選擇。 6.1.1 疊加閥簡介及選擇 1、 概述 疊加閥是在板式閥集成化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件，但它在配置形式上和板式閥、插裝閥截然不同。疊加閥是

46、安裝在板式換向閥和底板之間，是由有關(guān)的壓力閥 、流量閥和單向控制閥等組成的一個(gè)集成化控制回路。每個(gè)疊加閥除了具有液壓閥功能外，還起油路通道的作用。因此，由疊加閥組成的液壓系統(tǒng)，閥與閥之間不需要另外的連接體，而是以疊加閥閥體作為連接體，直接疊合再用螺栓結(jié)合而成。 疊加閥與一般閥在工作原理上基本相同，但在具體結(jié)構(gòu)和連接方式上有其特點(diǎn)，因而它自成體系。每個(gè)疊加閥既起到控制元件功能作用，又起油路通道的作用。每種規(guī)格通徑的疊加閥主油路的位置和數(shù)量都與相應(yīng)通徑主換向閥相同。因此，同一通徑系列的疊加閥都可以疊加起來組成不同的系統(tǒng)。通常一個(gè)液壓系統(tǒng)可以疊成一疊或多疊。在每疊中，液壓系統(tǒng)的主換向閥安置在最上面

47、；與執(zhí)行部件連接用的底板塊放在最下面；疊加閥均安放在換向閥與底板塊之間，其順序按液壓傳動系統(tǒng)的動作要求而定。 國內(nèi)生產(chǎn)的疊加閥通徑有ф6、ф10、ф16、ф20和ф32五個(gè)系列，公稱壓力系列為10、20和31.5Mpa，其中以20Mpa的產(chǎn)品產(chǎn)量較大，我國生產(chǎn)的疊加閥連接尺寸符合ISO4401國際標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)企業(yè)有大連組合機(jī)床研究所、江蘇海門液壓件廠、河北保定液壓件廠和浙江象山液壓件廠等。 2、 疊加閥組成的液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： a．標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、集成化程度高； b．結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、占地面積??； c．設(shè)計(jì)、加工、裝配周期短； d．液壓系統(tǒng)改變而需增減元件時(shí)，重新組裝方便迅速；

48、 e．元件之間是無管連接，消除了因油管、管接頭等引起的漏油、振動和噪聲； f．配置形式靈活、使用安全可靠、外觀整齊美觀、維修保養(yǎng)容易； g．采用我國疊加閥組成的集中供油系統(tǒng)節(jié)電效果顯著。 3、 疊加閥的選用 用油管和管接件將液壓元件連接起來，是過去應(yīng)用最廣泛的一種連接形式。這種連接形式需要的油管和管接頭數(shù)量較多，裝拆困難，占用空間大，空氣容易進(jìn)入，目前已經(jīng)很少采用。隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，目前多數(shù)采用無管連接。其中一種方法就是將液壓閥元件安裝在通用的底板上，在板內(nèi)鉆孔作為回路的通油孔。通油板壽命長，泄露少，不易出故障，維修方便，但要鉆孔深，液阻損失較大，占用面積也較大，追加元件較困難

49、；另一種方法是將液壓閥元件疊加起來安裝在底板上，在液壓閥和底板內(nèi)鉆孔作為回路的通油孔，稱為液壓疊加閥回路。其通路不用管連接，目前已經(jīng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化。 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過閥類元件和輔助元件的實(shí)際流量，結(jié)合本課題設(shè)計(jì)要求，選出液壓元件的具體型號和規(guī)格，見下表 序號 名稱 通過流量 型號 規(guī)格 設(shè)計(jì)所 1 電磁溢流閥 40L/min Y1-F※10D-P/O-1 20Mpa 大 連 組 合 機(jī) 床 研 究 所 2 電磁節(jié)流閥 40L/min LE-F10D-B 20Mpa 3 壓力表開關(guān) 4K-F10D-1 20Mpa 4 電

50、磁換向閥 40L/min 34DF3M-E10B-B 20Mpa 6.1.2 液壓泵的選擇 液壓泵是系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換裝置，它向系統(tǒng)提供一定壓力和流量的液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。由前面的分析和設(shè)計(jì)可知，液壓泵選用限壓式變量葉片泵。 1、確定液壓泵的最大工作壓力Pm PM≥P1+∑△P 式中： P1——液壓缸的最大工作壓力 ； ∑△P——從泵出口到缸的入口之間總的管路損失。 其中∑△P可以按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，管路簡單，流速不大的取∑△P=（0.2～0.5）MPa,管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥的取∑△P=（0.5～1.5 MPa）。由于工進(jìn)階段液壓缸輸入流量很小，進(jìn)油路中元

51、件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失選取∑△P=0.5MPa。 由工況分析可知，液壓缸的最大工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，即： P1 =3.58MPa 所以： PM≥(3.58+0.5)MPa=4.08MPa 2、液壓泵的最大流量 液壓缸的輸出流量為： Qp≥k(∑ＱＭＡＸ) 式中： k——系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取k=1.1～ 1.3; ∑ＱＭＡＸ——同時(shí)動作的液壓缸的最大總流量，對于在工作過程用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥最小溢流量，一般取2L/min, 最大流出現(xiàn)在快進(jìn)階段，所以 Qp=1.3 (24.5+2) L/min =34.45 L/min 2、 選擇液壓泵和

52、電動機(jī) 為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和泵的使用壽命，一般在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右。同時(shí)，電動機(jī)的選擇要與泵相配合，以滿足泵的要求。 液壓泵的額定壓力： 4.08/0.8 MPa =5.1 MPa 根據(jù)以上求得的Qp值，從手冊中查得相應(yīng)的液壓泵：YBX-A※N型,該泵的最大供油壓力為7MPa，能滿足上述估算出來的壓力要求。該泵容許的轉(zhuǎn)速范圍為n=(600～1800)r/min.當(dāng)轉(zhuǎn)速在該范圍內(nèi)時(shí)泵的流量能達(dá)到設(shè)計(jì)的最大流量34.45 L/min。 同時(shí)由資料查得此泵驅(qū)動功率為3.5KW，能滿足系統(tǒng)需要。 選擇驅(qū)動電機(jī)型號為Y132M—4型，其額定功率為7.5K

53、W，轉(zhuǎn)速為1440r/min。 6.1.3 輔助元件的選擇 1、過濾器 過濾器的功用是在于過濾混在液壓油液中的雜質(zhì)，使進(jìn)到系統(tǒng)中去的油液的污染度降低，保證系統(tǒng)的正常工作。 選擇過濾器應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： a、過濾精度應(yīng)滿足液壓系統(tǒng)的要求； b、具有足夠大的過濾能力，壓力損失小； c、濾芯及外殼要有足夠的強(qiáng)度，不因油壓的作用而損壞； d、有良好的抗腐蝕性，不會對油液造成化學(xué)的或機(jī)械的污染； e、在規(guī)定的工作溫度下，能保持性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性； f、清洗維護(hù)方便，更換濾芯容易，結(jié)構(gòu)盡量簡單、緊湊，價(jià)格低廉。 過濾器的工作能力，取決于濾芯的過濾面積，濾芯本身的性能、油的粘度與溫

54、度、過濾前后的壓力差以及油中固體顆粒的含量。過濾出入口的壓差越大，阻力越小時(shí)，過濾的出油能力越大。 根據(jù)上述要求和本課題的要求，選擇濾油器型號: XU—40x200B其流量為40 L/min，額定壓力6.18MPa，過濾精度為200 2、空氣濾清器 一般應(yīng)在油箱蓋上設(shè)置空氣過濾器，它包括空氣過濾器和注油過濾網(wǎng)。 選擇：QUQ2，技術(shù)參數(shù)：空氣阻力〈0.02Mpa，加油網(wǎng)孔0.5mm。 3、壓力表 選擇：Y-100T 4、油位指示器 一般在油箱側(cè)壁上設(shè)置液位計(jì)，以指示液面位置。液位計(jì)應(yīng)設(shè)置在加油時(shí)容易看到的地方。這里選擇：YWZ-80T 5、壓力表開關(guān) 壓力表開關(guān)是小型截止

55、閥。主要用于切斷油路與壓力表的連接，或者調(diào)節(jié)其開口大小起阻尼作用，減緩壓力表急劇抖動，防止損壞。 選擇： 4K-F10D-1 6.2 管件、油箱的選擇設(shè)計(jì) 管件包括管道和管接頭。液壓系統(tǒng)中元件與元件之間的連接，液壓能量的輸送是借助于硬管、軟管、油路塊及連接板中的流道來實(shí)現(xiàn)的 6.2.1 管路 在液壓系統(tǒng)中常用的管子有鋼管、銅管、橡膠軟管以及尼龍管等。油管的管徑不宜選得過大，以免使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大；但也不能選得過小，以免管內(nèi)液體流速加大、系統(tǒng)壓力損失加大、產(chǎn)生振動和噪音，影響正常工作。同時(shí)，在保證強(qiáng)度的前提之下，管壁盡量選得薄些，這樣可減小系統(tǒng)的重量，也可以降低成本。 管道內(nèi)徑的計(jì)

56、算公式為： d= 式中： ——流經(jīng)油管的流量，m3/s ——油管內(nèi)的允許流速，m/s 對吸油管可取=0.5～1.5 m/s（一般常取1m/s以下），回油管可取=1.5～2.5 m/s。壓力油管，當(dāng)<2.5MPa時(shí)，取=2m/s；當(dāng)=2.5～16MPa時(shí)，取=3～4m/s；當(dāng)>14MPa時(shí)，≤5m/s。依此取吸油管=1m/s,回油管=2m/s,壓力油管=3m/s，則： 吸油管道： d1=mm=27.04mm 回油管道： d2=mm=19.1mm 壓油管道： d3=mm=15.6mm 由此查手冊選取管子外徑為： D1=28mm D2=20mm D3=16

57、mm 6.2.2 管接頭 管接頭是油管與油管，油管與液壓元件之間的可拆式連接件，它必須具有裝拆方便，連接牢固，密封可靠，外形尺寸小，通流能力大，壓降小，工藝性好等各項(xiàng)要求。 管路旋入端用的連接螺紋采用國家標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ZM）和普通細(xì)牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進(jìn)行密封，廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)；細(xì)牙螺紋的密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但需采用組合墊圈或O型密封圈進(jìn)行端面密封。 液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分出現(xiàn)在管系中的接頭上，為此對接頭形式的確定，管系的設(shè)計(jì)及管道的安裝應(yīng)具體考慮。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用精密無縫鋼管（GB/T3639-1983），能承受高壓，價(jià)格

58、低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好；卡套式管接頭適用于油、氣及一般腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)。這種管接頭結(jié)構(gòu)簡單、性能良好、重量輕、體積小、使用方便、不用焊接，是液壓系統(tǒng)中較為理想的管路連接件。因此鋼管的接頭采用卡套式錐螺紋直通管接頭，按（GB/T 3734.1-1983）選取，這些鋼管均要求在退火狀態(tài)下使用，管道連接采用55º非密封管螺紋， 液壓元件及其連接板油口使用米制錐螺紋（ZM）連接。 6.2.3 油箱的設(shè)計(jì) 油箱在系統(tǒng)中的功能，主要是儲油和散熱，也起著分離油液中的氣體及沉淀物的作用，有時(shí)也可當(dāng)作液壓元件和液壓閥等的安裝臺功能。 1、油箱的結(jié)構(gòu)形式 油箱有開式和閉式兩種。開式油箱應(yīng)

59、用廣泛，箱內(nèi)液面與大氣相通，為防止油液被大氣污染，在油箱的頂部設(shè)置空氣濾清器，并兼做注油口用；閉式油箱一般指箱內(nèi)液面不直接與大氣相通，而將通氣孔與具有一定壓力的惰性氣體相接，充氣壓力可達(dá)0.05 Mpa.綜合上面的分析本系統(tǒng)采用開式油箱。 2、確定油箱的外型尺寸 a、油箱有效容量的確定 式中：——油箱的有效容積(L)； ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；見下表 V——液壓泵的流量(L/min)； 下表經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ε 由上表可取ε=5 L 由此查表可取油箱的公稱容量為250L， b、油箱相關(guān)厚度的確定 油箱一般用鋼板焊成。箱壁越薄越有利于散熱。而箱頂因?yàn)橐惭b電動機(jī)、液壓泵及閥類元件

60、需要更厚。這里就取箱壁厚度為5mm,箱頂和箱蓋厚度為10mm。 c、液壓油箱的外形尺寸 上面已確定油箱的公稱容量為250L,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本液壓傳動》可確定油箱的外形尺寸長、寬、高分別為：L=1010mm,B=620mm,H=670mm。 3、油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則 a、在液壓泵的吸油管路上，必須安裝網(wǎng)式過濾器，以清除較大的顆粒雜質(zhì)，保護(hù)液壓泵。 b、液壓泵的吸油管和回油管的距離盡可能遠(yuǎn)些，管口都應(yīng)插入最低液面以下，以免發(fā)生吸空和回油沖濺產(chǎn)生氣泡。管口制成45度斜角，以增大吸油和回油截面，使油液流動速度不至于變化過大。斜口應(yīng)面向箱壁。吸油管離油箱底距離H≥2D(D為管徑)

61、，距離箱邊不小于3D?；赜凸茈x箱底距離h≥3D。 c、設(shè)置隔板將吸油管和回油管隔開，并使油液循環(huán)，將油液中的氣泡和雜志分離和沉淀。隔板結(jié)構(gòu)有溢流式標(biāo)準(zhǔn)型、回流式及溢流式等幾種，還可以根據(jù)需要在隔板上安裝濾網(wǎng)。隔板下部應(yīng)開有缺口，使吸油側(cè)的沉淀物經(jīng)此缺口至回油側(cè)，然后經(jīng)放油口排出。 d、放油孔應(yīng)設(shè)置在油箱底部最低位置，使換油時(shí)油液和污物能順利從放油孔排出。 e、容量較大的油箱應(yīng)在側(cè)壁上設(shè)置清洗孔。 f、系統(tǒng)的泄露油管應(yīng)盡量單獨(dú)接入油箱，其中，各類閥的泄露油管端應(yīng)在液面上，以免產(chǎn)生背壓；液壓泵和馬達(dá)的泄露油管應(yīng)引入液面以下，以免吸入空氣。 g、按GB3766-83規(guī)定，油箱底部應(yīng)離地面1

62、50mm以上，以便于搬移，放油和散熱。 h、當(dāng)油箱重量較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置吊環(huán)。 i、油箱應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，特別是上置泵組的油箱，應(yīng)防止產(chǎn)生大的振動和噪聲。 j、為防止油液流到地面，應(yīng)在油箱下部或上蓋附近四周設(shè)置油盤。油盤應(yīng)有排油口，以便于油盤的清洗。 此外，為了防止油箱內(nèi)部生銹，應(yīng)在油箱內(nèi)壁上涂耐油防銹涂料 6.3 液壓系統(tǒng)中液壓元件的配置 機(jī)床液壓系統(tǒng)中液壓元件的配置方式主要有三種：控制板式、液壓站式和集成化式。 6.3.1 控制板式 控制板式又稱操縱箱式。這種配置方式的特點(diǎn)是將液壓元件集中地配置于一個(gè)（或幾個(gè)）箱體上，并在箱體上鉆孔，作為連接管路。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊

63、、管路少、占地面積??；缺點(diǎn)是箱體上鉆孔很多，容易出廢品，而且系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，不易排除，元件損壞后更換也不夠方便。為了避免這些缺點(diǎn)，可以采用由標(biāo)準(zhǔn)元件組成的控制板。 6.3.2 液壓站式 標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件及其底板用螺釘固定在垂直的立板上，底板之間用管路連接。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大，可以根據(jù)工作需要組成最合理的系統(tǒng)，裝配、維修也比較方便。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)化元件對提高元件的生產(chǎn)率、降低元件的成本、保證元件的質(zhì)量都有很大的意義。所以這種方式目前在國內(nèi)外應(yīng)用較廣。這種方式的缺點(diǎn)是需要單獨(dú)的油箱，占地面積大，同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)較復(fù)雜、管路較多時(shí)，油管的連接不夠方便。 圖2-14 立式液壓泵站

64、 圖 2-15 臥式液壓泵站 6.2.3 集成化式 近年來，液壓元件配置的集成化方式在國內(nèi)外已有較多的應(yīng)用。 集成化式的特點(diǎn)是采用標(biāo)準(zhǔn)化的或通用化的液壓元件，通過一定的連接形式將這些元件組合在一起，以實(shí)現(xiàn)一定的控制、調(diào)節(jié)作用。 集成化主要有以下幾種型式： 箱體式——圖2-16所示為箱體式集成化配置形式。這種型式的特點(diǎn)是根據(jù)一定的工作需要，設(shè)計(jì)專用（或通用）的箱體，將標(biāo)準(zhǔn)元件固定在箱體上，各元件之間的油路的連接是通過在箱體上鉆孔實(shí)現(xiàn)的。 組合塊式——圖2-17所示為組合塊式集成化配置形式。這種型式的特點(diǎn)是采用通用化的集成塊，在集成塊上實(shí)現(xiàn)壓力油路、回油路、控制油路和泄油路等的連接。

65、這種型式一般用于由基本回路所組成的液壓系統(tǒng)。 疊加式——圖2-18所示為疊加式集成化配置形式。這種型式的特點(diǎn)是采用標(biāo)準(zhǔn)化的液壓元件或零件，通過螺釘將閥體連接起來，組成一個(gè)比較完整的回路或系統(tǒng)。 集成化式主要有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、采用標(biāo)準(zhǔn)化的元件，便于制造，性能可靠； 2、通過在閥體內(nèi)鉆的孔來實(shí)現(xiàn)油路的連接，節(jié)省了大量的油管和管接頭，并為裝配和拆卸提供了很大的方便； 3、結(jié)構(gòu)緊湊，體積??； 4、管路短，壓力損失?。? 5可以根據(jù)工作需要配置于最方便的位置； 6、避免了外界干擾（如振動）對液壓系統(tǒng)工作的影響。 由于上述優(yōu)點(diǎn)，集成化式在液壓傳動中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，許多國家已經(jīng)設(shè)計(jì)了

66、通用化部件，并形成了系列。 圖 2-16 箱體式集成化配置形式 圖 2-17 組合塊式集成化配置形式 圖 2-18 疊加式集成化配置形式 6.4 液壓裝置的總體設(shè)計(jì) 液壓裝置的總體設(shè)計(jì)就是完成油箱的設(shè)計(jì)以及所有閥類零件和輔助裝置的布局的設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)。 液壓裝置中各部分元件的布置要均勻，便于裝配，調(diào)整，維修和使用，并要適當(dāng)?shù)淖⒁庹w的整齊和美觀。 6.4.1液壓裝置的組成 液壓裝置是由液壓油箱，液壓泵及液壓控制元件等組成。 6.4.2液壓裝置的總體布置 液壓裝置的總體布置可分為集中式和分散式兩種。 1、集中式 集中式布置是將液壓系統(tǒng)的油源、控制及調(diào)節(jié)裝置置于主機(jī)之外，構(gòu)成獨(dú)立的液壓站這種布置方式主要用于固定式液壓設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是裝配、維修方便，從根本上消除了動力源的振動和油溫對主機(jī)的影響，缺點(diǎn)是單獨(dú)設(shè)置液壓站，占地面積大。 2、分散式 分散式布置是將液壓系統(tǒng)的液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置等分別布置在設(shè)備的適當(dāng)位置上。這種布置方式主要用于移動式液壓設(shè)備，一些機(jī)床液壓系統(tǒng)也有采用分散式布置的。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，缺點(diǎn)是安裝維護(hù)復(fù)雜。對機(jī)床來說，動力源的振動及油溫對主機(jī)精度有影響?？紤]到：系統(tǒng)對選用的各元件有較高的要