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专用 铣床 液压缸 设计
资源描述:
液压与气压传动液压与气压传动 课程设计说明书课程设计说明书 题目:题目: 小型铣床液压驱动系统的设计小型铣床液压驱动系统的设计 班班 级:级: 姓姓 名:名: 学学 号:号: 指导教师:指导教师: 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化教研室教研室 2013.12 目 录 1 1、明确设计要求 11 二、工况分析11 1.运动分析1 2.负载分析2 3.液压缸在各阶段的负载与推力计算3 4.执行元件的参数确定33 三、计算液压缸的主要结构尺寸与选用44 1.液压缸的内径与杆径的计算4 2.液压缸各阶段的压力,流量和功率计算4 3.液压缸的行程和杆长与壁厚的确定 5 4.液压缸的选用5 5.强度校核 6 6.绘制工况图66 四、液压系统图的拟定 88 五、液压泵的选择 88 1.确定液压泵的最大工作压力 Pp 8 2.确定液压泵的流量 qvp 8 3.选定液压泵的规格 8 4.确定液压泵的驱动功率 8 8 六、液压阀的选择 9 9 1.溢流阀的选取 9 2.调速阀的选取 9 3.换向阀的选取 9 4.过滤器的选取 9 5.所选各液压阀的数据 99 七、管道尺寸的确定 1111 1.压油管 11 2.吸油管 1111 八、油箱容量的确定 1111 九、液压系统工作原理分析 1212 十、参考文献 1313 十一、附件 1414 1 一、明确设计要求一、明确设计要求 设计一台专用铣床,工作台要求完成快进工作进给快退停止的 自动工作循环。铣床工作台重量 5000N,工件夹具重量为 2500N,铣削阻力最大 为 10000N,工作台快进、快退速度为 5mmin,工作进给速度为 0.061mmin,往复运动加、减速时间为 0.05s 工作采用平导轨,静、动摩擦 分别为 fs0.2,fd0.1,工作台快进行程为 0.4m,工进行程为 0.2m,试 设计该机床的液压系统。 二、工况分析二、工况分析 1 1. .运动分析运动分析 (a) 快进 工进 快退 (b) 2 启动 快进 减速 工进制动 反向启动 快退 制动 (c) (a) 、(b)图为机床的动作循环图,由图可见,工作循环为快进工进快退 停止; (c)图是一个工作循环的速度位移曲线,即速度图; 2.2.负载分析负载分析 (1)工作负载 FL 、由题目可知负载为铣削阻力 : FL=10000N (2)摩擦阻力负载 Ff : fd = 0.1 fs = 0.2 动摩擦力:Ffd = Fnx=(5000+2500)x0.1=750N 静摩擦力:Ffs = Fnx =(5000+2500)x0.2=1500N (3)惯性负载 Fa : Fa= =1250N 3 3.3.液压缸在各阶段的负载与推力计算液压缸在各阶段的负载与推力计算 推力:F 表 1. 液压 缸各阶段 的 负 载 F 及 缸的推力 F/cm 工 况负载组成负 载 F (N)推力 F/cm ( N) 启 动 Ffs15001667 加 速 Ffd + Fa20002222 快 进 Ffd750833 工 进 Ffd + FL1075011944 快 退 Ffd750833 注:cm缸的机械效率,取 cm=0.9 4.4.执行元件的参数确定执行元件的参数确定 负载 F/kN 55-1010-2020-3030-5050 工作压力 P/MPa 0.8-1.01.5-2.02.5-3.03.0-4.04.0-5.05.0-7.0 表 2 设备类型粗加工机床半精加 工机床 粗加工或 重型机床 农业机床、 小型工程机 械 液压压力机、重型机械大 中型挖掘机、超重运输机 械 工作压力 P/MPa 0.8-2.03.0-5.05.0-10.010.0-16.020.0-32.0 表 3 根据表 1 得出的推力我们选择工作压力 P=3.0 Mpa 和选用半精加工机床 4 三、计算液压缸的主要结构尺寸与选用三、计算液压缸的主要结构尺寸与选用 1.1.液压缸的内径与杆径的理论计算液压缸的内径与杆径的理论计算 这里取 A1 = 2A2 ,背压力 P2 = 0.5 Mpa 活塞杆受压时: P1 A1 = A2 P2 活塞杆受拉时: P1 A2 xP2=P1A1 x A2P2 一般,液压缸在受压状态下工作,所以其活塞面积为: A=F/P1-1/2P2=11944.44/(30-2.5)X105=4.34X10-3m2 所以 D = =74mm 又因为杆的往返速度相同,所以 d = 0.71D = 52.5mm 2.2.液压缸各阶段的压力,流量和功率计算液压缸各阶段的压力,流量和功率计算 相关选择 系统类型 背压力(MPa) 回路上有节流阀的调速系统 0.20.5 回路上有背压阀或调速阀的进给系统 0.51.5 采用辅助泵补油的闭式回路(拉床、龙门刨等) 11.5 5 表 4 液压缸在不同阶段的压力、流量和功率 工 况 负载 F(N) 回油腔压 力 (MPa) 进油腔压 力 P1(MPa ) 流入流量 q(L/min) 输入 功率 P(W) 液 计 算 公 式 启动 16660.76 加速 22220.51.49快 进 恒速 8330.50.9111.875180 P1=(F+A2P)/ A1-A2 Q=(A1-A2)V P=P1Q 工 进 119441.02.640.3-5218 P1=F+P2A2/A1 Q=A1V P=P1Q 启动 16661.58 加速 22220.51.79 快 退 恒速 8330.51.2613.25278 P1=F+P2A1/A2 Q=A2V P=P1Q 注: 背压阀:P = 0.5 Mpa ; 局部压力: Mpa 3.3.液压缸的行程和杆长与壁厚的确定液压缸的行程和杆长与壁厚的确定 由题目要求可知道液压缸的行程为 0.2 + 0.4 = 0.6m 取液压缸的壁厚为 8 mm ,杆长应该大于行程,所以取 650mm。 4.4.液压缸的选用液压缸的选用 表 5 常用液压缸的内径 D(mm) 4050638090100110 125140160180200220250 表 6 活塞杆的直径 d (mm) 缸径速比 4050638090100110 1.46 : 322283545505563 6 4550607080 根据表 4 和表 5 我们可以选出液压缸内径与活塞杆直径的实际设计尺寸为: D = 80 mm d = 55 mm 所以活塞实际的面积 A1=50.24cm2 活塞杆实际的面积 A2=26.49cm2 5.5.强度校核强度校核 (1)缸筒壁厚校核 因为 D/=80/8=1010 所以采用公式 PyD/2进行校核 1.5*3*80/2*200/5=4.5mm8mm 所以缸筒的壁选用符合强度要求 (2) 活塞杆直径校核 d(4F/)1/2 (4*11944.44/*400/1.4)1/2=7.29mm55mm 所以活塞杆直径的选用符合强度要求 6.6.绘制工况图绘制工况图 根据表 4 数据绘出工况图 快进 快退 工进 7 负载图 工进 快进 快退 压 力 图 流 量 图 功 率 图 (e)图为根据负载与作用面所求得的压力图。 (f)图为根据执行元件的工作面积以及工作循环中各阶段所要求的运动速度而绘 制的流量图。 (g)图为根据所绘制的压力图和流量图而计算出各个阶段所需的功率图。 (h)图为工作循环中各阶段的负载 8 四、液压系统图的拟定四、液压系统图的拟定 主要考虑以下几个方面的问题: (1)供油方式 从工况图分析可知,该系统在快进和快退时所需流量较大,且比较接近, 在工进时的所需流量较小,所以从提高系统的效率,节约能源的角度考虑,采 用单个定量泵的供油方式不合适,因此选择双联定量叶片泵作为油源。 (2)调速回路 为提高系统的综合性能,采用进油节流调速,并在回油路上加背压阀的 回路。该系统可以可以承受负值负载的能力,在负值负载时,背压可以阻止工 作部件的前冲。进油调速可以实现压力的控制方便,也可以获得较低的稳定速 度。在回油加背压阀可以减小活塞的前冲甚至没有前冲现象,工作平稳性好, 同时油箱的空气也不易渗入系统。 (3)速度换接回路 由于快进和工进之间速度需要换接,但换接的位置要求不高,且两者的 速度差值不是很大,所以在快进是采用在回油路加二位三通电磁换向阀和与在 进油路的调速阀上并联一个二位二通电磁换向阀实现差动连接。该连接方式能 在不增加液压泵流量的情况下提高液压元件的运动速度,实现速度的平稳换接。 五、液压泵的选择五、液压泵的选择 1.1.确定液压泵的最大工作压力确定液压泵的最大工作压力 PpPp Pp = P1 + = 2.64+0.3 = 2.94 Mpa P1 为液压缸最大的工作压力,为从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路 损失,这里不能准确的计算出来,要等元件选定好了并绘出管路图了才可以进 行,初算时,对于简单的管路,我们估算 = 0.3 Mpa 9 2.2.确定液压泵的流量确定液压泵的流量 QB QB = KQmax = 1.1x13.245 = 14.5695 L/min K 为系统泄漏系数,我们取 K = 1.1,Qmax为同时动作的液压缸最大的总流量 3.3.选定液压泵的规格选定液压泵的规格 根据液压泵的最大工作压力 P1 和液压泵的流量 QB的值,查阅机械手册,我 们将选用 YB1-10/10 型双联叶片泵 泵的型号排量 ml/min公称压力 Mpa转速 r/min YB1-10/10106.3960 注:= 0.75 4.4.确定液压泵的驱动功率确定液压泵的驱动功率 由工况图表明,泵的最大功率出现在快退阶段,取液压泵的总效率 = 0.75, 则电动机的功率为: P=P1*QB/=kw=0.665kw 75 . 0 10 1060/ 2 . 1910)3 6 . 12( 3 35 X XXX 六、液压阀的选择六、液压阀的选择 1.1. 溢流阀的选取:溢流阀的选取: 溢流阀按液压泵的最大流量选取,泵的最大流量为 19.2 L/min,则我们 选取溢流阀的最大流量要大于 19.2 L/min,查阅液压手册,选取型号为 DBD- H10P 的溢流阀。 2.调速阀的选取:调速阀的选取: 调速阀的选取要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 由题目可知最低稳定速度为 0.06 mmin,所以可求得最低的稳定流 10 0.3L/min,查阅液压手册,选取最低稳定流量为 0.1L/min,型号为 2FRM1021/16L 的调速阀。 3.3.换向阀的选取:换向阀的选取: 换向阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些,查阅液压手册,所 选取的电磁换向阀型号有:34B-H10B-T , 23EY-10HB , 22B-H10B-T 4.4. 过滤器的选取:过滤器的选取: 查阅液压手册,选择过滤器型号为 YLX-25X80 5.5.所选各液压阀的数据所选各液压阀的数据 表 7 所选用的各元件的参数 元件型号规格最大流量 L/min通径 mm工作压力 Mpa 定量叶片泵 YB1-10/1019.26.3 溢流阀 DBD-H10P120102.5/5/10/20 调速阀 2FRM1021/16L161031.5 三位四通电磁阀 34B-H10B-T401031.5 二位三通电磁阀 23EY-10HB4110 二位二通电磁阀 22B-H10B-T401031.5 过滤器 YLX-25X802515 根据系统的工作压力情况设置,溢流阀的调定压力为 P=Pmax+(0.3- -0.5)=2.64+(0.3-0.5)=2.94-3.14Mpa 所以 P 取 3.2Mpa 背压阀的调定压力值为 0.5Mpa 11 七、管道尺寸的确定七、管道尺寸的确定 表 8 允许流速推荐值 管 道推荐流速/(m/s) 液压泵吸油管道0.5 - 1.5 , 一般常取 1 一下 液压系统压油管道3 - 6 , 压力高,管道短,粘度小取大值 液压系统回油管道 1.5 - 2.6 1.1.压油管:压油管:根据表 8 取压油管
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