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VIP液压课程设计完成版

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2

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北京工商大学
液压与气压传动 课程设计

院 （系）： 机械工程学院
班 级： 机械 班
学 号：
姓 名：
同组学生：
指导教师： 郑维智
成 绩：
实践地点：
实践时间： 2010 年 6 月 28 日
至 2010 年 7 月 2 日

2010 年 7 月 2 日

目 录

第一章 设计任务与要求
一、设计任务 ……………………………………………………2
二、工作要求 ……………………………………………………3
三、原始数据 ……………………………………………………3
四、课程设计工作要求 …………………………………………3
五、课程设计说明书格式要求 …………………………………3
第二章 液压传动系统设计与计算
第一、明确设计要求进行工况分析 ……………………………4
第二、设计液压系统方案 ………………………………………7
第三、液压系统的参数计算 ……………………………………9
第四、液压元件和装置的选择 …………………………………12
第五、液压系统性能的验算 ……………………………………14
总结 ………………………………………………………………17
参考文献 …………………………………………………………17

第一章：设计任务与要求
一、 设计任务
设计题目:
l 卧式单面多轴钻扩孔组合机床动力滑台的液压系统
l 机床加工示意如图。

图一、机床加工示意

二、 工作要求
动力滑台为有纵横两向进给系统,机床有主轴8根，钻4个φ12mm的通孔，孔长80mm，并把该4个孔进行扩孔,扩孔尺寸为φ20mm，深50 mm。
工作循环是:上滑台快速接近工件，然后以工作速度1钻孔,加工完毕后上滑台快速退回，下滑台快速左移,到扩孔位置停，上滑台快速接近工件，然后以工作速度2扩孔，死挡铁定位，加工完毕后上滑台快速退回,然后下滑台快速右移到原始位置,最后自动停止。

三、 原始数据
工件材料：铸铁，硬度HB为240；
假设主轴箱部件质量G1＝1000kg；
上滑台部件质量G2＝500kg;
快进速度v3和快退速度v4为0。1m/s；
动力滑台采用平导轨，静摩擦因数μs=0。2;动摩擦因数μd=0。1；
往复运动的加速、减速时间均小于0.2s；
刀具距工件距离A=100mm、B=150mm；钻头与扩孔钻之间距离C＝120mm；
刀具在距离工件3 mm时应由快进转为工进，钻削时刀具应伸出工件5 mm。
四、课程设计工作要求
l 1、明确设计要求,进行工况分析。
l （包括运动分析、动力分析)
l 2、确定执行元件主要参数.
l 3、确定液压系统方案和拟定液压系统原理图。
l 4、液压元件的选择.
l 5、液压系统性能的验算。
l 6、绘制正式工作图和编写技术文。
l  
l 设计时间安排:
l 6月28日~7月2日（1周)
五、课程设计说明书格式要求
l 封面
l 任务及要求(上述一、二项)
l 设计计算步骤过程
l 液压系统方案及液压系统原理图
l 液压元件类型及规格
l 总结

第二章:液压传动系统设计与计算
液压系统设计步骤
一般液压系统设计过程应遵循以下几个步骤：
1、明确设计要求，进行工况分析。
（包括运动分析、动力分析)
2、设计液压系统方案.
3、液压系统的参数计算。
4、液压元件和装置的选择。
5、液压系统性能的验算。
6、绘制正式工作图和编写技术文。
上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定;在设计简单系统时,有些步骤可以合并或省略。

第一、明确设计要求进行工况分析
一、运动分析
1、选择和确定各运动量
选择切削用量：
钻φ12mm孔时，主轴转速n1＝420r/min,每转进给量S1=0.15mm/r；
扩φ20mm孔时，主轴转速n2＝300r/min，每转进给量S2=0.1mm/r。
2、计算工进速度
钻φ12mm孔时,工进速度v1=n1＊s1=420*0。15=63mm/min；
扩φ20mm孔时，工进速度v1=n2*s2=300*0。1=30mm/min。
3、计算快进、工进时间和快退时间
钻φ12mm孔时，快进时间 t1=(100-3）/100=0.97s；
钻φ12mm孔时，工进时间 t2=（80+3+5)＊60/63=83.8s；
钻φ12mm孔时，快退时间 t3=（100+80+5)/100=1。85s；
扩φ20mm孔时,快进时间 t4=（120+150-3)/100=2.67s;
扩φ20mm孔时，工进时间 t5=(50+3)＊60/30=106s；
扩φ20mm孔时，快退时间 t6=（150+50+120）/100=3。2s。
4、画位移循环图(L—t)，速度循环图（v—t）,或速度与位移循环图(v—L）表示，并对运动规律进行分析.

图二、位移循环图(L—t)

图三、速度循环图(v-t)

图四、位移循环图(v—L）
二、动力分析
1、计算工作负载（轴向切削阻力）
钻铸铁孔时,其轴向切削阻力可用以下公式计算：
Fc=25.5×9.81×D×S0.8× (HBS)0.6 （N）
式中： D为钻头直径（mm）；
S为每转进给量(mm/r);
HBS铸铁硬度，HBS＝240。
扩孔时近似用D=D1—D2/2.其中D1扩孔直径；D2已钻孔直径.
计算得工作负载
钻φ12mm孔时，Fc=4×25。5×9。81×12×0。150.8× (240）0。6(N)=70542N;
扩φ20mm孔时,Fc=4×25.5×9.81×14×0.10.8× （240)0。6（N)=59500N。
2、计算摩擦阻力
机床工作部件对动力滑台的法向力为：
静摩擦阻力：
动摩擦阻力：
3、计算惯性阻力
机床工作部件的总质量m=1500kg

4、以上分析计算各工况负载列表。
工况负载
负载大小F/N
钻φ12mm孔轴向切削阻力Fc
70542
扩φ20mm孔轴向切削阻力Fc
59500
静摩擦阻力Ffs
2490
动摩擦阻力Ffd
1470
惯性阻Fm
750

5、作F-t液压缸的负载循环图
工况
计算公式
液压缸负载F/N
启动
F=Ffs

2940
加速
F=Ffd+GΔv/gΔt

2320
快进
F=Ffd

1470
工进
F=Fc+Ffd

72012(钻孔)
60970（扩孔）
反向启动
F=Ffs

2940
加速
F=Ffd+GΔv/gΔt

2320
快退
F=Ffd

1470
制动
F=Ffd-GΔv/gΔt

720

图五、F—t液压缸的负载循环图

第二、液压系统方案设计
1、确定液压回路
此液压系统选用开式回路，即执行原件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后在进入液压泵的进口。
2、选用液压油液
此液压系统选用矿油型液压油做工作介质。
3、初定系统压力
此液压系统系统压力选用40X105Pa
4、 选择执行元件
选择单活塞杆液压缸.
5、确定液压泵类型
选择限压式变量叶片泵。
6、选择调速方式
选用调速阀节流调速.
7、确定调压方式
内控内泄式顺序阀接回油油路给系统一个背压，不仅防止空气渗入系统，还可以使滑台承受一定的负值负载。
8、选择换向回路
选用电动换向，各执行原件的顺序动作由电器控制系统实现。
9、绘制液压系统原理图

图六、液压系统原理图

液压系统中各电磁铁的动作顺序如表
电磁铁动作顺序表

1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
行程阀8

钻
孔

快进
＋
-
—
—
—
通
工进
＋
-
—
—
—
断
快退
—
＋
—
—
-
断-通

扩
孔
快
进
横向
—
—
＋
—
—
通
纵向
＋
—
—
-
-
通
工进
＋
-
—
—
＋
断
快退
纵向
—
＋
—
-
—
断—通
横向
-
—
—
＋
—
通
停止
-
—
—
-
—
通

第三、液压系统的参数计算
（一)、液压缸的主要结构尺寸计算
1、液压缸主要尺寸确定
易知机床最大负载约为72012N时液压系统宜取压力P=8MPa。鉴于动力滑台要求快进、快推速度相等,这里液压缸可选取单活塞式杆的，并在快进时做差动连接。在这种情况下液压缸有杆腔的工作面积应为无杆腔面积的两倍，即,而活塞杆直径 d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。
在钻孔加工时,液压缸回油路上必须具备有背压力,以防止钻孔钻通时滑台突然前冲,取。快进时液压缸作差动连接,管路中有压力损失，有杆腔的压力略大于无杆腔，但其差值较小，则先取。快退时回油腔中是有背压的，这时也可按估算.计算如下：

将这些直径按GB—80圆整成就近标准得
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为
经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
2、根据上述假定条件计算得到液压缸工作循环各阶段的压力，流量和功率见表,并可绘出其工况图

工作阶段
计算公式
负载
进油压力Pj
回油压力Pb
所需流量
输入功率
N
MPa
MPa
L/min
kW
差动 快进

1470
0.56
0.85
30.156
0.281

工进
钻孔

72012
7。86
0。6
0.60
O。O79
扩孔
60970
6。70
0.6
0.285
0。032
快退

1470
1.60
0。6
26。862
0.716

图七、液压缸工况图

（二）、液压泵的性能参数计算
1、确定液压泵的最大工作压力
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为7.86MPa。 如取进油路上的压力损失为0.8MPa即为使压力继电器能可靠地工作,取其调整压力高出系统最大工作压力0．5MPa则液压泵的最大工作压力应为

2、确定液压泵的最大流量
由表可知，液压泵应向液压缸提供的最大流量为30.156L／min因系统较简单，取泄漏系数=1。05，则液压泵的实际流量应为
L/min=31.6628L/min
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L／min,而工进时输人液压缸的流量最大为0。6L／min，液压泵的流量规格最少应为3.6L／min.
3、选择液压泵规格型号
根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取YBX-B※D型限压式变量叶片泵，其排量为25mL/r，当液压泵的转速np=1400r／min时该液压泵的理论流量为35。0L／min则若取液压泵的容积效率ηv=0。9，则液压泵的实际输出流量为
L／min=31.5L／min

第四、液压元件和装置的选择
（一）、控制阀及辅助元件的选择
1、根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量,可选出这些液压元件的型号及规格见表 3。表3中序号与图5 的元件标号相同。
元件的型号及规格
序号
元件名称
估计通过流量
（L/min）
额定流量
（L/min）
额定压力
（Mpa）
额定压降
（Mpa)
型号`规格
1
限压式变量叶片泵
—
31.5
10
—
限压式变量叶片泵
V=25mL/r
4、5
电磁阀
60
80
16
〈0.5
35DYF3Y—E10B
8
行程阀
50
63
16
〈0。3
AXQF-E10B
（单向行程调速阀）q=100L/min
9、10
调速阀
0.5
0.07～50
16
—
11
单向阀
31.5
63
16
0.4
3
液控顺序阀
25
63
16
〈0.3
XF3—E10B

6、7
顺序阀
25
63
16
〈0。3
XF3-E10B

2
背压阀
0.5
63
16
—
YF3-E10B

13
单向阀
25
63
16
〈0。2
AF3—E10B
q=80L/min
18
滤油器
30
63
16
〈0。02
XU-J63X80
12
单向阀
60
63
16
〈0。2
AF3-E10B
q=80L/min
14、16、17
压力继电器
—
—
14
-
PF—B8L
8通径
注：此为电动机额定转速n=1500r/min时液压泵输出的实际流量。
2、油管
根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量计算.由于本系统液压缸差动连接快进时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的(1+A1/A2）=1.5倍，取V0=3.5m/s，=31.5L/min
由

管内径取17mm，采用钢管壁厚取δ=4mm
3、油箱
油箱容积按估算，取经验数据ξ=7，故其容积为
=731.5L=220。5L
按GB2876—8l规定，取最靠近的标准值V＝250L。
（二）、液压阀配置形式的选择
选用叠加阀式，这种配置形式的优点是：结构紧凑、油管少、体积小、质量小、不许设计专用的油路连接块。
（三）、泵—电机装置的选择
液压泵-电动机装置包括液压泵、电动机、泵用联轴器、传动底座及管路附件等,又称为泵组.
1、电机功率的计算
由于液压缸在快退时输人功率最大，这时液压泵工作压力为2。1MPa、流量为31。5L／min。查表 取液压泵的总效率=0。75，则液压泵驱动电动机所需的功率为
= （2.131.5）/（600.75）=1。47kw
根据此数值查阅电动机产品样本选取Y2—90L-4型电动机，其额定功率Pn=1。5kw，额定转速nn=1500r／min.
2、电动机的安装形式
选择机座带底脚式.

第五、验算液压系统系能
（一）验算系统压力损失
由于系统的管路布置尚未具体确定,整个系统的压力损失无法全面估算,故只能估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。
（1)快进
滑台快进时,液压缸差动连接，查表可知，进油路上油液通过单向阀11的流量是31.5L／min 通过电液换向阀4的流量是31。5L／min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量47。25L／min通过行程阀8并进人无杆腔。因此进油路上的总压降为
回油路上,液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀 4和单向阀13的流量都是15。75L／min，然后与液压泵的供油合并,经行程阀8流人无杆腔.由此可算出快进时有杆腔压力机与无杆腔压力p1之差。

此值与估计值基本相符。
（2）工进
工进时，油液在进油路上通过电液换向阀4的流量为0。5L/min,在调速阀9处的压力损失为0.5MPa;在背压阀2处的压力损失为0。6MPa，通过顺序阀3的流量是22。24L/min,因此这时折算到进油路上因阀类元件造成的总压力损失为

液压缸回油控的压力p2为

可见此值略大于原估计值。故可按表8-27中公式重新计算公进时液压缸进油腔压力p1,即

此值略高于查表中数值。
考虑到压力继电器可靠动作需要压力差Δpe=0。5MPa，估工进时溢流阀9的调压应

（3)快退
快退时,油液在进油路上通过换向阀4和单向阀11的流量为31.5L/min；油液在回油路上通过单向阀12的流量都是63L/min。因此进油路上总压降为

此值小于原估计值，所以液压泵驱动机的功率是足够的.回油路上总压降为

此值与查表中的估计值相近，故不必计算。所以,快退时液压泵的工作压力pp应为

因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1。582Mpa
（二）验算油液温升
共进在整个工作循环过程中所占的时间比例达95%(见前），所以系统发热和油液温升可按工作时的工况来计算。为简便起见，本题采用上述“系统的发热功率计算方法之二"来进行计算。
工进时液压缸的有效功率为

液压泵通过顺序阀2的流量为=15.75L/min，由表查得该阀在额定流量=63L/min时的压力损失Δ=0.3MPa，故此阀在工作时的压力损失

液压泵工作时的工作压力=7.86MPa，流量=0.6L/min，所以两个液压泵的总输入功率为

计算得液压系统的发热功率为

计算出油箱的散热面积为

由表查得油箱的散热系数K=9W/(）,则求出油液温升为

查表知,此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必设置冷却器。

总结
通过对液压与气压传动的学习和对本次液压与气压课程设计的理解，使我学到了很多知识，尤其对设计有了新的认识。
设计往往离不开自己的阅历，知识固然可以从书本上学到不少，但是经验的积累却必须通过亲自动手才能得到,对别人的经验，自己没有一定知识的基础,要完全理解吸收是一件很不容易的事。
不是说搞设计的一定要会车床，铣床，会烧电焊才可以，但是要知道这些作业特点,再设计时加以充分考虑,才能更好的设计出需要的产品。
可是设计总是为了使用，好的设计必须注意人性化的设计。设计不利于使用,就面临淘汰。我们做设计不光是要站在制造的基础上，还要有创新，但一定要学会继承。现在，全社会都在强调创新，但我们不能一强调创新，就看不起原有的东西。
总之，这次课程设计让我受益匪浅，不仅把一学期所学的知识都回顾并且应用了一遍，加深了对知识的理解，还让我体验了作为一名机械设计师的苦与乐！在以后的学习过程中，一定会与实践相结合，多动手，丰富自己的设计知识，争取早日通过自己的勤奋成为一名合格的机械设计师！

参考文献

1、许福玲 等。《液压与气压传动》.北京：机械工业出版社,2009

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