液压优秀课程设计完成版.docx

目录
一、 设计题目 2
二、负载与运动分析——工况分析 3
1、 工作负载 3
2、 摩擦阻力 4
3、 惯性负载 4
4、绘制负载图和速度图 4
三、初步确定液压缸的参数 5
1、初选液压缸的工作压力。 5
2、计算和确定液压缸的主要结构尺寸排量 6
四、液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算 7
1、 压力计算 7
（1） 快进阶段 7
（2） 工进阶段 7
（3） 快退阶段 8
2、 流量计算 8
（1）、快进（恒速）流量 8
（2）、工进阶段的流量 8
（3）、快退（恒速）流量 8
3、 功率计算 8
（1）、快进（恒速）的功率 8
（2）、工进（最高速度）的功率 8
（3）、快退（恒速）的功率 8
4绘制液压缸的工况图 8
五、拟定液压系统原理图 10
1、 选择液压基本回路 10
2、经整理得图13的液压系统原理图 11
2.1、系统各阶段工作电磁铁状态。 11
2.2、进油回油状况 11
六、选择液压元件 12
1、 液压泵的最高压力计算 12
2、 液压泵的流量计算 12
3、 确定液压泵的规格 12
4、 确定液压泵驱动功率及电机的规格、型号 12
5、 确定阀类元件及辅件 13
6、 确定油管直径 14
7、 确定油箱容积 15
8、 确定油液 15
七、液压系统性能验算 15
1、 验算压力损失 15
1.1、 阀类元件的压力损失。 15
1.2、沿程损失计算 16
1.3、局部阻力损失估算 17
2、 确定系统调整压力 18
4、 液压系统发热与散热计算 18
4.1、系统的总发热量由公式得： 19
4.2、系统的散热量由公式得： 19

一、 设计题目
一台铣头驱动电机功率7.5kw ，铣刀直径为200mm ，转速350rpm 。要求完成以下动作循环：快进——工进——快退——停止；工作台用平导轨。运动部件自重G（N）为4000，快进快退速度v1（m/min）为4，快进行程（mm）为145，工进行程（mm）为68，工进速度v2（mm/min）为60~200，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数fd为0.1，开启制动时间t（s）为0.21.设计其铣床液压系统。
二、负载和运动分析——工况分析

1、 工作负载
液压缸常见工作负载有重力、切削力、挤压力等。阻力负载为正，超越负载为负。

2、 摩擦阻力

，
3、 惯性负载

,取液压缸机械效率为0.9
工　况
负载计算公式
液压缸负载
液压缸推力/N
启　　动

800
888.89
加　　速

529.58
588.42
快　　进

400
444.44
工　　进

2446.28
2718.09
快　　退

400
444.44

4、绘制负载图和速度图
依据工况负载和已知速度和行程，绘制以下所表示速度图（图1）和负载图（图2）：

图1 速度图

图2 负载图
三、初步确定液压缸参数
1、初选液压缸工作压力。
工作压力p可依据图3由负载大小来初步确定液压缸工作压力
故初步选择工作压力为1MP

图3 按负载选择设计压力
2、计算和确定液压缸关键结构尺寸排量

因为要求设计工作台快速进退速度相等，故选择差动液压缸，使无杆腔和有杆腔有效面积为，即杆d和缸D满足d=0.707D.由图4取背压为0.5MPa，回油管路压力损失。

液压缸无杆腔有效面积：

式中 ；
；

液压缸内径：

按图5，将液压缸内径调整为63mm
活塞杆直径：
d=0.707D=0.70763=44.5mm
按图5. 将活塞杆外径调整为45mm

图5缸内径和活塞杆外径系列（GB/T 2348-1993）
故液压缸实际有效面积为

式中，；
。

四、液压缸工作循环中各阶段压力、流量和功率计算
1、 压力计算
（1） 快进阶段
a、 开启时，
b、 加速时，
c、 恒速时，
（2） 工进阶段

（3） 快退阶段
a、 开启时，
b、 加速时，
c、 恒速时，
2、 流量计算
（1）、快进（恒速）流量

（2）、工进阶段流量

（3）、快退（恒速）流量

3、 功率计算
（1）、快进（恒速）功率

（2）、工进（最高速度）功率

（3）、快退（恒速）功率

4绘制液压缸工况图
由上计算压力、流量和功率计算绘制p-l、q-l、P-l工况图

图6 液压缸p-l 图

图7 液压缸 q-l 图

图8 液压缸P-l 图
五、确定液压系统原理图
1、 选择液压基础回路
（1） 该系统流量压力较小，可采取定量泵和溢流阀组成供油源，图9。
（2） 因铣床加工时有顺铣和逆铣两种方法，故采取单向调速阀控制回油节流调速回路，图10。
（3） 换向回路选择三位四通“O”型中位机能电磁换向阀实现液压缸进退和停止，图11。
（4） 采取二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时差动连接，图12.

图9 液压油源 图10 调速节流回路 图11 换向回路

图12 差动回路

2、经整理得图13液压系统原理图

图13 专用铣床液压系统原理图
1-单向定量泵 2-溢流阀 3-压力表 4-单向阀 5-三位四通电磁换向阀
6-液压缸 7- 两位三通电磁换向阀 8-单向调速阀
2.1、系统各阶段工作电磁铁状态。
（1） 当铣床快进时，电磁铁 1YA、3YA工作，2YA不工作。
（2） 当铣床工进时，电磁铁1YA工作，2YA、3YA不工作。
（3） 当铣床快退时，电磁铁2YA工作，1YA、3YA不工作。
（4） 当铣床停止工作时，电磁铁1YA、2YA、3YA全部不工作。
2.2、进油回油情况
快进回路：进油：1-4--5-6；回油：7-5
工进回路：进油：1-4--5-6；回油：7-8-5-油箱
快退回路：进油：1-2-4-5-8-7-6；回油：6-5-油箱
卸载回路：1-2-油箱
六、选择液压元件
1、 液压泵最高压力计算
由工况图6可知液压缸最高工作压力出现在快退阶段，即，因为进油路元件较少，故泵至缸间进油路压力损失估取为，则液压泵最高工作压力为
2、 液压泵流量计算
泵供油流量按液压缸快进（恒速时）阶段流量进行估算，因为采取差动缸回路系统，故液压泵最大流量为

注：式中 系统所需流量
系统泄漏系数，通常取1.1~1.3（因为系统流量较小，故此处取1.1）
液压缸无杆腔和有杆腔有效面积，
液压缸最大移动速度，

3、 确定液压泵规格
依据系统所需流量，拟初选液压泵转速为，泵容积效率，故可算得泵排量参考值为：

依据以上计算结果查阅产品样本，选择规格相近型齿轮泵，泵额定压力为，泵排量为，额定转速为，容积效率为，总效率为。 算得泵额定流量为：

4、 确定液压泵驱动功率及电机规格、型号
由功率循环图8可知，最大功率出现在快退阶段，已知泵总效率为，则液压泵快退所需驱动功率为

查图14得，选择型卧式三相异步电动机，其额定功率0.55KW，转速为1390r/min。则泵实际输出流量为：

仍能满足系统各工况对流量要求

图14 YB系列三相异步电动机关键技术参数图
5、 确定阀类元件及辅件
依据系统最高工作压力和经过各阀类元件及辅件实际流量，查阅产品样本，选出阀类元件和辅件规格图所表示。

序号
名称
经过流量/（L/min）
额定流量/（L/min）
额定压力/MPa
额定压降/MPa
型号
1
定量泵
7.51
7.83
2.5
-
CB-B6
2
溢流阀
7.51
40
2.5
0.2
YF-L10B
3
单向阀
7.51
16
25
<0.2
CIT-02-04
4
三位四通电磁换向阀
6.36
6
16
<0.2
34DF3-E4B
5
液压缸

-
自行设计
6
二位三通电磁换向阀
6.1
10
6.3
<0.2
23D-10B
7
单向调速阀
6.1
6.3
31.5
<0.2
FCG-3-63-A-K

6、 确定油管直径
流经液压缸无杆腔油管实际最大流量为6.36L/min，故有杆腔实际最大流量为

取油液许可流速为，分别算得油管管径为

查图15得，选择外径为10mm，壁厚为1mm10号冷拔无缝钢管

图15

7、 确定油箱容积
油箱容积按
注：-为经验系数，低压系统取2~4，中压系统取5~7，高压系统取6~12，此处取6。
8、 确定油液
依据液压泵类型，选择牌号为L-HM32油液，其运动粘度为
七、液压系统性能验算
1、 验算压力损失

因为本系统管理布局还未确定，故仅按式：

1.1、 阀类元件压力损失。
快进阶段，液压缸差动连接，有杆腔油液经二位三通换向阀流入无杆腔，可求得此处压力损失为：

将其折算到进油路上，进油路上油液经过单向阀、电磁换向阀5进入无杆腔从有杆腔出来后进入电磁换向阀7后回到进油路上，可求得此阶段进油路上阀类元件总压力损失为：

工进阶段，油液经单向阀、电磁换向阀5进入无杆腔可求得此阶段进油路上阀类元件总压力损失为：

快退阶段，油液经单向阀、电磁换向阀5、单向调速阀、电磁换向阀7进入有杆腔可求得此阶段进油路上阀类元件总压力为：

1.2、沿程损失计算
沿程损失和流动类型相关，流动类型用雷诺数来判定，对圆形截面管

式中 管中平均流速
管径
流体运动粘性系数 当>2300时为紊流，当<2300时为层流
故液流状态判定为层流，于是沿程压力损失为：

式中沿程阻力系数，它是和相对粗糙度函数，这里为管壁粗糙度，查图16得为0.02，由图17
管道长度，此处取
液压油密度，此处取

图16

图17
1.3、局部阻力损失估算

局部阻力系数，它和局部阻力形状相关,此处估取取
液压油密度

所以得出总压力损失为:

故此压力值小于选择泵时估量进油路管路压力损失（），所以选择液压泵无需调整。
2、 确定系统调整压力
依据上述计算可知：液压泵也即溢流阀调整压力应为工进阶段系统工作压力和压力损失之和

式中 液压泵工作压力或支路调整压力。

3、 液压系统效率估算
液压系统效率计算，关键考虑液压泵总效率、液压实施器总效率及液压回路效率。可由下式估算

其中，液压泵和液压马达总效率可由产品样本查得。液压回路效率可按下式计算

式中 液压缸负载压力和负载流量（输入流量）乘积，W；
液压泵供油压力和输出流量乘积，W。
前已取液压泵总效率和液压缸总效率，则可算得本液压系统效率

可见工进时液压系统效率很低，这关键是因为溢流损失和节流损失造成。
4、 液压系统发烧和散热计算
液压传动系统工作时，除液压缸驱动外负载输出有效功率外，其它功率全部以热形式损失掉了。其中包含也留沿程压力损失、局部压力损失、各部件机械损失和容积损失等。这些损失能量全部转变为热能，是油液温度升高，从而是油液物理性能发生改变，影响液压系统正常工作。
4.1、系统总发烧量由公式得：

4.2、系统散热量由公式得：

式中 散热系数，，计算时可选择推荐值；通风很差（空气不循环）时，8；通风良好（空气流速为左右）时，14~20；风扇冷却时，20~25；用循环水冷却时，110~175；此处取散热系数;
油箱散热面积，；
系统温升，即系统达成热平衡时油温和环境温度之差，。通常工作机械；工程机械；数控机床
当系统产生热量等于其散发出去热量时，系统达成热平衡，此时

上式，取六面体油箱，当长、宽、高百分比为（1：1：1）~（1：2：3）且液面高度全部是油箱高度0.8倍时，其散热面积近似计算式为

式中 油箱有效容量,。
此温升满足许用范围，故满足发烧和散热平衡！！！！！！