液压缸设计说明书

铣削组合机床液压系统用液压缸设计11设计课题1.1设计要求设计一台铣削专用机床液压系统用液压缸，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工件松开。1.2原始数据运动部件的重力为25000N，快进、快退速度为5m/min，工进速度为100～1200mm/min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为20000N，采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm,夹紧力为30000N，夹紧时间为1s。铣削组合机床液压系统用液压缸设计22液压系统的发展概况一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。液压系统在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下：[1]铣削组合机床液压系统用液压缸设计3(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。(3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。(5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。充分利用现有的液压CAD设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用CAD技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。铣削组合机床液压系统用液压缸设计43设计步骤3.1工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图3.1所示。然后计算个阶段的外负载并绘制负载图。液压工所受外负载F包括三种类型，即wfaFFFF(3-1)式中wF——工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本设计中=20000NwF；aF——运动部件速度变化时的惯性负载；fF——导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨fF可由下式求得fRnFfGFG——运动部件重力；RnF——垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；f——导轨摩擦系数，在本设计中去静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1则求得.fsF0225000N5000N(3-2).faF0125000N2500N(3-3)上式中fsF为静摩擦阻力，faF为动摩擦阻力。aGF=gt(3-4)式中g——重力加速度t——加速或减速时间，一般0.010.5ts；——t时间内的速度变化量。在本设计中..a250005F=N4230N9800560(3-5)根据上述计算结果，列出个工作阶段所受的外负载（见表3.1），并画出如图3.2所示的负载循环图。表3.1工作循环各阶段的外负载工作循环外负载()FN工作循环外负载()FN启动、加速fsaFFF9230工进fawFFF2500快进faFF2500快退faFF2500铣削组合机床液压系统用液压缸设计5图1.1速度循环图图2.2负载循环图3.2拟定液压系统3.2.1确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少放热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。3.2.2调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回路上，具有承受负切削力的能力。3.2.3速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，他的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。3.2.4夹紧回路的选择用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以介入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。3.3液压系统的计算3.3.1工作压力p的确定铣削组合机床液压系统用液压缸设计6工作压力p为已知，液压缸的工作压力为3MPa。3.3.2计算液压缸内径D和活塞杆直接d221cm14FDpdp11pD(3-6)式中F——工作循环中最大的外负载。由负载图知最大负载F为22500N。1p——液压缸工作压力2p——按表2可取为0.5MPa,cm为0.95。dD——液压缸内径与活塞杆直径的关系。考虑到快进、快退速度相等，取dD为0.7。cm——液压缸的机械效率，一般取0.90.97cm。在本设计中取0.95cm。在本设计中，...225422500D79710m55010095110750(3-7)根据液压缸内径尺寸系列，将液压缸内径圆整为标准系列[2]直径80Dmm；活塞杆直径d按0.7dD求得56dmm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度min.333minq00510Acm5cm10(3-8)式中minq是由产品样本查的GE系列调速阀AQF30-E10B的最小稳定流量为0.05/minL。调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，即..222222ADd856cm256cm44(3-9)可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。3.3.3计算在各个工作阶段液压缸所需的流量.min.min223d56105m123L44快快(3-10)..min.min223D0812m603L44工工(3-11)铣削组合机床液压系统用液压缸设计7..min.min222223Dd080565m128L44快退快退(3-12)3.3.4液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。工程机械的液压缸，一般是用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算ypD2(3-13)式中——液压缸壁厚(m)；D——液压缸内径(m)；yp——试验压力，取最大工作压力的1.5倍（MPa）；——缸筒材料的许用应力。无缝钢管100MPa。.155803mm2100(3-14)液压缸壁厚算出后，可求出缸体的外径1D1DD2802386mm(3-15)按照工程机械标准液压缸外径尺寸系列[3]，所以取外径为95mm3.3.5液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程确定，参照液压缸活塞行程参数系列选用工作行程为400mm。3.3.6缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖有孔时.y2pt0433D(3-16)无孔时.y2220pDt0433DDd(3-17)式中t——缸盖有效厚度(m)；2D——缸盖止口内径(m)；0d——缸盖孔的直径(m)。在本设计中有孔时....y2p155t0433D043380948mm100(3-18)无孔时铣削组合机床液压系统用液压缸设计8....y2220pD15580t0433D0433801732mmDd1008056(3-19)3.3.7最小导向长度的确定LD40080H60mm202202(3-20)活塞宽度B取..B06D068048mm(3-21)缸盖滑动支承面的长度..1l06D068048mm(3-22)隔套的长度111CHlB60484812mm22(3-23)3.3.8缸体长度的确定液压缸刚体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两短端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。因此取缸体长度=448mm。3.3.9活塞杆稳定性的验算活塞杆的细长比lk为.42ddlklJAl2857644(3-24)柔性系数m取85，末端系数n取2所以，.lkmn12021，采用拉金公式计算[4]..ck2210fA1049000025P49753N15000al1285712nk