专用铣床液压系统的设计方案研究张越

专用铣床液压系统的设计方案研究张越2/28HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY液压与气压传动技术课程设计说明书设计题目：专用铣床液压系统的设计学院名称：机械与汽车工程学院专业班级：机电10-3班姓名学号：张越20180710组员：裴洪20180712张启20180709樊高金20180711指导教师：曾亿山成绩:机械与汽车工程学院二零一三年七月二十四日3/28目录摘要………………………………………………………………………3一、设计目的及要求……………………………………………………41.设计目的……………………………………………………………42.设计要求……………………………………………………………4二、设计题目……………………………………………………………4三、工况分析……………………………………………………………51.运动分析……………………………………………………………52.负载分析……………………………………………………………63.绘制液压缸负载图和速度图………………………………………7四、初步确定液压缸的参数……………………………………………8五、拟定液压系统图……………………………………………………15六、选择液压元件………………………………………………………17七、液压系统的性能验算………………………………………………181.液压系统的效率…………………………………………………182.溢流阀的调整压力………………………………………………203.液压系统的效率…………………………………………………204.液压系统的温升…………………………………………………20八、集成块设计…………………………………………………………21九、总结…………………………………………………………………24参考文献………………………………………………………………254/28合肥工业大学课程设计任务书设计题目专用铣床液压系统的设计成绩主要内容某台专用铣床，驱动铣头的电动机功率为7.5kw，铣刀盘形）直径为120mm，转速为350r/min。假定工作平台重量为4×103N，工件和夹具的最大重量为1.5×103N，工作台行程为400mm，其中快进行程300mm，工进行程100mm；快进速度为4.5m/min，工进速度为0.06～1m/min，其往复运动的加速减速）时间为0.05s，工作台用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fu=0.1，试设计铣床的液压系统。指导教师意见签名：200年月日5/28摘要本次液压课程设计的是半自动液压专用铣床的液压设计，专用铣床是根据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性，可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法，正确合理的确定执行机构，选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。在设计过程中最主要的是图纸的绘制，这不仅可以清楚的将所设计的内容完整的显示出来，还能看出所学知识是否已完全掌握了。整个设计过程主要分成六个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、专用铣床的设计、液压系统的设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。关键词专用铣床，液压传动，回路，集成块6/28一、设计目的及要求1、设计目的随着制造业的发展，数控机床的应用越来越广泛，相关数控机床控制技术方面文章本也很多，但对传统控制的了解论述不是很多。在该设计过程中，我们通过掌握的数控机床机械本体、液压等知识设计专用铣床液压系统，为我们走向“机电液类”的工作岗位做好铺垫。本次课程设计要求学生能够具备以下能力：1）掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力。2）正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组成满足基本性能要求的液压系统。3）熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。2、设计要求首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统的动作、性能以及工作环境等要求，具体包括：1）主机的用途、主要结构、总体布局，主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。2）主机的工作循环，液压系统执行元件的工作方式及其工作范围。3）液压执行元件的载荷特性、行程和运动速度大小等。4）主机对液压执行元件的动作顺序或互锁要求。5）对液压系统执行元件动作控制方式、控制精度和液压系统的工作效率、自动化程度等方面的要求。6）对液压系统防尘、防爆、防寒、安全可靠性等的要求。7）其他方面的要求：如体积、重量、经济性等方面的要求。二、设计题目7/28某台专用铣床，驱动铣头的电动机功率为7.5kw，铣刀盘形）直径为120mm，转速为350r/min。假定工作平台重量为4×103N，工件和夹具的最大重量为1.5×103N，工作台行程为400mm，其中快进行程300mm，工进行程100mm；快进速度为4.5m/min，工进速度为0.06～1m/min，其往复运动的加速减速）时间为0.05s，工作台用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fu=0.1，试设计铣床的液压系统。三、工况分析工况分析主要指对液压执行元件的工作情况的分析，即进行运动分析和负载分析。分析的目的是了解工作过程中执行元件的速度、负载变化的规律，并将此规律用用曲线表示出来，作为拟定液压系统方案、确定系统主要参数压力和流量）的依据。1、运动分析由题目要求可知，该专用铣床的运动大致可分分为三个阶段：快进、工进和快退，具体运动过程图见图1。图1液压缸简图以及运动过程图2、负载分析对于该液压缸来说，会受到工作负载Fw、摩擦阻力负载Ff以及惯性负载Fa，下面具体求这些这些力的大小。2.1工作负载Fw8/282.2摩擦阻力负载摩擦阻力又分为静摩擦阻力与动摩擦阻力。静摩擦阻力：动摩擦阻力：2.3惯性负载3、绘制液压缸负载图F-s图）和速度图v-s图）根据上述计算，可列各工况负载及运动时间见表1。通过表1，可以清晰的看出液压缸在何时负载最大，同时也可以看出液压缸运动的速度与时间的的关系。通过表1，可以绘制液压缸的负载图和速度图，如图2和图3。9/28、表1各工况负载及运动时间计算结果工况液压缸负载F/N液压缸推力FC=F/ηcm/N速度v/m.min-1运动时间/s启动F=Ffs=11001222.200加速F=Ffd+Fa=13911545.500快进F=Ffd=5506114.54工进F=Ffd+Fw=3960.544000.06～1100～6快退F=Ffd=5506114.55.310/28图2F-s图图3v-s图11/28四、初步确定液压缸的参数1、初选液压缸的工作压力P1查《液压与气压传动》表10-3各类液压设备常用工作压力，初选P1=3MPa。2、计算液压缸尺寸为了简化专用机床结构，液压缸采用单杆活塞缸，为使快进快退速度相同则用单杆活塞缸的差动连接，无杆腔面积A1与有杆腔面积A2关系为A1=2A2,即活塞杆直径d和液压缸内径D应符合d=0.707D。回油路上有背压阀或调压阀，查《液压与气压传动》表10-4取背压缸背压P2=0.8MPa，差动时回油管路压力损失ΔP=0.5MPa，可得液压缸无杆腔面积A1,取液压缸η=0.95。根据GB/T2348-1993(ISO3320选D=50mm，活塞杆的直d=0.707D=35.6mm,取d=36mm.由此求得液压缸的实际有效工作面积验算满足最低速度要求之面积，按《液压与气压传动》式10.2-6）本液压系统拟采用调速阀节流调速系统，使用国产GE系列调速阀，型号为AQF3-E66B，从样本中可查得其，已知给定。则可得12/28能满足上式要求。3、液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率3.1快进时油缸需要的流量Q快进Q快进=A1-A2）×V快进=19.63-9.46）×4.5×0.1L/min=4.58L/min3.2工进时油缸需要的流量Q工进Q工进=A1×V工进=1.96～0.12L/min3.3快退时油缸需要的流量Q快退Q快退=A2×V快退=9.46×4.5×0.1L/min=4.26L/min3.4工进时油缸的压力其中：F为液压缸推力；P2=0.8MPa；代入得P1=2.74MPa同理可以计算其他工况下的压力。液压缸各工况下压力、流量及功率的计算结果列于表2。13/28表2液压缸所需的实际流量、压力和功率工况负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率计算公式快进启动1222.2—1.20—14/284、绘制液压缸工况图根据表2，可以绘制出液压缸工况图，如图4、5和6。差动加速1545.52.06—恒速6111.14.580.08工进44000.82.741.9～0.120.09快退启动1222.2—1.3—加速1545.52.76—恒速6111.724.260.12215/28图4q-s图图5p-s图16/28图6P-s图5、液压缸主要尺寸的确定5.1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。液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算式中：——液压缸壁厚(m；D——液压缸内径(m；——实验压力，一般取最大工作压力的(1.25-1.5倍；——缸筒材料的许用应力。无缝钢管：。=1.5×25=37.5则δ≥pyD/2[σ]=0.068m在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的17/28刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为D1≥D+2δ=186mm5.2缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时有孔时式中t——缸盖有效厚度(m；——缸盖止口内径(m；——缸盖孔的直径(m。无孔时t≥0.433×36×10-3×(37.5/110=9.1mm取t=10mm有孔时t≥0.433×0.5×10-3×(37.5×50/110(50-36=3mm取t=3mm5.3最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：式中L——液压缸的最大行程；D——液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.6-10D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定；18/28当D80mm时，取；当D80mm时，取。为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即滑台液压缸：最小导向长度H≥L/20+D/2=42.5mm取H=50mm活塞宽度：B=0.6D=30mm缸盖滑动支承面长度：l1=0.6d=21.6≈22mm隔套长度：C=H-(l1+B/2=3所以有隔套。液压缸缸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端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。液压缸：缸体内部长度L=B+l=380mm当液压缸支承长度LB(10-15d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。五、拟定液压系统图1、选择液压基本回路从工况图上可以得出：1）本系统压力、