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1、液压传动课程设计说明书学 院：机械工程学院专 业：机械制造设计及其自动化班 级：机制四班学 号：11090040122学生姓名：指导教师：2013年6月20日目 录第一章.设计要求及工况分析21.设计要求22.设计参数23.负载与运动分析2第二章.构建液压系统41.确定液压系统的主要参数41.1. 初选液压缸的工作压力41.2. 计算液压缸的主要尺寸42.液压缸各阶段工况53.拟定液压系统原理图73.1. 选择基本回路73.2. 组成液压系统9第三章.计算和选择液压元件121. 确定液压泵的规格和电动机功率121.1. 计算液压泵的最大工作压力121.2. 计算液压泵的流量121.3. 液压泵
2、和电动机的选用122.确定其它元件与辅件132.1. 确定阀类元件及辅件132.2. 确定油管142.3. 确定油箱14第四章.验算液压系统性能161. 验算系统压力损失161.1.快进时的回路压力损失161.2.工进时的回路压力损失171.3.快退时的回路压力损失172. 液压泵的工作压力183. 液压回路和液压系统的效率184. 液压系统发热与温升的验算19总结20第一章. 设计要求及工况分析1. 设计要求设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料工作台快进铣削进给工作台快退手工卸料。2. 设计参数要求设计的动力工作台实现的工作循环是：快进、工进、快退、停止
3、。主要性能参数与性能要求如下：工作台液压缸负载力为；工作台液压缸移动件重力为；工作台快进、快退速度为；工作台工进速度为；工作台液压缸快进行程为；导轨面静摩擦系数为；工作台液压缸工进行程为；导轨面动摩擦系数为；工作台启动时间为。液压缸效率为。3. 负载与运动分析（1） 工作负载：；（2） 摩擦负载：摩擦负载极为导轨的摩擦阻力；（3） 静摩擦阻力：；动摩擦阻力：；（注：为垂直于导轨的工作负载；）（4） 惯性负载：；（注：等于工作台快进、快退速度）（5） 运动时间:快进时间；快退时间；工进时间。（6） 各阶段的总负载与液压缸推力:启动阶段：，;加速阶段：，；快进快退阶段：，；工进阶段：，；反向启动：
4、，。（7） 根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出液压缸推力循环图和速度循环图，如图1所示。图1 和图21第二章. 构建液压系统1. 确定液压系统的主要参数1.1. 初选液压缸的工作压力所设计的动力工作台在工进时负载最大为38200N，在其他情况下负载都不太高，查机械手册下表，参考表1初选液压缸的工作压力为。负载/KN50工作压力/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-55表1 按负载选择工作压力1.2. 计算液压缸的主要尺寸鉴于工作台快进和快退速度相等，可选用单活塞杆式差动液压缸（），快进时液压缸差动连接。工进时为防止铣削时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背
5、压，查机械手册下表，参考表选择背压为。系统类型背压力/MPa简单系统或节轻载流调速系统0.2-0.5回油路带调速阀的系统0.4-0.6回油路设置有背压阀的系统0.5-1.5用补油泵的闭式回路0.8-1.5回油路较复杂的工程机械1.2-3表2 执行元件背压力在工进过程中，液压缸的受力如下图。图2 液压缸受力图所以，由图可得工进阶段的方程式；所以无杆活塞腔的直径为11.28cm。由于选择单活塞杆式差动液压缸作为执行元件，快进快退的速度相等，则。参考表3和表4取标准值为，。81012162025324050638090100110125140160180200220表3 液压缸的内径尺寸系列4568
6、10121416182022252832364045505663708090100110125140160180200表4 活塞杆直径系列所以可得：无杆腔面积：；有杆腔面积：2. 液压缸各阶段工况 根据计算出液压缸尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率。（1）快进启动阶段：推力：；进油腔压力：；（2）快进加速阶段：推力：；进油腔压力：；回油腔压力：；（注：为液压缸差动链接时，回油口到进油口之间的压力损失，取）（3）快进恒速阶段：推力：进油腔压力：；回油腔压力：；输入流量：；输入功率：。（4）工进阶段：推力：进油腔压力：；回油腔压力：即为背压；输入流量：；输入功率：。（5）快退
7、启动阶段：推力：；进油腔压力：；（6）快退加速阶段：推力：；进油腔压力：；回油腔压力：；（7）快退恒速阶段：推力：进油腔压力：；回油腔压力：；输入流量：；输入功率：。（注：快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。）图3 液压缸工况图3. 拟定液压系统原理图3.1. 选择基本回路（1）选择调速回路：由图3 可知，这台铣床液压系统功率较小，工作台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可用进口节流调速回路。为防止工进后期负载突然消失引起运动部件前冲，所以在回油路上加背压阀。由于系统采用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。（2）选择油源形式：从图3可以得到，液压缸要求油源提供
8、快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比为：其相应的时间之比：。由此可得，在一个工作周期内大部分时间处于高压小流量工作。所以可选用限压式变量泵或双联叶片泵做油源。由于前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，所以选用双联叶片泵方案，如下图。图4 双联泵（3）选择快速运动和换向回路：本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。由于从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减少液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如下图所示。图5 换向回路
9、（4）选择速度换接回路：由于工作台由快进转为工进时，由于,所以速度变化大，为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如下图所示。图6 选择速度换接回路（5）选择调压和卸荷回路：工作台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在工作台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在工作台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。3.2. 组成液压系统将已选的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，即得到完整的液压系统工作原理图，如下图所示。图7 液压系统工作原理图电磁铁动作循环表如下： 元件动作1YA2YA行程阀压力继电器快进+工进
10、+（+）快退+（）停止表5 电磁动作循环表在图7中，为了解决工作台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6；为了避免机床停止工作时回油路中的油液流会油箱，导致空气进入系统，影响工作台运动的平稳性，添置了一个单向阀13；因为铣床对位置定位精度要求较高，增设了一个压力继电器14，当工作台碰上挡块后，系统压力上升，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。第三章. 计算和选择液压元件1. 确定液压泵的规格和电动机功率1.1. 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，经过第二章的计算得到液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为，若在调速阀进口节流阀调速回路中，选取
11、进油路上的总压力损失为，由于压力继电器的可靠动作要求压差，所以小流量泵的最高工作压力估算为：。大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，快进和快退时的最大工作压力为快退加速阶段，由于快退时进油不通过调速阀，所以取进油路上的总压力损失为，则大流量泵的最高压力估算为：。1.2. 计算液压泵的流量经过第二章的计算可知，油源向液压缸输入的最大流量为，取回油路泄露系数（一般取1.11.3），则两个泵的总流量为；由于溢流阀的最小稳定流量为，工进时的流量为，则小流量泵的流量最小为。1.3. 液压泵和电动机的选用考虑液压泵存在容积损失，并且泵的额定压力应比上述最大工作压力高20%-60%，以便留有一定的压力储备，
12、所以。额定流量则只须满足上述最大流量即可。根据以上压力和流量数值查阅机械设计手册4（第二版）23-89页，选取PV2R12-6/30型双联叶片泵。其额定压力是14MPa，小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和30mL/r，转速范围为750r/min1800 r/min，当液压泵的转速时，其理论流量分别为5.46L/min和27.3L/min，取液压泵的容积效率，则液压泵的实际输出流量为4.37 L/min和21.84 L/min。由于该液压泵的总效率为，根据下表可得，符合叶片泵的效率范围。液压泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵总效率0.6-0.70.6-0.750.8-0.850.65-0.8
13、表6 液压泵的总效率电动机的选择依据是功率和转速，电动机的转速为，电动机功率为：。查机械设计手册5（第二版）35-19页，选择规格相近的三相异步电动机Y2-90L-6，其额定功率为1.1KW，额定转速为910r/min。2. 确定其它元件与辅件2.1. 确定阀类元件及辅件 根据系统的最高压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，选出所需的阀类元件及辅件如下表，其中，溢流阀9按小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用Q6B型，其最小稳定流量为0.03L/min，小于本系统工进时的流量0.43L/min。序号元件名称规格型号额定流量L/min额定压力MPa1双联叶片泵PV2R126/304.37/21.8
14、4*142三位五通电液换向阀E35ZY63636.33行程阀22C63BH636.34调速阀Q6B66.35单向阀I100B1006.36单向阀I100B1006.37液控顺序阀XY 63B636.38背压阀B10B106.39溢流阀Y10B106.310单向阀I100B1006.311滤油器XU80200806.312压力表开关K6B13单向阀I100B1006.314压力继电器PFB8L14表7 各液压元件型号与规格（*注：此为电动机额定转速为910r/min时的流量。）2.2. 确定油管在选择标准液压泵以后液压缸在一个运动周期内各阶段的运动速度以及输入和流出液压缸的流量与初计算值不同，重
15、新计算如下。（1）快进阶段：输入流量：；排出流量：；移动速度：。（2）工进阶段：输入流量：；排出流量：；移动速度：。（3）快退阶段：输入流量：；排出流量：；移动速度：。所以可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度基本符合设计要求。根据以上参数，按下表推荐的管道内允许速度取，为了统一规格，所选管道均为内径18mm的冷拔钢管。管道吸油管道压油管道回油管道推荐流速（m/s）0.51.5，一般取1以下36，压力高，管道短，粘度小，取大值1.53表8 允许流量推荐值2.3. 确定油箱油箱的容量按式估算，为经验系数，低压系统；高压系统；高压系统。取，得。查标准油箱容量表，取油箱容量为。46.31025406
16、310016025031540050063080010012501600200031504000表9 油箱容量标准第四章. 验算液压系统性能1. 验算系统压力损失由于系统管路位置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。取进、回油管道长为，油液的运动粘度取。且电液换向阀和行程阀的额定压力损失为，单向阀为。1.1. 快进时的回路压力损失因为进油管中，所以此时进油管中是层流。进油管的沿程损失为：由于管道结构未确定，进油管的局部损失约为：因为进油管中，所以此时回油管中是层流。回油管的沿程损失为：进油管的局部损失约为：快进时，进油路中的油液通过换向阀2和行程阀3，但是通过换向阀的流量为25.88L/min，
17、通过行程阀3的流量为49.56L/min，所以两处的压力损失为：同样，快进时回油路中的油液由于通过电液换向阀2、单向阀6和行程阀3，且通过前两者的流量为23.35L/min，后者为49.56 L/min，所以回油路在这三处的压力损失为：由此得进油路上总压力损失为：回油路上总压力损失为：将回油路上的压力损失折算到进油路上，就可求出快进时回路中的整个压力损失为：1.2. 工进时的回路压力损失工进时进入液压缸的流量极少，进油路和回油路上的压力损失很小，可忽略不计，但工进时进油路上的油液通过调速阀4，回油路上的油液通过顺序阀7和背压阀8。为了保证工进时的速度稳定，使调速阀上有0.5MPa的压降，背压阀
18、上有0.8MPa的压降，所以工进回路中的整个压力损失为：1.3. 快退时的回路压力损失因为进油管中，所以此时进油管中是层流。进油管的沿程损失为：由于管道结构未确定，进油管的局部损失约为：因为进油管中，所以此时回油管中是层流。回油管的沿程损失为：进油管的局部损失约为：快退时，进油路中的油液通过换向阀2和行程阀3，但是通过换向阀的流量为25.88L/min，通过行程阀3的流量为26.21L/min，所以两处的压力损失为：同样，快退时回油路中的油液由于通过电液换向阀2、单向阀6和行程阀3，且通过前两者的流量为55.63L/min，后者为26.21 L/min，所以回油路在这三处的压力损失为：由此得进
19、油路上总压力损失为：回油路上总压力损失为：将回油路上的压力损失折算到进油路上，就可求出快退时回路中的整个压力损失为：2. 液压泵的工作压力小流量泵在工进时的工作压力可以按求出，为液压缸最高工作压力，为总的管路损失（一般取0.20.5MPa，管路复杂取0.51.5MPa）。由于中已将背压折算在内，所以这里的只需考虑进油路的损失。所以小流量泵的工作压力为：。大流量泵以快退时的工作压力为最高，根据与上述相同考虑，其最大工作压力最大为：。3. 液压回路和液压系统的效率在该液压系统中，快进时间；快退时间；工进时间。在整个循环周期内，工进所用时间占94%，所以系统效率只需计算工进的情况即可。工进时，计算回
20、路效率。，而且，经顺序阀7卸荷的大流量泵在通过该阀的压力损失按：估计，所以，。所以可得：。系统总效率为：。4. 液压系统发热与温升的验算系统在工进时的发热与温升最大，因此只须验证工进阶段的发热与温升。工进时液压缸的负载为，移动速度为，所以输出功率为：。输入功率为:。由此得液压系统的发热量：。系统中的油液温升的值近似为：在温升的许可范围内，不用采取冷却措施。温升的许可范围如下表一般机床数控机床粗加工机械，工程机械许可温升（摄氏度）25-302535-45表10 机床许可温升总结 经过一周的努力，液压传动课程设计终于结束了，以前对专业课的学习一直停留在课本上，在这一周的学习中，深感自己专业知识的匮乏以及课本知识与实际联系的紧密型，以后一定要努力学好专业知识。其次，在这里要感谢帅俊峰老师的悉心指导和帮助，谢谢老师。