某立式組合機床的動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)

某立式組合機床的動力滑臺液壓傳動系統(tǒng),立式,組合,機床,動力,液壓,傳動系統(tǒng) 液壓課程設(shè)計任務(wù)書 一.設(shè)計題目： 某立式組合機床的動力滑臺采用液壓傳動，已知切削負載28500N滑臺工進速度50mm/min，快進、快退速度6m/min，滑臺（包括滑臺上的動力頭）的質(zhì)量1500kg，滑臺對導(dǎo)軌的法向作用力1500N，往復(fù)運動的加、減速時間0.05s，滑臺采用平面導(dǎo)軌，靜動摩擦系數(shù)分別為0.2和0.1，快速行程為100mm，工進行程為180mm，設(shè)計該組合機床的液壓系統(tǒng)和液壓缸。 二.課程設(shè)計目的 本課程設(shè)計是學(xué)生學(xué)完《液壓與氣動技術(shù)》基礎(chǔ)專業(yè)課程之后進行的一個綜合性和實踐性很強的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過課程設(shè)計,能綜合運用所學(xué)基本理論以及學(xué)到的實踐知識進行的基本訓(xùn)練，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的思維和方法，專用元件和通用元件的參數(shù)確定。通過給定設(shè)計題目，初步掌握確定壓力，進行缸的主要參數(shù)的初步確定，按系列要求確定缸體和活塞桿的直徑。然后確定其他元件的參數(shù)，最后進行效核。通過液壓課程設(shè)計，提高學(xué)生分析和解決實際液壓問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究和工程技術(shù)工作打下較堅實的基礎(chǔ)。 三.課程設(shè)計內(nèi)容 (一)對題目進行分析,初步計算確定缸體和活塞的直徑 (二)繪制液壓缸裝配圖(2A) (三)2個零件圖(3A) (四)說明書一份 四.課程設(shè)計的基本要求 (一)課程設(shè)計要求 1.要有勤于思考刻、苦鉆研的學(xué)習(xí)精神和嚴肅認真、一絲不茍、精益求精的態(tài)度。 2.學(xué)生必須獨立完成設(shè)計任務(wù)，嚴禁抄襲、剽竊他人成果或找人代做等行為，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按舞弊行為論處。 3.掌握相關(guān)課程的基本理論與基本知識，概念清楚，設(shè)計計算正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，實驗數(shù)據(jù)可靠，繪圖符合標(biāo)準，說明書撰寫規(guī)范。 4.課程設(shè)計期間學(xué)生的考勤與紀律按學(xué)校有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。要嚴格遵守學(xué)習(xí)紀律，遵守作息時間，不得遲到、早退和曠課。因事、因病不能參加設(shè)計，需履行請假手續(xù)，否則按曠課論處。 5.課程設(shè)計期間要愛護公物、搞好環(huán)境衛(wèi)生，保證設(shè)計場所整潔、文明、安靜。嚴禁在設(shè)計場所嬉戲或開展其他休閑娛樂活動。 (二)通過本課程設(shè)計,應(yīng)使學(xué)生在以下幾方面得到鍛煉： 1.能正確地理解和應(yīng)用液壓知識解決實際問題，進行簡單的系統(tǒng)計算。 2.學(xué)會使用手冊及圖標(biāo)資料.掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱及用途,做到熟練運用。 3.學(xué)生獨立完成設(shè)計任務(wù)內(nèi)容，利用計算機進行輔助設(shè)計，設(shè)計資料符合國家有關(guān)標(biāo)準。 (三)在規(guī)定時間內(nèi)應(yīng)完成以下任務(wù): 1.裝配圖(規(guī)格A2) 2.零件圖二張（規(guī)格A3圖紙） 3設(shè)計說明書一份(參見說明書寫格式) 4.設(shè)計資料裝訂格式： (1)設(shè)計說明書封面(見設(shè)計說明書封面樣板) (2)設(shè)計任務(wù)書 (3)目錄 (4)設(shè)計說明書 (5)總結(jié) 五.成績評定內(nèi)容 1.成績評定應(yīng)綜合以下因素：設(shè)計說明書及設(shè)計圖紙的質(zhì)量，獨立工作能力及設(shè)計過程的表現(xiàn)。 2.課程設(shè)計的成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。 3.五級評分制的評定標(biāo)準 優(yōu)秀：能獨立完成課程設(shè)計工作，方案先進，計算正確，設(shè)計符合規(guī)范要求，說明書敘述透徹，圖面整潔，體現(xiàn)一定的創(chuàng)新能力。設(shè)計過程中表現(xiàn)好，無違紀現(xiàn)象。 良好：能獨立完成課程設(shè)計工作，方案合理，計算正確。設(shè)計符合規(guī)范要求，說明書敘述清楚，圖面清晰。設(shè)計過程中表現(xiàn)較好，無違紀現(xiàn)象。 中等：能完成課程設(shè)計工作，達到要求，計算基本正確，設(shè)計符合規(guī)范要求，說明書敘述比較清楚，圖面基本清晰。設(shè)計過程中表現(xiàn)較好，無違紀現(xiàn)象。 及格：能完成課程設(shè)計工作，基本達到要求，計算基本正確，設(shè)計符合規(guī)范要求，說明書敘述基本清楚，圖面基本清晰。設(shè)計過程表現(xiàn)一般，無違紀現(xiàn)象。 不及格：課程設(shè)計達不到基本要求；說明書敘述不清楚。 六.課程設(shè)計的時間 課程設(shè)計一周時間集中安排,每人一題。先計算確定缸的尺寸后繪制裝配圖和零件圖。最后寫說明書。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院液壓課程設(shè)計說明書 目 錄 1．工況分析………………………………………………………………………………1 2．?dāng)M定液壓系統(tǒng)原理圖……………………………………………………………………2 3．液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 ……………………………………………………7 3.1液壓缸主要尺寸的確定……………………………………………………………3 3.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格………………………………………4 3.3液壓閥的選擇………………………………………………………………………5 3.4確定管道尺寸………………………………………………………………………7 3.5液壓油箱容積的確定………………………………………………………………7 1．工況分析 首先根據(jù)已知條件，繪制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖1.5所示，然后計算各階段的外負載并繪制負載圖。 液壓缸所受外負載F包括三種類型，即 Fw為工作負載，對于金屬切削機床來說，即為沿活塞運動方向的切削力，在本例中為18000N； Fa—運動部件速度變化時的慣性負載； Ff—導(dǎo)軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌可由下式求得 G—運動部件重力； FRn—垂直于導(dǎo)軌的工作負載，事例中為零； f—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，本例中取靜摩擦系數(shù)0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。求得： Ffs=0.2*1500kg*9.8N/kg=2940N Ffa=0.1*1500kg*9.8N/kg=2500N 上式中Ffs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fa為動摩擦阻力。 g—重力加速度； △t—加速度或減速度，一般△t=0.01～0.5s △v—△t時間內(nèi)的速度變化量。在本例中 根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負載(見表1.4)，并畫出如圖1.5所示的 負載循環(huán)圖。 圖1.1 速度與負載循環(huán)圖 表1.4 工作循環(huán) 外界負載F/N 工作循環(huán) 外界負載F/N 啟動加速 F=Ffs+Fa 4470 工進 F=Ffs+Fw 29970 快進 F=Ffs 1470 快退 F=Ffs 1470 2．?dāng)M定液壓系統(tǒng)原理圖 (1)確定供油方式 考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低，而快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱等方面考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。先采用具有壓力反饋功能的限壓式變量泵。 (2)調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。 (3)背壓方式的選擇 由于該機床采用立式，所以選擇液控單向順序閥構(gòu)建平衡回路。 (4)速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)采用電磁換向閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。 最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成圖1.2所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖1.2 液壓系統(tǒng)原理圖 3．液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 3.1液壓缸主要尺寸的確定 1)工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負載大小及機器的類型來初步確定，表1.1取液壓缸工作壓力為4.5MPa。 2)計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負載圖知最大負載F=31547N，按表1.2取p2為0.5Mpa，ηcm為0.95，考慮到快進、快退速度相等，取d／D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式可得 根據(jù)指導(dǎo)書表2.1，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準系列直徑D=100mm；活塞桿直徑d，按d／D= 0.7及表2.2活塞桿直徑系列取d=70mm。 按表2.1及表2.2液壓缸和活塞桿的尺系列，取夾緊液壓缸的D和d分別為100mm及70mm。 按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式可得 式中qmin是由產(chǎn)品樣本查得調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L／min。 本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實際面積，即 可見上述不等式能滿足，液壓缸能達到所需低速。 3)計算在各工作階段液壓缸所需的流量 3.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 1)泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 pp—液壓泵最大工作壓力； p1—執(zhí)行元件最大工作壓力； ∑△p—進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取 0.5～1.5MPa，本例取0.5MPa。 上述計算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足pn≥(1.25～1.6) pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn =1.25 pp=6.25MPa。 2)泵的流量確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為 qp—液壓泵的最大流量； (∑q)min同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量2～3L／min； KL—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.1～1.3，現(xiàn)取KL=1.2。 3)選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的pp和qp，再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量16mL／r，泵的額定壓力6．3MPa，電動機轉(zhuǎn)速1450r／min，容積效率0.85，總效率0.7。 3) 與液壓泵匹配的電動機的選定。首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進時泵輸出的流量減小，泵的功率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.2～1L／min范圍內(nèi)時，可取η＝0.03～0.14。同時還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn)，需要進行驗算，即 　　　　　　　　　　　 Ｐｎ－所選電動機額定功率； ＰＢ－限壓式變量泵的限定壓力； ｑｐ－壓力為ＰＢ時，泵的輸出流量。 首先計算快進時的功率，快進時的外負載為1547Ｎ(考慮機械效率后)，進右路的壓力損失為0.3Ｍｐａ，由公式可得 　　　　 快進所所需電動機的功率為 　　　　　 　　工進時所需電動機功率 　　　　　　　　　　　　　　　 查閱電動機產(chǎn)品樣本，選用Ｙ９０L－４型電動機，其額定功率為1.5ＫＷ，額定轉(zhuǎn)速1400r/min. 根據(jù)產(chǎn)品樣本可查的ＹＢＸ－25的流量壓力特性曲線。再有已知的快進時流量為28.8L／min，工進是的流量0.39Ｌ／ｍｉｎ，壓力為 5 ＭＰａ，做出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線，如 圖所示，查得該曲線拐點處的流量為28.8Ｌ／ｍｉｎ，壓力為3.3ＭＰａ，該工作點對應(yīng)的功率為 　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　所選電動機滿足要求，拐點處能正常工作。 3.3液壓閥的選擇 本液壓系統(tǒng)可采用力士樂系統(tǒng)或GE系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力士樂系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥。方案二：均選用GE系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表1.5所示。 表1.5 液壓元件明細表 序 號 元 件 名 稱 通過流量/L·min-1 型 號 1 過濾器 28.8 XU-B32×100 2 變量葉片泵 28.8 YBX-16 3 單向閥 28.8 AF3-EA10B 4 三位四通電磁閥 24 34EF30-E10B 5 二位三通電磁閥 24 23EF3B-E10B 6 單向行程調(diào)速閥 24 AQF3-E10B 7 二位二通電磁閥 24 8 單向順序閥 0.39 HC※T03B422 9 單向閥 9.4 AF3-EA10B 10 二位四通電磁閥 9.4 24EF3-E10B 11 壓力繼電器 9.4 DP1-63B 12 單向節(jié)流閥 9.4 ALF-E10B 3.4確定管道尺寸 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。本系統(tǒng)主油路流量為差動時流量q=48L／min，壓油管的允許流速取u=4m／s，則內(nèi)徑d為 若系統(tǒng)主油路流量按快退時取q=24L／min，則可算得油管內(nèi)徑d=11.27mm。 綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。吸油管同樣可按上式計算(q=24L／min、v=1.5m／s)，現(xiàn)參照YBX-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。 3.5液壓油箱容積的確定 本例為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的5～7倍來確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。 9