刀銼銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

刀銼銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),銑床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 刀銼銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第一章緒論 第二章 工況分析與方案選擇 2.1技術(shù)要求 2.2工況分析 2.3工作負(fù)載 第三章液壓系統(tǒng) 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3.2組成液壓系統(tǒng) 3.3系統(tǒng)液壓元件、輔件設(shè)計(jì) 第四章 刀銼銑床液壓系統(tǒng)中液壓缸的設(shè)計(jì) 4.1液壓缸的設(shè)計(jì) 4.2液壓缸主要尺寸的確定 4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)論 文獻(xiàn) 摘要：液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng)液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作。完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。 關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)、穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng) 第一章緒論 1.1銑床概述 銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。 1.2液壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。液壓氣動(dòng)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)；氣動(dòng)傳動(dòng)具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要發(fā)展趨勢(shì)如下：1.減少損耗，充分利用能量2.泄漏控制3.污染控制4.主動(dòng)維護(hù) 第二章 工況分析與方案選擇 2.1技術(shù)要求 刀銼銑床采用缸筒固定的液壓缸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，臥式布置，，完成工件銑削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件采用機(jī)械方式夾緊。工作臺(tái)由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：快進(jìn)—→工進(jìn)—→快退—→停止。工作臺(tái)除了機(jī)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)。刀銼銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)如表一所列。 表一　刀銼銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 工況 行程 (mm) 速度 (m/s) 時(shí)間 t(s) 運(yùn)動(dòng)部件重力G(N) 銑削負(fù)載Fe(N) 啟動(dòng)、制動(dòng)t(s) 快速 300 0.075 t1 5500 - 0.05 4 工進(jìn) 100 0.016～0.001 t2 9000 6.25～10 快退 400 0.075 t3 - 5.33 2.2工況分析 工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果見表二 表二 工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果 工 況 計(jì)算公式 外負(fù)載(N) 注：靜摩擦負(fù)載： Ffs=μs(G+Fn)=0.2×(5500+0)=1100(N) 動(dòng)摩擦負(fù)載： Ffd=μd(G+Fn)=0.1×(5500+0)=550(N) 慣性負(fù)載：Ffd+G/g×△v/△t=5500×0.075/（9.81×0.05）=840(N). △v/△t:平均加速度(m/s2). 啟 動(dòng) F1=Ffs 1100 加 速 F2=Ffd+G/g×△v/△t 1390 快 進(jìn) F3=Ffd 550 工 進(jìn) F4=Fe+Ffd 9550 反向啟動(dòng) F5=Ffs 1100 加 速 F6=Ffd+G/g×△v/△t 1390 快 退 F7=Ffd 550 由表一和表二即可繪制出圖一所示液壓缸的行程特性（L-t）圖、速度特性（v-t）圖和負(fù)載特性（F-t）圖。 圖一　液壓缸的L-t圖、v-t圖和F-t圖 （2）確定主要參數(shù)，編制工況圖 由參考文獻(xiàn)一，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa. 為了滿足工作臺(tái)進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流量，今將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無桿腔的有效面積A1 與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d間應(yīng)滿足：D=d.） 為防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定回油背壓。由參考文獻(xiàn)一，暫取背壓為0.8MPa，并取液壓缸機(jī)械效率ηcm=0.9,則可計(jì)算出液壓缸無桿腔的有效面積。 液壓缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1980,取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm=8cm,因A1=2A2,故活塞桿直徑為 則液壓缸的實(shí)際有效面積為 差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無桿腔壓力P1；其差值估取△P= P2- P1=0.5MPa,并注意到啟動(dòng)瞬間液壓缸尚未移動(dòng)，此時(shí)△P=0；另外，取快退時(shí)的回油壓力損失為0.5MPa。 根據(jù)上述假定條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，并可繪出其工況圖（圖二）。 表三 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 F（N） 回油腔壓力 P2(MPa) 工作腔壓力 P1(MPa) 輸入流量 q(L/mm) 輸入功率 N(W) 快進(jìn) 啟動(dòng) 1100 - 0.48 - - 加速 1390 0.5 1.12 - - 恒速 550 0.5 0.74 10.8 133.2 工進(jìn) 9550 0.8 2.52 0.3~4.98 12.6~202 快退 啟動(dòng) 1100 - 0.49 - - 加速 1390 0.5 1.62 - - 恒速 550 0.5 1.24 10.8 232.5 圖二　液壓缸的工況圖 2.3工作負(fù)載 摩擦阻力 慣性負(fù)荷 查液壓缸的機(jī)械效率，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表表1所示： 表1 　液壓缸各階段的負(fù)載情況 工　況 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 液壓缸推力/N 啟　　動(dòng) 1100 1222.22 加　　速 1390.98 1545.53 快　　進(jìn) 550 611.11 工　　進(jìn) 3960.46 4400.51 快　　退 550 611.11 第三章 液壓系統(tǒng) 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 1） 選擇液壓回路 ①調(diào)速回路與動(dòng)力源 由工況圖可以看到，液壓系統(tǒng)在快速進(jìn)退階段，負(fù)載壓力較低，流量較大，且持續(xù)時(shí)間較短；而系統(tǒng)在工進(jìn)階段，負(fù)載壓力較高、流量較小，持續(xù)時(shí)間較長。同時(shí)注意到銑削加工過程中銑削里的變化和順銑及逆銑兩種情況，為此，采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路。 這樣，可以保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和速度穩(wěn)定。在確定主要參數(shù)時(shí)，已決定快速進(jìn)給時(shí)液壓缸采用差動(dòng)連接，所以所需動(dòng)力源的流量較小，從簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)，此處選用單定量泵供油。 ②油路循環(huán)方式 由于上已選用節(jié)流調(diào)速回路，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)方式。 ③換向與速度換接回路 綜合考慮到銑床自動(dòng)化程度要求較高、但工作臺(tái)終點(diǎn)位置的定位精度要求不高、工作臺(tái)可機(jī)動(dòng)也可手動(dòng)、系統(tǒng)壓力低流量小、工作臺(tái)換向過渡位置不應(yīng)出現(xiàn)液壓沖擊等因素，選用三位四通“Y”型中位機(jī)能的電磁滑閥作為系統(tǒng)的主換向閥。選用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。通過電氣行程開關(guān)控制換向閥電磁鐵的通斷電即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向和速度換接。 ④壓力控制回路 在泵出口并聯(lián)一先導(dǎo)式溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時(shí)在溢流閥的遠(yuǎn)程控制口連接一個(gè)二位二通的電磁換向閥，以便一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝卸工件時(shí)，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動(dòng)。 3.2組成液壓系統(tǒng) 在主回路初步選定的基礎(chǔ)上，只要增添一些必要的輔助回路便可組成完整的液壓系統(tǒng)了。如：在液壓泵進(jìn)口（吸油口）設(shè)置一過濾器；出口設(shè)一壓力表及壓力表開關(guān)，以便觀測(cè)液壓泵的壓力。經(jīng)過整理所組成的液壓系統(tǒng)如圖三所示，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)作順序如表四。 圖三刀銼銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 1—過濾器 2—定量葉片泵 3—壓力表開關(guān) 5—先導(dǎo)式溢流閥 6—二位二通電磁換向閥 7—單向閥 8—三位四通電磁換向閥 9—單向調(diào)速閥 10—二位三通電磁換向閥 11—液壓缸 表四刀銼銑床液壓系統(tǒng)動(dòng)作順序表 信 號(hào) 來 源 動(dòng) 作 名 稱 電磁鐵工作狀態(tài) 1YA 2YA 3YA 4YA 按下啟動(dòng)按鈕 工作臺(tái)快進(jìn) + - + + 壓下工進(jìn)行程開關(guān) 工作臺(tái)工進(jìn) + - - + 壓下快退行程開關(guān) 工作臺(tái)快退 - + - + 壓下液壓泵卸載行程開關(guān) 液壓泵卸載 - - - - 注：“+”——通電；“-”——斷電。行程開關(guān)安裝在液壓缸經(jīng)過的路徑上。 快進(jìn)回路：進(jìn)油：1→2→7→8→11;回油：10→8。 工進(jìn)回路：進(jìn)油：1→2→7→8→11;回油：10→9→8→油箱。 快退回路：進(jìn)油：1→2→7→9→10;回油：11→8→油箱。 卸載：1→2→5→6→油箱。 3.3系統(tǒng)液壓元件、輔件設(shè)計(jì) （1）液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī) 由液壓缸的工況圖二或表三可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，p1=2.52MPa。此時(shí)缸的輸入流量較小，且進(jìn)油路元件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失估取為△p=0.5MPa.則液壓泵的最高工作壓力pp為 Pp≥p1+△p=2.52+0.5=3.02(MPa) 考慮壓力儲(chǔ)備，液壓泵的最高壓力為 Pp =3.02(1+25%)=3.77(MPa) 液壓泵的最大供油量qp按液壓缸的最大輸入流量（10.8L/mm）進(jìn)行估算。取泄露系數(shù)K=1.1，則 qp≥1.1×10.8L/min=11.88L/min 按第七章表7-108查得：YB1-10型單級(jí)葉片泵能滿足上述估算得出的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為6.3MPa，公稱排量V=10mL/min，額定轉(zhuǎn)速為n=1450r/min。現(xiàn)估取泵的容積效率ηv=0.85，當(dāng)選用轉(zhuǎn)速n=1400r/min的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，泵的流量為 qp =Vnηv=10×1400×0.85=11.90（L/min）≈12(L/min) 由工況圖二可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，查表1-13取泵的總效率為ηp=0.75,則 選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：由參考文獻(xiàn)一表7-134查得，Y90S-4型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1400r/min,額定功率為1.1kW。 　　根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可算出液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)、出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間（見表五），從而為其他液壓元件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定基礎(chǔ)。 （2）液壓控制閥和部分液壓輔助元件 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號(hào)規(guī)格如表六所列。 表五 液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)出流量、運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間 工作階段 流量（L/min） 速度（m/s） 時(shí)間（s） 無桿腔 有桿腔 快 進(jìn) 工 進(jìn) 最高速度時(shí) 最低速度時(shí) 快 退 注：工進(jìn)階段只計(jì)算了調(diào)速上限時(shí)的參數(shù)。 表六刀銼銑床液壓系統(tǒng)中控制閥和部分輔助元件的型號(hào)規(guī)格 序 號(hào) 名 稱 通過流量 (L/min) 額定流量 (L/min) 額定壓力 (Mpa) 額定壓降 (Mpa) 型號(hào)規(guī)格 1 過濾器 12 16 1 - XU-A16×80J 3 壓力表開關(guān) 12 - 6.3 - K-3B 4 壓力表 - - 測(cè)壓范圍 0～10 - Y-60 5 溢流閥 12 25 6.3 卸荷壓力0.15 Y-25B 6 二位二通電磁閥 2.4 10 6.3 <0.2 22D-10BH 7 單向閥 12 6.3 25 <0.2 I-25B 8 三位四通電磁閥 24 6.3 25 <0.25 34D-25B 9 單向調(diào)速閥 12 6.3 25 <0.3(調(diào)速閥) <0.2(單向閥) QI-25B 10 二位三通電磁閥 12 6.3 25 <0.2 23D-25H 注:考慮到液壓系統(tǒng)的最大壓力均小于6.3Mpa,故選用了廣州機(jī)床研究所的中低壓系列液壓元件；單向調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.07L/min,小于系統(tǒng)最低工進(jìn)速度時(shí)的流量0.15 L/min。 （3）其他輔助元件及液壓油液 1）管件 由表五可知，流經(jīng)液壓缸無桿腔和有桿腔油管的實(shí)際最大流量分別為24 L/min和12 L/min。查表取油管內(nèi)油液的允許流速為4 L/min，分別算得無桿腔油管的管徑d無和d有為 查表JB827-66，同時(shí)考慮制作方便，兩根油管均選用18×2（外徑18mm，壁厚2mm）的10號(hào)冷拔無縫鋼管（YB231-70）；查手冊(cè)得管材的抗拉強(qiáng)度為 412MPa，查表取安全系數(shù)n=8，對(duì)管子的強(qiáng)度進(jìn)行校核： 所選的管子壁厚安全。 其他油管，可直接按所連接的液壓元、輔件的接口尺寸決定其管徑大小。 2) 油箱 取ζ=6，算得液壓系統(tǒng)中的油箱容量為 3）液壓油液 根據(jù)所選用的液壓泵類型，選用牌號(hào)為L-HH32的油液，其運(yùn)動(dòng)粘度為32mm2/s。 4計(jì)算液壓系統(tǒng)技術(shù)性能 （1） 驗(yàn)算壓力損失 由于本系統(tǒng)的管路布局尚未確定,故僅按式: 估算閥類元件的壓力損失。 快進(jìn)階段液壓缸差動(dòng)連接，有桿腔的油液經(jīng)二位三通換向閥流入無桿腔，根據(jù)表三和表五中的數(shù)值，可求得有桿腔壓力p2與無桿腔p1之差： 將其折算到進(jìn)油路上，可求得此階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失為： 工進(jìn)階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失： 快退階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失： 　　盡管上述計(jì)算結(jié)果與估取值不同，但不會(huì)是系統(tǒng)工作壓力超過其能達(dá)到的最高壓力。 （2） 確定系統(tǒng)調(diào)整壓力 根據(jù)上述計(jì)算可知：液壓泵也即溢流閥的調(diào)整壓力應(yīng)為工進(jìn)階段的系統(tǒng)工作壓力和壓力損失之和，即 （3） 估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和升溫 由表五的數(shù)據(jù)可看到，本液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)持續(xù)時(shí)間中，快速進(jìn)退僅占8%，而工作進(jìn)給達(dá)92%（按最低進(jìn)給速度計(jì)），所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升可概略用工進(jìn)時(shí)的數(shù)值來代表。 可算出工進(jìn)階段的回路效率 前已取液壓泵的總效率ηp=0.75和液壓缸的總效率ηcm=ηA=0.9，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率 足見工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)效率很低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。 根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計(jì)算公式可得工進(jìn)階段的發(fā)熱功率 取散熱系數(shù)K=15W/(m·℃)算得系統(tǒng)溫升為 此溫升超出了許用范圍△t=35℃，為此，采取兩條措施：通過適當(dāng)加大油箱容量（即V=7×12=84L）以增大油箱散熱面積，采用風(fēng)扇冷卻[即取K=20W/（m2·℃）]。 從而滿足了許用溫升要求。 第四章 刀銼銑床液壓系統(tǒng)中液壓缸的設(shè)計(jì) 4.1液壓缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)前面設(shè)計(jì)可知數(shù)據(jù)： 1. 液壓缸的工作壓力：p=3Mpa。 2. 無桿腔有效面積： 3. 有桿腔有效面積： ， 其中：。 4. 液壓缸內(nèi)徑：D=70mm,活塞桿直徑d=56mm.其中。 5. 工作行程：L=400mm。 6. 工作循環(huán)中最大外負(fù)載：F=9550N。 4.2液壓缸主要尺寸的確定 1.缸工作壓力的確定： 取p=3Mpa。 2.液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 為了防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定回油背壓，暫取背壓為0.8Mpa,并取機(jī)械效率為ηcm=0.9。 D=70mm, d=56mm, 其中。 對(duì)于選定后的液壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即A>Amin 顯然，由已知可得滿足速度穩(wěn)定要求。 3.液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算： 由公式：δ≥PyD/2[σ]計(jì)算。 式中：δ——液壓缸壁厚（m）; σ——液壓缸內(nèi)徑（m）； Py——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍（Mpa）; [σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力。在這用高強(qiáng)度鑄鐵，其值為：[σ]=60Mpa. 計(jì)算可得：δ=2.63 （取Py=1.5p=4.5Mpa）. 則缸體的外徑D1為： D1≥D+2δ=75.3 4.液壓缸工作行程的確定 已知：L=400mm. 5.缸蓋厚度的確定 前缸蓋： 后缸蓋： 式中：t——缸蓋有效厚度（m）； D2——缸蓋止口內(nèi)徑（m）； D0——缸蓋孔的直徑（m）。 6.最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。按下式： 式中：L——液壓缸的最大行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。 圖四 液壓缸的導(dǎo)向長度 活塞的寬度B一般?。海?.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定： 當(dāng)D<80mm時(shí),取=（0.6~1.0）D; 當(dāng)D>80mm時(shí),取=（0.6~1.0）d. 為保證最小導(dǎo)向長度H,若過分增大和B都是不適合的,必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值.隔套的長度C由需要的最小導(dǎo)向長度H決定,即 取=0.8D=56mm,B=0.6D=42mm則：C=7 7.缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端蓋的厚度，一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20～30倍。而缸體長度為： L2=D+t=70+7.7=77.7 顯然，滿足所需條件。 8.活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算 活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程L而定。對(duì)于工作行程中受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長度L與其直徑d之比大于15時(shí)，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。而L/d=400/56=7.14<15?；钊麠U穩(wěn)定性好。 4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.缸體與缸蓋的連接形式 一般來說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時(shí)，使用鑄鐵；p＜20MPa時(shí)，使用無縫鋼管；p＞20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。 如圖所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖五(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖五(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖五(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖五(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖五(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。 圖五 缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) (a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式 1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺帽6—拉桿 在此使用鑄鐵，選用法蘭連接。 2.活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 可以把短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體，這是最簡(jiǎn)單的形式。但當(dāng)行程較長時(shí)，這種整體式活塞組件的加工較費(fèi)事，所以常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。圖六所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式。 圖六(a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負(fù)載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。圖六(b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖六(b)中活塞桿5上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖六(c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖六(d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。 圖六 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式 3.活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 選用導(dǎo)向套導(dǎo)向。因?qū)蛱啄p后便于更換，應(yīng)用普遍。 4.活塞及活塞桿處密封圈的選用 圖七 密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封 圖七(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖七(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖七(c)、圖七(d)所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 對(duì)于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 在此選O形圈加擋圈密封。 5.液壓缸的緩沖裝置 緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。 在此選三角槽式節(jié)流緩沖裝置。見參考文獻(xiàn)一圖2-4。 活塞5的兩端開有三角槽，前后缸蓋3、8上的鋼球7起單向閥的作用。當(dāng)活塞啟動(dòng)時(shí)，壓力油頂開鋼球進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞接近缸的端部時(shí)，回油路被活塞逐漸封閉，使液壓缸油只能通過活塞上軸向的三角槽緩慢排出，形成緩沖液壓阻力。節(jié)流口的通流面積隨活塞的移動(dòng)而逐漸減小，活塞運(yùn)動(dòng)速度逐漸減慢，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)緩沖。 6.液壓缸的排氣裝置 液壓缸在安裝過程中或長時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。一般可在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置如圖八(a)所示的放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥〔見圖八(b)、(c)〕。 圖八 放氣裝置 1—缸蓋2—放氣小孔3—缸體4—活塞桿 7.液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 1）.液壓缸的安裝形式（見參考文獻(xiàn)一圖2-13） 選尾部外法蘭連接形式。 2）.液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定（見參考書一表2-14） 知進(jìn)、出油口安裝尺寸為：M27×2。 3）.液壓缸用耳環(huán)安裝結(jié)構(gòu)（見參考文獻(xiàn)一表2-15） 采用帶軸套的單耳環(huán)結(jié)構(gòu)。 4）.桿用單耳環(huán)國際標(biāo)準(zhǔn)安裝尺寸（見參考書一表2-16） 具體參數(shù)如下： 型號(hào) 活塞桿直徑 缸筒內(nèi)徑 公稱力（N） ΦKK CK(H9) EM(H13) ER(max) CA(Js13) AW(min) LE(min) 60 70 160 320000 M48×2 56 70 59 126 63 63 結(jié)論 　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)的一次綜合性的檢測(cè)，它是我們走向社會(huì)前的一次實(shí)踐。設(shè)計(jì)到此全部完成，歷時(shí)五個(gè)月。通過此次設(shè)計(jì)，對(duì)液壓系統(tǒng)有了較深層次的理解與詮釋。本次設(shè)計(jì)的是刀銼銑床的液壓系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)其液壓缸也進(jìn)行了設(shè)計(jì)。掌握了一般的設(shè)計(jì)理論和方法，能夠設(shè)計(jì)刀銼銑床液壓系統(tǒng)。但由于經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，其中也存在很多不足之處，懇請(qǐng)老師指正。 參考文獻(xiàn): 1、《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，楊培元、朱福元主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 2、《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)》第三版，官忠范主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 3、《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，煤炭工業(yè)部、煤炭科學(xué)研究院上海研究所主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 4、《袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè)》第二版，劉新德主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 5、《液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，高等工程專科學(xué)校機(jī)制及液壓教學(xué)研究會(huì)液壓組主編。 6、《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》第二版，何存興、張鐵華主編，華中科技大學(xué)出版社。 7、《金屬鉆削機(jī)床液壓傳動(dòng)》，章宏甲主編，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社。 8、《工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)》，李芳民主編，人民交通出版社。 9、《新編液壓工程手冊(cè)》，雷天覺主編，北京理工大學(xué)出版社。 10、《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集》，周士昌主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 刀銼銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第一章緒論 第二章 工況分析與方案選擇 2.1技術(shù)要求 2.2工況分析 2.3工作負(fù)載 第三章液壓系統(tǒng) 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3.2組成液壓系統(tǒng) 3.3系統(tǒng)液壓元件、輔件設(shè)計(jì) 第四章 刀銼銑床液壓系統(tǒng)中液壓缸的設(shè)計(jì) 4.1液壓缸的設(shè)計(jì) 4.2液壓缸主要尺寸的確定 4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)論 文獻(xiàn) 摘要：液壓系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng)液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作。完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多。 關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)、穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng) 第一章緒論 1.1銑床概述 銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。 1.2液壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。液壓氣動(dòng)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)；氣動(dòng)傳動(dòng)具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要發(fā)展趨勢(shì)如下：1.減少損耗，充分利用能量2.泄漏控制3.污染控制4.主動(dòng)維護(hù) 第二章 工況分析與方案選擇 2.1技術(shù)要求 刀銼銑床采用缸筒固定的液壓缸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，臥式布置，，完成工件銑削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件采用機(jī)械方式夾緊。工作臺(tái)由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：快進(jìn)—→工進(jìn)—→快退—→停止。工作臺(tái)除了機(jī)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)。刀銼銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)如表一所列。 表一　刀銼銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 工況 行程 (mm) 速度 (m/s) 時(shí)間 t(s) 運(yùn)動(dòng)部件重力G(N) 銑削負(fù)載Fe(N) 啟動(dòng)、制動(dòng)t(s) 快速 300 0.075 t1 5500 - 0.05 4 工進(jìn) 100 0.016～0.001 t2 9000 6.25～10 快退 400 0.075 t3 - 5.33 2.2工況分析 工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果見表二 表二 工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果 工 況 計(jì)算公式 外負(fù)載(N) 注：靜摩擦負(fù)載： Ffs=μs(G+Fn)=0.2×(5500+0)=1100(N) 動(dòng)摩擦負(fù)載： Ffd=μd(G+Fn)=0.1×(5500+0)=550(N) 慣性負(fù)載：Ffd+G/g×△v/△t=5500×0.075/（9.81×0.05）=840(N). △v/△t:平均加速度(m/s2). 啟 動(dòng) F1=Ffs 1100 加 速 F2=Ffd+G/g×△v/△t 1390 快 進(jìn) F3=Ffd 550 工 進(jìn) F4=Fe+Ffd 9550 反向啟動(dòng) F5=Ffs 1100 加 速 F6=Ffd+G/g×△v/△t 1390 快 退 F7=Ffd 550 由表一和表二即可繪制出圖一所示液壓缸的行程特性（L-t）圖、速度特性（v-t）圖和負(fù)載特性（F-t）圖。 圖一　液壓缸的L-t圖、v-t圖和F-t圖 （2）確定主要參數(shù)，編制工況圖 由參考文獻(xiàn)一，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa. 為了滿足工作臺(tái)進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流量，今將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無桿腔的有效面積A1 與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d間應(yīng)滿足：D=d.） 為防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定回油背壓。由參考文獻(xiàn)一，暫取背壓為0.8MPa，并取液壓缸機(jī)械效率ηcm=0.9,則可計(jì)算出液壓缸無桿腔的有效面積。 液壓缸內(nèi)徑： 按GB/T2348-1980,取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm=8cm,因A1=2A2,故活塞桿直徑為 則液壓缸的實(shí)際有效面積為 差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無桿腔壓力P1；其差值估取△P= P2- P1=0.5MPa,并注意到啟動(dòng)瞬間液壓缸尚未移動(dòng)，此時(shí)△P=0；另外，取快退時(shí)的回油壓力損失為0.5MPa。 根據(jù)上述假定條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，并可繪出其工況圖（圖二）。 表三 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載 F（N） 回油腔壓力 P2(MPa) 工作腔壓力 P1(MPa) 輸入流量 q(L/mm) 輸入功率 N(W) 快進(jìn) 啟動(dòng) 1100 - 0.48 - - 加速 1390 0.5 1.12 - - 恒速 550 0.5 0.74 10.8 133.2 工進(jìn) 9550 0.8 2.52 0.3~4.98 12.6~202 快退 啟動(dòng) 1100 - 0.49 - - 加速 1390 0.5 1.62 - - 恒速 550 0.5 1.24 10.8 232.5 圖二　液壓缸的工況圖 2.3工作負(fù)載 摩擦阻力 慣性負(fù)荷 查液壓缸的機(jī)械效率，可計(jì)算出液壓缸在各工作階段的負(fù)載情況，如下表表1所示： 表1 　液壓缸各階段的負(fù)載情況 工　況 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 液壓缸推力/N 啟　　動(dòng) 1100 1222.22 加　　速 1390.98 1545.53 快　　進(jìn) 550 611.11 工　　進(jìn) 3960.46 4400.51 快　　退 550 611.11 第三章 液壓系統(tǒng) 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 1） 選擇液壓回路 ①調(diào)速回路與動(dòng)力源 由工況圖可以看到，液壓系統(tǒng)在快速進(jìn)退階段，負(fù)載壓力較低，流量較大，且持續(xù)時(shí)間較短；而系統(tǒng)在工進(jìn)階段，負(fù)載壓力較高、流量較小，持續(xù)時(shí)間較長。同時(shí)注意到銑削加工過程中銑削里的變化和順銑及逆銑兩種情況，為此，采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路。 這樣，可以保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和速度穩(wěn)定。在確定主要參數(shù)時(shí)，已決定快速進(jìn)給時(shí)液壓缸采用差動(dòng)連接，所以所需動(dòng)力源的流量較小，從簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)，此處選用單定量泵供油。 ②油路循環(huán)方式 由于上已選用節(jié)流調(diào)速回路，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)方式。 ③換向與速度換接回路 綜合考慮到銑床自動(dòng)化程度要求較高、但工作臺(tái)終點(diǎn)位置的定位精度要求不高、工作臺(tái)可機(jī)動(dòng)也可手動(dòng)、系統(tǒng)壓力低流量小、工作臺(tái)換向過渡位置不應(yīng)出現(xiàn)液壓沖擊等因素，選用三位四通“Y”型中位機(jī)能的電磁滑閥作為系統(tǒng)的主換向閥。選用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。通過電氣行程開關(guān)控制換向閥電磁鐵的通斷電即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向和速度換接。 ④壓力控制回路 在泵出口并聯(lián)一先導(dǎo)式溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時(shí)在溢流閥的遠(yuǎn)程控制口連接一個(gè)二位二通的電磁換向閥，以便一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝卸工件時(shí)，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動(dòng)。 3.2組成液壓系統(tǒng) 在主回路初步選定的基礎(chǔ)上，只要增添一些必要的輔助回路便可組成完整的液壓系統(tǒng)了。如：在液壓泵進(jìn)口（吸油口）設(shè)置一過濾器；出口設(shè)一壓力表及壓力表開關(guān)，以便觀測(cè)液壓泵的壓力。經(jīng)過整理所組成的液壓系統(tǒng)如圖三所示，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)作順序如表四。 圖三刀銼銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng) 1—過濾器 2—定量葉片泵 3—壓力表開關(guān) 5—先導(dǎo)式溢流閥 6—二位二通電磁換向閥 7—單向閥 8—三位四通電磁換向閥 9—單向調(diào)速閥 10—二位三通電磁換向閥 11—液壓缸 表四刀銼銑床液壓系統(tǒng)動(dòng)作順序表 信 號(hào) 來 源 動(dòng) 作 名 稱 電磁鐵工作狀態(tài) 1YA 2YA 3YA 4YA 按下啟動(dòng)按鈕 工作臺(tái)快進(jìn) + - + + 壓下工進(jìn)行程開關(guān) 工作臺(tái)工進(jìn) + - - + 壓下快退行程開關(guān) 工作臺(tái)快退 - + - + 壓下液壓泵卸載行程開關(guān) 液壓泵卸載 - - - - 注：“+”——通電；“-”——斷電。行程開關(guān)安裝在液壓缸經(jīng)過的路徑上。 快進(jìn)回路：進(jìn)油：1→2→7→8→11;回油：10→8。 工進(jìn)回路：進(jìn)油：1→2→7→8→11;回油：10→9→8→油箱。 快退回路：進(jìn)油：1→2→7→9→10;回油：11→8→油箱。 卸載：1→2→5→6→油箱。 3.3系統(tǒng)液壓元件、輔件設(shè)計(jì) （1）液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī) 由液壓缸的工況圖二或表三可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，p1=2.52MPa。此時(shí)缸的輸入流量較小，且進(jìn)油路元件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失估取為△p=0.5MPa.則液壓泵的最高工作壓力pp為 Pp≥p1+△p=2.52+0.5=3.02(MPa) 考慮壓力儲(chǔ)備，液壓泵的最高壓力為 Pp =3.02(1+25%)=3.77(MPa) 液壓泵的最大供油量qp按液壓缸的最大輸入流量（10.8L/mm）進(jìn)行估算。取泄露系數(shù)K=1.1，則 qp≥1.1×10.8L/min=11.88L/min 按第七章表7-108查得：YB1-10型單級(jí)葉片泵能滿足上述估算得出的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為6.3MPa，公稱排量V=10mL/min，額定轉(zhuǎn)速為n=1450r/min?，F(xiàn)估取泵的容積效率ηv=0.85，當(dāng)選用轉(zhuǎn)速n=1400r/min的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，泵的流量為 qp =Vnηv=10×1400×0.85=11.90（L/min）≈12(L/min) 由工況圖二可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，查表1-13取泵的總效率為ηp=0.75,則 選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：由參考文獻(xiàn)一表7-134查得，Y90S-4型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1400r/min,額定功率為1.1kW。 　　根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可算出液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)、出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間（見表五），從而為其他液壓元件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定基礎(chǔ)。 （2）液壓控制閥和部分液壓輔助元件 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號(hào)規(guī)格如表六所列。 表五 液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)出流量、運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間 工作階段 流量（L/min） 速度（m/s） 時(shí)間（s） 無桿腔 有桿腔 快 進(jìn) 工 進(jìn) 最高速度時(shí) 最低速度時(shí) 快 退 注：工進(jìn)階段只計(jì)算了調(diào)速上限時(shí)的參數(shù)。 表六刀銼銑床液壓系統(tǒng)中控制閥和部分輔助元件的型號(hào)規(guī)格 序 號(hào) 名 稱 通過流量 (L/min) 額定流量 (L/min) 額定壓力 (Mpa) 額定壓降 (Mpa) 型號(hào)規(guī)格 1 過濾器 12 16 1 - XU-A16×80J 3 壓力表開關(guān) 12 - 6.3 - K-3B 4 壓力表 - - 測(cè)壓范圍 0～10 - Y-60 5 溢流閥 12 25 6.3 卸荷壓力0.15 Y-25B 6 二位二通電磁閥 2.4 10 6.3 <0.2 22D-10BH 7 單向閥 12 6.3 25 <0.2 I-25B 8 三位四通電磁閥 24 6.3 25 <0.25 34D-25B 9 單向調(diào)速閥 12 6.3 25 <0.3(調(diào)速閥) <0.2(單向閥) QI-25B 10 二位三通電磁閥 12 6.3 25 <0.2 23D-25H 注:考慮到液壓系統(tǒng)的最大壓力均小于6.3Mpa,故選用了廣州機(jī)床研究所的中低壓系列液壓元件；單向調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.07L/min,小于系統(tǒng)最低工進(jìn)速度時(shí)的流量0.15 L/min。 （3）其他輔助元件及液壓油液 1）管件 由表五可知，流經(jīng)液壓缸無桿腔和有桿腔油管的實(shí)際最大流量分別為24 L/min和12 L/min。查表取油管內(nèi)油液的允許流速為4 L/min，分別算得無桿腔油管的管徑d無和d有為 查表JB827-66，同時(shí)考慮制作方便，兩根油管均選用18×2（外徑18mm，壁厚2mm）的10號(hào)冷拔無縫鋼管（YB231-70）；查手冊(cè)得管材的抗拉強(qiáng)度為 412MPa，查表取安全系數(shù)n=8，對(duì)管子的強(qiáng)度進(jìn)行校核： 所選的管子壁厚安全。 其他油管，可直接按所連接的液壓元、輔件的接口尺寸決定其管徑大小。 2) 油箱 取ζ=6，算得液壓系統(tǒng)中的油箱容量為 3）液壓油液 根據(jù)所選用的液壓泵類型，選用牌號(hào)為L-HH32的油液，其運(yùn)動(dòng)粘度為32mm2/s。 4計(jì)算液壓系統(tǒng)技術(shù)性能 （1） 驗(yàn)算壓力損失 由于本系統(tǒng)的管路布局尚未確定,故僅按式: 估算閥類元件的壓力損失。 快進(jìn)階段液壓缸差動(dòng)連接，有桿腔的油液經(jīng)二位三通換向閥流入無桿腔，根據(jù)表三和表五中的數(shù)值，可求得有桿腔壓力p2與無桿腔p1之差： 將其折算到進(jìn)油路上，可求得此階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失為： 工進(jìn)階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失： 快退階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失： 　　盡管上述計(jì)算結(jié)果與估取值不同，但不會(huì)是系統(tǒng)工作壓力超過其能達(dá)到的最高壓力。 （2） 確定系統(tǒng)調(diào)整壓力 根據(jù)上述計(jì)算可知：液壓泵也即溢流閥的調(diào)整壓力應(yīng)為工進(jìn)階段的系統(tǒng)工作壓力和壓力損失之和，即 （3） 估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和升溫 由表五的數(shù)據(jù)可看到，本液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)持續(xù)時(shí)間中，快速進(jìn)退僅占8%，而工作進(jìn)給達(dá)92%（按最低進(jìn)給速度計(jì)），所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升可概略用工進(jìn)時(shí)的數(shù)值來代表。 可算出工進(jìn)階段的回路效率 前已取液壓泵的總效率ηp=0.75和液壓缸的總效率ηcm=ηA=0.9，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率 足見工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)效率很低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。 根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計(jì)算公式可得工進(jìn)階段的發(fā)熱功率 取散熱系數(shù)K=15W/(m·℃)算得系統(tǒng)溫升為 此溫升超出了許用范圍△t=35℃，為此，采取兩條措施：通過適當(dāng)加大油箱容量（即V=7×12=84L）以增大油箱散熱面積，采用風(fēng)扇冷卻[即取K=20W/（m2·℃）]。 從而滿足了許用溫升要求。 第四章 刀銼銑床液壓系統(tǒng)中液壓缸的設(shè)計(jì) 4.1液壓缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)前面設(shè)計(jì)可知數(shù)據(jù)： 1. 液壓缸的工作壓力：p=3Mpa。 2. 無桿腔有效面積： 3. 有桿腔有效面積： ， 其中：。 4. 液壓缸內(nèi)徑：D=70mm,活塞桿直徑d=56mm.其中。 5. 工作行程：L=400mm。 6. 工作循環(huán)中最大外負(fù)載：F=9550N。 4.2液壓缸主要尺寸的確定 1.缸工作壓力的確定： 取p=3Mpa。 2.液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 為了防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定回油背壓，暫取背壓為0.8Mpa,并取機(jī)械效率為ηcm=0.9。 D=70mm, d=56mm, 其中。 對(duì)于選定后的液壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即A>Amin 顯然，由已知可得滿足速度穩(wěn)定要求。 3.液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算： 由公式：δ≥PyD/2[σ]計(jì)算。 式中：δ——液壓缸壁厚（m）; σ——液壓缸內(nèi)徑（m）； Py——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍（Mpa）; [σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力。在這用高強(qiáng)度鑄鐵，其值為：[σ]=60Mpa. 計(jì)算可得：δ=2.63 （取Py=1.5p=4.5Mpa）. 則缸體的外徑D1為： D1≥D+2δ=75.3 4.液壓缸工作行程的確定 已知：L=400mm. 5.缸蓋厚度的確定 前缸蓋： 后缸蓋： 式中：t——缸蓋有效厚度（m）； D2——缸蓋止口內(nèi)徑（m）； D0——缸蓋孔的直徑（m）。 6.最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。按下式： 式中：L——液壓缸的最大行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。 圖四 液壓缸的導(dǎo)向長度 活塞的寬度B一般?。海?.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定： 當(dāng)D<80mm時(shí),取=（0.6~1.0）D; 當(dāng)D>80mm時(shí),取=（0.6~1.0）d. 為保證最小導(dǎo)向長度H,若過分增大和B都是不適合的,必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值.隔套的長度C由需要的最小導(dǎo)向長度H決定,即 取=0.8D=56mm,B=0.6D=42mm則：C=7 7.缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端蓋的厚度，一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20～30倍。而缸體長度為： L2=D+t=70+7.7=77.7 顯然，滿足所需條件。 8.活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算 活塞桿長度根據(jù)液壓缸最大行程L而定。對(duì)于工作行程中受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長度L與其直徑d之比大于15時(shí)，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。而L/d=400/56=7.14<15?；钊麠U穩(wěn)定性好。 4.3液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.缸體與缸蓋的連接形式 一般來說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時(shí)，使用鑄鐵；p＜20MPa時(shí)，使用無縫鋼管；p＞20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。 如圖所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖五(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖五(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖五(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖五(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖五(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。 圖五 缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) (a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式 1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺帽6—拉桿 在此使用鑄鐵，選用法蘭連接。 2.活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 可以把短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體，這是最簡(jiǎn)單的形式。但當(dāng)行程較長時(shí)，這種整體式活塞組件的加工較費(fèi)事，所以常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。圖六所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式。 圖六(a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負(fù)載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。圖六(b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖六(b)中活塞桿5上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖六(c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖六(d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。 圖六 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式 3.活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 選用導(dǎo)向套導(dǎo)向。因?qū)蛱啄p后便于更換，應(yīng)用普遍。 4.活塞及活塞桿處密封圈的選用 圖七 密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封 圖七(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖七(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖七(c)、圖七(d)所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 對(duì)于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。 在此選O形圈加擋圈密封。 5.液壓缸的緩沖裝置 緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。 在此選三角槽式節(jié)流緩沖裝置。見參考文獻(xiàn)一圖2-4。 活塞5的兩端開有三角槽，前后缸蓋3、8上的鋼球7起單向閥的作用。當(dāng)活塞啟動(dòng)時(shí)，壓力油頂開鋼球進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞接近缸的端部時(shí)，回油路被活塞逐漸封閉，使液壓缸油只能通過活塞上軸向的三角槽緩慢排出，形成緩沖液壓阻力。節(jié)流口的通流面積隨活塞的移動(dòng)而逐漸減小，活塞運(yùn)動(dòng)速度逐漸減慢，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)緩沖。 6.液壓缸的排氣裝置 液壓缸在安裝過程中或長時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。一般可在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置如圖八(a)所示的放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥〔見圖八(b)、(c)〕。 圖八 放氣裝置 1—缸蓋2—放氣小孔3—缸體4—活塞桿 7.液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 1）.液壓缸的安裝形式（見參考文獻(xiàn)一圖2-13） 選尾部外法蘭連接形式。 2）.液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定（見參考書一表2-14） 知進(jìn)、出油口安裝尺寸為：M27×2。 3）.液壓缸用耳環(huán)安裝結(jié)構(gòu)（見參考文獻(xiàn)一表2-15） 采用帶軸套的單耳環(huán)結(jié)構(gòu)。 4）.桿用單耳環(huán)國際標(biāo)準(zhǔn)安裝尺寸（見參考書一表2-16） 具體參數(shù)如下： 型號(hào) 活塞桿直徑 缸筒內(nèi)徑 公稱力（N） ΦKK CK(H9) EM(H13) ER(max) CA(Js13) AW(min) LE(min) 60 70 160 320000 M48×2 56 70 59 126 63 63 結(jié)論 　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)的一次綜合性的檢測(cè)，它是我們走向社會(huì)前的一次實(shí)踐。設(shè)計(jì)到此全部完成，歷時(shí)五個(gè)月。通過此次設(shè)計(jì)，對(duì)液壓系統(tǒng)有了較深層次的理解與詮釋。本次設(shè)計(jì)的是刀銼銑床的液壓系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)其液壓缸也進(jìn)行了設(shè)計(jì)。掌握了一般的設(shè)計(jì)理論和方法，能夠設(shè)計(jì)刀銼銑床液壓系統(tǒng)。但由于經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，其中也存在很多不足之處，懇請(qǐng)老師指正。 參考文獻(xiàn): 1、《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，楊培元、朱福元主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 2、《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)》第三版，官忠范主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 3、《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，煤炭工業(yè)部、煤炭科學(xué)研究院上海研究所主編，上海科學(xué)技術(shù)出版社。 4、《袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè)》第二版，劉新德主編，機(jī)械工業(yè)出版社。 5、《液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》，高等工程?？茖W(xué)校機(jī)制及液壓教學(xué)研究會(huì)液壓組主編。 6、《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》第二版，何存興、張鐵華主編，華中科技大學(xué)出版社。 7、《金屬鉆削機(jī)床液壓傳動(dòng)》，章宏甲主編，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社。 8、《工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)》，李芳民主編，人民交通出版社。 9、《新編液壓工程手冊(cè)》，雷天覺主編，北京理工大學(xué)出版社。 10、《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集》，周士昌主編，機(jī)械工業(yè)出版社。