卧式双面多轴钻孔组合机床

.wd.液压传动课程设计题目名称卧式双面多轴钻孔组合机床专业班级机械设计制造及其制动化学生姓名刘备学 号5150指导教师机械与电子工程系二一四年 六 月 八日目 录一、任务书4二、设计内容51、工况分析及液压系统图的拟定61.1工况分析71.1.1 工作负载的计算71.1.2 运动分析81.2液压系统图91.3液压系统工作原理分析102、液压缸的分析计算102.1液压缸工作压力的选定112.1.1液压缸内径及活塞杆直径的计算11 2.1.2液压缸工作缸内径的计算11 2.1.3确定活塞杆直径11 2.1.4活塞杆稳定性校核112.2计算液压缸工作阶段的最大流量122.2.1各阶段功率计算12 2.2.2各阶段压力计算12 2.3液压缸主要尺寸的设计计算122.3.1液压缸主要尺寸确实定12 2.3.2液压缸壁厚和外径的计算132.4液压缸工作行程确实定132.4.1缸盖厚度确实定14 2.4.2最小导向长度确实定14 2.4.3缸体长度确实定15 2.4.4液压缸的构造设计15 2.5缸筒与缸盖的连接形式152.5.1活塞152.5.2缸筒162.5.3排气装置162.5.4缓冲装置172.6定位缸的计算172.7夹紧缸的计算183、确定液压泵规格和电动机功率及型号183.1确定液压泵的规格183.2确定液压泵及电动机型号193.2.1确定液压泵型号193.2.2选用电动机型号193.3选用阀类元件及辅助元件204、液压系统的性能计算204.1压力损失及调定压力确实定214.2系统的发热与温升214.3系统的效率22三、总 结23四、参考资料24五、指导教师评阅表25蚌埠学院机械与电子工程系液压传动课程设计任务书班级 姓名 学号 指导教师1.1设计题目: 某卧式双面多轴钻孔组合机床，采用液压传动完成的半自开工作循环为：加紧工作作、右动力部件快进左、右动力部件工进左动力部件快退、右动力部件继续工进左动力部件停顿、右动力部件快退左、右动力部件均停顿、松开工进。参数如下表所示，试设计此组合机床的液压系统。卧式双面多轴钻孔组合机床的参数动力部件名称移动部件总重/N作用力行程/mm速度/(mm/min)往复运动的加速、减速时间/s导轨及摩擦因数夹紧力钻削力快进工进快退快进、快退工进左动力部件92000400013000190251903500600.12平导轨、静动摩擦因数0.2和0.1有动力部件920004000130001903019035001.2设计要求：液压系统图拟定时需要提供2种以上的设计方案的选择比照。从中选择你认为更好的一种进展系统元件选择计算。1.3工作量要求1液压系统图1张A12液压缸装配图1张(A1)3设计计算说明书1份1.4设计时间：2014年6月6日-2014年6月12日 一 工况分析及液压原理图的拟定1.1 工况分析1.1.1工作负载的计算液压缸所受外负载F包括三种类型，即：根据以上计算结果列出各工作阶段所受的外负载见表1.1工况计算公式外负载F/N缸推力F/N启动1840020445加速1193813264快进920010222工进2220024666反向启动1840020445加速+ 1193813264快退9200102221.1.2运动分析按设备要求，把执行原件在完成一个循环时的运动规律用图表示出来，即速度图 a速度图 (b)负载图1.2液压系统原理图1.3液压系统工作原理分析1定位、夹紧按下启动按钮，压力油经过滤器和双联叶片泵流出，此时只有电磁换向阀6 1YA得电，当换向阀左位接入回路而且顺序阀7的调定压力大于液压缸10的最大前进压力时，压力油先进入液压缸10的左腔，实现动作；当液压缸行驶至终点后，压力上升，压力油翻开顺序阀7，实现动作。2左右动力部件快进当工件被定位、夹紧后，定位、夹紧回路中液压油到达某一固定压力值，压力继电器8发出信号，使电磁换向阀3YA、5YA得电，由于液压缸差动连接，实现快进。3左右动力部件工进当左右动力滑台快进至工件时，压下行程开关SQ1，促使电磁换向阀13得电，差动连接消除，实现同时工进。4左动力部件快退，右动力部件继续工进由于左动力部件工进50mm先压下行程开关SQ2，促使电磁换向阀4YA得电，实现快退，而右动力部件工进展程为80mm，所以继续工进。5左动力部件停顿，右动力部件快退当右动力部件继续工进，压下行程开关SQ3促使电磁换向阀4YA失电，6YA得电，实现左动力部件停顿，右动力部件快退。6右动力部件停顿 当右动力部件快退压下行程开关SQ4促使电磁换向阀11的6YA失电回到中位，同时电磁换向阀6的2YA得电，右动力部件停顿运动。7工件松开，拔销，停机卸载 由于电磁换向阀6的2YA得电，换向阀右位接入回路且左顺序阀的调定压力大于液压缸9的最大返回压力，两液压缸那么按和的顺序返回，实现松开，拔销。当回路中液压油到达某一固定压力值，压力继电器17发出信号，使电磁换向阀2YA失电，实现停机卸载。第二章 液压缸的分析计算2.1 液压缸工作压力的选定按工作负载选定工作压力见表2.1液压缸工作负载N50000液压缸工作压力MPa0.811.522.53344557表2.2 按设备类型确定工作压力设备类型机床农用机械或中型工程机械液压机，重型机械，起重运输机械磨床组合机床龙门刨创拉床系统压力MPa0.8224351010152032由以上两个表格可选择液压缸的工作压力为4MPa2.1.1液压缸内径及活塞杆直径的计算2.1.2液压缸工作缸内径的计算由负载图知，最大负载力F为27800N，液压缸的工作压力为4MPa那么2.1.3 确定活塞杆直径活塞杆材料选择45钢取活塞杆直径d=0.5D=50mm,取标准值d=50mm那么液压缸的有效作用面积为：有无活塞杆计算公式有活塞杆58.88无活塞杆78.52.1.4 活塞杆稳定性校核因为右活塞杆总行程为220mm，而活塞杆直径为50mm, L/D=220/40=5.510由上式计算的结果可知，mm，满住稳定性条件。2.2计算液压缸工作阶段的最大流量q快进=A1V快进=10-43.3=27.48L/minq工进=A1V快进=78.510-40.06=0.471L/minq快退=A2V快退=58.8810-43.5=20.61L/min2.2.1 各阶段功率计算2.2.2 各阶段的压力计算2.3液压缸的主要尺寸的设计计算2.3.1液压缸主要尺寸确实定由之前元件参数计算与设计中工作液压缸的内径D=100mm，活塞杆直径d=50mm已确定。2.3.2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体构造中最薄处的厚度。承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。当缸体壁厚与内径之比小于0.1时，称为薄壁缸体，薄壁缸体的壁厚按材料力学中计算公式：(m)式中：缸体壁厚mP液压缸的最大工作压力D缸体内径m缸体材料的许用应力查参考文献得常见缸体材料的许用应力：铸钢：=1000-1100无缝钢管：=1000-1100)锻钢：=1000-1200)铸铁：=600-700)选用铸钢作为缸体材料：在中低压机床液压系统中，缸体壁厚的强度是次要的，缸体壁厚一般由构造，工艺上的需要而定，只有在压力较高和直径较大时，才由必要校核缸体最薄处的壁厚强度。当缸体壁厚与内径D之比值大于0.1时，称为厚壁缸体，通常按参考文献7中第二强度理论计算厚壁缸体的壁厚：因此缸体壁厚应不小于1.3mm，又因为该系统为中低压液压系统，所以不必对缸体最薄处壁厚强度进展校核。缸体的外径为：2.4液压缸工作行程确实定液压缸的工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。由查参考文献表液压缸活塞行程参数GB2349-80 单位/(mm)255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800根据左缸快进和工进展程25+190mm，选择左边液压缸工作行程为220mm。根据右缸快进和工进展程30+190mm，选择右边液压缸工作行程为220mm。2.4.1缸盖厚度确实定缸筒底部即缸盖有平面和拱形两种形式，由于该系统中液压缸工作场合的特点，缸盖宜选用平底形式，查参考文献可得其有效厚度t按强度要求可用下面两式进展近似计算：缸盖有孔时：缸盖无孔时：式中：t缸盖有效厚度m P液压缸的最大工作压力缸体材料的许用压力缸底内径m缸底孔的直径m查参考文献5缸盖的材料选用铸铁，所以：缸盖有孔时：缸盖无孔时：2.4.2最小导向长度确实定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度(图3.1)，如果最小导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，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 2.4.3缸体长度确实定液压缸的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大于内径的23倍,即在本系统中缸体长度不大于20003000mm,现取左缸体长度为250mm，右缸体长度为300mm。2.4.4液压缸的构造设计液压缸主要尺寸确定以后，就进展各局部的构造设计。主要包括：缸筒与缸盖的连接构造、活塞杆与活塞的连接构造、活塞杆导向局部构造、密封装置、缓冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接构造等。2.5缸筒与缸盖的连接形式缸筒与缸盖的连接形式有多种，如法兰连接、外半环连接、内半环连接、外螺纹连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接等。该系统为中低压液压系统，缸体材料为铸钢，液压缸与缸盖可采用外半环连接，该连接方式具有构造简单加工装配方便等特点。2.5.1活塞活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此它于缸筒的配合应适当，即不能过紧，也不能间隙过大。设计活塞时，主要任务就是确定活塞的构造形式，其次还有活塞与活塞杆的连接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。(1)活塞的构造形式活塞的构造形式分为整体活塞和组合活塞，根据密封装置形式来选用活塞构造形式，查参考文献活塞及活塞杆的密封圈使用参数，该系统液压缸中可采用O形圈密封。所以，活塞的构造形式可选用整体活塞，整体活塞在活塞四周上开沟槽，构造简单(2)活塞与活塞杆的连接查参考文献活塞杆与活塞的连接构造分整体式构造和组合式构造，组合式构造又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。该系统中采用螺纹连接，该连接方式构造简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置，多在组合机床上与工程机械的液压缸上使用。3活塞的密封查参考文献活塞与活塞杆的密封采用O形圈密封，因该系统为中低压液压系统(P),所以活塞杆上的密封沟槽不设挡圈,其沟槽尺寸与公差由GB/T3452.3-98确定, O形圈代号为： G GB/T3452.1-92，具体说明从略。4活塞材料因为该系统中活塞采用整体活塞，无导向环构造，参考文献所以活塞材料可选用HT200HT300或球墨铸铁，结合实际情况及毛坯材料的来源，活塞材料选用HT200。5活塞尺寸及加工公差查参考文献5活塞的宽度一般取B=(0.61.0)D,缸筒内径为100mm,现取B=0.6100=60mm,活塞的外径采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm,活塞的内孔直径D1设计为40mm，精度为H8，查参考文献4可知端面T对内孔D1轴线的垂直度公差值按7级精度选取，活塞外径的圆柱度公差值按9级、10级或11级精度选取。外外表的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，外表粗糙度视构造形式不同而各异。2.5.2缸筒缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸体还要求有良好的焊接性能，结合该系统中液压缸的参数、用途和毛坯的来源等，缸筒的材料可选用铸钢。在液压缸主要尺寸设计与计算中已设计出液压缸体壁厚最小厚度应不小于1.79mm，缸体的材料选用铸钢，查参考文献，缸体内径可选用H8、H9或H10配合，现选用H9配合，内径的外表粗糙度因为活塞选用O形圈密封取为0.3，且需珩磨，缸筒内径的圆度和圆柱度可选取8级或9级精度，缸筒端面的垂直度可选取7级精度。缸筒与缸盖之间的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为1153.55 G GB/T3452.1-1992。2.5.3排气装置排气装置用于排除液压缸内的空气，使其工作稳定，一般把排气阀安装在液压缸两端的最高位置与压力腔相通，以便安装后、调试前排除液压缸内的空气，对于运动速度稳定性要求较高的机床和大型液压缸，那么需要设置排气装置，如排气阀等。排气阀的构造有多种形式。该排气阀为整体型排气阀，其阀体与阀芯合为一体，材料为不锈钢3cr13，锥面热处理硬度HRC3844。2.5.4缓冲装置液压缸的行程终端缓冲装置可使带着负载的活塞，在到达行程终端减速到零，目的是消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖的机械撞击，同时也为了降低活塞在改变运动方向时液体发出的噪声。因为该液压系统速度换接平稳，运动速度为5.5m/min37.68L/minDBD-1314,19背压阀14.4EJX63-10116三位四通电磁换向阀0.4825E34DH-10117单向顺序阀19.2AF3-Ea10B18,17压力继电器EYX63-6111,23三位四通电磁换向阀18.84E34DH-25212,22调速阀114.4DBD-61（1） 油管 油管内径一般参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算，在本例中，出油口采用内径为18mm，外径为20mm的紫铜管。（2） 油箱 油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=(57)qp 即V=280L.第四章 液压系统的性能验算4.1压力损失及调定压力确实定根据计算工进时的管道内的油液流动速度约为0.2m/s，通过的流量为1.002L/min。数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降，此时功率损失最大。此时油液在进油管中的速度为(1) 沿程压力损失 首先要判断管中的流态，设系统采用N32液压油。室温为时，所以有：，管中为层流，那么阻力损失系数，假设取进、回油管长度均为2m ，油液的密度为，那么其进油路上的沿程压力损失为2局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装构造而定，一般取沿程压力损失的10%，而后者那么与通过的流量大小有关，假设阀的额定流量和额定压力损失为,那么当通过的额定流量为q时的阀压力损失为因为GE系列10mm通经的阀的额定流量为63L/min,叠加阀10mm通经系列的额定流量为40L/min，而在本例中通过整个阀的压力损失很小，且可忽略不计，快进时回油路上的流量为快进时回油路油管中的流速为由此可计算(2) 总的压力损失(3) 压力阀的调定值双联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足工进的要求，保证双联泵同时向系统供油，因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力卸荷阀的调定压力应取3.7Mpa为宜，溢流阀的调定压力应大于卸荷阀调定压力为0.30.5Mpa取溢流阀的调定压力为5Mpa,背压阀的调定压力以夹紧缸的夹紧力为根据，即取背压阀的调定压力以定位缸的负载为根据即4.2系统的发热与温升1根据以上的计算可知，在工进时电动机的输入功率为快退时电动机的输入功率为快进时电动机输入功率为夹紧时电动机输入功率为2计算各阶段有效功率：快进： 工进： 快退： 夹紧： 3校核热平衡，确定温升现以较大的值来校核其热平衡，求出发热温升，设油箱的三个边长在1:1:11:2:3范围内，那么散热面积为： 假设通风良好，取，油液的温升为在单位时间内液压系统的发热量,p为液压系统输入功率kw,为液压系统总效率。液压的温升为：室温为20，热平衡温度为30.97，没有超出允许范围。4.3系统的效率1工进阶段的回路效率为小流量泵在工进时的工作压力等于液压缸工作腔压力加上进油路上的压力损失及压力继电器比缸工作腔最高压力所答的压力值大流量泵的工作压力就是此泵通过温流阀所产生的损失取溢流阀型号为Y-10B,额定压力6.3MPa,额定压降0.3MPa2行元件的效率本例中液压缸的效率机械效率为，取0.95额定效率，活塞密封为弹性体材质。 压缸总效率可计算出该液压系统的效率：可见工进时液压系统效率极低，这主要是由于溢流损失和节流损失造成的。总 结通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体工程、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了假设何把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题假设何用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建设起来了。为以后的工作积累了经历，增强了信心。参 考 文 献【1】 成大先.机械设计手册.单行本.液压传动.化学工业出版社，北京：2004.1【2】 液压传动课程设计指导书【3】 左健民 液压与气压传动 第四版 机械工业出版社，北京：2007.5【4】张利平液压传动设计指南化学工业出版社, 北京:2009【5】 高等工程专科学校机制工艺及液压教学研究会液压组液压传动设计指导书华中工学院出版社,1987.12【6】 上海煤矿机械研究所液压传动设计手册上海人民出版社,1976.8【7】杨培元，朱福元，液压系统设计简明手册 北京：机械工业出版社，1994【8】雷天觉 液压工程手册 北京：机械工业出版社，2007【9】李万莉。工程机械液压系统设计 上海：同济大学出版社 2011【10】成大先 机械设计手册：第四卷，第五卷 北京：化学工业出版社，2002蚌埠学院本科课程设计评阅表 机械系2014级 机械设计制造及自动化专业班级：班学生姓名学 号课题名称卧式双面多轴钻床指导教师评语：指导教师签名： 年 6 月 日 评定成绩