双头专用车床液压系统设计

目录一、设计任务 (2)1、课程设计题目 (2)2、课程设计任务................................................................................... 错误！未定义书签。

二、液压回路工况分析 (4)1、导程摩擦阻力 (4)2、惯性力 (4)3、工作负载 (5)4、液压缸密封摩擦阻力 (5)三、液压系统主要参数计算 (8)1、预选系统设计压力 (8)2、计算液压缸主要结构尺寸 (8)3、单个液压缸需求的最大流量 (10)4、其他工作阶段的压力、流量和功率 (10)四、制定方案，拟定液压系统图 (11)1、制定液压回路方案 (11)2、合成液压系统图 (12)3、选择液压系统的元件和辅件 (14)(1)液压泵的选择 (14)(2)控制元件的选择 (15)五、液压缸设计1、液压缸结构的拟定 (18)2、液压缸主要几何尺寸的计算 (19)3、液压缸的结构图 (20)六、设计总结 (22)七、参考文献一、设计任务1、课程设计题目某厂欲自行设计制造一台专用车床，用于压缩机连杆两端长轴颈的车削加工。

根据加工工件尺寸较长的特点，拟采用的加工工艺方案为：工件固定，刀具旋转并进给。

车床主要由床身[布有相互平行的V形导轨和平导轨各一条(见图1-1)]和左右两个车削动力头组成，其总体布局如图2-2所示。

工件装夹于床身中部。

两个独立的动力头，通过机械传动带动主轴及刀具旋转实现车床的主运动；进给运动要求采用液压缸实现，即在床身上安装两个液压缸，使其活塞杆与各动力头下部相连，通过液压缸往复运动驱动动力头实现车床的进给运动。

车床加工工件时，车削动力头的进给工作循环为：快进→工进→快退→停止。

已知：移动部件重约是G＝15kN；各车削动力头的最大切削进给抗力(轴向力)估值为Fe＝10kN;主切削力(切向力)Fz＝35kN。

要求动力头的快速进、退速度相等，V1=Vmax=3m/min；错误！未找到引用源。

工进速度无级调整范围为V2=错误！未找到引用源。

.02~1m/min.导轨的静、动摩擦因数分别为错误！未找到引用源。

s=0.2;错误！未找到引用源。

d=0.1。

(2)配置执行元件根据车床的总体布局及技术要求，选择缸筒固定的单杆活塞缸作为驱动车削动力头实现进给运动的液压执行元件。

(3)工况分析由于动力头的快速进退及工作进给阶段的速度已给定，不必进行运动分析。

故仅对液压缸作动力分析，即通过分析计算，确定液压缸总的最大外负载。

液压缸的受力简图如图1-2所示。

图1-1 车床总体布局示意图1，8一车削动力头；2，7一主轴；3，6一连杆轴颈；4一夹具；5一工件(连杆)；9一导轨；10一床身题目要求：1.驱动装置：双作用单出杆活塞缸，头部用间隙式缓冲，尾部用可调缓冲。

2.安装方式：缸前，后盖采用法兰连接，用切向支座与机架固定，活塞杆移动。

3.控制方式：用行程阀快进与工进速度的换接。

设计要求：1.进行工况分析与计算，绘制工况图（包括速度图与负载图）。

2.拟定液压系统原理图，选择标准液压元件，绘制电磁铁动作循环表。

3.进行液压缸设计计算，图纸绘制。

上交材料：1.设计说明书一份。

2.液压系统原理图一张。

3.液压缸装配图及部分零件图一套。

二、液压回路工况分析1、导程摩擦阻力车床工进阶段的导轨受力见图2-2，取摩擦因数fd=1，可算得动摩擦阻力Ffd 1为NG G fF fF F dZdZfd 6036290sin 1.02)3515(1.02)3515(2sin221010331=︒⨯⨯++⨯⨯+=⨯+++=α图2-1 车床导轨受力分析简图车床空载快速进退阶段启动时，导轨受静摩擦阻力Ffs作用，区静摩擦因数fs=0.2，算得N G G f fF s s fs 362145sin 2.02152.02152sin 22101033=︒⨯⨯+⨯⨯=⨯+=α 加速阶段和恒速阶段的动摩擦阻力为N G G dd fd F 181145sin 1.02151.02152sin221010332=︒⨯⨯+⨯⨯=⨯+=αμμ2、惯性力取速度变化量0.02m/s m/min 2.1==∆ν，启动时间s 2.0t =∆。

算得故惯性力N G F 1532.002.081.915t g 103i =⨯⨯=∆∆⨯=ν3、工作负载液压缸拖动车削动力头进给时的工作负载为切削抗力Fe，已知kN 10e=F。

4、液压缸密封摩擦阻力作用于液压缸活塞上密封阻力Fm，用下式估算F Fe cmm1）（η-=式中ηcm-液压缸机械效率，95.0~90.0=ηcm。

取90.0=ηcm，算得启动时得静密封摩擦阻力N F F 10001090.011103e cmm =⨯⨯-=-=）（）（η 恒速时的动密封摩擦阻力估取为静密封摩擦阻力的30%，即F Fms md%30=，即N F Fms md300%30==。

将上述计算过程综合后得到的各工作阶段的液压缸外负载结果列于表2-1和2-2，液压缸的负载循环图、速度循环图见图2。

表2-2 车削动力头液压缸外负载计算结果图2 液压缸的负载循环图、速度循环图由表2-1和表2-2可以看出，最大负载出现在工进阶段 ，其最大值为N F16336max=.三、液压系统主要参数计算1、预选系统设计压力本车床属于半精加工机床，负载最大时为慢速工进阶段，其他工况时载荷都不大，参考表3－1预选液压缸的设计压力MPap 31=。

2、计算液压缸主要结构尺寸为了满足动力头快速进退速度相等的要求并减小液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主公作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A 1与A2应满足A A 221=,即活塞杆直径d 和液压缸内径D 间应满足d=0.71D 。

为了提高动力头的工作平稳性，给液压缸设置一定回油背压。

表3－2 液压执行元件的背压力参考表表3－2，暂取背压0.3MPa ，上已取液压缸机械效率9.0=ηcm，则可算得液压缸无杆腔的有效面积m p P FA cm24616336)(1069.6310)23.03(9.02211-==-=⨯⨯-⨯η从而得液压缸内径mm m A D91091.01069.634441=⨯⨯=-==ππ按GB/T 2348-1993，将液压缸内径圆整为cm mm D10100==。

因A A 221=，故活塞杆直径为mm D d 7110071.071.0=⨯==按GB/T 2348-1993，将活塞杆直径圆整为cm mm d770==.则液压缸有效实际面积为cm DA 5.7810222144=⨯==ππcm d D A 04.40710222222)(4)(4=-=-=ππcm A A A46.38221=-=由于动力头的最低工进速度很低，故需按νminmin 1qA ≥（式3-1）对缸的结构尺寸进行检验：将调速阀的最小稳定流量min /m 50qminL =和活塞最小进给速度m in /2m in /02.0mincm m ==ν代入式3－1，算得cm q252minmin 250==ν结果表明活塞面积可满足最低稳定速度的要求。

差动连接快进时，液压缸有杆腔压力p2必须大于无杆腔压力p1，其差值估取MPa pp p5.012=-=∆，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时0=∆p ；另外，取快退时的回油压力损失为0.6MPa 。

从而算得液压缸在工进阶段的实际工作压力MPa Pa AAp Fpcm47.247.25.7804.403.090.0163361010101064461221=⨯=⨯⨯⨯⨯+=+=--η 它正是系统工作循环中的最高压力。

3、单个液压缸需求的最大流量液压缸最大流量发生在快退阶段，算得单个液压缸的最大流量q 1为min /012.1212012304.40min/1032max 2max1L cmA q==⨯⨯==ν4、其他工作阶段的压力、流量和功率其他由下表可见，快退阶段工作时，输入功率最大，其值为W P594max1=.四、制定方案，拟定液压系统图1、制定液压回路方案a．调速方式与油源方案。

考虑到切削进给传动功率不是很大，低速时稳定性要求较高；加工期间负载变化较大，故采用限压式变量阀供油和调速阀联合的容积节流调速方案，且快进时液压缸差动链接，以满足系统高压小流量和低压大流量的工况特点，从而提高系统效率，实现节能，调速阀设置在进油路上，通过调节通流面积实现液压缸及其拖动的车削动力头的车削进给调速度大小；通过分别调整两个调速阀可使两个车削动力头获得较高同步精度。

b．方向控制方案。

由于系统流量不是太大，故选用三位五通“O”形中位机能的电磁换向阀作主换向阀；本机床加工的轴颈长度尺寸无特殊精度要求，故采用行程控制即活动挡块压下电器行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电来实现自动换向和速度换接。

通过两个电磁铁换向阀的通断组合，可实现两个车削动力头的独立调节。

在调整一个时，另一个应停止。

c．速度换接方案。

快进和和工进的速度换接由二位二通行程阀和远控顺序阀实现，以简化油路，提高换接精度。

工进时进右路和回油路的隔离采用单向阀实现。

d．背压与安全保护。

为了提高液压缸及其驱动的车削动力头的运动平稳性，在液压缸工进时的回油路上设置一溢流阀，以使液压缸在一定的背压下运行。

为了保证整个系统的安全，在泵出口并联一溢流阀，用于防止过载。

e．辅助回路方案。

在液压泵入口设置吸油过滤器，以保证油液的清洁度；在液压泵出口设置压力表及多点压力表开关以便于个压力阀调压时的压力观测。

2、合成液压系统图将上述各液压回路方案进行综合即可组成专用车床的液压系统原理图，图中附表是电磁铁及行程阀的状态表。

以左侧动力头及液压缸21为例说明其工作原理。

a．快进按下启动按钮，电磁铁1Y A通电使换向阀13切换至左位。

由于快进时负荷较小，系统压力不高，故顺序阀9关闭，变量泵2输出最大流量。

此时，液压缸21为差动连接，动力头快进。

西戎的油液流动路线如下。

进油路：变量泵2→换向阀13（左位）→行程阀19（下位）→液压缸21无杆腔。

回油路：液压缸21有杆腔→换向阀13（左位）→单向阀11→行程阀19（下位）→液压缸21无杆腔。

b．工进当动力头快速前进到预定位置时，动力头侧面的活动挡块压下行程阀19，动力头开始车削工件。

此时系统压力升高，在顺序阀9打开的同时，限压式变量泵2自动减小其输出流量，以便与调速阀17的开口相适应。

系统中油液流动路线如下。

进油路：变量泵2→换向阀13（左位）→调速阀17→液压缸21无杆腔。

回油路：液压缸21有杆腔→换向阀13（右位）→顺序阀9→溢流阀（背压阀）→油箱。

c．快退在动力头工作进给到预定位置触动行程开关SQ1时，给出动力头快退信号，电磁铁1YA断电，2YA通电，换向阀13切换至右位，此时系统压力下降；变量泵2的流量又自动增大，动力头实现快退。