专用钻床液压系统设计

机械与电子工程系液压传动课程设计任务书班级：12机制姓名：学指导老师：一．设计题目：专用钻床的液压系统设计二．设计目的（1）巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法；（2）正确合理的的确定执行机构，运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的高效的液压系统；（3）熟悉并运用有关国家标准，设计手册和产品样本等技术资料。

三．设计要求设计一个专用钻床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：快进—工进—快退—停止（卸荷）。

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较。

从中选择你认为更好的一种进行系统元件选择计算。

四．设计时间：2015年6月8日---2015年6月14日五．设计参数参数数值静摩擦因数fs 0.2动摩擦因数fd 0.1 往复运动的加减时间S 0.2 切削阻力N 16000 快进、快退速度（m/min) 5.4 工进速度（mm/min） 3 快进行程（mm）380工进行程（mm）135工作部件重量N 11000目录一、前言 ................................. 错误！未定义书签。

二、钻床的液压系统工况分析 ................ 错误！未定义书签。

三、液压系统的原理图拟定及设计 ............ 错误！未定义书签。

3.1供油方式 (9)3.2调速方式的选择 (3)3.3速度换接方式的选择................................................ 错误！未定义书签。

3.4绘制液压系统图........................................................ 错误！未定义书签。

四、液压系统的计算和液压元件的选择 (13)4.1工作压力P的确定...................................4.2液压缸的主要尺寸的确定 (18)4.3稳定速度的验算 (19)4.4计算在各工作阶段液压缸的所需流量......... 错误！未定义书签。

4.5液压泵的选择 (21)4.6电动机的选择 (21)4.7液压阀的选择......................................4.8液压油管的设计.................................4.9油箱容量的选择...................................五、液压系统性能验算 (21)5.1压力损失的验算.............................................................................................5.2系统温升的验算....................................................................................................六、液压缸转配图 .......................................................................... 错误！未定义书签。

七、总结及感想 ........................... 错误！未定义书签。

八、参考文献 (27)一、前言液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

液压传动的基本原理:液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。

其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

采用液压传动技术与控制的机床，可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及速度换接性能，易于实现自动工作循环，对提高生产效率，改进产品质量和改善劳动条件，都起着十分重要的作用。

本文针对专用钻床的液压系统进行设计。

二．钻床的液压系统工况分析根据所给设计参数绘制运动部件的速度循环图，如图2-1所示。

然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。

液压缸所受外负载F 包括三种类型，即：a f w F F F F ++= (2-1)式中 w F —工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力， 在本设计中w F 为17100N ；a F —运动部件速度变化时的惯性负载；f F —导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，对于平导轨f F 可由下式得：)(rn f F G f F += (2-2)式中 G —运动部件重力；rn F —垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；f —导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

则求得：0.2110002200fs F N =⨯= 0.1110001100fs F N =⨯=式中 fs F —静摩擦阻力；faF —动摩擦阻力。

tv g G a F ∆∆= (2-3) 式中 g —重力加速度；t ∆—加速或减速时间，取0.2；v ∆—速度差。

在本设计中11000 4.8505.109.80.1560a F N =⨯=⨯根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载，见表2-1，并画出如图2-2所示的负载循环图表2-1工作循环各阶段的外负载图2-2负载循环图工作循环外负载N F工作循环外负载N F加速a f F F F +=1605 工进fa w F F F +=17100快进=F fa F1100快退 =F fa F1100 启动n s F F f =⨯2200图2-3速度循环图三．液压系统的原理图拟定及设计（第一种设计方案）3.1供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低；而在快进、快退时负载较小，速度较高。

从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。

现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。

3.2调速方式的选择调速方案对液压系统的性能起到决定性的作用。

调速方案包括节流调速、容积调速和容积－节流调速三种。

选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性、液压缸活塞杆的运动情况和调速范围以及经济性能因素，最后选出合适的调速方案。

需考虑到系统本身的性能要求和一些使用要求以及负载特性，参照表3-1。

表3-1 各种调速方式的性能比较主要性能节流调速容积调速回路容积-节流调速回路简式节流调速系统带压力补偿阀的节流调速系统变量泵、定量马达流量适应功率适应进油节流及回油节流旁路节流调速阀在进油路调速阀在旁油路及溢流节流调速回路负载特性速度刚度差很差好较好好承载能力好较差好较好好调速范围大小大较大大功率特性效率低较低低较低最高较高高发热大较大大较大最小较小小成本低较低高小最高液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。

节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。

容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。

油液的净化装置是液压源中不可缺少的。

一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤，为防止系统中杂质流回油箱。

本设计采用容积—节流调速，所以使用变量泵供油.（第二种设计方案）3.3速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路。

它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳性较差。

若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

3.4液压系统原理图图3-4 液压系统原理图1—双作用液压缸2—二位三通电磁换向阀3—单向调速阀4—三位四通电磁换向阀5—压力表6—溢流阀7—液压泵8—电动机9—油箱表3-2电磁铁动作顺序表1YA 2YA 3YA快进＋－＋工进＋－－快退－＋－四、液压系统的计算和液压元件的选择4.1工作压力p 的确定。

液压缸的工作负载（N ） <50005000~10000 10000~20000 20000~30000 30000~50000 >50000液压缸的工作压力（MPa)0.8~11.5~22.5~33~44~55~7 按工作负载选定工作压力表4-1工作负载为17100N,可根据负载大小查表4—1取液压缸工作压力P 为3MPa 。

4.2液压缸的主要尺寸的确定（1）缸筒内径D液压缸的缸筒内径D 是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D ，再从GB2348—80标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。

根据负载和工作压力的大小确定D ： D=cmP F ηπ1max4 (4-1) 式中 p 1—缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；F max —最大作用负载。

负载图知最大负载F 为17100N ，查表可取2p 为0.5MPa ，根据341p 得液压缸的机械效率取cm η为0.96，考虑到快进、快退速度相等，取Dd为0.5。

上述数据代入公式：⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=2121114D d p pcmp FD ηπ可得：()254171000.09153.1430100.96110.530D m ⨯==⎧⎫⎡⎤⨯⨯⨯--⎨⎬⎣⎦⎭⎩根据表2.-4得液压缸内径D 系列圆整为标准系列直径D=100mm 。

（2）活塞杆外径d活塞杆直径d,按 d=0.5D 及查表2-5得活塞杆直径系列去d=50mm 。

则液压杆的有效作用面积为： 有无活塞杆 计算公式面积cm2 有活塞杆 ()22114A D d π=-58.9 无活塞杆2214A D π=78.5（3）液压缸壁厚和外径的计算液压的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。