2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料4、提高学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PRO/E等）进行实际工程设计的能力二、液压课程设计题目题目（二）设计一台立式镗孔组合机床液压系统，要求该系统完成：快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止的半自动循环采用平导轨，设计原始数据如下表所示数 参 据数数 据III√IIIIVV切削力（N）1550020000运动部件自重（N）1450015000快进快退速度（m/min）77.56.57.88快进行程（mm）120工进行程（mm）8060657060工进速度（mm/min）30~9030~9030~9030~9030~90启动制动时间t（s）0.050.250.210.230.3试完成以下工作：1、进行工况分析计算，绘制工况图2、拟定并绘制液压系统原理图（A3）图2 立式动力滑台加工示意图3、设计并绘制液压缸结构图（A1）4、编写液压课程设计说明书机床加工示意图如下： 三、液压系统的设计计算（一）明确设计要求 明确主机对液压系统的动作和性能要求。

　　设计一台立式镗孔组合机床液压系统，要求该系统完成：快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止的半自动循环，采用平导轨由设计题目要求可知：1、因有快进快退行程，可知有差动连接装置；2、因快进快退的速度，可知活塞直径D与活塞杆d的关系为：；3、根据题目要求，知道系统为正常工作环境下二）、工况分析1、运动分析工况分析是对液压执行元件的工作情况进行分析，以得到工作过程中执行元件在各个工作阶段中的流量、压力和功率的变化规律，并将其用曲线表示出来，作为确定液压系统主要参数、拟定液压系统方案的依据按设备工作要求和执行元件的运动规律，绘制出执行元件工作循环图，和速度位移图，即速度循环图如下所示：为立式镗孔组合机床运动分析图 快退工 进快进快退工进停止死挡铁停留 2、负载分析 负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环内各个阶段的受力情况1）工作负载 由已知条件，可知：=15000N (2) 摩擦负载 由设计系统要求分析知，该系统摩擦力，即=0 （3）惯性负载 惯性负载是有运动部件的速度变化所引起的，可根据牛顿第二定律确定， 即=ma= 式中，m——运动部件的质量(Kg) a——运动部件的加速度（） G——运动部件的重力（N） g——重力加速度() ——速度的变化量（m/s） ——速度变化所需的时间（s）由已知条件可知：G=13000N其中g=9.8。

　　工进取工进速度时的最大速度90mm/min，即Ft快进工进快退F-t各个阶段的惯性负载计算如下：加速阶段：减速阶段：加速阶段F=663.3737快进阶段F=000减速阶段F=--655.3-728.11工进阶段F=1500016666.67制动阶段F=-14992.0416657.82反向加速阶段F=663.3737反向制动阶段F=--663.3-737快退阶段F=000制动阶段：反向加速阶段：反向制动阶段：取液压缸的机械效率为=0.9，则液压缸的推力为液压缸的各个阶段负载情况，如图所示：按前面的负载分析及已知的速度要求、行程限制等其速度位移曲线启动快进减速工进制动制动快速反向加速活塞杆速度随时间变化图像（三）确定主要参数液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：（1）各类设备的不同特点和使用场合（2）考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高这必然要提高设备的成本按负载选择执行元件的工作压力负载F/kN50工作压力p/MPa

　　由d=0.70D，经圆整得d=42mm计算出液压缸的无杆腔有效工作面积A1=56.72cm， 液压缸的有杆腔有效工作面积A2=28.46 cm液压缸所受外液压缸各阶段的流量：,则， q快进=A1V快进=21.36 L/min q工进=A1V工进=0.256 L/min q快退=A2V快退=42.54 L/min各个阶段的运动时间：，则，快进阶段：t1=L1／V快进=0.96s工进阶段：t2=L2／V工进=40s快退阶段：t3=﹙L1+L2﹚／V快退=1.44s液压缸各个阶段的压力、流量和功率如表格所示：工况压力P/Mpa流量q/ L/min功率P/w快进阶段021.360工进阶段5.850.256 24.96快退阶段2.6442.541871 （2）、绘制液压元件的工况图采用工况图可以直接、方便地找出最大工作压力、最大流量、最大功率，根据这些参数的即可选择液压泵及驱动电机，同时对系统所有液压元件的选择也有指导意义另外，通过分析工况图，有助于设计者选择合理的基本回路，还可以对各阶段的参数进行鉴定，分析其合理性，在必要时进行调整液压元件的工况图指的是压力图、功率图和流量图，如下图：PS2.645.85快进工进快退qs21.360.25642.54快进工进快退 PS24.961871快进工进快退（四）拟定液压系统原理图液压系统图的拟定，主要是考虑以下几个方面问题：（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，现采用外反馈限压式变量叶片泵，采用这种限压式叶片泵时，系统的最高压力油泵调节，其值为泵处于无流量输出时的压力值。

　　2）液压泵形式的选择 选外反馈限压式变量叶片泵较适（3）调速回路 中小型组合机床的液压系统中，采用会游节流调速4）速度换接回路 由于快进和工进之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程阀来实现速度换接5）平衡及锁紧 为防止在下端停留时重物下落和在停留的期间内保持重物的位置，为了克服自重在快下过程中的影响，特在液压缸的下腔（即无杆腔）接一个单向顺序阀构成一平衡回路，此单项顺序阀的调定压力应稍大于因运动部件自重在液压缸下腔形成的压力这种平衡回路在活塞下行时，回油腔须有的背压来平衡重力，运动平稳6） 选择调压和卸荷回路 在变量泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决该液压系统具有如下特点：该系统采用了限压式变量液压泵—“调速阀”组成的容积调速回路，它能保证液压缸的稳定低速运动，较好的速度刚性和较大的调速范围快进能量利用也比较合理 本液压系统的换向采用单向阀和三位四通M的中位机能的电磁换向阀来使液压泵在抵押下卸荷，既减少了能量损耗，又使控油路保持一定的压力，以保证下一动作的顺利启动在选定上述基本回路后，配上其他辅助回路，为简化系统，去掉重复的元件，使作用相同或相近的回路合并。

　　为确保系统的安全，必要时增设安全回路，保证设备和操作人员的安全，为便于系统的安全的安装，维修，检修，检查，管理，在回路上要适当装设一些截止阀，测试点，这样拟定一个完整的液压系统拟定液压系统原理图（见图纸）（五）、液压元件的计算和选择 初步凝定液压系统原理图后，便可以进行液压元件的设计和计算，也就是通过各液压元件在工作承受的压力和通过的流量来确定各执行元件的规格和型号1、 液压泵的选择 现根据要求和系统的工况确定液压泵的类型，也后根据液压泵最高供油压力和最大 流量来确定液压泵的规格 （1）确定液压泵的最高供油压力液压泵的最高工作压力是选择液压泵的主要依据，液压泵的最高工作压力出现分两种情况：其一，是执行元件在运动行程终了，停止工作时（如液压机、提夹紧缸）出现;其二，是执行元件在运动过程中（如机床、提升机）出现，根据题目要求可知，该系统的最大工作压力是执行元件在工作时产生的总的压力损失,即 式中，——液压泵出口至执行机构进口之间总的压力损失初步估算，一般节流调速和管路简单的系统取=-0.5Mpa，这里取=0.4Mpa，则液压泵的最高工作压力：（2）确定液压泵的最大供油量液压泵的最大供油量按执行元件工况图上的最大工作流量及回路系统中的泄油量来确定，即 式中，K——考虑到系统中存在泄漏等原因的修正系数，一般取K=1.1-1.3，小流量取大值，大流量取小值。

　　——执行元件的最大值根据要求及以上计算，取K=1.2 则泵的最大供油量为：2液压泵的规格根据液压泵的最高工作压力4.4MPa和泵的最大供油量，从产品样本中选择液压泵的规格和型号选择液压泵的规格型号 液压泵的规格型号按计算值在产品样本中选取，为了使液压泵工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备量，通常泵的额定压力可比工作压力高25%—60%泵的额定流量则宜与最大供油量相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失根据以上压力和流量的数值查产品目录，故应选用YBX-16型的限压式变量叶片泵，其额定压力为6.3Mpa,容积效率，总效率，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力（4.4Mpa）和输出流量 求出： 查电动机产品目录，拟选用的电动机的型号为Y160M-6，功率为7.5kw,额定转速为970r/min六）液压缸的设计1、液压缸的结构设计为满足本题目中液压系统 快进—工进—快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸1）液压缸的组成：液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分2）液压缸的主要参数设计液压缸的主要尺寸参数包括液压缸的内径D、活塞杆直径d、和液压缸筒长度L。

　　D=60㎜ d=42㎜ 液压缸筒长L的长度由活塞的最大行程l、活塞宽度B、活塞杆导向长度H和特殊 要求的其他长度确定查手册选活塞行程l=180㎜，活塞宽度B=（0.6 ~1.0）D选B=0.8D=48㎜，综上 所述得缸筒长度L=l+B=228㎜液压缸的结构参数包括缸的壁厚δ、液压缸内、外径D 、D1对于低压系统缸大多属于薄壁筒δ/D≤0.08，选δ=0.08D=4.8㎜有前面可知：缸筒内径D=60mm缸筒外径D1=D+2δ=69.6mm（3）液压缸组件的连接方式：缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠4）活塞及活塞杆处密封圈的选用： 活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择O型的密封圈5）密封装置的选择：选0形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方便，容易制造，价格便宜等优点2、液压缸设计需要注意的事项（1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。

　　2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便3、液压缸主要零件的材料和技术要求（1）缸体 材料---灰铸铁: HT200. 粗糙度---液压缸内圆柱表面粗糙度为技术要求：a内径用H8-H9的配合 b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度（2）缸盖 材料---45钢 粗糙度---导向表面粗糙度为=0.8-1.6um 技术要求：同轴度不大于0.03um分析： 缸体组件有与活塞组件构成密封的空腔，承受油压，因此缸体组件要有足够的强度，较高的表面精度，以承受活塞频繁的往复摩擦，保证活塞密封件的可靠密封，缸体组件指的是缸筒与缸盖，其使用材料与工作压力有关，当工作压力p＜10Mpa时使用铸铁，当工作压力p＞20Mpa时使用铸刚或锻刚，本题目中工作压力的最大值为3.87 Mpa，故选用铸铁缸筒缸盖的材料常用40号，45钢号锻件，或ZG 270-500.ZG310-570 及HT200. HT 300等灰铸铁。

　　3）活塞 材料---灰铸铁：HT200 粗糙度---活塞外圆柱粗糙度=0.8-1.6um 技术要求：活塞外径用橡胶密封即可取f7-f9的配合，内孔与活塞杆的配合可取H84）活塞杆 材料---实心：45钢，调质处理， 粗糙度---杆外圆柱粗糙度为=0.4-0.8um 技术要求：a调质20-25HRC b活塞与前端盖用的配合，与活塞的连接可用 分析：活塞组件主要包括活塞，活塞杆，连接件等 活塞杆是液压传力的主要零件，由于液压缸被用于不同的条件，因此要求活塞杆能经受压缩，拉伸，弯曲，振动，冲击等载荷作用，还必须具有耐磨，耐腐蚀性能，故活塞杆材料可用35号钢，45号钢或无缝钢管做成实心杆或空心杆 ，为提高耐磨和防锈能力，可在活塞杆表面镀铬并抛光，活塞材料通常采用钢. 耐磨铸铁，有时也用黄铜或铝合金七）绘制液压缸装配图（见A3图纸）四、总结通过这次液压课程设计，我基本上学会了液压系统的设计和计算，强化了对液压元件性能的掌握，理解不同的贿赂在系统中的各自作用，进一步巩固、加深和拓宽了所学的知识 在本次课程设计中，我们还需要很多的课本没有学到的知识，于是在在课程设计过程中，就需要查阅各种相关资料，以充实自己，来更好的完成液压课程设计，在设计的过程中我们的对液压这门课又有了更深的一步了解，对以后的工作也有一定的帮助。

　　同时，在课程设计过程中，我也遇到了很多问题，比如液压课程设计如何着手、怎么样计算、根据液压设计要求怎么才能设计出符合要求的液压系统，而且工艺性能比较好、还有就是液压缸的设计与装配图的画法等问题不过，这些问题在自己查阅相关资料，同时又和同学讨论最终把这些问题一一解决在这工程中，不仅增加了自己的专业知识技能，而且还增进了同学之间的友谊，是自己对自己更有信心，并未参加工作积累了一定的工作经验 液压课程设计对我们今后的学习和工作很重要，每天必要专注和辛劳换来的我们对液压课程设计的新认识，通过这次液压设计的一般方法，具备了初步的设计能力，学会了查阅相关资料和手册，合理选用设计方案，液压基本回路和元件 由于时间的原因这次设计不是那么尽如人意，但是今后我会更加努力去弥补自己的不足的总体上来说，这次设计使我获益匪浅，并且也发现了自己的不出，既巩固了自己所学的知识，又学到了以前所没有学到过的东西对我来说是进一步的提高 五、致谢本次课程设计，它不仅丰富了我的知识，拓宽了我的眼界，培养了我坚韧的性格和独立思考问题的能力，还让我明白了人生的意义。

　　这一切都使我受益匪浅 在整个课程设计过程中，无论在课题、理论分析，还是在系统设计、装配图等中，我得到马霄老师的悉心指导，才能按时完成任务我要感谢我的指导老师马霄老师，她的为人处世和学术研究给我树立了很好的榜样在本次课程设计的选题和形成过程中，她给了我宝贵的意见和建议在这里我结识了许多优秀的同学和朋友，有幸与他们共度求学生活他们对知识的追求、对朋友的真挚、对生活的热爱，给了我人生中最宝贵的财富我要感谢他们 感谢老师们，使我们轻松地度过了美好的学习生活时光在课程设计期间，我的指导老师马霄老师花了很多时间来准备给我们上课的内容，她渊博的知识，独特的见解，幽默的讲解，敬业的态度，亦师亦友的教学风格，在补给我知识的同时，更给了我们思想的启迪和情操的陶冶，让我们领略到了各具特色的教学风格和人格魅力 最后，站在新的起点，我将承载着师长亲友的诚挚爱心，向着新的人生奋斗目标前进六、参考文献[1] 左建民. 《液压与气压传动》.北京： 机械工业出版社，2007[2] 吴宗泽. 《机械零件设计手册》（液压与气动部分.冶金出版社, 2004[3] 成大先. 《机械设计手册》下册.北京：化学工业出版社，2000[4] 周诵明. 《组合机床设计》（液压传动部分）.北京：机械工业出版社,1993[5] 雷天觉. 《液压工程手册》上、下册.北京：机械工业出版社, 1990。

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