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1、目 录摘要2一、 液压系统设计的目的、要求和题目 2（一）设计的目的2 （二）设计的要求2（三）设计的题目2二、 液压系统的分析计算与设计3（一）液压系统负载与运动分析3（二）确定液压缸参数4（三）拟定液压系统图6（四）液压元、辅件的选择6（五）液压系统主要性能验算8结论12参考文献13 课程设计说明书摘要液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。液压系统的设计是整机设计的有机组成部分。液压系统的设计除了具备坚实的机械基础知识外，还必须熟练掌握液压传动的专业知识，本次任务通
2、过分析系统工况，拟定液压系统原理图，并进行系统参数的计算，液压元件选择，液压系统布置，同时运用CAD绘制工程图纸。本次设计涉及课程广泛：液压与气压传动、机械制图、机械设计、机械制造技术基础、互换性与技术测量、CAD、工程力学、电工学、机械零件、流体力学等一些机械专业课程以及一些工具书与手册。关键词：液压系统，组合机床，机械专业课程一、液压系统设计的目的、要求和题目（一）设计的目的液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： 1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确合理地确定
3、执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。（二）设计的要求1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资
4、料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。（三）设计的题目现需要得到一台组合机床动力滑台的液压系统。要求以油缸为执行元件，具有速度控制、方向控制和压力控制功能，要求其工作循环为：快进工进1工进2停止快退。已知总轴向切削阻力为Fq=9KN；运动部件所受重力为G=10KN；快进、快退速度u=0.1m/s；工进1速度u1=810-4m/s，工进2速度 u2=510-4m/s；往复运动的加速、减速时间为0.2s，快进行程L=200mm，工进1行程L1=80mm，工进2行程L2=70
5、mm；动力滑台采用平导轨，静、动摩擦因数为fj=0.2、fd=0.1。要求达到速度转换平稳，液压系统效率高，工作可靠，试设计计算此液压系统。二液压系统的分析计算与设计（一）液压系统负载与运动分析1.计算工作负载工作负载即为切削阻力，由设计内容直接得到总轴向切削阻力即工作负载为Fq=9KN2.计算摩擦负载 静摩擦阻力 Ffj = fjG=0.210000=2000（N）动摩擦阻力 Ffd = fdG=0.110000=1000（N）3.计算惯性负载 Fg= = =510 (N)4.计算工进速度 由设计内容直接得到工进1速度u1=810-4m/s，工进2速度 u2=510-4m/s5. 查机械设计
6、手册液压缸的机械效率为0.9，即F =0.9F06.计算各工况负载（见下表）液压缸负载计算值工况计算公式液压缸负载F/N液压缸驱动力F0/N快进启动F = fjG20002222加速F = fdG+（G/g）(u/t）15101678快进F = fdG10001111工进1F = Fq+fdG10000111112F = Fq+fdG1000011111快退反向启动F = fjG20002222加速F = fdG+（G/g）(u/t）15101678快退F = fdG100011117.计算快进、工进、和快退时间 快进时间 t0=L/u=20010-3/0.1=2 工进1时间 t1= L1/
7、u1=8010-3/810-4=100工进1时间 t2= L2/ u2=7010-3/510-4=140快退时间 t3=（L+ L1+ L2）/ u=(200+80+70) 10-3/0.1=3.58.绘制液压缸F-t图与u-t图（由上述数据即可绘图） （二）确定液压缸参数1.初选液压缸工作压力 参考液压传动表10.3-1，初选液压缸工作压力p1=4Mpa。为使快进、快退速度相等并使系统油源所需最大流量减小1/2，选用A1=2A2差动液压缸。快进时液压缸作差动连接，由于管路中有压力损失，液压缸有杆腔压力p2必须大于无杆腔压力p1，计算中取两者之差p= p2p1=0.5Mpa；同时还要注意到，启
8、动瞬间活塞尚未移动，此时p=0。工进时为防止负载突然消失而发生前冲现象，液压缸回油腔应有背压，设此背压为0.6Mpa。同时假定，快退时间油压损失为0.7Mpa。2.计算液压缸主要尺寸参考液压传动式10.3-1得A1=30.0310-4(m2)液压缸直径为D=6.20（cm）查机械设计手册取标准直径D=80mm；因为A1=2A2，所以d=0.7D56(mm)将d圆整为d=60mm，则液压缸有效面积A=A1-A2=()=28.26(cm2)3.计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率（见下表）各工况所需压力、流量和功率工况计算公式液压缸驱动力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MP
9、a输入流量Q/(L/s)输入功率P/kW快进启动p1=Q=AuP= p1Q22220.79加速16781.470.97恒速11111.260.760.280.21工进1p1=Q= A1u1或A1u2P= p1Q11111111110.62.740.4010-20.2510-20.0110.0072快退启动p1=Q=A1uP= p1Q22220.79加速16780.72.46恒速11110.72.190.501.104.绘制液压缸工况图（P-T、Q-T、p-t图），如下图所示（三）拟定液压系统图1.选择基本回路（1）调速回路与油路循环形式的确定考虑到所设计的液压系统功率较小，工作负载为阻力负载且
10、工作中变化小，故选用进口节流调速回路。在回油路上加背压阀，由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。（2）油源形式的确定由工况图看出，系统工作循环主要由相应相应于快进、快退行程的低压大流量和相应于工进行程的高压小流量两个阶段所组成，其最大流量和最小流量之比Qmax/Qmin=200;其相应的时间之比(t0 +t3)/( t1 +t2)=(2+3.5)/(100+140)=0.023。这表明，系统在一个工作循环中的大部分时间处于高压小流量下工作。从提高系统效率出发，可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为液压源，通过液压传动表10.8-3比较，最终确定选用双联叶片泵方案。（3）快速、换向与速度
11、换接回路的确定本系统已经选定差动回路作为快速回路。考虑到由快进速度u转换为工进速度u1速度变化大（u/ u1125）,故选用行程阀，综合考虑，采用双泵供油和三位五通电液换向阀组成的差动控制回路实现进给缸快进和工进的转换，并且控制油缸的运动方向，两调速阀并联，进口节流调速。2.组成系统图在所选定的基本回路的基础上，考虑以下要求与因素，组成一完整液压系统。（1） 工进时，为了防止进油路与回油路串通，在系统中必须设置单向阀。（2） 在调整和运行中，为了便于测试出系统中有关部位的压力，设置压力表及其开关、压力继电器由系统图知油路经过元件的顺序：快进：进油1（10）-2-3-16 回油 2-7-3-16
12、工进1：进油 1小泵（10）-2-4-16 回油 2-8-12-17工进2：进油 1小泵（10）-2-5-16 回油 2-8-12-17快退：进油 1（10）-2-16 回油 16-6-2-17（四）液压元、辅件的选择1.选择液压泵及其驱动电机（1）液压泵工作压力的计算小流量泵在快进和工进时都向液压泵供油，液压缸在整个循环中的最大压力2.74Mpa。如果在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的压力损失为0.8Mpa，则小流量泵的最高工作压力估算为pB1=2.74+0.8=3.54（ Mpa）大流量泵只在快进、快退时向液压泵供油，快退时比快进时液压缸的工作压力大；考虑到快退时进油不通过调速阀，
13、故其进油压力损失比前者小，现取为0.4 Mpa，则大流量泵的最高工作压力估算为pB2=2.46+0.4=2.50（ Mpa）（2）液压泵流量的计算由工况图知，液压源向液压缸输入的最大流量为0.510-3m3/s，若取回路泄露系数为K=1.1，则两个泵的总流量为QB=1.10.510-3=0.5510-3 (m3/s)=33(L/min)考虑到溢流阀的最小稳定流量为2L/min，工进时的最大流量为0.4010-2(L/s)即0.24L/min，则小流量泵的流量至少为2.24 L/min。（3）液压泵及其驱动电机规格的确定 查机械设计手册选取规格相近的YB12.5/32型双联叶片泵。由工况图知，最
14、大功率在快退时，所需电动机的功率为N= 为双联叶片泵的总效率，取为0.8，查机械设计手册选用规格相近的Y100L14型电动机，其额定功率为2.2KW。2.其他元件、辅助元件的选择（1）根据系统的工作压力和通过各元件、辅助元件的实际流量，查机械设计手册列表选规格。序号元件名称通过阀的最大流量Q/(L/min)规格压力损失MPa型号额定流量/(L/min)额定压力/Mpa1双联叶片泵YB12.5/322.5/326.32三位五通电液换向阀82.1524*100BZ1006.30.253行程阀61.3LCI-63B636.30.34调速阀1Q10B106.30.35调速阀1Q25B256.30.36
15、单向阀82.151100B1006.30.27单向阀25.8163B636.30.28背压阀1B10B106.30.69顺序阀2.5XY63B636.310单向阀2.5163B636.30.211溢流阀32Y63B636.30.1512溢流阀2.5Y10B106.30.1513滤油器34.5XUC50100506.30.0614压力表Y4015压力继电器HED1K（2）管道尺寸 由选定的标准元件连接口尺寸确定。（3）邮箱尺寸 按经验公式计算邮箱容量，即 V=（57）QB=198（L）（五）液压系统主要性能验算1.系统压力损失计算管道直径按选定元件的接口尺寸确定为d=18mm，进、回油管道长度定
16、为l=2m；油液的运动黏度取=110-4m2/s，油液的密度=0.9174103/m3。液压缸在实际快进、工进、快退阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量见下表。快进工进快退12Q1= 61.3(L/min)Q1=0.24(L/min)Q1=0.15(L/min)Q1= =2.5+32=34.5(L/min)Q2= Q161.325.8(L/min)Q2= Q10.10(L/min)Q2= Q10.06(L/min)Q2= Q182.15(L/min)u1=0.204(m/s)u2=0.8010-3(m/s)u2=0.5010-3(m/s)u2=0.273(m/s)t1=1.04(s)
17、t2=100(s)t2=140(s)t3=1.28(s)（1） 判断流动状态由雷诺数Re=在快进、工进、和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快退时回油量为Q2=82.15(L/min)最大，此时Re=969 Re临界=2320，即可知各工况下的进、回油路中的油液流动状态为层流。（2） 计算系统压力损失将计算沿程压力损失公式简化，将适用于层流流动状态的沿程阻力系数=油液在管道内的流速u=同时代入沿程压力损失计算公式，得pl1=0.8349103Q沿程压力损失的大小与其通过的流量成正比，这是由层流流动决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失pl2=0.1pl1，根据上述两式
18、计算出的各工况下的进、回油管路的沿程和局部压力损失见下表。其中阀的压力损失pv=pH()2计算各工况下的阀类元件的局部压力损失：其中额定流量QH见元件表所示，实际流量Q见流量表所列，pH查机械设计手册可得，电液换向阀2的额定压力损失pH为2.5105Pa，行程阀3的额定压力损失pH为3105Pa，单向阀6和7的额定压力损失pH均为2105Pa。以快进工况，进油路中油液通过电液换向阀2和行程阀3所产生的局部压力损失为例，即pv=2.5105()2+3105()2=3.780105（Pa）根据需要可将回油路上的压力损失折算到进油路上，求的总的压力损失p。结合系统图中油路经过元件的顺序列压力损失表。
19、工况p/Pa管路快进工进快退12进油路pl10.9551050.003341050.002091050.480105pl20.09551050.0003341050.0002091050.0480105pv3.7831050.004741050.003681050.301105p5.01881050.008421050.0059861050.829105回油路pl10.3591050.001391050.0008351051.143105pl20.03591050.0001391050.00008351050.1143105pv1.0051050.00075251050.00027091053
20、.063105p1.39991050.002281050.0011891054.320105快进p=5.0188105+1.3999105=6.4187105（Pa）工进p1=0.00842105+0.00228105=0.0107105（Pa） p2=0.005986105+0.001189105=0.0072105（Pa） p=0.0107105+0.0072105=0.0179（Pa）快退p=0.829105+4.320105=5.149105（Pa）（3） 液压泵工作压力估算小流量泵在工进时的工作压力等于液压缸工作腔压力p1加上进油路的压力损失pB1=27.4105+0.0179105
21、=27.42105(Pa)这是溢流阀11、12的调整压力时的参考依据。大流量泵以快退时的工作压力为最高，即为 pB2=24.6105+0.829105=25.429105(Pa)此值是顺序阀9的调整压力时的参考依据。2.系统效率计算在一个工作循环中，快进、快退仅占1，而工进占99，系统效率完全可以用工进时的效率代表。(1) 计算回路效率工进时小泵供油(2) 计算系统效率取双联叶片泵的总效率B=0.80，液压缸的总效率m=0.95，系统效率即为=Bmc=0.083.系统发热与温升计算(1)计算工进工况时液压泵的输入功率，即(3) 计算工进时系统所产生的热流量Q=pB1(1-)=142.8(1-0
22、.08)=131.4(W)(4) 计算工进系统中的油液温升式中：传热系数K=15W/（m2）。本系统温升很小，符合要求。结 论经过对组合机床动力滑台液压系统的设计，上述设计结果可以实现该课题所给的要求，即组合机床在加工零件时需要的动作循环。液压传动课程的设计，使我对液压系统有进一步的认识，进一步掌握了液压元件的工作原理和在所设计液压系统时对液压元件的选用。在设计过程中，对其他所学课程的知识加深和巩固，通过为期三周的分析、计算、设计，对液压知识有了进一步的了解，通过设计以上所设计液压系统符合工作要求，达到设计目的。三周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去
23、把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，体现出自己单独设计液压系统的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习
24、的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的侯波老师严谨细致、老师一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教，我十分乐意接受你们的批评与指正。参考文献1. 许贤良，王传礼. 液压传动北京：国防工业出版社，2008.2. 潘地林.AutoCAD2007.合肥：中国科学技术大学出版社，2007.3. 李壮云中国机械设计大典南昌：江西科学技术出版社，20024. 王文斌机械设计手册北京：机械工业出版社，20045. 徐 灏. 机械设计手册北京：机械工业出版社，1992
