机电液综合设计课程设计.docx
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机电液综合设计课程设计
本科课程设计（论文）
题目机电液综合设计与实验
目录
1任务书
1.1实验目的
1.2实验任务
2课程设计
2.1液压缸的设计计算
2.1.1液压缸主要零件的材料
2.1.2液压缸的内径D和活塞杆直径d的计算
2.1.3液压缸壁厚的计算
2.1.4液压缸工作行程的确定
2.1.5缸盖厚度的确定
2.1.6最小导向长度的确定
2.1.7校核d
2.1.8缸体与缸盖采用螺纹连接时的计算
2.1.9活塞与活塞杆采用螺纹连接时的计算
3综合实验
3.1液压传动系统的设计计算及元件选型
3.1.1液压回路设计
3.1.2电器回路设计
3.2实验安装及调试
3.2.1液压回路连接
3.2.2电气回路连接
3.2.3基本工作过程
5心得体会
参考文献
附录
1任务书
1．1实验目的：
1.熟悉、了解本实验台的组成
2.掌握常见典型液压回路的设计、安装及调试
3.掌握继电器控制电路的设计；PLC控制程序的设计、安装及调试
4.培养学生综合运用机械、液压、电气等知识及设计、安装调试等综合技能
1．2实验任务
（一）机械动作要求
┏━━━━→┓
┃┃工进50
┃快退━━━━━━━━━━━→┓
图1-1
┗━━━━━━━←━━━━━━━━━┛
（二）设计参数
工作是最大负载F=8000N;液压缸工作压力为
;快进、快退速度V快=5m/min;
Ⅰ缸工进速度
;Ⅱ缸工进速度
;油缸内径与活塞杆直径比d/D=0.75;回油腔背压
;油路压力损失∑ΔP=0.3Mpa;Qmin=0.2L/min;夹紧油缸工作压力
;夹紧时间
;夹紧行程
。
（三）设计内容
（1）绘制液压缸总图和绘制端盖零件图
（2）液压泵及匹配的电动机选择
（3）液压元件的选择
（4）按规定机械动作要求，设计液压传动系统原理图，设计电器控制系统
（5）液压传动装置的安装及电气控制系统的连接
（6）调试
2液压传动系统的设计
2.1选用液压元件如下表2-1：
表2-1
序号
名称
型号
数量
1
二位二通电磁换向阀
22D-10B220V
2
2
二位三通电磁换向阀
23D-10B220V
1
3
二位四通电磁换向阀
24D-10B220V
1
4
三位四通电磁换向阀
34D-10B220V
2
5
先导式溢流阀
Y-10B
1
6
调速阀
Q-10B
2
7
单向阀
I-10B
2
8
先导式减压阀
J-10B
1
9
压力继电器
DP-63B
1
10
可调节流器
L-10B
1
11
压力表
K1-3B
2
根据动作要求和提供的元件，设计液压传动系统，其工作情况由表2-2所示
油路中用到的上述提供的元器件有：
二位二通电磁换向阀、调速阀、先导式溢流阀、三位四通电磁换向阀。
表2-2
动作名称
电磁铁工作状态
2DT
3DT
1DT
快进
+
-
+
工进
+
-
-
快退
-
+
+
强退
-
+
+
2.2计算和选择液压元件
（1）确定液压泵的规格和电动机功率
（1）计算液压泵的最大工作压力
液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为
，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失∑∆p=0.3Mpa，则小流量泵的最高工作压力估算为:
（2.1）
（2）计算液压泵的流量
油源向液压缸输入的最大流量为：
所以泵的流量：
qv≥q
共进时的流量为:
qg
（3）确定液压泵的规格和电动机功率
据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取CB-C外齿合单级齿轮泵。
泵的排量为32mL/r，当液压泵的转速np=940r/min时，其理论流量分别为31L/min，若取液压泵容积效率ηv=0.9，则液压泵的实际输出流量为:
q=30L/min
0.9=27L/min
由于液压缸在快进时输入功率最大，若取液压泵总效率ηp=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为
（2.2）
根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L—6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。
（4）确定其它元件及辅件
（1）确定阀类元件及辅件
根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表2-3所列。
表2-3
序号
元件名称
通过的最大流量q/L/min
规格
型号
额定流量qn/L/min
额定压力Pn/MPa
额定压降∆Pn/MPa
1
外齿合单级齿轮泵
—
CB-C
10
—
4
调速阀
<8
Q—10B
6
6.3
—
9
溢流阀
5.1
Y—10B
10
6.3
—
11
滤油器
36.6
XU—80×200
80
6.3
0.02
（2）确定油管内径
表2-4允许流速推荐值
表2-4
管道
推荐流速/（m/s）
吸油管道
0.5～1.5，一般取1以下
压油管道
2～5，压力高，管道短，粘度小取大值
回油管道
1.5～3
有管内径为：
（2.3）
根据内径尺寸系列，选取内径为20mm的软管
3缸的设计计算
3.1液压缸主要零件的材料
（1）缸体无缝钢管45钢
液压缸缸体的常用材料为20、35、45号无缝钢管。
因20号钢的力学性能略低，且不能调质，应用较少。
当缸筒与缸底、缸头、管接头或者耳轴等件需焊接时，则应采用焊接性能较好的35钢，粗加工后调质。
一般情况下，均采用45钢，并调质到241～285HB。
缸体毛坯也可用锻钢、铸钢或铸铁件。
铸钢可采用ZG35B等材料，铸铁可采用HT200～HT350间的几个牌号或球墨铸铁。
这里选用无缝钢管作缸体毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周期短，适于大批量生产，标准液压缸大部分都采用无缝钢管，一般常用调质的45号钢。
②、缸筒的要求
有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；
有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；
内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；
缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。
无缝钢管作缸体毛坯加工余量小，工艺性能好，生产准备周期短，适于大批量生产，标准液压缸大部分都采用无缝钢管，一般常用调质的45号钢。
（2）活塞铸铁HT200
活塞常用材料灰铸铁，耐磨铸铁、35及40钢和铝合金等。
缸径较小的整体式活塞用35、45钢，其他多用灰铸铁。
（3）活塞杆45钢
活塞杆常使用35、45钢等材料。
对于冲击震动很大的活塞杆，也可以使用55钢。
一般实心的活塞杆用35、45钢。
（4）前缸盖45钢
缸盖常用35、45钢的锻件或铸造毛坯，也可以使用铸铁材料。
（5）后缸盖45钢
缸盖常用35、45钢的锻件或铸造毛坯，也可以使用灰铸铁材料。
起导向作用时则用铸铁
3.2液压缸的内径D和活塞杆直径d的计算
（3.1）
式中：
------液压缸工作压力（Mpa）
---------回油腔背压（Mpa）
--------无杆腔面积（mm^2）
--------有杆腔面积（mm^2）
F----------最大负载（N）
（3.2）
（3.3）
式中：
D----------液压缸的内径
d-----------活塞杆的直径
所给的设计参数为：
最大负载F=8000N;工作压力为
;d/D=0.75;回油腔背压
。
依据式（3.1）、（3.2）、（3.3）可计算出
内径D和活塞杆直径d.
计算结果为：
D=76.8mm
d=57.75mm
根据GB/T2348-1993,液压缸内径尺寸系列和液压缸活塞杆外径尺寸对D和d进行圆整，取D=80mm,d=63mm.
3.3液压缸壁厚的计算
当缸体壁厚
与内径D比值小于0.1时，称为薄壁缸筒，壁厚按材料力学薄壁圆筒公式计算：
（3.4）
式中：
----------液压缸缸筒厚度（mm）
------------实验压力（Mpa）,工作压力P≤16Mpa时，
=1.5P；工作压力P≥16Mpa时，
=1.25P
--------缸体材料的许用应力（Mpa）
--------缸体材料的抗拉强度极限（Mpa）
n--------安全系数，n=3.5～5，一般n取5
当缸体壁厚
与内径D比值大于0.1时，称为厚壁缸筒，壁厚按材料力学第二强度理论计算：
（3.5）
缸筒壁厚确定之后，即可求出液压缸的外径：
选用无缝钢管材料，其抗拉强度为100～110Mpa，根据式3.4求得：
根据钢管外径尺寸系列，选取其外径为95mm，其厚度也就为7.5mm>0.708mm,满足要求。
3.4液压缸工作行程的确定
查
选用工作行程为250mm。
3.5缸盖厚度的确定
3.6最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H（如图1）。
如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定是最小导向长度。
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------缸筒内径。
图1导向长度
活塞的宽度，一般取B=（0.6～1.0）D；导向套滑动面的长度A，在D<80mm时取A=（0.6～1.0）D,在D>80mm时取A=（0.6～1.0）d。
为保证最小导向长度，过分增大A和B都是不适宜的，必要时可在导向套与活塞之间装一隔套（图中K），隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即：
计算过程：
有定义
而
因此这里就不需要加隔套
3.4校核d
（3.5）
[σ]=σ/1.4=357Mpa
式中：
F--------最大负载（N）
据式3.5计算得d≥3.2mm
上述计算得d=45mm>3.2mm,所以满足要求。
3.6缸体与缸盖采用螺纹连接的计算
缸体螺纹处的拉应力：
（3.7）
螺纹处的切应力为:
（3.8）
合成应力为：
（3.9）
式中：
σ-------螺纹处的拉应力（pa）
K-------螺纹拧紧系数，静载荷时，取K=1.25~1.5；动载荷时，取K=2.5～4,（取K=3）
K1-------螺纹内摩擦系数，（取K1=0.12）
d0-------螺纹外径m（d0=100mm）
d1-------螺纹内径m（d1=88.058mm）
D-------液压缸内径m（D=80mm）
τ-------螺纹外的切应力pa
[σ]----螺纹材料的许用应力pa
[σ]=σs/n
σs-------螺纹材料的屈服点pa（σs=355Mpa）
n-------安全系数（n=2）
σn-----合成应力（pa）
F-------缸体螺纹处所受到的拉力（N）
将各参数带入式3.7、3.8、3.9得：
σ=20Mpaτ=0.06Mpaσn=20Mpa[σ]=175Mpa
所以σn=20Mpa<[σ]=175Mpa,其螺纹联接符合要求。
3.7活塞与活塞杆采用螺纹连接时的计算
螺纹连接：
结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。
应用用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。
活塞杆危险截面处的拉应力：
（3.10）
切应力为：
（3.11）
合应力为：
≤[σ]（3.12）
式中：
F1-------液压缸输出压力
3818N
式中：
d-------活塞杆直径；[σ]----活塞杆材料的许用应力
Mpa
将各参数带入式3.10、3.11、3.12得：
σ=9.07Mpaτ=4.3Mpaσn=11.6Mpa
所以σn=11.6Mpa≤[σ]=175Mpa,其螺纹联接满足要求。
4电气控制系统的安装与调试
电气控制油路图如图4-1所示
图4-1
4.1电器控制系统的设计
根据图1-1液压传动系统及表2-2所示工作情况，设计电器控制系统如图1-2所示
图4-2
4.2基本工作过程：
快进：
按下SB2,启动液压泵，按下SB3使2DT和1DT得电，执行快进。
工进：
碰到行程开关YA3，使1DT失电，2DT仍得电，执行工进。
快退：
碰到行程开关YA5，使3DT和1DT得电，2DT失电，执行快退。
强退：
按下SB4，使3DT和1DT得电，2DT失电，执行强退。
按图4-1连接系统油路，连接时需注意调速阀的P1口和P2口的链接。
按图4-2连接电气控制线路，连接时注意控制电路接的是220V,从火线引出一根线，最后回到的是零线。
接信号指示灯时，是并联到，每个电磁上不是串联，否则电路将出现问题。
（五）心得体会
通过这为期三周的课程设计，对之前的液压知识加深了了解。
基本掌握了一个液压回路的设计过程。
通过对液压缸的设计，了解了液压缸的设计过程和主要结构参数。
其中有些细节问题需要特别注意，比如像缸盖与缸体采用的联接方式是否满足要求；设计的缸体本身虽满足参数上的要求，但还得考虑加工是否简单；绘制液压缸的装配图时，要注意哪些是标准件，不能随便想当然地画上去；总体结构要合理，一般绘制装配图时，画其终止位或开始位，以表示其总的行程有多少。
设计液压系统控制电路时，要注意的很多。
比如：
机械设计的首要理念是以最少的元器件来达到要满足的动作要求，尽量简单易懂，不要太繁琐。
考虑一定要周全，假如液压缸在运动中途停了怎么办，此时就需要设计一个强退开关，细节问题要注意，一定要把可能出现的情况都考虑在内。
在调试过程中，接线要特别细心，一条支路一条支路的接，不要看到哪个就接哪个，容易乱。
接好后要特别注意先检查一遍，接了几个常开开关或常闭开关，基本线路接的是否正常，检查下来没问题才能通电调试。
油路连接中最重要的细节是分清哪个是进油口哪个是出油口，特别是接调速阀的时候。
整个设计过程下来，学到了很多东西。
主要是锻炼自己处理复杂问题的思路，考虑细节问题的能力。
在设计过程中，提高了查阅资料的能力，机械设计需要在前人的基础上来将其完善，所以有些已有的结论要利用好，不要什么都去自己想，个人的能力是有限的。
在处理问题时，要乐于与他人讨论，利用大家的智慧来解决问题，这样既可以将问题处理更好也可以节省时间。
作为机械工程学院的学生，过硬的专业知识与相关技能是必不可缺少的。
技能的熟练来自平时的培养与锻炼。
长时间的不去训练，在好的技能也会荒废掉。
所谓勤能补拙，知识的匮乏是可以通过后天的努力来培养的，来积累的。
但是，缺少了勤奋与专研的精神，那么，在以后的学习，工作，生活中，都将会出现很多问题。
面临挫折，我们需要的是面对他的勇气，而不是畏缩的后退。
没有挫折的经历的人生本身算是个是失败的人生。
最后，我要说的是，感谢我的课程设计指导老师，有了他们的亲切关怀
和悉心指导，我才能顺利完成课程设计任务。
才能顺利从理论过渡到实践。
参考文献
[1]李笑吴冉泉主编，《液压与气压传动》，国防工业出版社，2006
[2]杨培元朱福元主编，《液压系统设计简明手册》，机械工业出版社，1998
[3]雷天觉主编，《新编液压工程手册》，机械工业出版社，1998
[4]张利平主编，《液压与气压传动设计手册》，机械工业出版社，1997
[5]杨尔庄.二十一世纪液压技术现状及发展趋势[J].液压与气动,1,6:
1
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