机械设计制造及其自动化专业毕业论文(设计)汽车桥壳镗孔车端面组合机床液压传动系统设计.doc

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三江学院2013届本科生毕业设计（论文）

三江学院

本科生毕业设计（论文）

题目汽车桥壳镗孔车端面组合机床液压传动系统设计

高职院院（系）机械设计制造及其自动化专业

学生姓名季丹

学号G095152010

指导老师刘凯

起讫日期2012年12月17日—2013年4月5日

设计地点高职院

摘要

本论文主要阐述了组合机床动力滑台液压系统（汽车桥壳镗孔，车端面液压系统），能实现的工作循环是：

镗孔：

滑台快进→工进（镗孔），镗孔完成后死档停面，行程开关发信号→复合头Tc40B油缸工进（车端面）端面加工完成，行程开关发信号→滑台，复合头同时快退。

镗孔，车端面工进加工，用调速阀可实现无级调速，保证加工精度，粗糙度。

滑台油缸直径D=100mm，活塞杆d=70mm，满足d=0.7D的要求，因此，设计采用快进差动连接，满足快进、快退速度相等的设计要求。

液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。

特别是近年可与微电子、计算机技术相结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段。

目前，已广泛应用在工业各领域。

由于近年来微电子、计算机技术的发展，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅在作为一种基本的传统形式上占有重要地位，而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的控制手段。

面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。

制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越重要。

本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普遍设计原则。

液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。

综上所述，完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作。

设计者先应树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。

同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务。

关键词：

组合机床；液压系统；液压缸；液压泵换向阀

Abstract

ThefaceofChina’seconomydevelopedrapidlyinrecentyears，thegrowthofmachinerymanufacturing，inthenationaleconomyaccountsforanimportantpositioninthefieldofmanufacturingindustrytobehealthyandrapiddevelopment.

Improvementofmanufacturingequipment，makinganimportantequipment.

Manufacturingindustryasawiderangeofmachiningprocessesandequipmenthavebeenmanynewchanges，especiallytheholeprocessing，intoday’shydraulicsystemisbecomingmoreandmoreimportant.

Boringmachinehydraulicsystemdesign，inadditiontothehostinactionandmeettheperformancerequirementsoftheprovisions，butalsomustmeetthesmallsize，lightweight，lowcost，highefficiency，simplestructure，reliableoperation，convenientuseandmaintenanceofanumberofgenerallyrecognizeddesignprinciples.Thedesignofthehydraulicsystemisthebasisofknownconditionstodeterminetheworkprogramofhydraulic，hydraulicflow，pressureandhydraulicpumpsandothercomponentsofthedesign.Tosumup，theneedtocompletetheentiredesignprocesstoconductaseriesofhardwork.

Inrecentyears，inparticularwiththemicroelectronics，computertechnology，sothatthehydraulictechnologyhasenteredanewstageofdevelopment.Atpresent，ithasbeenwidelyusedinindustryinvariousfields.Inrecentyears，microelectronics，computertechnology，hydrauliccomponentstofurtherimprovemanufacturingtechnology，sothathydraulictechnologyasafundamental，notonlyintraditionalfrombutalsooccupiesanimportantpositionwithexcellentstaticanddynamicperformancehasbecomeanimportantmeansofcontrol.

EnterhereAbstractInthispaper，focusedonthecombinationofdual-usehorizontalboringdrillingmachinehydraulicsystem，toachievethedutycycleis：

workfastforwardfeedsiturapidreturntostop，hydraulictechnologyismechanicalequipmentinthefastestgrowingtechnologies.

Keywords：

modularmachinetoolhydraulicsystempumphydrauliccylindervalve.

目录

第1章绪论……………………………………………………………5

1.1液压传动的发展概况…………………………………………………………5

1.2液压传动在机械行业中的应用………………………………………………5

1.3静液压传动装置的应用………………………………………………………6

第2章液压传动的工作原理和组成…………………………………7

2.1工作原理………………………………………………………………………7

2.2液压系统的基本组成…………………………………………………………7

第3章液压传动的优缺点……………………………………………8

3.1液压传动的优点………………………………………………………………8

3.2液压传动的缺点………………………………………………………………8

第4章液压系统工况分析……………………………………………9

4.1运动分析………………………………………………………………………9

4.2确定液压缸的工作压力………………………………………………………9

4.3确定缸筒内径D,活塞杆直径D………………………………………………9

4.4液压缸实际有效面积计算…………………………………………………10

4.5计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力（滑台工进、快进、快退的工作压力P）……………………………………………………………………10

4.5.1快进工作压力（差动连接）……………………………………………10

4.5.2滑台工进工作压力（镗孔）……………………………………………10

4.6计算液压缸在工作循环中各阶段所需的流量……………………………10

4.6.1快进时流量……………………………………………………………10

4.6.2工进时的流量…………………………………………………………10

4.6.3快退时的流量…………………………………………………………10

第5章液压元件选择………………………………………………12

5.1选择油泵和电机……………………………………………………………12

5.1.1油泵的选择……………………………………………………………12

5.1.2电机的选择……………………………………………………………12

5.2辅件元件的选择……………………………………………………………12

第6章拟定液压系统图……………………………………………14

6.1液压泵型式的选择…………………………………………………………14

6.2选择液压回路………………………………………………………………14

6.3组成液压系统………………………………………………………………15

第7章国外液压系统的发展………………………………………17

第8章注意事项……………………………………………………20

结束语…………………………………………………………………21

谢辞……………………………………………………………………22

参考文献………………………………………………………………23

第一章绪论

1.1液压传动的发展概况

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指标。

第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼（JosephBraman，1749-1814），在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。

1905年他又将工作介质水改为油，进一步得到改善。

第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。

液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。

1925年维克斯（F·Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。

20世纪初康斯坦丁·尼斯克（G·Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。

60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普通的应用。

当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。

同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。

我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。

由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

1.2液压传动在机械行业中的应用

机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等。

工程机械——挖掘机、装载机、推土机等。

汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等。

农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等。

轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等。

冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等。

起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压支架等。

矿山机械——开采机、提升机、液压支架等。

建筑机械——打桩机、平地机等。

船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等。

铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等。

1.3静液压传动装置的应用

静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。

但是在铲土运输机械和起重机械中作为主要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又太高，会造成主同成本过高。

90年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。

从国内工程机械市场的实际出发，本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性得益见如下：

（1）静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头和工厂等使用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求，因此这些部门正在成为国内静液压叉车用户。

国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，提供能先进，工作可靠，价格适中的产品。

也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式，加快开发的速度。

（2）中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在发达国家已经得到了广泛的应用。

随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，中小型多功能工程机械也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。

国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景，联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发，以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。

（3）在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度大，价格太高，在国内用户中难以接受。

因此，在我国暂时不宜将静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放在上述两类工程机械上。

第二章液压传动的工作原理和组成

2.1工作原理

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，经过各种控制和管路的传递，借助于液压执行元件（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。

驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。

1）电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后，从泵的输出口输入管路。

油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。

液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。

2）工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。

当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。

由此可见，速度是由油量决定的。

2.2液压系统的基本组成

1）能源装置——液压泵。

它将动力部件（电动机或其它运动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。

通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3）控制装置——液压阀。

通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等。

通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5）工作介质——液压油。

绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

第三章液压传动的优缺点

3.1液压传动的优点

1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。

在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。

液压马达的体积重要只有同等功率电动机的12%左右。

2）液压执行装置的工作比较平稳。

由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。

液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟500次，实现往复直线运动时可达每分钟1000次。

3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1:

2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。

4）液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。

当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。

5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

6）由于液压元件已实现了标准化、系统化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。

3.2液压传动的缺点

1）液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。

2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。

3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。

因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。

4）为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。

5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。

6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。

总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。

第四章液压系统工况分析

4.1运动分析

绘制动力滑台的工作循环图

4.2确定液压缸的工作压力

复合镗头（镗孔车端面）的工作压力：

根据镗孔车端面复合镗头TC40B的设计说明，液压传动系统提供给它的压力P≤10kgf/cm油缸D=125mmd=45mm如图

根据设计任务书，镗孔车端面最大切削力F切＜300kgf，工进时背压力PB＜5kgf/cm

验算：

F=π（D/2）P1-[π（D/2）-π（d/2）]Pb

=3.14*（12.5/2）*10-3.14*34*5=1226.6-533.8=692kgf/cm2

F》F切即F=692》F切=300可行

则选用减压阀J-25B压力调在P1≤10kgf/cm2

（J-25B:

额定压力25kgf/cm额定流量q0=25升/分）

4.3确定缸筒内径D，活塞杆直径d

根据任务书所给条件，滑台油缸直径D=100mm，活塞杆d=70mm，满足d=0.7D的要求，因此，设计时采用快进差动连接，满足快进，快退速度相等设计要求。

4.4液压缸实际有效面积计算

根据设计任务书：

复合镗头等自重引起的摩擦阻力Ff≤500kgf油缸=100mmd=70mm

无杆腔面积A1=πD2/4=3.14×1002/4mm2=7850mm2

有杆腔面积A2=π（D2-d2）/4=3.14×（1002-702）/4mm2=4010mm2

活塞杆面积A3=πD2/4=3.14×702/4mm2=3846mm2

4.5计算液压缸在工作循环中各阶段所需的压力（滑台工进、快进、快退的工作压力P）

4.5.1快进工作压力（差动连接）

P1A1-P1A2=Ff

P1=Ff/（A1-A2）=500/（78.5-40.1）=13kgf/cm2

4.5.2滑台工进工作压力（镗孔）

二位二通行程阀被压下，使液压油只能经过调速阀L实现工进调速，同时因工进压力升高，顺序阀xy-25B被打开，滑台油缸的回油经顺序阀（xy-25B）––背压阀（P-B10B）--油箱从而回油路有背压PB=5kgf/cm2

=滑台工进时阻力F1=F切+Ff=300+500=800kgf，另外还有背压

所以P1A1=F1+PbA2

工进时的工作压力：

P1=F1/A1+A2Pb/A1

P1=800/78.5+（40.1/78.5）*5=10.2+2.6=13kgf/cm2=13Mpa

4.5.3快退工作压力

P1A2=FfP1=Ff/A2=500/40.1=12.5kgf

由此可见，快进、工进、快退最大所需工作压力为13kgf/cm2

4.6计算液压缸在工作循环中各阶段所需的流量

计算公式：

V=10×q/A（m/min）试中q：

流量（L/min升/分）

A：

油缸截面积单位：

cm2

4.6.1快进时流量

因为V快进A1=q+V快进A2

所以q=V快进（A1-A2）=4.5×（78.5-40.1）÷10

=17.2（L/min）即快进阶段输入油缸的流量

4.6.2工进时的流量

根据任务书给定参数V2进=0.12m/min

q=V快进A工进=78.5×0.12÷10=0.94（L/min）

4.6.3快退时的流量

根据任务书给定的参数V快进=V快进=4.5m/min

q=V快进A2=40.1×4.5÷10=18（L/min