外圆磨床课程设计论文Word格式文档下载.docx
《外圆磨床课程设计论文Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外圆磨床课程设计论文Word格式文档下载.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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。
在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。
1.5液压传动系统的组成
液压系统主要由：
动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质等五部分组成。
（1）动力元件它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；
是液压传动中的动力部分。
（2）执行元件它是将液体的液压能转换成机械能，其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。
（3）控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等，它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。
（4）辅助元件除上述三部分发外其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头（扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。
（5）工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或浮化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。
1.6液压元件分类
动力元件－齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。
执行元件－液压缸:
活塞液压缸、柱塞液压缸、摆动液压缸、组合液压缸。
液压马达－齿轮式液压马达、叶片液压马达、柱塞液压马达。
控制元件－方向控制阀：
单向阀、换向阀。
压力控制阀－溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。
流量控制阀－节流阀、调速阀、分流阀。
辅助元件－蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱、压力计、流量计、密封装置等、
1.7液压传动的特点
液压传动之所以能星到广泛的应用，是由于它具胡以下的主要优点：
（1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方，例如，在井下抽取（石油的泵可采用传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点，由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取休了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。
（2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%－13%，液压泵和液压马达单位功率的重量指标，日前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W，发电机和电动机则约为0.03N/W。
（3）可在大范围内实现无级调速，借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1：
2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
（4）传递运动均匀平稳，负载变化的速度较稳定，正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
（5）液压装置易于实现过载保护――借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因些使用寿命长。
（6）液压传动容易实现自动化――借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。
（7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
但液压传动同样存在缺点，液压传动的缺点是：
（1）液压系统中的漏洞等因素，影响运动的平衡性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。
（2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
（3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。
（4）液压传动要求胡单凭的能源，不像电源那样使用方便。
（5）液压系统发生故障不易检查和排除。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服，液压传动有着广泛的发展前景。
2外圆磨床液压系统的设计步骤与设计要求
液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行，着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本代、低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
2.1设计步骤
液压系统的设计步骤并无严格顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。
一般来说，在明确设计要求之后，人致按如下步骤进行。
（1）确定液压执行元件的形式；
（2）进行工况分析，确定系统的主要参数；
（3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；
（4）选择液压元件；
（5）液压系统的性能验算；
（6）绘制工作图，编制技术文件。
2.2明确设计要求
设计要求是进行每项工程设计的依据，在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必顺把设计要求以及与该设计内容有关的方面了解清楚。
（1）主机的概况：
用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；
（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及被此联锁关系如何；
（3）液压驱动机构的运动形式，支持速度；
（4）各动作机构的载荷大小及其性质；
（5）对调速范围、运动平衡性、转换精度等性能方面的要求；
（6）自动化程序、操作控制方式的要求；
（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；
（8）对效率、成本等方面的要求。
3进行工况分析
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。
压力决定于外载荷。
流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
本次设计在毕业实习调查的基础上，主要对磨床中移动工作台的液压系统进行设计计算。
要求经、驱动它的液压系统完成工作台往复运动，大端点有停留，停留时间在0－5S范围，滑台采用V形导轨，其导轨面的夹角为90度，滑台与导轨的最大间隙为2MM，起动加速和减速时间均为0.5S，液压缸的机械效率为0.90，根据磨床标准GB/T4684-94选定本次设计的工作台移动式外圆磨床的最大磨削长度500MM，允许的最大工件重150KG,工作台重500KG，移动速度0.01-2M/MIN.
3.1载荷的组成和计算
液压缸的载荷组成和计算
图3.1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。
各有关参数标注图上，其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷，FM是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。
作用在活塞杆上的外部载荷FW包括工作载荷FX,导轨的摩擦力FF和由于速度变化而产生的惯性力FS.
（1）工作载荷FX
常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。
对于工作台移动式外圆磨床的，工作载荷远小于摩擦载荷可忽略。
即FX
（2）导轨载荷FF
对于V型导轨
式中G――运动部件所受的重力（N）:
FN---外载荷作用于导轨上的正压力（N）；
U----摩擦系数。
见表3－1；
a――V型导轨的夹角，一般为900。
表3.1摩擦系数U
导轨类型
导轨材料
摩擦系数
滑动导轨
铸铁对铸铁
走动时
0.15～0.20
低速（v＜0.16m/s）
0.1～0.12
高速（v＞0.16m/s）
0.05～0.08
滚动导轨
铸铁对滚柱（珠）
0.005～0.02
淬火钢导轨对滚柱
0.003～0.006
静压导轨
铸铁
0.005
取静摩擦力系数：
FX＝0.2动摩擦系数fs=0.1；
静摩擦力Ffx=fs（G+FN）sin（a/2）
=0.2×
（500×
10=150×
10）/sin450
=1838N
动摩擦力Ffd=fd（G+FN）/sin（a/2）
=0.1×
=919N
惯性载荷FS
FS＝Mmax△v/△t（3.2）
式中Mmax――运动部件的最大重量：
Mmax＝650kg
△v――速度变化量（m/s）△v＝0.03m/s;
△t---起动或制动时间（s）△t=0.5s.
即：
Fa＝43N
液压缸的外载荷Fw,
起动加速时Fw=Fg+Ffd+Fa=0+919N+43N=962N
稳态运动时Fw=Fg+Ffd=0+919N=919N
减速制动时Fw=Fg+Ffd-Fa=0+919N-43N=876N
工作载荷FW并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则FW＝0；
除外载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力FM,由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为
FM=（1-∩m）F（3.3）
式中∩m――液压缸的机械效率，取0.90
F=FW/∩m（3.4）
表3.2液压缸各运动阶段负载表
工况
负载组成Fw
推力Fw/∩m
启动
Fw=Ffx=1838N
2042N
加速
Fw=Fs+Fsd+Fa=962N
1069N
匀速
Fw=Fg+Fsd=919N
1021N
减速
Fw=Fg+Fsd-Fa=876N
973N
停
Fw=0
根据液压缸各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。
3.2初选系统工作压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。
还要考虑执行元件的装配空间，经济条件及元件供应情况等的限制，在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看出不经漳；
反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高。
必然要提高设备成本。
一般来说，对于固定的尺寸不大受设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些，具体选择可参考表3.22和表3.3.
表3.2按载荷选择工作压力
载荷/KN
＜5
5～10
10～20
20～30
30～50
＞50
工作压力
＜0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
≥5
表3.3各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床
家业机械
小型工程机械建筑机械
液压凿岩机
液压机
大中型挖掘机
重型机械
起重运输机械
磨床
组合机床
龙门创床
拉床
工作压力/MPa
0.8～2
3～5
2～8
8～10
10～18
20～32
根据上表选定系统工作压力1MPa，工作载荷3KN
3.3计算液压缸的主要结构尺寸
液压缸有关设计参数见图3.3，图为液压缸活塞杆工作在受压状态
活塞杆受压时
F=FW/∩N=P1A1-P2A2（3.5）
式中A1=A2=兀/4（D2-d2）
F=3KN
P1------液压缸工作腔压力（pa）;
p1=1MPa
P2------液压缸回油腔压力（pa），即背压力，其值根据回路的具体情况而定，初算时可参照表3.4取值。
因为回油路带调速阀的系统取0.5MPas
D-------活塞直径（M）；
d-------活塞杆直径（M）。
表3.4执行元件背压力
系统类型
背压力/MPa
简单系统或轻载节流调速系统
0.2～0.5
回油路带调阀的系统
0.4～0.6
回油路设置有背压阀的系统
0.5～1.5
用补油泵的的闭式回路
0.8～1.5
回油路较复杂的工程机械
1.2～3
回油路较短，且直接回油箱
可忽略不计
3KN＝1A1-0.5A2
A1=A2=6000mm2
确定活塞杆径d与活塞直径D的关系，令杆径比
=d/D,其比值可按表3.5选取。
表3.5按工作压力选取d/D
≤5.0
5.0～7.0
≥7.0
d/D
0.5～0.55
0.62～0.70
0.7
杆径比
先定为
＝0.5
6000＝兀/4×
（D2-d2）＝兀/4×
3d2
d=5.mm
D=100mm
液压缸直径D和活塞杆直径d的计算值要国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。
根据表3.6按标准取D=100mm,则d=50mm满足活塞杆直径标准
表3.6常用液压内径D（GR/T2348-1993）/mm
40
50
63
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
行程与活塞杆直径的比L/d＝500/50＝10不需要做压杆稳定性验算。
3.4计算液压缸达所需流量
液压缸工作时所需流量
Q＝AV（3.6）
式中A----液压缸有效作用面积（m2）
v-----活塞与缸体的相对速度（m/s）.
Q=0.006m2×
0.033m/s=0.0002m3/s
液压缸工作时所需流量0.0002m3/s
4外圆磨床液压系统工作原理及特点
4.1机床液压系统的功能
本机床（见图4.1）可磨削外圆柱形和圆锥形工件，该机床的头架（工件）、外圆砂轮、液压油泵和冷却泵都由单独电动机驱动，工作台纵向往复移动由液压无极传动，也可手动。
砂轮架的横向进给由手动操纵实现粗进给和细进线两种，还可以由液压进行快速移动，为方便装卸工件，尾架顶尖的伸缩采用液压传动，在装卸工件和测量工件时，为缩短辅助时间，砂轮架具有快速进退动作，为避免惯性冲击，控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置，工作台可作微量抖动，传动系统具有必要的联锁动作：
（1）工作台的流动与手动补齐，以免流动带动手轮旋转引起工伤事故。
（2）砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。
（3）砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；
砂轮架快速后退时，头架与冷却停转。
4.2磨床液压传动系统的往复直线运动换向回路的选择
磨床液压传动系统工作往复直线运动换向回路的功用是使液压缸和与之相连的工作台等运动部件在其行程终端处迅速、平稳、准确地变换运动方向。
简单的换向回路只须采用标准的普通换向阀，但是对磨床等换向精度要求高的换向回路，则需特殊设计的换向阀。
根据具体要求的不同，可分为时间控制制动式投向回路和行程控制制动式换向回路两种。
（1）图4.2所示一种时间控制制动式换向回路。
图4.2时间控制制动式换向回路
1－节流阀；
2－先导阀；
3换向阀；
4－溢流阀
这个回路中的主油路只换向阀3的控制，例如，先导阀2从图4.2位置换到左端位置时，控制油路中的压力经单向阀I2通向换向阀3右端，换向阀左端的油经节流阀J1流回油箱，换向阀阀芯向左移动，阀芯上的右制动锥面逐渐关小液压缸油腔的回油通道，活塞速度逐渐减慢，并在换向阀3的阀芯移过I距离后将通道闭死，使活塞停止运动。
当节流阀J1和J2和开口大小调定之后，换向阀阀芯移过I所需的时间（使活塞制动所经历的时间）就确定不变中，因此，这种制动方式被称为时间控制制动式。
时间控制制动式的主要优点是它制动埋单可以根据主机部件运动速度的快慢、惯性的大小，通过节流阀J1和J2的开口旦得到调节，以便控制换向冲击，提高工作效率；
其主要缺点是换向过程中的冲出量受运动部件的速度和其它一些因素的影响，使其换向精度不高。
（2）图4.3所示一种行程控制制动式换向回路，这种回路的结构和工作情况与时间控制制动式的主要差别在于这里的主油咱除了受换向阀3的控制外，还要受先导阀2的控制。
图4.3行程控制制动式换向回路
1－溢流阀；
3-换向阀;
4-节流阀
图示位置的先导阀2在换向过程中向左移动时，先导阀阀芯的制动锥将液压右腔的回油通道逐渐关小，使活赛速度逐渐减慢，对活塞进行预制动，当回油通道被关得很小，活塞速度变得很慢时，换向阀3的控制油路才开始切换，换向阀阀芯向左移动，切断主轴路通道，使活塞停止运动，并立即使它在相反的方向启动，这里，不论运动部件原来的运动速度快慢如何，先导阀总是要先移动一段固定的行程I-
将工作部件先进行预制动后，再由换向阀来使液压缸换向，这种制动方式被称为行程控制制动式，行程控制制动式换向回路的换向精度较高，冲出量较小，冲出量较小；
但是由于先导阀的制动行程恒定不变，制动时间的长短和换向冲击的大小将要受到运动速度快慢的影响，所以，这种拘役回路宜用在工作部件运动速度不大但换向精度要求较高的内、外圆磨床等场合。
所以我这里选择行程控制制动换向回路作为主油路的换向回路。
4.3外圆磨床液压系统工作原理
由外圆磨床液压系统工作原理图（图4.4）可见，这个系统利用工作台档块和先导阀拨杆可以连续地实现工作台的住复运动和砂轮的间隙自动进给运动，其工作情况如下。
（1）工作台的住复运动
（a）往复运动时的油路走向及调速，当开停阀处于“开”位（右位）及先导阀和换向阀的阀芯均处右端时，液压缸向右运行，其油路走向为：
进油路：
液压泵→油路9→换向阀→油路13→液压缸右腔，
回油路：
液压缸左腔→油路12→换向阀→油路10→先导阀→油路2→开停阀右位→节流阀→油箱。
当工作台向右运行到预定位置时，其上的左挡块拨动先导阀操纵杆，使先导阀阀芯移动到左端位置。
这样，换向阀右端腔接通控制压力油，而左端腔与油腔连通，使阀芯处于左端位置，其控制油路走向为：
进油路：
液压泵→精密滤油器→油路1→油路4→先导阀→油路6→单向阀12→换向阀右端腔。
回油路：
换向阀左端腔→油路8→油路5→先导阀→油箱。
当换向阀阀芯处于左端位置后，主油路走向为：
液压泵→油路9→换向阀→油路12→液压左腔。
液压缸右腔→油路13→换向阀→油路7→先导阀→油路2→开停阀右腔→节流阀→油箱。
这时，液压缸带动工作台向左运行。
当运行到预定位置时，工作台上右挡块拨动先导阀操纵杆，使先导阀阀芯又移到右端位置，则控制油路使拘役阀切换，工作台又向右运行。
（b）换向过程
液压缸换向前，先导阀阀芯先受到挡块操纵而向左移动，先导阀阀芯移动过程中，其右制动锥关小主回油路，使工作台预制动，当先导阀阀芯移动了一个固定行程（l-
）后，操纵液动换向阀的控制油路变换中，其进油路走向如前述，而其回油路先后变换三次，使换向阀阀芯依次产生第一次快跳→慢速移动→第二次快跳。
这样，就使液压缸的换向在预制动后又经历了迅速制动、停留和迅速反向启动的三个阶段。
具体过程如下：
换向阀左端腔到油箱的回油，视阀芯的位置不同，先后三条线路，第一条线路是在阀芯开始移动阶段的回油线路：
换向阀左端腔→油路8→油路5先导阀→油箱。
在此回油线路中无节流元件。
管路通畅无阻，所以，阀芯移动速度快，产生第一次快跳。
第一次快跳使换向阀阀芯中部台肩移到阀套的沉割槽处，导致液压缸两腔的油路连通
（沉割槽宽度大于阀芯台肩宽度）,工作台停止运动。
当换向阀阀芯左端圆柱部分将油路8覆盖后，第一次快跳结束，其后，左端腔的回油只能经节流阀J1至油路5，这样，阀芯按节流阀J1调定的速度慢速移动，由于阀套沉割槽宽度大于阀芯中部台肩宽度，使得阀芯在慢速移动期间液压缸两腔油路继续互通，工作台停止状态持续一段时间，这就是工作台反向前的端点停留，停留埋单由节流阀调定，调节范围为0～5s。
当换向阀阀芯移到左部环槽将通道11与8连通时，阀芯左端腔的回油管道又变为通畅无阻，阀芯产生第二次快跳，这样，主油路被切换，工作台迅速反向启动向左运行，至此换向过程结束。
（2）砂轮架的快速进退运动
砂轮架上丝杠螺母机构的丝械与液压缸（快动缸）活塞杆连接在一起，它的快进和快退由该快动缸驱动，通过手动换向阀（快动阀）操纵，当快动阀右位接入系统时，快动缸右腔进压力油，左受权接油箱，砂轮回快进，反之，快动阀左位接入系统时，砂轮架快退。
砂轮架快
升级会员 