液壓傳動課程設計報告107李運增

青島理工大學琴島學院

課程設計報告

課題名稱：液壓與氣壓傳動課程設計學院：機電工程系

專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化107學號：201*030201*學生：李運增指導老師：程顯倫

青島理工大學琴島學院教務處201*年12月27日

學生課題名稱設計地點設計目的李運增液壓與氣壓傳動課程設計指導老師實訓時間實驗樓一層設計一臺鉆床動力滑臺液壓系統(tǒng)程顯倫201*/12/25設計內容（包括設計過程、主要收獲、存在問題、解決措施、建議）設計過程在本次液壓系統(tǒng)設計中，要使機床可以實現(xiàn)快進→工進→快退→停止的動作，而且快進和快退速度相等�？爝M采用雙泵供油加用流量控制閥的同步回路。在快進工程中使用一個二位三通的電磁換向閥接調速閥，連接差動回路，這樣可以實現(xiàn)快進動作，在工進過程中使這個二位二通的電磁換向閥的電磁鐵得電使油液經過調速閥以減小流量實現(xiàn)工進的慢速。在快退時用是向有桿腔進油，這樣可以實現(xiàn)較大的快退速度。通過本次課程設計，初步掌握了基本理論知識。本課程設計即給我們創(chuàng)造了一個運用課堂理論知識，解決較復雜的問題的平臺，又鍛煉了我們綜合利用所學知識的能力。主要收獲液壓課程設計是液壓傳動學習當中的非常重要的一個環(huán)節(jié)，本次課程設計時間一周，雖然我們每天都忙到很晚，但是通過本次每天都過得很充實的課程設計，從中得到的收獲還是挺多的。讓我感受最深的是，做任何事都必須耐心，細致。在設計過程中培養(yǎng)了我的綜合運用液壓課程知識及其他課程理論知識來解決實際問題的能力，真正做到了學以致用。在課程設計過程當中我充分的認識到自己在知識理解和接受應用方面的不足，特別是自己的系統(tǒng)的自我學習能力的欠缺，將來要進一步加強，今后的學習還要更加的努力。本次課程設計不僅僅是對自己所學的知識的一次系統(tǒng)總結與應用，還是對自己體質的一次檢驗。通過本次課程設計，我學會了很多關于專業(yè)方面的知識，了解了設計的本質，這次設計綜合運用液壓設計及其他先修課的知識，既學習了新的知識又復習了以前的知識，可以說本次設計是我們把理論知識用于實際中的一次實踐。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在實習在前我對液壓回路的了解很少，對其液壓元件的工作原理更是所知甚少�，F(xiàn)在設計基本完成了，我對液壓系統(tǒng)也有了進一步的了解，學到了設計一個液壓回路的基本方法和步驟。設

計中，指導老師為我提供了多方面的幫助，對于存在的問題及時做出了解答，使我避免了很多錯誤，少走了許多彎路。在此，我對老師表示衷心的感謝！存在問題課程設計過程中，許多計算有時不免令我們感到有些心煩意亂，看得出我們的計算能力是多么的弱，很簡單的計算我們也要用計算器。我們從中可以看到理論知識掌握不扎實的問題，看到了自己在平時學習中沒有注意的問題。學習是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題和不斷解決問題的過程，出現(xiàn)問題是很正常的。學會發(fā)現(xiàn)問題然后解決問題，就學到了新的知識。在學校這樣一個大群體里面，溝通自然是為人的基本，如何協(xié)調彼此的關系值得我們去深思和體會，在實習設計當中依靠與被依靠對我的感觸很大。在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。建議本次課程設計還有一些不足之處，課程設計選在臨近期末考試期間進行，就顯得不是太好了。我們沒有時間和精力完全投入到課程設計的任務當中，我們還要進行期末復習，沒有全身心的投入，很多地方都沒有深入的考慮，這也是這次設計不足的地方。雖然它占用了我們大部分的復習時間，但是這次液壓課程程設計對我來說是無法忘記的，我們收獲很多，不僅僅局限在學習知識上，如果課程設計在臨期末考試一個月進行，我覺得會更好些，那樣我們就不會擔心期末復習的時間不夠用了，我們會全身心的投入到課程設計中去，這樣我們的設計會更好些。指導老師評語系部教研室意見

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青島理工大學琴島學院

課程設計說明書

課題名稱：液壓與氣壓傳動課程設計學院：機電工程系

專業(yè)班級:機械設計制造及其自動化107學號：201*030201*學生：李運增指導老師：程顯倫

青島理工大學琴島學院教務處

201*年12月27日《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

《液壓與氣壓傳動課程設計》評閱書

題目學生姓名指導教師評語及成績指導教師簽名：年月日答辯評語及成績答辯教師簽名：年月日教研室意見總成績：室主任簽名：年月日液壓與氣壓傳動課程設計李運增學號201*03020《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

摘要

目前，液壓系統(tǒng)被廣泛應用在機械、建筑、航空等領域中，成為一種新型的動力源。由于液壓元件的制造精度越來越高，再配合電信號的控制，使液壓系統(tǒng)在換向方面可以達到較高的頻率。不管是在重型機械和精密設備上都能滿足要求。液壓系統(tǒng)本身有較多的優(yōu)點，比如：在同等的體積下，液壓裝置產生的動力更大；由于它的質量和慣性小、反映快，使液壓裝置工作比較平穩(wěn)；能夠實現(xiàn)無級調速，特別是在運動中進行調速；液壓裝置自身能實現(xiàn)過載保護；實現(xiàn)直線運動遠比機械傳動簡單。但是液壓傳動對溫度的變化比較敏感，不宜在很高或很低的溫度下工作。液壓系統(tǒng)應用在機床上，實現(xiàn)對工作臺和夾緊工件的循環(huán)控制起著重要的作用。對銑削類組合機床，運用液壓來控制運動循環(huán)，結構簡單，所占空間小，而且能滿足較大的切削負載要求。

本文為立式鉆床液壓系統(tǒng)設計，可以實現(xiàn)同時快速進給、工進、快退的動作�？爝M采用差動連接。

根據(jù)給定的條件完成液壓系統(tǒng)圖的設計；根據(jù)給定的條件和已完成的液壓系統(tǒng)圖，選擇元件明細表；根據(jù)給定的條件和已完成的液壓系統(tǒng)圖，對主要元件進行初步計算；完成課程設計任務。

關鍵字：差動連接雙泵供油進口節(jié)油調速回路

《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

目錄

摘要....................................................I1設計任務...................................................12液壓回路的工況分析........................................2

2.1設計要求及工況分析.......................................22.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).....................................3

3擬定液壓系統(tǒng)原理圖........................................6

3.1初選液壓件及基本回路.....................................63.2組成液壓系統(tǒng)............................................7

4計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能.........................8

4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率..............................84.2確定油管及壓力...........................................94.3驗算液壓系統(tǒng)性..........................................104.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升.......................................12

總結.....................................................13參考文獻....................................................14

I《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

1設計任務

學生通過《液壓與氣壓傳動》課的課堂學習，初步掌握了基本理論知識。本課程設計即為了給學生創(chuàng)造一個運用課堂理論知識，解決較復雜的問題的平臺，鍛煉學生綜合利用所學知識的能力，初步接觸一下“設計”的味道。

液壓系統(tǒng)設計計算是液壓傳動課程設計的主要內容，包括明確設計要求進行工況分析、確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)、擬定液壓系統(tǒng)原理圖、計算和選擇液壓件以及驗算液壓系統(tǒng)性能等。本次設計的是一臺立式雙軸鉆孔組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)。

要求設計的動力滑臺實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進→工進→快退。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL31100N；運動部件所受重力G1200N；快進、快退速度

v1v36.5m/min，工進速度v20.1m/min；快進行程L1270mm，工進行程

L2150mm；動力滑臺采用平導軌，靜摩擦系數(shù)s0.2，動摩擦系數(shù)d0.1。液壓

系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。

1

《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

2液壓回路的工況分析

2.1設計要求及工況分析

(1)工作負載工作負載即為切削阻力FL31100N。(2)摩擦負載

靜摩擦阻力FfssG0.21201*.83528N（21）動摩擦阻力FfddG0.11201*.81176N（22）（3）慣性負載Fi（4）運動時間

L12701032.49s（24）快進t1v16.5/60L215010390s工進t2v20.1/60L1L24201*33.9s快退t3v36.5/60mv6.51201*300N（23）t600.1設液壓缸的機械效率cm0.9，得出液壓缸在各工作階段的負載和推力

表2.1液壓缸各階段的負載和推力

工況啟動加速快進工進反向啟動加速快退FFfsFFfdFiFFfdFFfdFLFFfsFFfdFiFFfd負載組成液壓缸負載F/N液壓缸推力F0=F/ηcm/N23522476117632276235224761176261327511306.735862261327511306.7

《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

2.2確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)

1.初選液壓缸工作壓力

所設計的動力滑臺在工進時負載最大，在其它工況負載都不太高，參考表2.2和表2.3，初選液壓缸的工作壓力P14MPa。2.計算液壓缸主要尺寸

鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A12A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考表2.4選此背壓為P20.6MPa。

表2.2按負載選擇工表

負載/KN工作壓力/MPa《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

表2.6按速比要求確定d/D2/1d/D1.150.31.250.41.330.51.460.551.610.6210.71注：v1無桿腔進油時活塞運動速度；

v2有桿腔進油時活塞運動速度。

由式：p1A1p2A2FcmF得

A1cm(p14A1p2)232276m296.9104m20.60.9(3)2（25）

m0.110m110mm則活塞直徑：D496.9104

（26）

參考表2.5及2.6得，圓整后取標準數(shù)值得D=110mm，d=80mm。

由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為：

A1A2D240.1124m295104m2

44

根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表2.7所列，

表2.7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值

缸1工況推力F0/N回油腔壓力p2/MPa啟動快進加速恒速1306.71.490.700.50.3827511.020.992613進油腔壓力p1/MPa0.52輸入流量q×10-3/m3/s輸入功率P/KW計算公式(D2d2)(0.1120.82)m244.7104m2p1F0A2Pq(A1A2)v1A1A2Pp1q《液壓與氣壓傳動課程設計》說明書

p10.006F0p2A2A1工進358620.64.061.61022qA1v2Pp1q啟26130.58動pp2A11F0A快加27510.51.682退速qA2v3恒1306.70.51.350.480.648速Pp1q注：1.Δp為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。

2．快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。

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3擬定液壓系統(tǒng)原理圖

3.1初選液壓件及基本回路

(1)選擇調速回路由于這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調速回路。為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。

(2)選擇油源形式在工作循環(huán)內，液壓缸要求油源提供快進、快退行程的低壓大流量和工進行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比

qmax/qmin0.5/1.610-231.2；其相應的時間之比(t1t3)/t20.097。這表明在一個

工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用限壓式變量葉片泵。

(3)選擇快速運動和換向回路本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接快速運動回路實現(xiàn)快速運動。考慮到從工進轉快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位四通電液換向閥。

(4)選擇速度換接回路由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉為工進時，速度變化大

v1/v26.5/0.165，為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路。

(5)選擇調壓和卸荷回路在限壓式變量葉片泵的油源形式確定后，調壓和卸荷問題都已基本解決。

3.2組成液壓系統(tǒng)

將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，詳情見設計圖紙。

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4計算和選擇液壓件及驗算液壓系統(tǒng)性能

4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率

(1)計算液壓泵的最大工作壓力

小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=4.06MPa，如在調速閥進口節(jié)流調速回路中，選取進油路上的總壓力損失∑p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為

pp1p1ppe4.060.60.5MPa5.16MPa

大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.68MPa，比快進時大�？紤]到快退時進油不通過調速閥，故其進油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進油路上的總壓力損失∑p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為

pp2p1p1.680.3MPa1.98MPa

(2)計算液壓泵的流量

由表2.7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.55×10-3m3/s，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個泵的總流量為

qpKq11.10.5103m3/s33L/min

(3)確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率

根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和26mL/r，當液壓泵的轉速np=1000r/min時，其理論流量分別為6L/min和26L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實際輸出流量為

qpqp1qp2610000.9/10002610000.9/1000L/min5.423.4L/min28.8L/min由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時液壓泵的驅動電動機功率為

Pppqpp1.9810633103KW1.19KW600.8103

根據(jù)此數(shù)值查閱產品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L6型電動機，其額定功率為

1.5KW，額定轉速為1000r/min。

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4.2確定油管及壓力

表4.1各工況實際運動速度、時間和流量

快進工進快退q154.4L/minv10.095m/st12.83s管道吸油管道壓油管道回油管道q10.96L/minv21.68103m/st189.3s表4.2允許流速推薦值q128.8L/minv30.107m/st13.91s推薦流速/(m/s)0.5～1.5，一般取1以下3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值1.5～3由表4.1可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設計要求。根據(jù)表4.1數(shù)值，按表4.2推薦的管道內允許速度取=4m/s，由式d得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內徑分別為

d4q17.0mmv4q18.0mmv4q計算vd為了統(tǒng)一規(guī)格，按產品樣本選取所有管子均為內徑15mm、外徑22mm的10號冷拔鋼管。

確定油箱

油箱的容量按式Vqpn估算，其中α為經驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，α=2～4；中壓系統(tǒng)，α=5～7；高壓系統(tǒng)，α=6～12�，F(xiàn)取α=6，得

Vqpn192L

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4.3驗算液壓系統(tǒng)性能

驗算壓力損失

由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進、回油管道長為L=2m，油液的運動粘度取=110-4m2/s，油液的密度取=0.9174103kg/m3。

(1)判斷流動狀態(tài)

在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=32L/min為最大，因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（201*），故可推出：各工況下的進、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。

(2)計算系統(tǒng)壓力損失

將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)

和油液在管道內流速

7575dvRe4qv4qd2lv2同時代入沿程壓力損失計算公式p1，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得

d2475l4750.9174103110428p1qq0.547810q4342d23.14(1510)可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。

在管道結構尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失pζ常按下式作經驗計算

p0.1pl

各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計算

pvpn(q2)qn其中的pn由產品樣本查出，滑臺在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：

1．快進

滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥入無桿腔。在進油路上，壓力損失分別為

pli0.0496MPapi0.1pli0.00496MPa

pvi0.1246MPa

piplipipvi0.1791MPa

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在回油路上，壓力損失分別為

plo0.0234MPap00.00234MPa

pvo0.1215MPa

p0pl0p0pvo0.1474MPa

將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便得出差動快速運動時的總的壓力損失

p[0.0840.09732.4]MPa0.2485MPa642．工進

滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥、調速閥進入液壓缸無桿腔，在調速閥處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥、背壓閥的卸荷油液一起返回油箱，在背壓閥處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損失為

pipvi0.5MPa

此值略小于估計值。

在回油路上總的壓力損失為

p0pv00.643MPa

該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.66MPa，可見此值與初算時選取的背壓值基本相符。

重新計算液壓缸的工作壓力為

p1F0p2A24.08MPaA1考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差pe=0.5MPa，則小流量泵的工作壓力為

pP1p1pipe4.080.50.55.08MPa

此值與估算值基本相符，是調整溢流閥的調整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。

3．快退

滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進入液壓缸桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和單向閥返回油箱。在進油路上總的壓力損失為

pipvi0.036MPa

此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅動電動機的功率是足夠的。在回油路上總的壓力損失為popvo0.262MPa數(shù)值基本相符。

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4.4驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升

由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，經液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失

pP2ppn(q2)0.0414MPaqn液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率

PrpP1qP1pP2qP2P591.7W

液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率

PcFv253.8W

由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為

HPrPc537.9W

按式TH計算工進時系統(tǒng)中的油液溫升，即KAT其中傳熱系數(shù)K=15W/（m2C）。設環(huán)境溫T2=25C，則熱平衡溫度為

H0.065K3V216.6C

T1T2T2550[T1]55C

油溫不在允許范圍內，油箱散熱面積不符合要求，需要設置冷卻器。

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總結

本課程設計是學生在學完液壓基礎專業(yè)課程,進行的一個綜合性和實踐性很強的教學環(huán)節(jié),學生通過課程設計,能綜合運用所學基本理論以及學到的實踐知識進行的基本訓練,掌握液壓系統(tǒng)設計的思維和方法,專用元件和通用元件的參數(shù)確定。通過給定設計題目，初步掌握確定壓力，進行缸的主要參數(shù)的初步確定，按系列要求確定缸體和活塞桿的直徑。然后確定其他元件的參數(shù)，最后進行效核。通過液壓課程設計，提高學生分析和解決實際液壓問題的能力,為后續(xù)課程學習及今后從事科學研究,工程技術工作打下較堅實的基礎。

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參考文獻

[1]左建民．液壓與氣壓傳動【M】．第4版．北京：機械工業(yè)出版社，201*[2]楊培元．液壓系統(tǒng)設計簡明手冊【M】．第1版．北京：機械工業(yè)出版社，201*[3]王昆．機械設計課程設計【M】．第1版．北京：機械工業(yè)出版社，201*

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