目录
课程设计题目与其设计要求 (2)
系统工况分析与方案选择 (2)
液压元件的计算与方案选择 (4)
主要部件的结构特点分析与强度校核 (4)
液压系统验算 (10)
课程设计简单小结 (11)
参考文献 (12)
1.课程设计题目与要求
设计一台汽车变速箱箱体孔系镗孔专用组合机床的液压系统。要求该组合机床液压系统要完成的工作循环是：夹具夹紧工件→工作台快进→工作台1工进→工作台2工进→终点停留→工作台快退→工作台起点停止→夹具松开工件。该组合机床运动部件的重量（含工作台的多轴箱等部件）为20000N，快进、快退速度
为6m/min，1工进的速度为800~1000mm/min，2工进的速度为600～800mm/min，工作台的导轨采用山型—平面型组合导轨支撑方式；夹具夹紧缸的行程为25mm。夹紧力在20000~14000之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。
2、工况分析
首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。
液压缸所负外负载F包括三种类型，即=++
）
G—运动部件重力：30000N
F—导轨摩擦系数。取动摩擦系数为0.1，静摩擦系数为0.
上式中为静摩擦阻力，为动摩擦阻力。
；
=，式中g为重力加速度，为加速或减速时间，一般
为时间内的速度变化量
∴==6122N
根据上述计算结果，列出各阶段所受的外负载，并画出如下图所示的负载循环图
表1-1工作循环各阶段的外负载
工作循环
外负载F(N)
工作循环
外负载F（N）
启动、加速
F=F+F
12122N
工进
F=F+F
23000N
快进
F=F
6000N
快退
F=F
3000N
3．拟定液压系统原理图
（1）确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或者变量泵供油。本设计采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。（2）夹紧回路的选择
采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。为了实现夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍然能保持夹紧力，接入节流阀调速和单向阀保压。为了实现夹紧力的大小可调和保持夹紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。
（3）定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择。
定位液压缸和夹紧缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发信启动工作台液压缸工作，以简化电气发信与控制系统，提高系统的可靠性。
（4）调速方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。
（5）速度换接方式的选择
本设计采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。
最后把所选择的液压回路组合起来，既可组成图1—3所示的液压系统原理图。
4．液压系统的计算和选择液压元件
（1）液压缸主要尺寸的确定
①液压缸工作压力的确定。
查表2-1取液压缸的工作压力为4MPa
②计算液压缸内径D和活塞杆直径d。
由负载图知最大负载F=23000N，按表2-2取p2=0.5MPa，取ηcm为0.94，考虑到快进和快退速度相同。查表2-3取d/D为0.7，将上述数据代入（2-3）可得：
D=
=
=9.12×m
根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准直径D=100mm，活塞杆直径为d，由d/D=0.7，及表2-5活塞杆直径系列取d=70mm
按工作要求夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为3MPa，回油背压力为0。=0.94，则按式（2-3）可得：
D==7.36
按表2-4及表2-5，液压缸和活塞杆的尺寸系列，取夹紧液压缸的D和d分别为80mm和56mm
按工作要求有两个定位缸（定位缸负载未定）
D定=m
按表2-4和2-5，取定位缸的D和d分别为40mm和28mm
按最低工作速度验算液压缸的最小稳定流量。
由式（2-4）的A>Amin==cm2=25cm2
式中是由产品样品中查得GE系列调速阀AQF3-E70B的最小稳定流量为0.054L/min
由于调速阀式安装在回路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积。
∴A=（D2-d2）=cm2=40cm2
可见上述不等式能满足要求，液压缸能达到所需低速。
③计算各工作阶段液压缸所需的流量
q快进=d2v快进=2×6m3/min=23.1L/min
q工进=D2v工进=×0.12×0.12m3/min=0.942L/min
q快退=(D2-d2)v快退=×（0.12-0.072）×6cm3/min=24L/min
q夹=D夹2v夹=×0.082×25×10-3×60m3/min=7.54L/min
q定=D定2v定=×0.042×25×10-3×603/min=1.884L/min
（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格
①泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为pp=p1+
式中pp—液压泵最大工作压力
P1—执行元件最大工作压力
—进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取0.5～1.5MPa，本题取0.5MPa pp=p1+=（4+0.5）MPa=4.5MPa
上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命。因此选泵的额定压力Pn应满足pn≥（1.25～1.6）pp 中低压系统取小值，高压系统取大值。Pn=1.25pp=1.25×4.5MPa=5.6MPa
②泵的流量确定。液压泵的最大流量应为qp≥KL（∑q）max
式中qp为液压泵的最大流量;
(∑q)max是同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进行工作，必须加溢流阀的最小溢流量2～3L/min；
KL为系统泄露系数，一般取KL=1.1～1.3，现取KL=1.2.
qp=KL(∑q)max=1.2×24L/min=28.8L/min
3）选择液压泵的规格。根据以上计算得到的pp和qp在查阅设计手册，现选用YBN-20限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量qo=20L/min，泵的额定压力pn=7MPa，电动机转速nH=1450r/min，容积效率ηV=90﹪，总效率η=0.7。
4）与液压泵匹配的电机的选择。首先分别计算出快进缸与工进缸两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电机规格的依据。由于慢进时泵的输出流量减少，泵的输出效率急剧降低，一般流量在0.2～11L/minX 围时，可取η=0.03～0.14.同时还应注意到，为了使所选择的电机在经过泵的流量特性曲线最大功率点不至停转，需进行验算，即
式子中Pn为所选电机的额定功率；
PB限压式变量泵的限定压力；
qp为PB时，泵的输出流量。
首先计算快进时的功率，快进时的外负载为6000N，进油路的压力损失为0.3MPa，由式（1-4）可得
P=MPa=1.86MPa
快进时所需的电机功率为
P==KW=0.45KW
工进时所需的电机功率P为
P=KW=0.102KW
查阅电机产品样本，选用Y90S-4，额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min。
根据产品样本可查YBN-20的流量压力特性曲线。再由已知的快进时的流量为23.1L/min，工进时流量为0.942L/min，压力为4.5MPa，做出泵的实际工作时的压力流量特性曲线，如图1-4所示，查得该曲线拐点处的流量为20L/min，压力为3MPa该工作点对应的功率为
P=KW=1。43
所选电动机功率满足式（1-6），拐点处能正常工作。
（3）液压阀的选择
本方案选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选
定液压元件如表1-2所示。
表1-2液压元件明细表
序号
元件名称
方案
通过流量（L/min）
1
滤油器
XU—B32100
28.8
2
液压泵
YBN-25
28.8
3
压力开关
KH-6
4
溢流阀专用汽车
YF3E10B
24
5
调速阀
AF3-EA10B
24
6
压力表开关
4K-F10D-1
7
二位四通换向阀24EF3-E10B
24
8
压力表开关
K-H6
8
9
蓄能器
NXQ-B1.6C
11
单向顺序阀
JF3-10B
7.54
12
减压阀
JF3-C10B
7.54
14
压力继电器DP-63B
7.54
15
三位四通换向阀34EF3O-E10B 24
16
单向调速阀AQF3-E10
24
17