液压与气压传动课程设计 (1)

液压与气压传动课程设计任务书

系 别 机汽学院

专 业 机械设计制作及自动化

班 级 机制1111班 姓 名 X X X

一）、设计的目的和要求：

㈠设计的目的

液压传动课程设计是本课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：

1.巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；

2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；

3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。

㈡设计的要求

1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；

2.完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭；

3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。

4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后；

5.液压传动课程设计一般要求学生完成以下工作： ⑴设计计算说明书一份；

⑵液压传动系统原理图一张（3号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序表）。

二）、设计的内容及步骤

设计内容

1. 液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图； 2. 进行方案设计和拟定液压系统原理图； 3. 计算和选择液压元件； 4. 验算液压系统性能； 设计步骤

以一般常规设计为例，课程设计可分为以下几个阶段进行。 1.明确设计要求

⑴阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。

⑵参阅本书有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。 2.进行工况分析

⑴做速度-位移曲线，以便找出最大速度点；

⑵做负载-位移曲线，以便找出最大负载点。液压缸在各阶段所受的负载需要计算，为简单明了起见，可列表计算；

工 况 启 动 加 速 快 进 工 进 计 算 公 式 缸 的 负 载 F 缸的推力F/ηcm 快 退 注：ηcm——缸的机械效率，取ηcm=0.9 ⑶确定液压缸尺寸

确定液压缸尺寸前应参照教材选择液压缸的类型，根据设备的速度要求确定d/D的比值、选取液压缸的工作压力，然后计算活塞的有效面积，经计算确定的液压缸和活塞杆直径必须按照直径标准系列进行圆整。计算时应注意考虑液压缸的背压力，背压力可参考下表选取。 系 统 类 型 回路上有节流阀的调速系统 回路上有背压阀或调速阀的进给系统 采用辅助泵补油的闭式回路（拉床、龙门刨等） 背 压 力（MPa） 0.2～0.5 0.5～1.5 1～1.5 ⑷绘制液压缸工况图 液压缸工况图包括压力循环图（p-s）、流量循环图（q-s）和功率循环图（P-s），绘制目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点。计算过程可列表计算。

负载F（N） 各阶段压力、流量和功率值 液 压 缸 回油腔压力 恒速

工 况 快进（差动） 启动 加速 流入流量 进油腔压力 输入功率 计 算 公 式 工 进 快退 启动 加速 恒速

3.进行方案设计和拟定液压系统原理图 方案设计包括供油方式、调速回路、速度换接控制方式、系统安全可靠性（平衡、锁紧）及节约能量等性能的方案比较，根据工况分析选择出合理的基本回路，并将这些回路组合成液压系统，初步拟定液压系统原理图。

选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。应考虑回路的调速范围、低速稳定性、效率等问题，同时尽量做到结构简单、成本低。

4.计算和选择液压组件 ⑴计算液压泵的工作压力 ⑵计算液压泵的流量 ⑶选择液压泵的规格 ⑷计算功率，选择原动机 ⑸选择控制阀

⑹选择液压辅助元件 5.验算液压系统性能 ⑴验算液压系统的效率 ⑵验算液压系统的温升

6.绘制正式工作图，编制课程设计计算说明书

⑴液压传动系统原理图一张（3号图纸，包括工作循环图和电磁铁动作顺序表）

⑵整理课程设计计算说明书

液压系统原理图的标题栏如下所示： 比 例 图 名 件 数 设 计 指 导 审 核 日 期 日 期 日 期 重 量 共 张 第 张 图 号 襄 樊 学 院 三）、进度安排

按教学计划安排，液压传动课程设计总学时数为1周，其进度及时间大致分配如下：

序号 1 2 3 4 5 6 7 总计 设计准备 液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图 进行方案设计和拟定液压系统原理图 计算和选择液压组件 验算液压系统性能 绘制正式工作图，编制课程设计说明书 设计总结 设 计 内 容 天数（约占比例） 0.5（约占10%） 0.5（约占10%） 1.5（约占30%） 1（约占20%） 0.5（约占10%） 0.5（约占10%） 0.5（约占10%） 5

目录

一、设计的目的和要求------------------------------------------------------------------2 二、设计要求及设计参数---------------------------------------------------------------6 1、设计要求 -----------------------------------------------------------------------6 2、设计参数-------------------------------------------------------------------------6 三、负载与运动分析---------------------------------------------------------------------6 1、负载分析-------------------------------------------------------------------------6 A)夹紧缸-------------------------------------------------------------------------6 B)工作台液压缸----------------------------------------------------------------7 2、运动分析-------------------------------------------------------------------------7 3、负载图F-t和速度图v-t图的绘制------------------------------------------8 四、确定液压系统主要参数-------------------------------------------------------------8 1、液压缸的选定-------------------------------------------------------------------8 A)夹紧缸-------------------------------------------------------------------------8 B)工作台液压缸----------------------------------------------------------------8 2、活塞杆稳定性校核-------------------------------------------------------------10 3、液压缸各运动阶段的压力，流量和功率----------------------------------10 A）夹紧缸-----------------------------------------------------------------------10 B）工作台液压-----------------------------------------------------------------11 4、液压缸的工况图----------------------------------------------------------------12 五、拟定液压系统原理图---------------------------------------------------------------13 六、液压元件的选择----------------------------------------------------------------------14 1、确定液压泵的规格和电动机的功率----------------------------------------14 2、选择阀类元件及辅助元件----------------------------------------------------14 七、液压系统发热与升温的验算-------------------------------------------------------15 七、总结-------------------------------------------------------------------------------17 九、参考文献--------------------------------------------------------------18

二、设计要求及设计参数 1．设计要求

设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：

2．设计参数 设计参数如下：

工作台液压缸负载力（KN）：FL=9.8KN 工作台液压缸移动件重力（KN）：G=2.5 KN

工作台快进、快退速度（m/min）：V1=V3=5.5m/min 工作台工进速度（mm/min）：V2 =48mm/min 工作台液压缸快进行程（mm）：L1 =280mm 工作台液压缸工进行程（mm）：L2 =80mm 工作台启动时间（S）：t=0.5 s 夹紧液压缸负载力（KN）：FC=4.8KN 夹紧液压缸负移动件重力（N）：GC=60N 夹紧液压缸行程（mm）：LC=10mm 夹紧液压缸运动时间（S）：tC=1s 导轨面静摩擦系数：μC=0.2 导轨面动摩擦系数：μd=0.1 FL 9.8

Fc 4.8 G 2.5 Gc 60 V1 5.5 V2 48 L1 280 L2 80 Lc 10 tc 1 三、负载与运动分析 1、负载分析 A)夹紧缸

工作负载：FlFCGCd4800600.14806N

由于夹紧缸的工作对于系统的整体操作的影响不是很高，所以在系统的设计计算中把夹紧缸的工作过程简化为全程的匀速直线运动，所以不考虑夹紧缸的惯性负载等一些其他的因素。

B)工作台液压缸

1、工作负载 工作负载极为切削阻力FL=9.8KN。 2、摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：

(1)静摩擦阻力 FfscG0.22500500N (2)动摩擦阻力 FfddG0.12500250N 3、惯性负载 Fi4、运动时间

快进 t1GvG(v10)25005.5/6046.77N gtgDt9.80.5L12803.05s v15.5103/60L280106.667s v245/60L1L2280803.927s v35.5103/60 工进 t2 快退 t3假设液压缸的机械效率cm0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所示。

表1 液压缸在各工作阶段的负载和推力

液压缸负载工 况 启 动 加 速 快 进 工 进 反向启动 负载组成 F/N F=Ffs F= Ffd+Fi F= Ffd F= Ffd+ FL F=Ffs 500 377.55 250 10050 500 F0=F/cm/N 555.56 419.5 277.78 11166.67 555.56 液压缸推力

加 速 快 退 F=Ffd+Fi F=Ffd 377.55 250 419.5 277.78 2、运动分析

手工上料—按按钮加紧缸自动加紧—按按钮工作台快进—工作台切削进给—工作台快退—按按钮松开夹具—卸料

3、负载图F-t和速度图v-t图的绘制

四、确定液压系统主要参数

1、液压缸的选定 A)夹紧缸

根据负载选择液压缸的执行压力p=1MPa。 AF48064.81103m2

6p110 D4A44.8110378.3mm

根据GB\\T2348-1993规定,D取80mm。根据稳定性校核LC/d<10时，液压缸能满足稳定性条件，LC=10mm,,这里取d=40mm。 液压缸的有效作用面积：

2232有杆腔：A1(Dd)/43.7710m 232无杆腔：A2D/45.0310m

''此时实际工作压力为：pF0.955MPa1MPa，所以选取工作压力1MPa满足要求。 'A2B)工作台液压缸

所设计的动力滑台在工进时负载最大，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=2.5MPa.

表2 按负载选择工作压力

负载/KN <5 5~10 1.5~2 10~20 2.5~3 20~30 3~4 30~50 4~5 >50 工作压力/MPa <0.8~1 5

表3各种机械常用的系统工作压力 机械类型 工作压力/MPa 机床 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 10~18 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 20~32 0.8~2 3~5 2~8 8~10

鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止车铣时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选定背压为p20.8MPa，而液压缸快退时背压取0.5Mpa 由式p1A1p2A2F0得

A1F0p1p2211166.675.32103m2

0.8(2)1062则活塞直径

D4A145.321038.23102m82.3mm 3.1415926参考表5及表6，取标准值得D80mm,d56mm。 d0.71D0.7182.356.4mm，由此求得液压缸两腔的实际有效面积：

无杆腔：

A1D240.08245.03103m2

有杆腔： A2D42d240.0820.05622.56103m2

实际工作压力为：pF02.2MPa2.5MPa，即选取工作压力2.5MPa满足要求。 A1工进时采用调速阀调速，其稳定流量qmin0.24L/min，设计要求最低工进速度

v248mm/min，经验算

qmin5103m2A1合格。 v2表4 执行元件背压力

系统类型 简单系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短且直接回油 工作压力/MPa d/D ≤5.0 0.5~0.55 5.0~7.0 背压力/MPa 0.2~0.5 0.4~0.6 0.5~1.5 0.8~1.5 1.2~3 可忽略不计 ≥7.0 0.7 表5 按工作压力选取d/D

0.62~0.70

2、活塞杆稳定性校核 A)夹紧缸

由于夹紧缸的活塞杆直径是利用稳定性校核来计算的，所以不需要进行校核。 B)工作台缸

因为活塞杆的总行程为360mm，活塞杆的直径是56mm，所以L/d=6.45<10，所以满足 稳定性要求。

3、液压缸各运动阶段的压力，流量和功率

3232A) 夹紧缸 （A13.7710m,A25.0310m）回油路背压为0.5Mpa

'' 放松时： q1A1vc3.7710''31010337.7mL/s

1 p1'dGcp2'A2A1'''62515'''Pp0.67MPa，21q125.3W

3.771033 夹紧时： q2A2vc5.03101010350.3mL/s

1'' p2

B)工作台液压缸

'FlA2'0.95MPa，P2p2q247.8W

'

分析可知，快进时，液压缸无杆腔进油，压力为p1；有杆腔回油，压力为p2。 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1；无杆腔回油，压力为p2。 由于液压缸是差动连接，回油口到进油口之间的压力损失取p0.5MPa。快退时，回油路的背压取0.5MPa，即p20.5MPa。

表7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值

工回油腔 负载 计 算 公 式 压力 F（N） p2/MPa 况 快进（差动）启动 加速 恒速 工进 快退启动 加速 恒速

流入流量qx103/m3/s 进油腔压力p1/MPa 输入功率 P/kw P1(F0A2P)/A1A2qA1A21 PP1q 333.33 — — 0.44 — 251.70 166.67 P1(F0A2P2)/A1qA12 p1p p1p— 0.5 0.76x102 0.6 0.75 0.65 2.85 0.46 1.40 1.29 — 0.325 0.022 PP1q 2611.11 333.33 251.70 166.67 — — — P1(F0A1P2)/A2qA23 PP1q 0.5 0.5 — 0.44 — 0.57 注：1. p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，

取p=0.5 Pa

2. 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2

4、液压缸的工况图

五、拟定液压系统原理图 1、供油方式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大

流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比

qmaxqmin2358.75；相应的时间之比

t1t3t23.053.927106.6670.065。这表明在一个工作循环中的大部分时间

都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵1作为工作液压缸油源，同时选用一定量泵作为夹紧缸油源。

2、调速回路

由工况图可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。 3、速度换接回路 由工况图中的可知，当滑台从快进转为工进时，滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。

当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大—进油路中通过，回油路中通过。为了保证换向平稳其见，宜采用换向时间可调的电液换向阀换接回路。由于这一回路换要实现液压缸的差动连接，所以换向阀选择五通的。 4、差动回路

为实现工作台缸的快进的效果，在系统中设置一个差动回路。 5、锁紧回路

夹紧回路中采用电磁换向阀，并在进油路上安装气体蓄能器。 当液压缸处于夹紧状态时，不会因为泄漏或外力的作用而移动。液压系统原理图详见附图

此图中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀。

表8 元件动作顺序表

电磁铁 行程阀 1YA 2YA 3YA 4YA 行程阀 液压缸工作循环 夹紧缸夹紧 + — — — 下位 快进 — — + — 下位 工进 — — + — 上位 快退 — — — + 上位 夹紧缸放松 — + — — 下位 六、液压元件的选择

1、确定液压泵的规格和电动机的功率 (1)计算工作液压缸的泵

1）计算液压泵的最大工作压力

由表7可知，工作台液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力p1=2.63MPa。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=1MPa，则限压式变量泵的最高工作压力估算为：

pmaxp1p2.6313.63MPa

2)计算液压泵的流量

由表7可知，油源向液压缸输入的最大流量为q=235 mL/s，按10%的泄露来计算那么泵的总流量为：

qmaxKA1A2vmax1.150.325.61045.560m3/s249mL/s14.94L/min

而工进时调速阀的稳定流量是4mL/s，所以泵的稳定输出流量不得小于工进时的流量。 3)确定液压泵的规格

根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取YBX-16型限压式变量泵，额定转速1450m/min，最大流量为23.2L/min, 液压泵总效率p0.72,调压范围在2~6.3MPa，满足要求。

（2）计算夹紧液压缸的泵 1）计算液压泵的最大工作压力

由以上计算可知，夹紧液压缸在夹紧时工作压力最大，夹紧缸最大压力p2'=0.95MPa。选取进油路上的总压力损失∑∆p=0.4MPa，则限压式变量泵的最高工作压力估算为：

 pmaxp22)计算液压泵的流量

p0.950.40.99MPa

50.3mL/s，按10%的泄露来由以上计算可知，油源向液压缸输入的最大流量为q2计算那么泵的总流量为：

qmaxKV250.31.155.3mL/s3.32L/min T13)确定液压泵的规格

根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取YB14型叶片泵，额定转速1450r/min,容积效率V0.8，额定流量为4.L/min，满足要求。

（3）电动机功率的确定

把上述两液压泵双联由电动机一起带动，则工作液压缸在快退时输入功率最大，取进油路上的压力损失为0.5Mpa，则液压泵输出压力为1.59Mpa，又工作液压泵总效率p0.72，这是液压泵的驱动电动机的功率为：

Ppmaxqmaxp1.592490.55KW

0.72根据此数值查阅产品样本，选用电动机Y802-4型异步电动机，其额定功率为0.75kW，额定转速为1390r/min，YB14型叶片泵输出流量为4.45 L/min，仍能满足系统要求。

2、选择阀类元件及辅助元件

根据实际工作压力以及流量大小即可选择液压元辅件（详见附图）。油箱容积取液压泵流量的6倍，管道由元件连接尺寸确定。在系统管路布置确定以前，回路上压力损失无法计算，以下仅对系统油液温升进行验算。 七、液压系统发热与升温的验算

八、总结

本次液压课程设计在本小组成员的合作下，可以说的完成了预期的任务。通过这次的液压课程设计，我们切身体会了液压系统的整个设计，加深了液压传动学的知识的理解，了解和掌握了液压系统的设计步骤。

本次液压系统的设计，采取小组成员分工合作制，在集体讨论好设计方案后，每个小组成员按工作量分别计算和设计液压系统的一部分集成块，完成各自的设计后，再汇总进行审查。本小组的方案进行审查后，可以成功的达到所需要求，液压系统的设计成功的完成。

通过这次的液压课程设计，我们再次体会到团队合作的重要性，在设计的过程中，不断的查阅各种相关技术资料，加深了我们对液压系统设计过程的映像。这次课程设计为我们以后的工作做了一次良好的铺垫，为我们以后的工作奠定了一定的基础。

九、参考文献

[1] 《机械原理》（第七版）[2] 《机械工程材料》 [3] 《液压传动》（第二版）

主编：孙 恒主编：高为国主编：王积伟高等教育出版社中南大学出版社机械工业出版社年。年。年。

2005 2011 2006