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刀锉铣床液压系统的设计

第四章刀锉铣床液压系统中液压缸的设计.液压缸的设计.液压缸主要尺寸的确定.液压缸的结构设计结论文献摘要液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。关键词液压传动稳定性液压系统第章绪论.铣床概述铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面沟槽轮齿螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。.液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。液压气动技术具有独特的优点，如液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点气动传动具有节能无污染低成本安全可靠结构简单等优点，并易与微电子电气技术相结合，形成自动控制系统。主要发展趋势如下.减少损耗，充分利用能量.泄漏控制.污染控制.主动维护第二章工况分析与方案选择.技术要求刀锉铣床采用缸筒固定的液压缸驱动工作台，卧式布置完成工件铣削加工时的进给运动工件采用机械方式夹紧。工作台由液压与电气配合实现的自动循环要求为快进工进快退停止。工作台除了机动外，还能实现手动。刀锉铣床工作台的运动参数和动力参数如表所列。表刀锉铣床工作台的运动参数和动力参数工况行程速度时间运动部件重力铣削负载启动制动快速工进.快退.工况分析工作台液压缸外负载计算结果见表二表二工作台液压缸外负载计算结果工况计算公式外负载注静摩擦负载.动摩擦负载.惯性负载平均加速度.启动加速快进工进反向启动加速快退由表和表二即可绘制出图所示液压缸的行程特性图速度特性图和负载特性图。图液压缸的图图和图确定主要参数，编制工况图由参考文献，初选液压缸的设计压力.为了满足工作台进退速度相等，并减小液压泵的流量，今将液压缸的无杆腔作为主工作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔的有效面积与应满足即液压缸内径和活塞杆直径间应满足.为防止工进结束时发生前冲，液压缸需保持定回油背压。由参考文献，暂取背压为.，并取液压缸机械效率η.,则可计算出液压缸无杆腔的有效面积。液压缸内径按,取标准值,因,故活塞杆直径为则液压缸的实际有效面积为差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力其差值估取.,并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时另外，取快退时的回油压力损失为.。根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力流量和功率，并可绘出其工况图图二。表三液压缸工作循环中各阶段的压力流量和功率工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率快进启动.加速恒速工进.快退启动.加速恒速图二液压缸的工况图.工作负载摩擦阻力惯性负荷查液压缸的机械效率，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表表所示表液压缸各阶段的负载情况工况负载计算公式液压缸负载液压缸推力启动.加速快进.工进快退.第三章液压系统.拟定液压系统原理图选择液压回路调速回路与动力源由工况图可以看到，液压系统在快速进退阶段，负载压力较低，流量较大，且持续时间较短而系统在工进阶段，负载压力较高流量较小，持续时间较长。同时注意到铣削加工过程中铣削里的变化和顺铣及逆铣两种情况，为此，采用回油路调速阀节流调速回路。这样，可以保证进给运动平稳性和速度稳定。在确定主要参数时，已决定快速进给时液压缸采用差动连接，所以所需动力源的流量较小，从简单经济学观点，此处选用单定量泵供油。油路循环方式由于上已选用节流调速回路，系统必然为开式循环方式。换向与速度换接回路综合考虑到铣床自动化程度要求较高但工作台终点位置的定位精度要求不高工作台可机动也可手动系统压力低流量小工作台换向过渡位置不应出现液压冲击等因素，选用三位四通型中位机能的电磁滑阀作为系统的主换向阀。选用二位三通电磁换向阀实现差动连接。通过电气行程开关控制换向阀电磁铁的通断电即可实现自动换向和速度换接。压力控制回路在泵出口并联先导式溢流阀，实现系统的定压溢流，同时在溢流阀的远程控制口连接个二位二通的电磁换向阀，以便个工作循环结束后，等待装卸工件时，液压泵卸载，并便于液压泵空载下迅速启动。.组成液压系统在主回路初步选定的基础上，只要增添些必要的辅助回路便可组成完整的液压系统了。如在液压泵进口吸油口设置过滤器出口设压力表及压力表开关，以便观测液压泵的压力。经过整理所组成的液压系统如图三所示，其对应的动作顺序如表四。图三刀锉铣床工作台液压系统过滤器定量叶片泵压力表开关先导式溢流阀二位二通电磁换向阀单向阀三位四通电磁换向阀单向调速阀二位三通电磁换向阀液压缸表四刀锉铣床液压系统动作顺序表信号来源动作名称电磁铁工作状态按下启动按钮工作台快进压下工进行程开关工作台工进压下快退行程开关工作台快退压下液压泵卸载行程开关液压泵卸载注通电断电。行程开关安装在液压缸经过的路径上。快进回路进油回油。工进回路进油回油油箱。快退回路进油回油油箱。卸载油箱。.系统液压元件辅件设计液压泵及其驱动电机由液压缸的工况图二或表三可以查得液压缸的最高工作压力出现在工进阶段，.。此时缸的输入流量较小，且进油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失估取为则液压泵的最高工作压力为.考虑压力储备，液压泵的最高压力为液压泵的最大供油量按液压缸的最大输入流量.进行估算。取泄露系数.，则.按第七章表查得型单级叶片泵能满足上述估算得出的压力和流量要求该泵的额定压力为.，公称排量，额定转速为。现估取泵的容积效率η.，当选用转速的驱动电动机时，泵的流量为η由工况图二可知，最大功率出现在快退阶段，查表取泵的总效率为η.,则选用的电动机型号由参考文献表查得，型封闭式三相异步电动机满足上述要求，其转速为,额定功率为.。根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸在各阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间见表五，从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定基础。液压控制阀和部分液压辅助元件根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表六所列。表五液压缸在各阶段的实际进出流量运动速度和持续时间工作阶段流量速度时间无杆腔有杆腔快进工进最高速度时最低速度时快退注工进阶段只计算了调速上限时的参数。表六刀锉铣床液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格序号名称通过流量额定流量额定压力额定压降型号规格过滤器压力表开关.压力表测压范围溢流阀.卸荷压力.二位二通电磁阀.单向阀三位四通电磁阀单向调速阀调速阀.单向阀二位三通电磁阀，对管子的强度进行校核。•算得系统温升为，为此，采取两条措施通过适当加大油箱容量即以增大油箱散热面积，采用风扇冷却即取•。,.。显然，由已知可得满足速度稳定要求。.液压缸壁厚和外径的计算由公式计算。式中液压缸壁厚液压缸内径试验压力，般取最大工作压力的倍缸筒材料的许用应力。在这用高强度铸铁，其值为.计算可得.取.则缸体的外径为液压缸工作行程的确定已知缸盖厚度的确定前缸盖后缸盖式中缸盖有效厚度缸盖止口内径缸盖孔的直径。.最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有定的最小导向长度。按下式式中液压缸的最大行程液压缸的内径。图四液压缸的导向长度活塞的宽度般取缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径而定当时,取时,取.为保证最小导向长度,若过分增大和都是不适合的,必要时可在缸盖与活塞之间增加隔套来增加的值.隔套的长度由需要的最小导向长度决定,即取.,.则.缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端盖的厚度，般液压缸缸体长度不应大于内径的倍。而缸体长度为显然，满足所需条件。.活塞杆稳定性的验算活塞杆长度根据液压缸最大行程而定。对于工作行程中受压的活塞杆，当活塞杆长度与其直径之比大于时，应对活塞杆进行稳定性验算。而.。活塞杆稳定性好。.液压缸的结构设计.缸体与缸盖的连接形式般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力时，使用铸铁时，使用无缝钢管时，使用铸钢或锻钢。如图所示为缸筒和缸盖的常见结构形式。图五所示为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。图五所示为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图五所示为螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。图五所示为拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图五所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。图五缸筒和缸盖结构法兰连接式半环连接式螺纹连接式拉杆连接式焊接连接式缸盖缸筒压板半环防松螺帽拉杆在此使用铸铁，选用法兰连接。.活塞杆与活塞的连接结构可以把短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成体，这是最简单的形式。但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，所以常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成体。图六所示为几种常见的活塞与活塞杆的连接形式。图六所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图六和所示为卡环式连接方式。图六中活塞杆上开有个环形槽，槽内装有两个半圆环以夹紧活塞，半环由轴套套住，而轴套的轴向位置用弹簧卡圈来固定。图六中的活塞杆，使用了两个半圆环，它们分别由两个密封圈座套住，半圆形的活塞安放在密封圈座的中间。图六所示是种径向销式连接结构，用锥销把活塞固连在活塞杆上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。图六常见的活塞组件结构形式.活塞杆导向部分的结构选用导向套导向。因导向套磨损后便于更换，应用普遍。.活塞及活塞杆处密封圈的选用图七密封装置间隙密封摩擦环密封形圈密封形圈密封图七所示为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但