一、液压传动课程设计的目的
1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。 2、锻炼机械制图，结构设计和工程运算能力。
3、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。
4、提高学生使用计算机绘图软件（如AUTOCAD、PRO/E等）进行实际工程设计的能力。
二、液压课程设计题目
题目（一）设计一台卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统，要求完成如下的动作循环：夹紧——快进——工进——死挡铁停留——快退——松开——原位停止；机床有16个主轴，钻削加工￠13.9mm的孔14个，￠8.5mm的孔2个，工件材料为铸铁，硬度HB240。动力滑台采用平导轨，工进速度要求无级调速，如用高速刚钻头进行加工，其他参数如下表所示。 数 数 据 参 据 数 I II III V IV 9810 运动部件自重（N） 7 快进快退速度（m/min） 100 快进行程（mm） 50 工进行程（mm） 30~90 工进速度（mm/min） 0.2 静摩擦系数fg 0.1 动摩擦系数fd 0.2 启动制动时间t（s） 试完成以下工作： 1、进行工况分析，绘制工况图。 2、拟定液压系统原理图（A3）。
3、计算液压系统，选择标准液压元件。 4、绘制液压缸装配图（A1）。 5、编写液压课程设计说明书。 机床加工示意图如下：
10000 7.5 120 60 30~90 0.15 0.08 0.25 9990 6.5 110 65 30~90 0.2 0.09 0.21 9500 7.8 95 70 30~90 0.18 0.12 0.23 11000 8 120 60 30~90 0.15 0.14 0.3 目 录
? 组合机床工况分析…………………………………… 3 第2章 液压缸的主要参数的确定…………………………… 4 第3章 拟定液压系统图…………………………………………… 6 第4章 液压缸的机构设计……………………………………… 8 设计总结………………………………………………………………… 12
参考资料………………………………………………………… …… 13 附录A………………………………………………液压系统原理图 附录B…………………………………………………… 液压缸结 第1章 组合机床工况分析
负载分析
工作负载：高速钻头钻铸铁空时的轴向切削力Ft与钻头直径D，每转进给量s（以mm/r计）和铸件硬度HB之间的经验算式为
根据组合机床加工特点，钻孔时的主转速n和每转进给量s可选下列数值： 对直径13.9的孔来说 ＝360r/min，=0.147mm/r 对直径8.5的孔来说 =550r/min，=0.096mm/r 带入公式得： ?
＝（）N =30468N
2）惯性负载 =(G/g)(△V/△t)=(9500/9.81)(7.8/(60/0.236))=533.4N 3) 阻力分析 静摩擦分析 =0.18X9500N=1710N 动摩擦分析 =0.12X9500N=1140N
液压缸的机械效率取∮＝0.9，由此得出液压缸在各工作的负载如下表 ： 工况 启动 加速 快进 工进 快退 负载图和速度图的绘制 负载组成 F = F = + F = F =+ F= 负载值 F/N 1710N 2243.4N 1140 31608N 1140 推力 F*/N 1900N 2492.7N 1266.7N 35120N 1266/7N 负载图上按上面数值绘制，如下图A所示。速度图按已知数值 V1=V3=7.8m/min、L1=95mm、L2=70
mm、快退行程L3=L2+L2=165mm和工进速度V2等绘制。如图B所示。其中V2有主轴转速及每转进给量求出，即 V2=＝=＝53mm/min v/m/min 7.8 F/N 35120 0.053 50 100 150 1900 2492 L/mm 1266.7 0 50 100 150 -1266.7 L/mm -7.8 图A 图
第2章 液压缸的主要参数的确定
由表 1.0可知，组合机床液压系统在最大负载35000N时宜取P1＝4Mpa。 液压缸工作负载 液压缸工作压力 ＜5000 0.8～1 500010000 1.5～2 ～1000020000 2.5～3 ～2000030000 3～4 ～3000040000 4～6 ～﹥50000 7～10 表1.0 鉴于动力滑台要求快进快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时做差动连接。这种情况下液压缸无杆腔面积为A1取为有杆腔工作面积的两倍，即活塞杆直径d 与缸筒D成d＝0.707D的关系。
在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，取p2＝0.8Mpa，以防空杯钻通时滑台突然前冲。快进时液压缸虽然差动连接，单由于油管中有压降△p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时△p约等于0.5Mpa。快退时会有腔中有背压的，这时p2亦可按0.5Mpa估算。 由工进时的推力计算液压缸面积：
F/=A1P1 – A2P2=A1P1-(A1/2)P2
故有 A1=（F/）/(P1-P2/2)=(35120)/(4 – 0.8/2)㎡=0.0098㎡=98 D= =11.12㎝ d=0.707D=7.86㎝
当按GB 2348---80 将这些直径圆整成就将近标准值时得：D=11㎝ ,d＝8㎝。由此求得液压缸两腔的实
际有效面积为：A1=3.14/4=95.03,A2=3.14(- )/4＝44.77。经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
根据上述D与d的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如表 2.0所示，并据此绘出工况图C所示： 工况 表2.0 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值 负载F/N 回油腔进油腔输入流量输入功率Q/(L/min) P/kw 压力压力P2/Mpa P1/Mpa 1900N P2=0 0.434 ----------- ----------- 2492.7N P2=P1+△P 1266.7N 35120N 启动 回速 恒速 1900N 0.8 P2=0 0.791 0.622 4.054 0.487 1..45 1.305 ------------- ------------ 35.19 0.5 0.39 0.034 计算式 快进（差动） 启动 回速 恒速 P1=(F+A2S2)/(A1-A2) Q=(A1-A2)V1 P=P1Q1 工进 快退 2492.7N 0.5 1266.7N P1=(F+P2A2) Q=A1V2 P=P1Q ------------ ------------ P1=(F+P2A1)/A2 Q=A2V2 ------------ ------------ P=P1Q 31.34 0.68 第3章 拟定液压系统图
3.1 选择液压回路 (1)调速方式的选择
液压系统的调速方式可分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三种形式。由工况得知，该液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进油路节流调速回路，为防止钻通孔时负载突然消失引起运动部件的前冲现象，在回油路上加背压阀。
(2)液压泵形式的选择
系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量的时间之比
。根据该情况，本方案决定采用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。
(3)速度换接方式的选择
因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。动作可靠，转换精度较高。
(4)快速回路与工进转快退控制方式的选择
为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。 (5)调压和卸荷回路的选择
在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。
(6)夹紧油路的选择
夹紧油路中串接减压阀，可根据工件夹紧力的需要调节并稳定其压力，即使主油路压力低于减压阀所调压力，因为有单向阀的存在，夹紧系统也能维持其压力(保压)。二位四通电磁换向阀的常态位置是夹紧工件，保证了操作安全可靠。
3.2组成系统
系统原理图
3.3 液压系统工作分析 工件夹紧：
电液换向阀处于中位状态，液压泵输出的压力油进入夹紧缸的左腔，右腔回油，活塞杆向右移动，将工件夹紧。夹紧后，液压缸左腔的压力升高，当油压超过压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号指令使电磁铁1YA通电，液压缸8动作。 快速前进：
电磁铁1YA通电，电液换向阀左位接入系统，溢流阀17因系统压力不高仍处于关闭状态，这时液压缸8作差动连接，液压泵18输出最大量。系统中油液流动的情况为：
进油路：液压泵18→单向阀16→换向阀10（左位）→行程阀7（左位）→液压缸8左腔 回油路：液压缸8右腔→换向阀10（左位）→单向阀3→行程阀7（左位）→液压缸8左腔 工进阶段：
工进在滑台前进到预定位置，挡块压下行程阀7时开始，这时系统压力升高，溢流阀17打开，液压泵
单泵供油，系统中油液流动情况为：
进油路：液压泵18→单向阀16→换向阀10（左位）→调速阀4→液压缸8左腔 回油路：液压缸8右腔→换向阀10（左位）→溢流阀2→顺序阀1→油箱 停留阶段：
停留在工进行进到碰上死挡块不再前进时开始，并在系统压力进一步升高，压力继电器9发出信号后终止。 快退阶段：
快退在压力继电器9发出信号后，电磁铁1YA断电、2YA通电时开始，这时系统压力下降，液压泵供
油量增加，系统中油液的流动情况为：
进油路：液压泵18→单向阀16→换向阀10（右位）→液压缸8右腔 回油路：液压缸8→左腔单向阀6→换向阀12（右位）→油箱
松开 ：
松开在挡块压下终点开关时3YA通电，夹紧缸松开。其油液流动情况为：
进油路：液压泵18→单向阀16→减压阀15→单向阀14→换向阀13（右位）→夹紧缸右腔 回油路：夹紧缸左腔→换向阀13（右位）→油箱
停止
停止在滑台快速退回到原位，挡块压下终点开关，电磁铁2YA断电、换向阀10处于中位，液压泵卸荷，滑台停止运动。
油路：液压泵18→单向阀16→换向阀10（中位）→油箱
第四章 液压缸的机构设计
4.1 为满足本题目中液压系统 快进—工进—快退的使用要求，选用双作用单杆活塞缸。
1）液压缸的组成：
液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置，以及排气装置五个部分。
2）液压缸组件的连接方式：
缸筒与缸盖的连接形式，因法兰连接结构简单，容易加工，也易拆卸，故采用法兰连接，
缸筒与缸底的连接形式也用法兰连接。
活塞杆与活塞的连接方式选用螺纹连接，其结构简单，安装方便可靠。
活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导套的结构，以及
密封、防尘、锁紧装置等。 3）活塞及活塞杆处密封圈的选用
活塞及活塞杆处密封圈的选用，应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速
度的范围不同而选择O型的密封 圈。
4）液压缸的缓冲装置
液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖产生机械碰撞。为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。 5）液压缸排气装置
对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。 6）密封装置的选择
选0形密封圈，因为其具有良好的密封性能，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，装卸方
便，容易制造，价格便宜等优点。 4.2 液压缸设计需要注意的事项
1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，活塞杆在受拉状态下承受最大负载。
2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。
3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。
4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。
4.3 液压缸主要零件的材料和技术要求
1）缸体
液压与气动技术课程设计卧式单面多轴钻镗两用组合机床液压系统
