專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含7張圖紙】
專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含7張圖紙】,含7張圖紙,專用,銑床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì),圖紙
摘 要
1.銑床概述
銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。
2.液壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國(guó)對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。液壓氣動(dòng)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:液壓技術(shù)具有功率傳動(dòng)比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)；氣動(dòng)傳動(dòng)具有節(jié)能、無(wú)污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要發(fā)展趨勢(shì)如下：
1.減少損耗，充分利用能量
2.泄漏控制
3.污染控制
4.主動(dòng)維護(hù)
5.機(jī)電一體化
6.液壓CAD技術(shù)
7.新材料、新工藝的應(yīng)用
3. 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)專用銑床工作臺(tái)進(jìn)給液壓系統(tǒng)，本機(jī)床是一種適用于小型工件作大批量生產(chǎn)的專用機(jī)床?？捎枚嗣驺姷叮瑘@柱銑刀、園片及各種成型銑刀加工各種類型的小型工件。
設(shè)計(jì)選擇了組成該液壓系統(tǒng)的基本液壓回路、液壓元件，進(jìn)行了液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性校核，繪制了液壓系統(tǒng)圖，并進(jìn)行了液壓缸的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 銑床；液壓技術(shù)；液壓系統(tǒng)；液壓缸
ABSTRACT
1. Milling machine is general to state
Milling machine is to carry out the machine tool of milling processing with milling cutter for workpiece. Milling machine excludes can milling plane, groove, gear teeth, thread and spline axle are outside, can still process more complex type surface, efficiency has high planer comparatively, when mechanical production and repair department get extensive application.
2. Hydraulic technology develops tendency
Hydraulic technology is that the one of crucial technical, world countries that realize modern transmission and control give great attention to the development of hydraulic industry. Hydraulic pneumatic technology has unique advantage , such as: Hydraulic technology has power weight than is big, volume is little, frequently loud and high, pressure and rate of flow may control sex well, it may be flexible to deliver power , is easy to realize the advantages such as the sport of straight line; Pneumatic transmission has energy saving, free from contamination, low cost and safe reliable, structural simple etc. advantage , and is easy to form automatic control system with microelectronics and electric in technology. Develop tendency mainly to be as follows:
1. Reduce wastage , use energy
2 fully. Leak control
3. Pollute control
4. Defend
5 initiatively. Electromechanical unifinication
6. Hydraulic CAD technical
7. The application of new material and new technology
3. Design content mainly
Quantity of production. May use the garden column milling cutter, garden flat and milling cutter of end panel and is various to process the small-sized workpiece of various types into type milling cutter.
Designing have selected to form hydraulic element and the basically hydraulic loop of this hydraulic system , have carried out hydraulic systematic stability school nucleus , have drawn hydraulic system to seek , and have carried out the design of hydraulic big jar.
Key words milling machine；hydraulic technology；hydraulic system；hydraulic big jar
目 錄
摘要 2
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 5
第一章 專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
1.1 技術(shù)要求 7
1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 7
1.2.1 工況分析 7
1.2.2 確定主要參數(shù)，繪制工況圖 8
1.2.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 10
1.2.4 組成液壓系統(tǒng) 10
1.3系統(tǒng)液壓元件、輔件設(shè)計(jì) 12
第二章 專用銑床液壓系統(tǒng)中液壓缸的設(shè)計(jì) 17
2.1 液壓缸主要尺寸的確定 17
2.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
致謝 24
參考文獻(xiàn) 25
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、設(shè)計(jì)課題
專用銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
某銑床工作臺(tái)為臥式布置（導(dǎo)軌為水平導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦因數(shù)μs=0.2;μd=
0.1)，擬采用缸筒固定的液壓缸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，完成工件銑削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件采用機(jī)械方式夾緊。工作臺(tái)由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：快進(jìn)
—→工進(jìn)—→快退—→停止。工作臺(tái)除了機(jī)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)。銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)如表所列。
表 銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)
工況
行程
(mm)
速度
(m/s)
時(shí)間
t(s)
運(yùn)動(dòng)部件重力G(N)
銑削負(fù)載Fe(N)
啟動(dòng)、制動(dòng)t(s)
快速
300
0.075
t1
5500
-
0.05
4
工進(jìn)
100
0.016～0.001
t2
9000
6.25～10
快退
400
0.075
t3
-
5.33
三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
設(shè)計(jì)要求：
設(shè)計(jì)選擇組成該液壓系統(tǒng)的基本液壓回路并說(shuō)明液壓系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)計(jì)算選擇液壓元件，進(jìn)行液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性校核，繪液壓系統(tǒng)圖，設(shè)計(jì)液壓缸，編寫液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
設(shè)計(jì)任務(wù)：
1 設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份
2 繪制液壓系統(tǒng)圖（A1）
3 專用銑床示意圖 （A1）
4 液壓缸裝配圖（A1）
5 液壓缸各零件圖（缸體、活塞、活塞桿、缸蓋）
第一章 專用銑床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1技術(shù)要求
銑床采用缸筒固定的液壓缸驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，臥式布置，，完成工件銑削加工時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件采用機(jī)械方式夾緊。工作臺(tái)由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：快進(jìn)—→工進(jìn)—→快退—→停止。工作臺(tái)除了機(jī)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)。銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)如表1.1所列。
表1.1 銑床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)
工況
行程
(mm)
速度
(m/s)
時(shí)間
t(s)
運(yùn)動(dòng)部件重力G(N)
銑削負(fù)載Fe(N)
啟動(dòng)、制動(dòng)t(s)
快速
300
0.075
t1
5500
-
0.05
4
工進(jìn)
100
0.016～0.001
t2
9000
6.25～10
快退
400
0.075
t3
-
5.33
1.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
1.2.1 工況分析
工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果見表1.2
表1.2 工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載計(jì)算結(jié)果
工 況
計(jì)算公式
外負(fù)載(N)
注：靜摩擦負(fù)載：
Ffs=μs(G+Fn)=0.2×(5500+0)=1100(N)
動(dòng)摩擦負(fù)載：
Ffd=μd(G+Fn)=0.1×(5500+0)=550(N)
慣性負(fù)載：Ffd+G/g×△v/△t=5500×0.075/（9.81×0.05）=840(N).
△v/△t:平均加速度(m/s2).
啟 動(dòng)
F1=Ffs
1100
加 速
F2=Ffd+G/g×△v/△t
1390
快 進(jìn)
F3=Ffd
550
工 進(jìn)
F4=Fe+Ffd
9550
反向啟動(dòng)
F5=Ffs
1100
加 速
F6=Ffd+G/g×△v/△t
1390
快 退
F7=Ffd
550
由表1.1和表1.2即可繪制出圖一所示液壓缸的行程特性（L-t）圖、速度特性（v-t）圖和負(fù)載特性（F-t）圖。
圖1.1 液壓缸的L-t圖、v-t圖和F-t圖
1.2.2 確定主要參數(shù)，編制工況圖
由參考文獻(xiàn)一，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa.
為了滿足工作臺(tái)進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵的流量，今將液壓缸的無(wú)桿腔作為主工作腔，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無(wú)桿腔的有效面積A1 與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d間應(yīng)滿足：D=d.）
為防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定回油背壓。由參考文獻(xiàn)一，暫取背壓為0.8MPa，并取液壓缸機(jī)械效率ηcm=0.9,則可計(jì)算出液壓缸無(wú)桿腔的有效面積。
液壓缸內(nèi)徑：
按GB/T2348-1980,取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm=8cm,因A1=2A2,故活塞桿直徑為
則液壓缸的實(shí)際有效面積為
差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無(wú)桿腔壓力P1；其差值估取△P= P2- P1=0.5MPa,并注意到啟動(dòng)瞬間液壓缸尚未移動(dòng)，此時(shí)△P=0；另外，取快退時(shí)的回油壓力損失為0.5MPa。
根據(jù)上述假定條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，并可繪出其工況圖（圖1.2）。
表1.3 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率
工作階段
計(jì)算公式
負(fù)載
F（N）
回油腔壓力
P2(MPa)
工作腔壓力
P1(MPa)
輸入流量
q(L/mm)
輸入功率
N(W)
快進(jìn)
啟動(dòng)
1100
-
0.48
-
-
加速
1390
0.5
1.12
-
-
恒速
550
0.5
0.74
10.8
133.2
工進(jìn)
9550
0.8
2.52
0.3~4.98
12.6~202
快退
啟動(dòng)
1100
-
0.49
-
-
加速
1390
0.5
1.62
-
-
恒速
550
0.5
1.24
10.8
232.5
圖1.2 液壓缸的工況圖
1.2.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
1） 選擇液壓回路
①調(diào)速回路與動(dòng)力源
由工況圖可以看到，液壓系統(tǒng)在快速進(jìn)退階段，負(fù)載壓力較低，流量較大，且持續(xù)時(shí)間較短；而系統(tǒng)在工進(jìn)階段，負(fù)載壓力較高、流量較小，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)注意到銑削加工過(guò)程中銑削里的變化和順銑及逆銑兩種情況，為此，采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路。
這樣，可以保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和速度穩(wěn)定。在確定主要參數(shù)時(shí)，已決定快速進(jìn)給時(shí)液壓缸采用差動(dòng)連接，所以所需動(dòng)力源的流量較小，從簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)，此處選用單定量泵供油。
②油路循環(huán)方式
由于上已選用節(jié)流調(diào)速回路，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)方式。
③換向與速度換接回路
綜合考慮到銑床自動(dòng)化程度要求較高、但工作臺(tái)終點(diǎn)位置的定位精度要求不高、工作臺(tái)可機(jī)動(dòng)也可手動(dòng)、系統(tǒng)壓力低流量小、工作臺(tái)換向過(guò)渡位置不應(yīng)出現(xiàn)液壓沖擊等因素，選用三位四通“Y”型中位機(jī)能的電磁滑閥作為系統(tǒng)的主換向閥。選用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接。通過(guò)電氣行程開關(guān)控制換向閥電磁鐵的通斷電即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向和速度換接。
④壓力控制回路
在泵出口并聯(lián)一先導(dǎo)式溢流閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時(shí)在溢流閥的遠(yuǎn)程控制口連接一個(gè)二位二通的電磁換向閥，以便一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝卸工件時(shí)，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動(dòng)。
1.2.4組成液壓系統(tǒng)
在主回路初步選定的基礎(chǔ)上，只要增添一些必要的輔助回路便可組成完整的液壓系統(tǒng)了。如：在液壓泵進(jìn)口（吸油口）設(shè)置一過(guò)濾器；出口設(shè)一壓力表及壓力表開關(guān)，以便觀測(cè)液壓泵的壓力。經(jīng)過(guò)整理所組成的液壓系統(tǒng)如圖1.3所示，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)作順序如表1.4。
圖1.3 專用銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)
1—過(guò)濾器 2—定量葉片泵 3—壓力表開關(guān) 5—先導(dǎo)式溢流閥
6—二位二通電磁換向閥 7—單向閥 8—三位四通電磁換向閥
9—單向調(diào)速閥 10—二位三通電磁換向閥 11—液壓缸
表1.4 專用銑床液壓系統(tǒng)動(dòng)作順序表
信 號(hào) 來(lái) 源
動(dòng) 作 名 稱
電磁鐵工作狀態(tài)
1YA
2YA
3YA
4YA
按下啟動(dòng)按鈕
工作臺(tái)快進(jìn)
+
-
+
+
壓下工進(jìn)行程開關(guān)
工作臺(tái)工進(jìn)
+
-
-
+
壓下快退行程開關(guān)
工作臺(tái)快退
-
+
-
+
壓下液壓泵卸載行程開關(guān)
液壓泵卸載
-
-
-
-
注：“+”——通電；“-”——斷電。行程開關(guān)安裝在液壓缸經(jīng)過(guò)的路徑上。
快進(jìn)回路：進(jìn)油：1→2→7→8→11;回油：10→8。
工進(jìn)回路：進(jìn)油：1→2→7→8→11;回油：10→9→8→油箱。
快退回路：進(jìn)油：1→2→7→9→10;回油：11→8→油箱。
卸載：1→2→5→6→油箱。
1.3系統(tǒng)液壓元件、輔件設(shè)計(jì)
1.3.1 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)
由液壓缸的工況圖1.2或表1.3可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，p1=2.52MPa。此時(shí)缸的輸入流量較小，且進(jìn)油路元件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失估取為△p=0.5MPa.則液壓泵的最高工作壓力pp為
Pp≥p1+△p=2.52+0.5=3.02(MPa)
考慮壓力儲(chǔ)備，液壓泵的最高壓力為
Pp =3.02(1+25%)=3.77(MPa)
液壓泵的最大供油量qp按液壓缸的最大輸入流量（10.8L/mm）進(jìn)行估算。取泄露系數(shù)K=1.1，則
qp≥1.1×10.8L/min=11.88L/min
按第七章表7-108查得：YB1-10型單級(jí)葉片泵能滿足上述估算得出的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為6.3MPa，公稱排量V=10mL/min，額定轉(zhuǎn)速為n=1450r/min。現(xiàn)估取泵的容積效率ηv=0.85，當(dāng)選用轉(zhuǎn)速n=1400r/min的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，泵的流量為
qp =Vnηv=10×1400×0.85=11.90（L/min）≈12(L/min)
由工況圖1.2可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，查表1-13取泵的總效率為ηp=0.75,則
選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：由參考文獻(xiàn)一表7-134查得，Y90S-4型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1400r/min,額定功率為1.1kW。
根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可算出液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)、出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間（見表1.5），從而為其他液壓元件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定基礎(chǔ)。
1.3.2 液壓控制閥和部分液壓輔助元件
根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過(guò)各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號(hào)規(guī)格如表1.6所列。
表1.5 液壓缸在各階段的實(shí)際進(jìn)出流量、運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間
工作階段
流量（L/min）
速度（m/s）
時(shí)間（s）
無(wú)桿腔
有桿腔
快 進(jìn)
工
進(jìn)
最高速度時(shí)
最低速度時(shí)
快 退
注：工進(jìn)階段只計(jì)算了調(diào)速上限時(shí)的參數(shù)。
表1.6 專用銑床液壓系統(tǒng)中控制閥和部分輔助元件的型號(hào)規(guī)格
序 號(hào)
名 稱
通過(guò)流量
(L/min)
額定流量
(L/min)
額定壓力
(Mpa)
額定壓降
(Mpa)
型號(hào)規(guī)格
1
過(guò)濾器
12
16
1
-
XU-A16×80J
3
壓力表開關(guān)
12
-
6.3
-
K-3B
4
壓力表
-
-
測(cè)壓范圍
0～10
-
Y-60
5
溢流閥
12
25
6.3
卸荷壓力0.15
Y-25B
6
二位二通電磁閥
2.4
10
6.3
<0.2
22D-10BH
7
單向閥
12
6.3
25
<0.2
I-25B
8
三位四通電磁閥
24
6.3
25
<0.25
34D-25B
9
單向調(diào)速閥
12
6.3
25
<0.3(調(diào)速閥)
<0.2(單向閥)
QI-25B
10
二位三通電磁閥
12
6.3
25
<0.2
23D-25H
注:考慮到液壓系統(tǒng)的最大壓力均小于6.3Mpa,故選用了廣州機(jī)床研究所的中低壓系列液壓元件；單向調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.07L/min,小于系統(tǒng)最低工進(jìn)速度時(shí)的流量0.15 L/min。
1.3.3 其他輔助元件及液壓油液
1）管件
由表1.5可知，流經(jīng)液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔油管的實(shí)際最大流量分別為24 L/min和12 L/min。查表取油管內(nèi)油液的允許流速為4 L/min，分別算得無(wú)桿腔油管的管徑d無(wú)和d有為
查表JB827-66，同時(shí)考慮制作方便，兩根油管均選用18×2（外徑18mm，壁厚2mm）的10號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管（YB231-70）；查手冊(cè)得管材的抗拉強(qiáng)度為
412MPa，查表取安全系數(shù)n=8，對(duì)管子的強(qiáng)度進(jìn)行校核：
所選的管子壁厚安全。
其他油管，可直接按所連接的液壓元、輔件的接口尺寸決定其管徑大小。
2) 油箱
取ζ=6，算得液壓系統(tǒng)中的油箱容量為
3）液壓油液
根據(jù)所選用的液壓泵類型，選用牌號(hào)為L(zhǎng)-HH32的油液，其運(yùn)動(dòng)粘度為32mm2/s。
1.3.4 計(jì)算液壓系統(tǒng)技術(shù)性能
（1） 驗(yàn)算壓力損失
由于本系統(tǒng)的管路布局尚未確定,故僅按式:
估算閥類元件的壓力損失。
快進(jìn)階段液壓缸差動(dòng)連接，有桿腔的油液經(jīng)二位三通換向閥流入無(wú)桿腔，根據(jù)表1.3和表1.5中的數(shù)值，可求得有桿腔壓力p2與無(wú)桿腔p1之差：
將其折算到進(jìn)油路上，可求得此階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失為：
工進(jìn)階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失：
快退階段進(jìn)油路上閥類元件的總壓力損失：
盡管上述計(jì)算結(jié)果與估取值不同，但不會(huì)是系統(tǒng)工作壓力超過(guò)其能達(dá)到的最高壓力。
（2） 確定系統(tǒng)調(diào)整壓力
根據(jù)上述計(jì)算可知：液壓泵也即溢流閥的調(diào)整壓力應(yīng)為工進(jìn)階段的系統(tǒng)工作壓力和壓力損失之和，即
（3） 估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和升溫
由表1.5的數(shù)據(jù)可看到，本液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)持續(xù)時(shí)間中，快速進(jìn)退僅占8%，而工作進(jìn)給達(dá)92%（按最低進(jìn)給速度計(jì)），所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升可概略用工進(jìn)時(shí)的數(shù)值來(lái)代表。
可算出工進(jìn)階段的回路效率
前已取液壓泵的總效率ηp=0.75和液壓缸的總效率ηcm=ηA=0.9，則可算得本液壓系統(tǒng)的效率
足見工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)效率很低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。
根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)熱量計(jì)算公式可得工進(jìn)階段的發(fā)熱功率
取散熱系數(shù)K=15W/(m·℃)算得系統(tǒng)溫升為
此溫升超出了許用范圍△t=35℃，為此，采取兩條措施：通過(guò)適當(dāng)加大油箱容量（即V=7×12=84L）以增大油箱散熱面積，采用風(fēng)扇冷卻[即取K=20W/（m2·℃）]。
從而滿足了許用溫升要求。
第二章 專用銑床液壓系統(tǒng)中液壓缸的設(shè)計(jì)
根據(jù)前面設(shè)計(jì)可知數(shù)據(jù)：
1. 液壓缸的工作壓力：p=3Mpa。
2. 無(wú)桿腔有效面積：
3. 有桿腔有效面積：
，
其中：。
4. 液壓缸內(nèi)徑：D=70mm,活塞桿直徑d=56mm.其中。
5. 工作行程：L=400mm。
6. 工作循環(huán)中最大外負(fù)載：F=9550N。
2.1液壓缸主要尺寸的確定
2.1.1 缸工作壓力的確定：
取p=3Mpa。
2..1.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
為了防止工進(jìn)結(jié)束時(shí)發(fā)生前沖，液壓缸需保持一定回油背壓，暫取背壓為0.8Mpa,并取機(jī)械效率為ηcm=0.9。
D=70mm, d=56mm, 其中。
對(duì)于選定后的液壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即A>Amin
顯然，由已知可得滿足速度穩(wěn)定要求。
2.1.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算：
由公式：δ≥PyD/2[σ]計(jì)算。
式中：δ——液壓缸壁厚（m）;
σ——液壓缸內(nèi)徑（m）；
Py——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍（Mpa）;
[σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力。在這用高強(qiáng)度鑄鐵，其值為：[σ]=60Mpa.
計(jì)算可得：δ=2.63 （取Py=1.5p=4.5Mpa）.
則缸體的外徑D1為：
D1≥D+2δ=75.3
2.1.4 液壓缸工作行程的確定
已知：L=400mm.
2.1.5 缸蓋厚度的確定
前缸蓋：
后缸蓋：
式中：t——缸蓋有效厚度（m）；
D2——缸蓋止口內(nèi)徑（m）；
D0——缸蓋孔的直徑（m）。
2.1.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定
當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。按下式：
式中：L——液壓缸的最大行程；
D——液壓缸的內(nèi)徑。
圖2.1 液壓缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度
活塞的寬度B一般?。海?.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定：
當(dāng)D<80mm時(shí),取=（0.6~1.0）D;
當(dāng)D>80mm時(shí),取=（0.6~1.0）d.
為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H,若過(guò)分增大和B都是不適合的,必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來(lái)增加H的值.隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定,即
取=0.8D=56mm,B=0.6D=42mm則：C=7
2.1.7 缸體長(zhǎng)度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端蓋的厚度，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20～30倍。而缸體長(zhǎng)度為：
L2=D+t=70+7.7=77.7
顯然，滿足所需條件。
2.1.8 活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算
活塞桿長(zhǎng)度根據(jù)液壓缸最大行程L而定。對(duì)于工作行程中受壓的活塞桿，當(dāng)活塞桿長(zhǎng)度L與其直徑d之比大于15時(shí)，應(yīng)對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。而L/d=400/56=7.14<15?；钊麠U穩(wěn)定性好。
2.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 缸體與缸蓋的連接形式
一般來(lái)說(shuō)，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p＜10MPa時(shí)，使用鑄鐵；p＜20MPa時(shí)，使用無(wú)縫鋼管；p＞20MPa時(shí)，使用鑄鋼或鍛鋼。
如圖所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖2.2(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖2.2(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無(wú)縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖2.2(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無(wú)縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖2.2(d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。圖2.2(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。
圖2.2 缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)
(a)法蘭連接式(b)半環(huán)連接式(c)螺紋連接式(d)拉桿連接式(e)焊接連接式
1—缸蓋2—缸筒3—壓板4—半環(huán)5—防松螺帽6—拉桿
在此使用鑄鐵，選用法蘭連接。
2.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
可以把短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體，這是最簡(jiǎn)單的形式。但當(dāng)行程較長(zhǎng)時(shí)，這種整體式活塞組件的加工較費(fèi)事，所以常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。圖六所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式。
圖2.3(a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負(fù)載較小，受力無(wú)沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強(qiáng)度。圖2.3(b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖2.3(b)中活塞桿5上開有一個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個(gè)半圓環(huán)3以?shī)A緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來(lái)固定。圖2.3(c)中的活塞桿，使用了兩個(gè)半圓環(huán)4，它們分別由兩個(gè)密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖2.3(d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。
圖2.3 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式
2.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
選用導(dǎo)向套導(dǎo)向。因?qū)蛱啄p后便于更換，應(yīng)用普遍。
2.2.4 活塞及活塞桿處密封圈的選用
圖2.4 密封裝置
(a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封
圖2.4(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來(lái)防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過(guò)間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無(wú)法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖2.4(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖2.4(c)、圖2.4(d)所示為密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來(lái)防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。
對(duì)于活塞桿外伸部分來(lái)說(shuō)，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。
在此選O形圈加擋圈密封。
2.2.5 液壓缸的緩沖裝置
緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
在此選三角槽式節(jié)流緩沖裝置。見參考文獻(xiàn)一圖2-4。
活塞5的兩端開有三角槽，前后缸蓋3、8上的鋼球7起單向閥的作用。當(dāng)活塞啟動(dòng)時(shí)，壓力油頂開鋼球進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞接近缸的端部時(shí)，回油路被活塞逐漸封閉，使液壓缸油只能通過(guò)活塞上軸向的三角槽緩慢排出，形成緩沖液壓阻力。節(jié)流口的通流面積隨活塞的移動(dòng)而逐漸減小，活塞運(yùn)動(dòng)速度逐漸減慢，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)緩沖。
2.2.6 液壓缸的排氣裝置
液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。一般可在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)出油口把氣帶走，也可在最高處設(shè)置如圖2.5(a)所示的放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥〔見圖2.5(b)、(c)〕。
圖2.5 放氣裝置
1—缸蓋2—放氣小孔3—缸體4—活塞桿
2.2.7 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)
1）.液壓缸的安裝形式（見參考文獻(xiàn)一圖2-13）
選尾部外法蘭連接形式。
2）.液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定（見參考書一表2-14）
知進(jìn)、出油口安裝尺寸為：M27×2。
3）.液壓缸用耳環(huán)安裝結(jié)構(gòu)（見參考文獻(xiàn)一表2-15）
采用帶軸套的單耳環(huán)結(jié)構(gòu)。
4）.桿用單耳環(huán)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)安裝尺寸（見參考書一表2-16）
具體參數(shù)如下：
表2.1 安裝尺寸
型號(hào)
活塞桿直徑
缸筒內(nèi)徑
公稱力（N）
ΦKK
CK(H9)
EM(H13)
ER(max)
CA(Js13)
AW(min)
LE(min)
60
70
160
320000
M48×2
56
70
59
126
63
63
2.2.8 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求。（見圖紙）
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們?nèi)甏髮W(xué)學(xué)習(xí)的一次綜合性的檢測(cè)，它是我們走向社會(huì)前的一次實(shí)踐。設(shè)計(jì)到此全部完成，歷時(shí)五個(gè)月。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，對(duì)液壓系統(tǒng)有了較深層次的理解與詮釋。本次設(shè)計(jì)的是銑床的液壓系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)其液壓缸也進(jìn)行了設(shè)計(jì)。掌握了一般的設(shè)計(jì)理論和方法，能夠設(shè)計(jì)一般的機(jī)床液壓系統(tǒng)。但由于經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，其中也存在很多不足之處，懇請(qǐng)老師指正。
此次設(shè)計(jì)中，隆老師給予了我極大的幫助，在此致以最誠(chéng)摯的感謝。
此致
敬禮！
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