液压与气动课程设计说明书

广西科技大学（筹）

课程设计说明书

课程名称： 液压与气压传动 题目名称：校正压装液压机的液压传动 班级：

姓名：

学号：指导教师：

2012年6月26日

组员分工表

课程设计的目的

现代机械一般多为机械、电气、液压三者紧密相连结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式。液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此，《液压传动》课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应该设置课程设计教学环节，使学生理论联系实际，掌握液压传动系统设计的技能与方法。 课程设计的目的主要有以下几点：

1、 综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实习知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实践紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步地巩固，加深、提高和扩展。 2、 在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和回路的组合方式，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。 3、 通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册，产品样本，标准和规范等）以及进行估算方面得到实际训练。

设计题目：设计一台校正压装液压机的液压系统。要求工作循环是快速下行→慢速加压→快速返回→停止。压装工作速度不超过5mm／s，快速下行速度应为工作速度的８～10倍，液压缸总行程工件压力不小于4KN。 一、设计步骤

1.分析工况及设计要求，绘制液压系统草图

按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率可能较大， 且连续工作，所以决定采用叶片泵。系统中采用三位四通阀是为了是工作台能在任意位置停留，使换向平稳。

2.计算液压缸的外载荷

已知工作负载F=40000N，惯性力F较小可取0.

w

a

摩擦力主要由密封阻力构成，按5%有效作用力估算

F=0.05 F=2000N

f

w

故总负载力R= F+F=40000+2000=42000N

f

w

取液压缸机械效率η=0.9，则液压缸工作阶段的负载值如下表：

m

3速度分析

已知工作速度即工进速度为最大5mm/s,快进快退速度为工进速度的8-10倍。即40-50mm/s.

按上述分析可绘制出负载循环图和速度循环图：

4.初选液压缸的工作压力

由液压传动设计指导书表3-1可以初定系统的压力为4～5MPa,取系统压力为 P=5MPa.

1

为使液压缸快进和快退速度相等，选用单出杆活塞缸差动连接的方式实现快进，设液压缸两有效面积为A和A，且A=2A

1

2

1

即d=0.707D。

由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程PA=PA+F,由此

1

122

可得：

A=F/( P-0.5 P)=0.0187m

2

1

1

2

液压缸内径D就为

D=

4A1

π

=0.154m=154mm 取160mm.

由d=0.707D，圆整d=110mm.

5.确定液压泵规格和电动机功率及型号 （1）确定液压泵规格

(a)液压缸实际所需流量计算： 工进时所需流量：Q=

1

A1V2

ηm

=6.2L/min

A1V

1

快速空程时所需流量：Q=

2

ηm

=62.3 L/min

(b).确定液压泵流量：

快速空程时的液压缸流量即是系统的最大理论供油流量。另外考虑到泄露和溢流阀的溢流流量，可以取液压缸流量为系统最大理论的1.1～1.2倍。现取1.2倍值计算，则有： Q泵=1.2Q2=1.2×62.3=74.8L/min

采用叶片泵，则可选取YB-80型单级叶片泵的供油泵。其额定流量为80L/min,额定压力为6.3MPa，额定转速为960r/min。

(c).确定电动机功率及型号： 电动机功率：P电=pq/ =6.3

χ未找到引用源。 =9.7KW

按YB型单级叶片泵的技术规格，查得的驱动电动机功率为13KW，现选取电动机型号为JO2-52-6，额定功率为10KW，转速为960r/min.

6.确定各类控制阀

系统工作压力为5MP,油泵额定最高压力为6.3MPa,所以可以选取额定压力大于或等于6.3MPa的各种元件，其流量按实际情况分别选取。

目前中低压系统的液压元件，多按6.3MPa系列的元件选取，所以可以选取：

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二、拟定液压系统图

1.选择基本回路

（1）调速回路 因为液压系统功率较大。为有好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速。

（2） 泵供油回路 由于工进速度和快速运动速度相差悬殊，所以采用YB型单级叶片泵。

（3）速度换接回路和快进回路 由于工进速度和快速运动速度相差悬殊，为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回路。快速运动通过差动回路来实现。

（4）换向回路 为了换向平稳，选用电磁换向阀。为实现液压缸中位停止和差动连接，采用三位四通阀。

（5）压力控制回路 采用换向阀式低压卸荷回路，减少了能耗，结构也比较简单。

（6）快退回路 为使系统工进结束后能快速退回，通过压力继电器发出信号，控制3位4通换向阀准确。 2.回路合成

对选定的基本回路合成时，有必要进行整理，修改和归并。 （1） 防止工作进给时进油路和回油路相通，并须接入单向

阀。

合并后完整的液压系统如图所示：

工作原理：

（1）快速下行

按下起动按钮，电磁铁1DT通电，这时的油路为：

变量泵—三位四通换向阀左位—液压泵无杆腔

液压缸下腔的回油路：

液压缸有杆腔—行程阀右位—三位四通换向阀—液压缸无杆腔

（2）慢速加压

油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，碰到行程阀，切换到左位，回油路经过调速阀，实现慢速下行。

（3）快速返回

当液压缸下行到底部时，油压升高，压力继电器发出信号，控制三位四通换向阀切换到右位，实现快速返回，此时的油路为： 进油：液压泵—三位四通换向阀右位—单向阀—液压缸有杆腔 回油：液压缸无杆腔—三位四通换向阀—油箱

三、阀板的设计

1.综述

在一个液压系统中，往往需要用到很多液压元件，这些元件可以用各种不同的方式连接，连接方式的选择是否合理，对于系统的性能、使用及维护均有很大的影响。

根据我们的课程设计的实际情况，我们选择的是板式连接。元件用螺钉连接在阀板上，元件的连接靠在阀板中钻出、铣出或铸造出的通道实现。这种连接方式可以现场管式连接的一系列缺陷，结构紧凑、占地面积小，但结构复杂，工艺性差，适用于在固定工作循环的液压系统。

2设计步骤

（1）.分解液压系统

当设计液压系统的阀板是，为了避免体积过大，以及钻孔过深，可以将整个液压系统分解成几个部分，每部分元件阀板安装在一块阀

板上。每块阀板的元件数不多于10到12个，从而使每块阀板的边长不大于400mm。然后将这几部分的阀板用油管连接起来，组成一个完整的液压系统。当液压系统中元件数目不多时，也可不分解。

我们的阀板系统元件个数不到十个，故可整体布置在一块阀板上。

（2）.布置元件

先按手册上得查的尺寸制作元件样板，然后放在图纸上布置位置，当元件较少时也可直接在图纸上安排元件的位置，元件位置布置的是否合理，直接影响到阀板的质量。

元件布置的原则如下：

1）为了减少阀板的尺寸，元件之间的距离不应过大，一般间隙b=5~10mm，但也不宜过小，否则由于制作误差会使得两元件相碰，元件的非加工底面（如电磁阀的电磁铁、溢流阀的调速部分、压力表等），可以伸到阀板意以外。

2）电磁阀的发心最好水平方向安装，以免由于自重引起不理影响。如果需要垂直安装，则干式电磁阀的电磁铁不能放在阀体的下端，否则阀的泄露会影响电磁铁正常工作。

3）为了减少阀板钻孔的数量和钻孔的深度，可以采取以下的措施： （a）阀板上的了、有联系的元件应相邻安装，这样可以减少钻孔的深度。

（b）阀板上两个阀若有油口相通，那么最好是是两相通的油口连接与阀板的的某一挑平行，这样就能减少横孔数量。

（c）分层钻横孔

由于阀板内的横孔数量较多，为了避免不相连的油孔互相沟通，常需要分层钻孔。分层数目与液压元件数目有关。当元件数目较多时，

分三层钻孔。当液压元件为5个左右时，一般为两层。无论怎样分层，孔与孔之间的壁厚不得小于5mm。

第一层：离阀板正面9mm左右，该层内一般之钻泄流油孔和控制油通道等小孔，由于穿过第一层的直孔较多，为了避免不相连的孔相交，第一层内只能钻直径较小的横孔。

第二层：离阀板面24mm，与第一层孔相距15mm，这层内只钻压力油横孔，第一层与第二层之间的最小壁厚为6.35mm

第三层：里阀板正面41mm，与第二层相距17mm，这层内只钻会有横孔，孔径11.3mm。

第二层与第三层孔之间的最小壁厚为5.7mm，第三层离阀板的反面距离为19mm。

当元件中得泄油孔较少时，可将第一第二层合并或各泄油孔单独接回油箱，这样可以省去第一层。设计较少的元件的阀板时，常可将压力油横孔与回油横孔全部钻与第二层，这样阀板的厚度可以进一步减少。

我们的系统阀板设计成两层，这样结构紧凑，有利于减少体积及材料。

压力表开关采用版外孔式连接，压力表开关的各油孔沿圆周排列，孔径小，分布密，难于布置，采用版外管式连接方式方便的多。

（4）决定钻孔直径

1 ）直孔的直径

（a）阀板正面孔的孔径应等于元件油口的孔径，阀的螺钉安装孔孔径，也可以从元件样本中查得。

（b）阀板反面的孔径

阀板反面的孔都需要安装管接头，因此每个孔口都需要管接头

螺纹尺寸钻底孔并攻丝。

2）横孔的直径

阀板内的横孔一般是中间油道，它不直接与元件油口或管接头连接，横孔口用锥螺纹的螺塞堵住。横孔直径要小于或等于螺塞锥螺纹的底孔孔径。一般设计中，横孔螺塞的锥螺纹比直孔管接头处的锥螺纹小一号。

在设计中有时考虑到连接的方便，可以在阀板的侧面安装管接头，此时横孔直径或横孔管接头螺纹处的尺寸均和直孔处相同。

（5）绘制阀板零件图

1）视图数目

为了便于检查阀板设计正确与否，以及便于阀板的加工，要按画好的阀板通路草图，画出阀板的正面图（装阀的一面）、底面视图以及隔层的剖视图，还要画出带有螺塞的侧面视图。

2）尺寸标注

要定出个液压元件的基准线的坐标，然后标出各孔相对于基准线的尺寸。零件图上还要标明各孔的大小与深度。由于阀板上孔较多，而且大小与深浅不一，为了便于加工，可在孔内做记号，也可采用各孔编号列出表格的方法来标出各孔的孔径与孔深。

除上述尺寸外，阀板的外形尺寸一定要注全。

3）材料与技术条件

（a）阀板的材料采用强度较好的铸铁，不得有疏松，缩孔和裂纹等缺陷。

（b）阀板正面需磨削加工，粗糙度Ra1.6，其余面Ra12.3。 （c）一般孔的位置公差和孔的深度公差为自由公差，故可不必标出，如果有较高要求时，应该注明。

（d）阀板应进行耐压试验，在正常工作压力的1.3倍时，各接口及堵头处不得有泄漏。

我们设计的阀板草图初步如下：

具体工作图见A0图纸

四、油箱的设计

在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的。它的作用是：贮存油液，净化油液，使油液的温度保持在一定范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时，要考虑油箱的容积、油液在油箱中的冷却和加热、油箱内的装置和防噪音等问题。

1.油箱有效容积的确定

（1）油箱的有效容积。

油箱应贮存液压装置所需要的液压油，液压油的贮存量与液压泵的流量有直接关系，在一般情况下，油箱的有效容积可以用经验公式确定：

V1 KQ (L) ,

式中，V1 ——油箱的有效容积（L）；

Q ——油泵的额定流量（L/min）；

K ——系数

低压系统 K=2~4

中压系统 K=5~7

高压系统 K=6~12

所设计液压系统为低压系统，故取K=3；根据《液压传动指导书》表5-4，选出油泵为单级叶片泵YB-80，故Q=80L/min。所以算得有效容积V1 =240L，根据《液压袖珍手册》表23-122，取有效容积V1为油箱公称容量250L。

（2）油箱容积的验算。

油路系统的功率损失是造成油路系统发热的主要原因，当液压油温度升高后，会引起油液粘度下降，从而导致液压元件性能变化，寿命降低已经液压油老化。因此，液压油必须在油箱中得到冷却，以保证液压系统正常工作。对系统的总发热功率H进行估算。 H=N(1-η) （kW），

式中，η——系统的总功率；

N——泵输入功率（kW）

所设计的液压系统，机械功率ηm =0.9，容积功率ηV =0.95，N=10kW（由表5-4查得），得到η=0.86。所以算得总发热功率H=1.4kW。

油路系统的散热，主要靠油箱表面散热，油箱的散热功率H0 可用下式进行估算：

H0 =KAΔT（kW），

式中，K——油箱的散热系统 (kW/m⋅℃); 2

A——油箱的散热面积（m2）；

ΔT——系统温升值（℃）

油箱的散热系数与周围环境有关，取值范围大致为：

通风良好时 K=(15~17.5)⨯10-3；取K=17.5⨯10-3

系统温升值指的是油路系统达到热平衡时，油温与周围环境温度的差值。为了保证油路系统正常工作，对油温有一定限制。

油箱的结构尺寸即油箱三个边的比例，不但要保证油箱的有效容积，还必须考虑油箱在机械设备中的位置，当两者发生矛盾时，后者是确定尺寸的主要影响因素。当油箱单独放置时，油箱三边尺寸比例一般为1:1:1~1:2:3之间，为了避免油液外溢，油面的高度应为油箱高度的0.8左右。此时，可用下式估算油箱的散热面积。

A 0.065312 （m2），

式中，V1 ——油箱的有效容积 （L）

代入计算得A≈3.0 m2

液压系统的热平衡条件：

机器在长期连续工作条件下，应保持系统的热平衡，其平衡式为：

H-H0 =0，

H-KAΔT=0，

温升 ΔT=H

KA℃

代入算得ΔT=26℃≤30~50℃，符合表3-32所给的允许值，故不用增加冷却器。

选取油箱三边的尺寸为1:1:1，油箱的边长（内腔）a=1=250L=6.3dm3 =630mm。

油箱的结构设计

进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，其次要考虑便于换油和清洗油箱以及安装和拆卸油泵装置，当然，油箱的结构应该尽量简单，以利于密封和降低造价。

（1）油箱体。油箱体一般由A3钢板（现已用Q235取代）焊接

而成，钢板厚度3~6mm，取油箱侧壁厚度为3mm。油箱分为固定式和移动式两种，选取固定式。油箱侧壁上安装液位指示器、电加热器和冷却器；油箱底面与基础面的距离一般为150~200mm，考虑到所占用的空间，取150mm。油箱下部焊接等边角钢作为底脚，其厚度为油箱侧壁厚度的2~3倍。

中、小型油箱箱体侧壁为整块钢板，大型油箱在与隔板垂直的一个侧壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。

（2）油箱底部。油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低处有排油口，要注意排油口与基础面的距离一般不得小于150mm。

焊接结构油箱，箱底用A3钢板（现已用Q235取代），其厚度等于或稍大于箱体侧壁钢板的厚度，取其为4mm。

（3）油箱隔板。为了使吸油区和压油区分开，便于回油中的杂质的沉淀，油箱中常设置隔板。隔板的安装方式主要有两种，这里选取回油区的油液按一定方向流动，既有利于回油中的杂质、气泡的分离，又有利于散热。 隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的

13

4212~13，隔板的高度，约为最低油面的（或油液面的）。隔板的厚度等于或稍大于

油箱侧壁厚度，取6mm。

（4）油箱盖。油箱盖多用铸铁或钢板两种材料制造。在油箱盖上应考虑有下列通孔：吸油管孔、回油管孔、通大气孔（孔口应有空气滤清器或气体过滤装置）、测温孔、带有滤油网的注油口，以及安装液压集成装置的安装孔。

目前使用的泵站系统，往往将液压泵、液压泵电机及集成块装置安装在油箱盖上，这种油箱结构紧凑，但产生的噪音较大，当箱盖上安装油泵和电机时，箱盖的厚度应是油箱侧壁厚度的3~4倍。

根据《零件手册》查得，所使用的标准件分别为：回油管 （JB/T 87-1994）、紧固螺钉（GB65-85）、滤油器（XU-100×200）、螺塞(20×1.5)、等边角钢(30×4)、空气滤清器（GB65-66）、液位温度计（YWZ-150T）、管接头（JB/ZQ4399-1997）。

五．液压缸设计

1、密封装置选用

选O型密封圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料联合使用，达到良好的密封效果。

2、工作介质的选用

因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。

3、缸筒设计

①、缸筒结构的选择

连接方式如下图：

选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。其优点是结构简单，易选取、易装卸；缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。

②、缸筒的要求

有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形； 有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲； 内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用； 缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。

③、缸筒材料的选取及强度给定

部分材料的机械性能如下表：

本次设计选取45号钢

从表中可以得到：

缸筒材料的屈服强度σs=360MP；

缸筒材料的抗拉强度σb=610MP；

现在利用屈服强度来引申出：

缸筒材料的许用应力[σ]=σs/n=360/5=72MP。

④、缸筒壁厚的计算

缸筒壁厚可以使用下式进行计算：

δ=PmaxD/2[σ]

最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据计算P=5MP，所以： Pmax=5⨯1.5=7.5MP

许用应力在选取材料的时候给出：

[σ]=σs/n=360/5=72M

根据前面计算得D=160mm

所以得壁厚δ=8mm

⑤、缸筒壁厚的验算

下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：

根据式23.3—7得到：

Pn≤26.44MPa

显然，额定油压P=5MPa，满足条件；

先根据式23.3—10得到：

PPL=42.35MP

再将得到结果带入23.3—9得到：

Pn 16.94MPa

显然，额定油压P=5MPa，满足条件；

4、活塞设计

①、活塞结构的设计

活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图：

此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。

②、活塞的密封

选用o型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能：

㈠、降低摩擦阻力，无爬行现象；

㈡、具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长。

③、活塞和活塞杆材料和技术要求

㈠、因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞和活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。

5、导向套的设计

导向套长度H ： H=L/20+D/2

（L是液压缸总行程，D是液压缸内径）

H=110mm

6、进出口直径

查《液压传动设计指导书》得进出口直径是25mm

由于机床运动部件作直线运动，在运动方向上没有严格的要求，不必采用缓冲结构。排气也采用松开油管进油螺塞的方法进行，而不设专门的放气螺塞。

六、课程设计小结

首先，我要非常感谢韦建军老师在这次课程设计中给我们的指导和帮助，使我们能顺利完成这次设计。

两周的机电液综合设计与实验终于结束了，虽然很忙碌很疲劳，但感觉收获还是蛮大的。

为了使液压缸各个结构设计的精确，我们查阅了许多手册和参考书，为我们以后的毕业设计打下了牢固的基础。我们几乎每天的专注和辛劳，唤回了我们对液压与气压传动的重新认识，对液压缸结构的深刻理解，还有一种对设计制图工作的热情和认真态度，我们的细心再次发挥了优势，我们不敢说我们这份设计会得优秀，但看着我们设计的每一个细节，我们都觉得没有枉费这两周来的心血。同时也让我们觉得大学里学到了很多知识，让我们的大学生活没有浪费。

参考文献

1. 杨培元、朱福元。《液压系统设计简明手册》 北京，机械工业出版社1994

2. 何存兴。《液压元件》 北京，机械工业出版社1982

3. 雷天觉。《新编液压工程手册》 北京，北京理工大学出版社2005

4. 李寿刚。《液压 传动》 北京，北京理工大学出版社1981

5. 张利平编著 《液压气动技术速查手册》 北京：化学工业出版社。2006

6. 许福玲、陈尧明主编 《液压与气压传动》 北京：机械工业出版社。2007