三 江 学 院本科生毕业设计（论文）题 目 液压实验台系统设计 高职 院（系） 机械设计及自动化 专业学生姓名 孙中赞 学号 G105152032 指导教师 陈本德 职称 讲师 指导教师工作单位 三江学院 起讫日期 目录第一章绪论1.1课题背景及其意义1.2机电一体化实验台概述1.3国内外发展状况1.4课题研究的主要内容第二章设计任务的主要方案2.1本课题将要完成的主要任务2.2本课题的关键问题及技术路线2.2.1液压系统设计步骤2.2.2液压执行器设计压力的选取2.2.3制定基本方案和绘制液压系统图第三章液压系统执行元件的设计3.1执行元件类型3.2系统压力的初步确定3.3液压执行元件的主要参数3.3.1液压缸内径与活塞杆外径3.3.2刀具库旋转液压马达的选择3.3.3活塞杆的强度计算和稳定性校核3.3.4液压缸壁厚，最小导向长度计算3.3.5液压缸的流量计算3.4夹具液压缸的结构设计3.4.1缸筒与缸盖3.4.2活塞与活塞杆3.4.3缓冲装置3.4.4排气装置3.4.5密封装置第四章液压系统的设计分析4.1拟定液压系统原理图4.1.1速度控制回路的选择4.1.2换向回路的选择4.1.3压力控制回路的选择4.2液压元件的选取4.2.1液压泵的选择4.2.2液压阀的选择4.2.3电机的选择4.2.4管件的选择4.2.5油箱的设计计算4.2.6液压油的选择第五章液压泵站与液压集成块5.1液压泵站5.1.1液压泵站的组成及分类5.1.2液压泵站的选择5.2液压集成块5.2.1块体的结构5.2.2集成块结构尺寸的确定5.2.3集成块的加工第六章结论致谢参考文献第一章 绪论1.1课题背景及其意义机电一体化又称机械电子学，英文称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成的单词。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。机电一体化主要研究目的是把机械技术与微电子技术和信息技术有机地结合为一体，实现整个系统的最优化。机电一体化可以充分发挥机械技术、微电子技术和信息技术的各自的长处和特点，促进机械产品的更新换代。机械电子学系统主要由机械主体、传感器、信息处理和执行机构等部分组成。较高级的系统不但有硬件，而且还有相应的软件,利用软件技术可以实现硬件难以实现的功能,使机械系统增加柔性。典型的机械电子系统有数控机床、加工中心、工业机器人等。机械电子学技术除用于单个机器、设备或一般的生产系统的技术改造之外，还用于柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化、办公自动化、家庭自动化等方面。171.2 机电一体化实验台概述实验是科学研究与探索的重要手段，也是学生掌握知识和基本技能的重要环节。为培养学生具有机、电、液一定的理论知识和较强的实践技能；具有机械加工设备的初步操作技能和数控加工、数控编程的能力；具备从事机电技术必需的理论知识和综合职业能力的机电设备、自动化设备和生产线的运行与维护人员，并具有设备改造能力的高等技术综合性应用型人才。能在机电设备制造企业、从事机电产品设计与开发、企业与车间生产技术管理等工作，以及机电一体化设备的安装、调试、维修、销售及管理；普通机床的数控化改装等15。其中，机电一体化实验设备发挥了极其重要的作用，并得到了广泛应用。如HJD-4型机电一体化教学实验设备。机电一体化实验内容涉及机械、电气、计算机技术、通讯技术、液压等方面技术，覆盖面广，综合性强。各功能部件敞开性好，有利于加深学生的感性认识。通过多个模块，灵活组成各种系统。实验过程接近实际机电产品的组装调试过程，实战性强。 学生可根据自己的构思进行创新设计。为机电类本科生、专科生的课程设计、毕业设计及课外创新设计提供条件。同时为教师和相关技术人员从事机电产品开发提供实验平台， 培训机电一体化系统的应用与设计的工程技术人才，为企业培养机电一体化设备的维护管理人员。1.3 国内外发展状况机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：(1)20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等一些先进国家相比，仍有相当大的差距，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套合理实用的技术和产品。1.4 课题研究的主要内容1）了解机电一体化实验台工作过程和原理及控制系统设计计算方法；2）详细设计实验台液压传动系统；3）通过设计、计算，选择来实现实验台的整个液压系统作用。1.5 本章小结本章内容首先介绍了机电一体化的应用，分析了当今社会对这方面的需求，然后简要介绍了本设计的主旨。在日新月异的今天，创新与改变是发生变革的先导。我国在机电一体化设备的发展比较快，而且社会对其需求任然巨大。这是发展创新的契机。本设计的目的:对实现加工部分液压控制进行初步尝试，提升我们关于此类加工设备的技术。本设计的思路与方法，就是对于各种面临的问题，要运用所学知识，在定下大方向后，具体解决各方面细节。第二章 设计任务的主要方案2.1 本课题将要完成的主要任务结合实际应用，对实验台液压系统进行设计，其中包括各种参数的计算，各种部件的选择，以及设计图纸。主要技术要求是：1）能够实现实验台上各项相关工作；工作台的平衡升降以及转向；2）在完成工作过程中要求采用合适手段保持工作平稳，动作安全可靠；3）选择合适的传动方式实现工作的各种动作；4）选择合适的布局，使系统布局紧凑，结构合理。其主要参数如表2.1所示。表2.1 实验台主要技术参数技术规格单位参数工作台尺寸：长*宽mm160*160行程X轴mm150Y轴mm150Z轴mm150C轴180进给速度(x，y，z）mm/min11200(步进）11500(伺服）快速速度(x，y，z）mm/min1500(步进）2000(伺服）刀库刀具容量8换刀时间s120交流电源380AV/220AV,50HZ变频器400W步进电机双极恒流驱动；步距角1.8伺服电机03000r/min,400W2.2 本课题的关键问题及技术路线.2.2.1 液压系统设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。1）确定液压执行元件的形式；2）进行工况分析，确定系统的主要参数；3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；4）选择液压元件；5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图。2.2.2 液压执行器设计压力的选取实际设计工作中，应综合考虑执行器及其他液压元件、辅件的尺寸、质量加工工艺性、成本及系统的可靠性和效率等因素。不同的主机行业采用的工作压力不同，通常采用类比法，根据主机类型来选取执行器的设计压力。图2.1 液压系统的图形符号图2.2.3 制定基本方案和绘制液压系统图1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。2）制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。3）制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制连续的动作。4）选择液压动力源液压系统的工作介