ZXH54型銑槽機分度箱部件設計
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上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ZXH54型銑槽機設計—立柱部件設計
液壓系統(tǒng)
工業(yè)液壓系統(tǒng)環(huán)路
泵的作用當然是給油液提供壓力，從而為機器提供動力。而閥的作用是控制油液的流動，在需要的時間和地方提供動力。如圖11.1和11.2所示，簡單的說明“環(huán)路”是如何實現(xiàn)的：油從油箱出來，通過泵、閥、驅(qū)動部件，回到油箱。
圖11.1 典型液壓回路
首先，大致的介紹一下圖11.1（省略輸入機構(gòu)）的回路，然后，通過圖11.2包括輸入機構(gòu)的簡單的細節(jié)，詳細的分析一下速度控制和換向閥的工作原理。
在圖11.1中，速度控制閥是打開的（閥的柱塞被推開），它允許回油通過V型槽（9）回到油箱。當機床運動的時候，油從油箱里被抽出，按箭頭的方向通過R1到閥的進口（1），然后從（3）流出，進入液壓缸右手邊的末端，從而推動柱塞（和工作臺）向左運動。柱塞左邊受擠壓的油液通過（4）流出液壓缸，再通過滑閥上的槽（2）和V型槽（9）流回油箱。
當閥的狀態(tài)發(fā)生改變的時候，流過閥的油的流向也發(fā)生了改變，同時柱塞也移到了相反的方向。
圖11.2 圖11.1中控制閥的放大
如圖11.2a所示（圖11.1中閥的放大），油從油箱（或泵）通過R1經(jīng)（1）（3）進入液壓缸，推動柱塞向左運動；柱塞另一側(cè)的油從液壓缸流出，經(jīng)（4）（2）（9）和R2流回油箱。注意油可以從（1）流入，但不能從（5）流入，因為它被臺階（8）擋住了，同樣的油也不能從（10）（12）流入，因為他們分別被臺階（11）和（13）擋住了。
在圖11.2b中，閥移位到了左邊。這只不過關(guān)閉了（1）而打開了（5），現(xiàn)在油通過R1（5）（4）流入液壓缸的左側(cè)，與此同時液壓缸右側(cè)的油通過（3）流出，經(jīng)（2）（9）R2流回油箱。注意，如圖11.2a所示，油能像所述那樣流動，而在別處，它是被閥的柱塞上的臺階關(guān)閉的。
V型槽是開在速度控制閥柱塞上的一個簡單的槽。輕微的旋轉(zhuǎn)柱塞可以減小槽的尺寸，同樣也減少了流過槽的油液，因此可以改變液壓缸里驅(qū)動柱塞的速度和滑動工作臺的速度。當閥處在圖示11.2c所在位置時，沒有油從V型槽（9）流出，工作臺保持靜止，從泵中抽上來的油從回油槽（12）和空當（14）直接流回油箱。用這種方法停止工作臺，代替了完全切斷油路的做法，用卸荷的方法避免了油液的擠壓。
值得注意的是，擋住塞處于圖11.2c位置時，液壓驅(qū)動的往復運動停止，在控制閥柱塞上的空當（15）使油路（10）打開，油可以通過（10）流到油箱的另一端，從而實現(xiàn)工作臺的手動進給。也就是當工作臺通過手動后退和前進進給時，由于柱塞的前后移動，液壓缸和管路里的油通過管路從一邊被擠壓到另一邊。這是很容易理解的，首先參考圖11.2c，注意管路（10）和（15）是相通的，在參考圖11.2a，想象這條路和圖11.2c一樣是相通的。當工作臺從右向左運動的時候，油液將從液壓缸流出，通過（4）（10）（15）和（10）的剩余部分向上經(jīng)（3）流回液壓缸。當這一動作換向，工作臺自左向右運動時，油的流向也將換向，由（3）流到（10）經(jīng)過（15）和（10）的剩余部分到（4），從那里流入液壓缸的左端。
液壓泵
每一個液動系統(tǒng)使用一個或多個泵增加油液的壓力。油液的壓力依次作用在液動系統(tǒng)的輸出部分。因此，常用壓力油來推動液壓缸內(nèi)的柱塞和驅(qū)動液壓馬達的軸。
液動系統(tǒng)里泵的作用是增加油液的壓力，從而進行工作。一些液動系統(tǒng)使用低壓泵來工作—100磅/英寸2或者更低。還有一些要求大功率輸出的場合，常常使用高壓泵—10000磅/英寸2或者更高的。所以，我們可以看到每一個現(xiàn)代的液動系統(tǒng)至少使用一個泵來提高油液的壓力。
1． 泵的種類
液動系統(tǒng)常用的三種泵：1）回轉(zhuǎn)泵，2）往復式泵，3）離心泵。
簡單的液動系統(tǒng)可能僅僅只使用一種類型的泵。因此，泵的選擇應該發(fā)揮它最好的特性曲線以適應不同的特殊工作。有時為了和液動系統(tǒng)所需的泵的特性曲線相匹配，經(jīng)常可以看見兩種類型的泵串聯(lián)。例如：離心泵可能用于給往復式的泵加壓，回轉(zhuǎn)泵則提供壓力油以控制變排量往復式泵的換向。
2． 回轉(zhuǎn)泵
回轉(zhuǎn)泵有許多不同的樣式，是液壓系統(tǒng)中用的最為普遍的泵。目前，用的最普遍的回轉(zhuǎn)泵的形式有外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵、滑動葉片泵和螺桿泵。每一種泵都有各自適當?shù)膽谩?
外嚙合齒輪泵（圖11.3），他由在密封的殼體內(nèi)相互嚙合的兩個齒輪組成。主動輪旋轉(zhuǎn)帶動從動輪的旋轉(zhuǎn)，主軸與上級泵的齒輪相聯(lián)接。當泵開始工作時，齒輪的轉(zhuǎn)動把殼體內(nèi)的空氣擠出，擠入出油管。泵殼體內(nèi)空氣的減少，在泵的吸油口處形成一個局部的真空。油液在大氣壓的作用下從外部油箱吸入泵的進油口，在那里油被密封在兩個嚙合齒輪和外殼之間。齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動將油擠出泵體。
圖11.3 外嚙合齒輪泵
1 出口
2 主動輪
3 工作腔，油被密封和帶動
4 進口
5 齒輪脫開區(qū)域，油從油箱
被吸入
6 齒輪嚙合區(qū)域，油被壓出
齒輪泵中壓力的升高是由于對油液的擠壓作用而產(chǎn)生的。因此，油液在齒輪進入嚙合的部分被排出泵體。在齒輪脫開嚙合的空間，形成局部真空，使更多的油液被吸入泵體。外嚙合齒輪泵是一個定量泵，它的排量在給定的轉(zhuǎn)速下是個常數(shù)。而要控制圖11.3所示的齒輪泵的排量，唯一的方法就是改變軸的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在的齒輪泵可以提升的壓力大概是3000磅/英寸2。
3． 滑動式葉片泵
這種類型的泵有許多葉片，在泵轉(zhuǎn)動的時候葉片可以在葉片槽中任意的滑動。電機帶動泵轉(zhuǎn)動，葉片在離心力、彈力和葉片底部壓力油的作用下，向外伸出，其頂部緊貼定子橢圓形的內(nèi)表面上。在轉(zhuǎn)動的過程中，當工作腔經(jīng)過吸油口時，油液進入兩個葉片形成的腔內(nèi)。并且被密封在工作腔內(nèi)隨葉片轉(zhuǎn)動，直到達到出油口，在那里油被壓出泵體進入出油管。
控制閥
壓力控制閥是用來保持液壓回路中各部分調(diào)定壓力的閥。壓力控制閥保持調(diào)定壓力的方法有下面兩種（1）轉(zhuǎn)移高壓油到低壓區(qū)域，從而限制高壓區(qū)的壓力。（2）限制流量。用于轉(zhuǎn)移油液的閥的類型有安全閥、溢流閥、單向閥、順序閥和卸荷閥。調(diào)節(jié)流量到另一區(qū)域的閥類可能是減壓型的。
壓力閥也可以定義為常閉式或常開式二通閥。溢流閥、順序閥、卸荷閥和單向閥是常閉式的二通閥，當它們在執(zhí)行設定的功能時才部分或完全打開。減壓閥是常開式的二通閥，它的作用是限制和阻礙油液流入下一個區(qū)域。任何一種形式閥的動作，可以看作是通過開啟一個自動的控制口來實現(xiàn)調(diào)定壓力的控制。當閥是由外部控制時，控制口往往是關(guān)閉的。卸荷閥就是一個這種類型的閥——它不是自動控制的，它需要一個外部的信號來控制。而溢流閥、減壓閥、單向閥和順序閥則可以通過內(nèi)部的控制信號實現(xiàn)自動控制。
1． 壓力控制閥的類型
一些常用的壓力控制閥有：
安全閥。安全閥通常是一個二通式的提升閥，它的作用是當油液的壓力接近于閥控制口調(diào)定壓力時，釋放一定得油也到別的地方，已達到控制壓力的目的。這種閥可以在超壓的情況下保護管路和液壓設備。
溢流閥。溢流閥是回路中該閥所聯(lián)結(jié)的區(qū)域內(nèi)限制可以施加的最大壓力的閥。
單向閥。單向閥的作用是使油液只能向一個方向流動，而不能反向流動。
順序閥。順序閥的作用是使油液可以按一定的順序流入回路的多個部分。
卸荷閥。該閥允許壓力升到某一可調(diào)的設定值，然后只要控制油源在控制口處保持事先調(diào)定的壓力值，它就使液流旁路。
減壓閥。其作用是不管進油口壓力如何，保持出油口的一個降低了的穩(wěn)定壓力。
2． 速度控制
調(diào)速閥是用來控制執(zhí)行機構(gòu)的速度。早期的設計，執(zhí)行機構(gòu)速度的控制是通過控制每秒鐘抽取油液的多少來實現(xiàn)的。它需要一個變量泵來控制流量，但對于大多數(shù)的回路來說，使用一個定量泵和速度控制閥來改變流速是比較實際的。
3． 流量控制的方法
這里有三種基本的形式關(guān)于應用調(diào)速閥來控制執(zhí)行機構(gòu)速度的方法：進口節(jié)流調(diào)速，出口節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速。
進口節(jié)流調(diào)速用于進油控制。流量控制閥安裝在進油路上，串聯(lián)在定量泵和執(zhí)行元件之間，調(diào)節(jié)和控制進入執(zhí)行元件的流量。而泵提供的多余的油液通過溢流閥流回油箱。
流量控制閥安裝在進油管路里，控制一個方向的流量。控制閥必需在流量控制閥中或是與其并聯(lián)。如果想要在兩個方向上控制流速，流量控制閥就必需安裝在泵的出口，方向閥之前。
進口節(jié)流調(diào)速較高的精度，它使用于克服連續(xù)載荷作用下運動的執(zhí)行元件，例如在負載作用下垂直提升液壓缸或者以一個控制的速度推動負載。
出口節(jié)流調(diào)速使用在負載可能“失去控制”的場合。它調(diào)節(jié)和控制流出執(zhí)行元件的流量。
為了在兩個方向上控制流速，控制閥應該安裝在經(jīng)過方向閥的出油管路上。但大多數(shù)的控制只要求單方向的，所以控制閥安裝在執(zhí)行元件和方向閥之間。為使油缸快速退回，這里要求配置一個旁路單向閥。
旁路節(jié)流調(diào)速，在旁路節(jié)流調(diào)速回路中，流速控制不是在油泵的供油管路里，確定執(zhí)行元件速度的是有泵傳遞給油箱的那部分流量。這樣泵可以在工作所需得的壓力下運行，因為多余的油液可以通過流量控制閥流回油箱而不是溢流閥。
采用旁路節(jié)流時，被控制流量是進入油箱的流量，而不是進入液壓缸的流量，因而，由于工作載荷的變化，泵對液壓缸的供液量也會發(fā)生變化，這是一個缺點。
旁路節(jié)流調(diào)速不能用于出油回路中。
4． 流量控制的類型
流量控制可以歸為兩個基本的類型：壓力補償型和非壓力補償型，后者常用在負載壓力相對穩(wěn)定，進給率要求不太嚴格的地方。它們可能是一個簡單控制口或是一個可調(diào)的針形閥，也可能是類似允許油液反向流動的單向閥似的復雜元件。使用非壓力補償型的閥在有些情況下受到限制，因為通過控制口的流量從本質(zhì)上講與其兩端的壓力差（ΔP）的平方根成正比。這就意味著，工作負載的變化將會影響到進給率。
液壓動力在機床中的應用
液壓動力控制機床的這種應用并不是什么新鮮事，然而，液壓像現(xiàn)在這樣廣泛的使用，還是比較近期的事。事實上，正是現(xiàn)代整體泵的出現(xiàn)，促進了這種機床操作形式的發(fā)展。
液壓機床具有許多的優(yōu)點。第一，它可以提供相當寬范圍的無級變速控制。另外，它們還可以輕易的改變驅(qū)動方向就像改變速度一樣。因此，在許多其它類型的機床里，使用液壓系統(tǒng)可以簡化許多復雜的機械聯(lián)結(jié)，甚至將它們整體刪除。
液壓動力的適應性和順應性是這種驅(qū)動方式的另一個優(yōu)點。它除了可以獲得一個平穩(wěn)的運行，還在工件的表面加工，刀具的無損切削和使用的耐用度上都有了很大的改進。
到目前為止，更大功率的機床液壓系統(tǒng)被局限于直線運動。用于開啟一個以上的線性液壓馬達的回轉(zhuǎn)泵通常是柱塞式的。在一些情況下，例如在某個液壓車床上，切削刀具的直線運動和工件的回轉(zhuǎn)運動都可以通過液壓驅(qū)動和/或控制。這樣的回轉(zhuǎn)運動是通過使用一個旋轉(zhuǎn)液壓馬達來實現(xiàn)的。
[自]《機械制造工藝及設備專業(yè)英語》 華南理工大學，1986
[自]《機械專業(yè)英語》 陜西機械學院，1992
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zxh54
型銑槽機
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