磨擦磨损试验台得设计机械CAD图纸

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1、磨擦磨损实验台得设计摘 要长期以来，实验台的性能检测措施是采用简易的人工检测，其缺陷是检测效率低、人为因素影响大、自动化水平低。随着科学技术的发展，自动化技术越来越多地应用到工业中，用人工进行实验台性能检测的措施已经跟不上时代的步伐，实验台性能的自动化检测必将成为该行业的主流。本论文研究的实验台实验系统正是为某实验台公司研制的自动化检测系统，它将变化该公司目前人工检测的状况，实现检测过程的自动化，提高检测效率，减少人为因素的影响。可以实现自动化检测的前提和基本就是拥有一套精确可靠的自动化夹具。本文的研究内容就是设计一套可以夹紧多种阀体的夹具系统。它的基本规定是在测试之前，完毕对被测阀体的夹紧工

2、作，并且保证在测试过程中无泄漏。同步，夹具必须操作简朴，维护以便。本课题是在认真分析多种被测阀体的测试需求，外形尺寸，工作参数的基本上完毕机械设计的过程。为了保证密封良好，不仅多处应用了机械密封理论知识，并且构造上力求优化合理。在设计完毕之后。应用Solidworks三维软件进行建模和运动仿真，直观的检查设计的效果。为了从理论上保证系统的可靠性，在本文的第四章，对机械密封圈的有关理论作了一定的研究，其中涉及工作原理，设计措施及重要失效形式。作为测试系统的重要构成部分，夹具的好坏直接关系到整个测试系统的成败。因此说本文有较高的理论价值和实用价值。在设计上，本文突破老式夹具的设计措施，引入多处创新

3、设计思想设计出一套更为实用合理的夹具系统。因此说，本系统将和整个测试系统一起，在实验台的测试领域里发挥重要的作用。核心词：实验台实验，夹具，密封理论，建模与仿真Research and Development of Fixture for Solenoid Valves Test SystemAbstractSolenoid valve needs to be tested by hand for a long time. So the testing efficiency is low and it is prone to be affected by artificialness. Now

4、, automation technology has been applied to more and more factories. The Solenoid Valve test system will also realize auto-test by computer in the future. The Solenoid Valve test system researched in this paper is developed for a company. It will realize auto-test, improve the efficiency in testing

5、solenoid valve performance and make the testing data more precise than before.In order to realize auto-test in the system, it needs a fixture system which is exact and credible. This paper discusses a kind of fixture which can clamp all kinds of solenoid valves. The basic request is to finish clampi

6、ng the tested valves before the test, and to assure that theres no leakage during the test. At the same time, the fixture must be easy to manipulate and convenient to maintenance. The fixture designing is finished after researching the requirement of the valves test figure size and work parameter. I

7、n order to keep good airproof, the fixture not only used mechanism airproof theory, but did some optimizing design on structure. After the design, SolidWorks is used to model and do some kinematics analysis. It can check up the effect of the design more intuitively. In order to keep the system more

8、reliably, in chapter 4, mechanism airproof theory is researched. It contains work principle, design method and main invalidation form. As an important part of valves test system, whether the fixture is good or not is correlate to the whole test systems capability. So the paper is valuable on theory

9、and practicality. This paper breaks through traditional design method, and designs a more practical fixture system by introducing innovation design method. So this fixture system and valves test system will both exert important action in valves test field. Key words: test of solenoid valve, fixture,

10、 airproof theory, modeling and simulation目 录独创性声明 i摘 要.iiAbstract .iii第一章 绪 论 11.1 课题研究的背景与意义.11.2 课题有关技术发展概况.21.2.1 如今实验台测试技术的发展概况21.2.2 机械密封理论的发展概况.21.2.3 创新设计理论概述21.2.4 现代机械功能优化设计理论概述41.2.5 三维建模及运动仿真技术51.3 本文研究的重要内容.6第二章 实验台夹具系统总体规划和目的规定72.1 实验台夹具系统分类.72.1.1 被测阀体的测试规定72.1.2 夹具系统的分类72.2 实验台夹具系统总体规

11、划.82.2.1 实验台夹具系统总体布置82.2.2 实验台夹具系统重要参数的计算.10第三章 实验台夹具构造.133.1 两位两通实验台典型支路夹具构造.133.1.1 夹具工作行程的拟定.133.1.2 夹具工作原理.133.1.3 夹具构造.143.1.4夹具有关计算及强度校核.163.1.5夹具研发中核心技术的分析.183.2 两位两通实验台水压强度实验夹具构造.223.2.1 水压强度实验夹具的特点.223.2.2 水压强度实验夹具工作原理233.2.3 水压强度实验夹具构造243.2.4 水压强度实验夹具研发中核心技术的分析263.2.5 创新设计在水压强度实验夹具构造研发中的运用

12、283.3 两位多通实验台夹具构造.303.3.1两位多通实验台夹具构造特点.303.3.2 两位多通实验台夹具构造303.4 实验台夹具附件电动升降台构造.333.4.1 升降台行程拟定333.4.2 升降台工作原理343.4.3 升降台构造353.4.4升降台有关计算.363.4.5 创新原理在升降台构造研发中的应用38第四章 密封圈密封理论的研究394.1 O形密封圈的密封原理394.2 O形密封圈设计及有关计算394.2.2 O形密封圈产生摩擦力的计算.404.3 Y形密封圈设计使用中若干问题的研究.424.3.1 Y形密封圈的工作原理.424.3.2 Y形密封圈的失效因素及解决措施.

13、434.4 影响密封圈密封的因素.444.4.1 温度对密封圈密封的影响.444.4.2 硬度对密封圈密封的影响.454.4.3 应力松弛对密封圈密封的影响.454.4.4 摩擦对密封圈的影响.45第五章 实验台夹具三维建模和运动仿真475.1 实验台夹具的三维建模475.1.1 两位两通实验台夹具的三维建模.475.1.2两位两通实验台水压强度实验夹具的三维建模.495.1.3 两位多通实验台夹具三维建模.525.1.4电动升降台三维建模.535.2 实验台夹具的运动仿真.535.2.1 两位两通实验台夹具运动仿真过程.535.2.1 两位多通实验台夹具运动仿真过程.545.2.2 两位两通

14、实验台水压强度实验夹具运动仿真过程.56第六章 结 论60参照文献61第一章 绪 论1.1 课题研究的背景与意义本课题来自鞍山实验台股份有限责任公司和东北大学机械电子工程研究所合伙对厂方原有的实验台测试系统改造。其总体目的是根据“鞍山实验台有限责任公司实验台架改造技术规定”，提出一套性能高、实用性强、节能环保、扩展性好的实验台测试系统方案。该系统可以在水、油、气介质和真空条件下对实验台进行测试实验，可以测试实验台的空载动作、最小压差动作、密封性实验、水压强度实验、响应时间实验、泄漏量测试、Kv值和流阻系数测定及寿命实验。本文作者所承当的是实验台测试系统中自动化夹具的设计任务。本课题是整个实验台

15、测试系统的重要构成部分，是精确地进行实验台的空载动作、最小压差动作、密封性实验、水压强度实验、响应时间实验、泄漏量测试、Kv值和流阻系数测定及寿命实验的基本和前提。通过对厂方既有夹具系统的调查可以看出，厂方既有的夹具系统存在诸多问题。一方面，夹具的密封性不好。在使用过程中，常常浮现漏水漏油的现象。这些不仅给操作者带来不便，更为重要的是，使测试成果不精确。第二，夹具损坏现象严重。第三，夹具的自动化限度很低，使用极不以便。如今厂方使用的夹具，大都是七十年代设计制造的手动夹具。这不仅加大了工人的劳动强度，还限制了阀的测试的速度。显然和现代科学技术特别是自动控制技术的迅猛发展是不相适应的。本课题是一种

16、机电液结合的产品，涉及许多学科的交叉，因此有较强的理论研究意义。此外，设计中涉及多处创新原理的应用，无论是作为构造创新，还是产品创新，均有进行理论研究的价值。作为实际项目的一部分，设计制造完毕之后，要应用于实际的生产过程中，其应用价值是显而易见的。实验台是液压系统中的重要零部件，它的优劣直接影响到整个液压系统的质量。而实验台的出厂测试，是其生产过程中最后也是最重要的环节。自动化夹具是一切测试能否进行的前提和基本，如果被测阀夹不紧，放不稳，一切测试都无从谈起。夹具的好坏，直接影响到测试系统的好坏，以致影响到实验台的质量。因此说，设计一套以便可靠的自动控制夹具有很高的理论价值和实用价值。1.2 课

17、题有关技术发展概况1.2.1 如今实验台测试技术的发展概况 本系统在设计之前，认真调查了国内诸多实验台厂家既有的测试技术。如今国内实验台厂家应用的实验台测试系统1存在如下几种问题：第一，既有测试系统只能测试小口径的阀体，对于大口径的阀体很难测试。第二，既有测试系统很难同步进行空载动作、最小压差动作、密封性实验、水压强度实验、响应时间实验、泄漏量测试、Kv值和流阻系数测定及寿命实验等多项实验。第三，既有测试系统只能测试液压阀体，对于其他介质的阀体很难测试。根据上面的分析可以看出，本系统将为国内最先进，测试阀体范畴最大，测试项目最全的实验台测试系统。相应的测试需要的夹具系统适应范畴大，操作以便，可

18、靠性强，也为较先进的一套夹具系统。1.2.2 机械密封理论的发展概况机械密封2是常用的旋转轴密封，在流体机械中应用非常广泛。与其她密封相比，它具有泄漏少，摩擦磨损少，使用寿命长，可靠性好，无需平常维护的特点。此外，许多高压，高温，易燃，易爆介质等工况下获得了较好的使用效果。机械密封技术正向更深层次方向发展高参数，高性能和高水平。非接触式密封发展方向是减少泄漏，提高稳定性和可靠性，延长寿命和扩大使用范畴。密封圈密封是机械密封的一种形式。广泛应用于流体机械的密封。例如在液压缸体的密封中可以分为静密封和动密封两种密封形式，静密封中常使用O型密封圈，动密封常使用Y型密封圈。在本课题的设计中，存在多处密

19、封圈的使用，因此有必要对密封圈的有关理论作进一步地研究。在论文的第四章专门作理论分析，这里就不具体简介了。1.2.3 创新设计理论概述创新设计3是一种现代设计措施，它是研究设计程序，设计规律和设计中思维与措施的一门新型综合性科学。在工程设计过程中，只有充足发挥发明性思维，采用创新设计措施，才干设计出富有新颖性和先进性的产品，最大限度的适应和满足人们在生产和生活中的需要，增进经济的发展和社会的进步。创新设计一般可以分为如下几种类型。一方面为原理拓展类。此类创新设计的特点在于应用新技术原理解决老问题以及对旧技术原理进行更新。由于新技术原理源于科学研究和技术发明，因此应用新技术原理进行新产品开发，可

20、以获得突破性的创新成果。第二为组合创新类。如果将已有的零部件，通过合理组合形成一种新产品，这种产品便能实现一种新的整体功能，故这种组合也是一种创新设计。因此，组合创新规定组合后的产品在性能上具有1+12的效果。第三，转用创新类。如果将某一技术领域的成熟技术和构造转用在其她技术领域，产生出一种新的产品，也是一种创新设计。第四，克服偏见类。所谓偏见，是指某一技术领域中长期以来存在着的一种固有结识，而这种结识一致阻碍着人们对该技术领域进一步地探讨和研发。如果克服了这种偏见，就可以构思出非常规的设计，则这种设计属于创新设计范畴。创新设计的基本措施有：(1) 综合法。组合相似性质的物体，将相近性质的作业

21、在同一时间内组合；使物体具有复合功能。如电子计算机是大规模集成电路技术，计算科学，精密仪器的综合；激光技术是光学，机械，电学的综合等。(2) 还原法。环绕产品功能进行创新。如在应用系统化设计法进行原理方案设计，先从功能分析入手，运用发明性构思等多种措施求解多种方案，然后进行技术经济评价，通过选择和优化，求得最佳方案。(3) 类比法。借鉴成熟的原理与技术加以比较，找到相似点。(4) 移植法。多种技术的移植嫁接，形成新技术，新材料，新产品，新工艺。如系统间的互相互换(机械系统，光学系统，听觉系统，嗅觉系统，场强等)，机构间的互相运用(气压机构，水压机构，油压机构，机械机构等)。(5) 离散法。将原

22、有产品技术进行分离，形成新构思。如隐形眼镜是镜片与镜架分离的成果；音箱是扬声器与收录机分离的成果。(6) 强化法。如采用金属粉末热喷涂强化工艺，提高机械零件表面强度硬度和耐磨性；采用复合材料增长构造刚度，稳定性和减震性。(7) 换元法。如采用材料替代，零件替代，措施替代，包装替代，品牌替代等。(8) 迂回法。面临困难时扩大搜索范畴，从其她领域寻找启发，激发创意，解决问题。(9) 逆反法。突破老式的思维定势，进行逆向思维，引出新的创意。(10) 仿形法。从产品造型上模仿。如鸟的翅膀与飞机的机翼，海洋生物的流线型躯体与潜艇造型等。(11) 群体法。依托群体智慧，互相启发，集思广益。1.2.4 现代

23、机械功能优化设计理论概述产品的方案和构造形式是由设计者根据产品的功能来拟定的，也就是通过产品的功能分析或功能优化设计4来完毕的，因此功能分析和功能优化设计是产品设计工作的最重要环节之一。顾客对产品功能的需求是多种多样的，对所需产品的规定也是千变万化的，因此，对顾客功能信息要采用先进的聚类与合成技术，进行收集和整顿、筛选和归纳。对某种产品功能的规定必须根据实际状况来拟定，不能有过高的不切实际的规定，但也不能过度减少规定，必须恰如其分。对功能规定过高，就会使产品构造复杂化，增长设备加工工时和提高产品制导致本等；过度减少规定，产品工作时会达不到工作技术指标和性能的规定，进而会影响物质解决和加工的质量

24、。有了合理的功能，工程师们可以根据总的功能规定，把它分解为各个子功能，对于具有多种子功能的机械系统，要对执行各个子功能的方案加以搜索和研究、分析与综合，形成产品的总的初步设计方案。下面简要简介一下产品功能分析：机械设备的功能可分为如下几类：基本功能和辅助功能目的功能和手段功能目的功能：任何一种功能，不管是基本功能还是辅助功能，都具有一定的目的，因此都可视为目的功能。手段功能：某些功能常常是实现另一目的的手段，相对而言，它又是一种手段功能。使用功能和体现功能使用功能是指产品所要实现的使用价值。体现功能是在使用功能的基本上，对产品工艺造型方面进行更合理和有效的设计，使其外形更加美观，富有体现能力和

25、具有形象力，更能吸引顾客和观众。必要功能和不必要功能必要功能是指顾客所需要的功能，涉及基本功能和辅助功能。不必要功能是指那些不必要的和多余的功能。例如，过大的安全系数、超过实际规定的精度和光洁度、超过实际功能需要的材质、过长的和不合理规定的寿命、过度装饰的外观等，由于这会增长制造的复杂性，延长制造周期等，进而会提高制导致本等。无论对于基本功能，还是辅助功能，对它们均有某些基本规定，即在完毕功能时，对它们的工作性能均有基本规定。具体涉及：功能实用性，工作耐久性，操作宜人性，设备维修性，人机安全性，系统可靠性，构造紧凑性，运营稳定性，指标优越性，状态测控性，构造工艺性等。事实上，任何产品的设计过程

26、都应在实现基本功能和辅助功能的同步，考虑到对于工作性能的基本规定，这样才干使设计更加合理和完善。1.2.5 三维建模及运动仿真技术目前用于三维建模及运动仿真5的技术有诸多。在机械设计过程中，运用三维软件进行建模可以更加直观地看到设计实体，并进行干涉检查和运动仿真。提高设计的精确性。Solidworks 是目前应用非常广泛的三维设计软件。美国Solidworks公司是一家从事三维机械设计软件的高科技公司，公司的宗旨是使每一位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAM/CAE/PDM系统，公司的主导产品是世界先进水平的Solidworks软件。Solidworks软件自身非常

27、强大，再加上有诸多公司开发的插件对她的支持，使其功能在诸多方面得到了扩展。这里简介几种本课题波及的几种功能。(1) Top Down(自顶向下)的设计自顶向下的设计是指在装配环境下进行有关设计子部件的能力，不仅做到尺寸参数全有关，并且实现几何形状零部件之间全自动完全有关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全有关设计环境。(2) Down Top(自下而上)的设计自下而上的设计是指顾客先设计好各个零部件后，运用装配关系把各个零部件组合成产品的设计能力，在装配关系制定好后，不仅做到尺寸参数全有关，并且实现几何形状，零部件之间完全自动有关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的有关设

28、计环境。(3) 零部件镜像Solidworks提供了零部件镜像的功能，不仅镜像零部件的外形，并且涉及产品构造和配合条件，还可以根据实际的需要辨别是简朴的拷贝还是自动生成零部件的对称件。这一功能将大大节省设计时间，提高设计效率。而其她的设计软件是不具有这种功能的。(4) 装配特性Solidworks提供完善的产品级的装配特性功能，以便创立和记录特定的装配体设计过程。实际设计中，根据设计意图有许多特性是在装配环境下在装配操作发生后才干生成的，设计零件时无需考虑。Solidworks支持大装配的装配模式，拥有干涉检查，产品的简朴运动仿真，编辑装配体透明的功能。(5) 工程图Solidworks提供全

29、有关的产品级二维工程图，现实世界中的产品也许有成千上万个零件构成，其生成图的生成至关重要，其速度和效率是各3D软件均要面临的问题。Solidworks采用了生成迅速工程图的手段，使得超大型装配体的工程图的生成和标注变得十分快捷。Solidworks可以容许二维工程图临时与三维工程图脱离关系，所有标注可以在没有三维模型的状态下添加，同步顾客又可随时将二维工程图和三维模型同步。从而大大加速工程图生成过程。1.3 本文研究的重要内容根据厂方提出的测试规定，实验台测试夹具系统重要涉及如下四个方面的内容。第一，水，气，油介质测试实验台夹具设计。根据不同阀体的外形尺寸和压力规定，水介质实验台分为六条支路（

30、300，150，100，50，25，10），油介质实验台分为两条支路(100，50)，气介质实验台分为两条支路(100，50)。每条支路中涵盖某些型号的阀体。第二，水介质水压强度实验台夹具设计。由于水介质的水压强度实验需要拆下被测阀体的一部分进行测试，同步需要对被测阀体上下，左右四个方向夹紧，因此需要单独设计实验夹具。第三，电动升降台的设计。由于多种被测阀体的尺寸差别，需要将被测阀体抬高到一种拟定的高度。第四，两位多通阀体实验台夹具的设计。两位多通阀体由于外形构造和两位两通阀体差别很大，因此需要单独设计夹具系统。此外，为了使夹具系统真正实现零泄漏，需要对液压密封理论作某些研究，其中重要涉及O型

31、密封圈和Y型密封圈有关理论的研究。第二章 实验台夹具系统总体规划和目的规定2.1 实验台夹具系统分类2.1.1 被测阀体的测试规定根据我们与厂方的技术合同规定，我们需要设计出可以完毕以水、气、油和真空为介质的工业过程控制用实验台性能测试系统。该系统将完毕通径为5mm-300mm被检测实验台（如下简称为“被测阀”）的动作实验、耐压实验、密封实验、泄漏量实验、Kv值测定实验和寿命实验。同步还规定可以实现夹具的自动化夹持，数据的自动采集与解决和工艺流程的自动化控制6。2.1.2 夹具系统的分类根据被测阀体的测试需求，原则上可以将夹具系统作如下的分类：按介质分：水介质，油介质，气介质，真空介质。按阀体

32、口径大小分：，。按阀体的功能分：两位两通阀，两位三通阀，两位四通阀，两位五通阀。按测试项目分：动作实验、耐压实验、密封实验、泄漏量实验、Kv值测定实验和寿命实验。按被测阀体的外形分(考虑到夹具设计)：法兰式，对夹式，管道式。按介质温度分：常温，低温，中温。按工作压力划分：2Mpa如下，24Mpa，46Mpa。从上面的分类可以看出，整个夹具系统要综合考虑上述的多种因素的影响，设计出一套合用，以便，维护性好的系统。本套测试系统的分类一方面考虑到完毕多种测试需要的测试措施，在多种测试措施拟定之后，作者觉得，夹具系统的最初分类应当按照阀体通过介质进行分类，这样可以保证测试的完整性。另一方面，考虑到阀体

33、尺寸差别很大，将每种介质的阀体按阀口尺寸大小提成若干支路。第三，考虑到水压强度实验的特殊性，将水压强度实验单独设计一条支路。最后拟定的夹具系统采用如下的分类方式：两位两通阀体：水介质：，。 气介质：，。油介质：，。真空介质：。两位两通阀体水压强度实验：一条支路测试至所有阀体。两位多通阀体：一条支路测试所有尺寸阀体。2.2 实验台夹具系统总体规划自动化夹紧装置（又简称为“夹具”）是本系统中最重要的机械本体，它是系统实现自动化夹紧的基本，是完毕实验台实验项目的保障。由于夹紧被测阀是做实验台性能检测实验的第一步，如果夹紧装置夹不紧或是自身就存在泄漏，那么用该装置夹持被测阀做泄漏量检测实验必然是失败的

34、。因此夹具的设计目的是：可以实现自动化夹紧；保证自身无泄漏。第点可以在具体设计与制造加工中实现，而第点则应当在设计自动化夹紧装置的方案时应当拟定下来的，同步它的好坏直接影响第设计目的的实现。2.2.1 实验台夹具系统总体布置根据上一节的夹具系统设计方案，设计夹具系统的总体布置图。该图可以完整地反映出整套夹具系统的各个夹具的位置。夹具系统油介质实验台100支路油介质实验台100支路水介质实验台水压强度实验水介质实验台300支路水介质实验台150支路水介质实验台100支路水介质实验台50支路水介质实验台25支路水介质实验台10支路真空介质实验台气介质实验台100支路气介质实验台50支路两位多通实验

35、台泵站一泵站二泵站三图2.1 夹具系统分类图Fig.2.1 the disposal fig of the fixture system2.2.2 实验台夹具系统重要参数的计算根据夹具系统的总体规定，需要拟定夹具系统使用的三套液压泵站的参数，分别为水，油，气介质夹具系统(10300支路)，两位多通阀体夹具系统，水压强度实验的夹具系统。特别阐明的是，夹具系统泵站压力和流量的计算需要夹具本体的构造尺寸，是在夹具设计之后才计算完毕的。但是考虑到论文构造的完整，将其提前到系统整体设计中给出。2.2.2.1 泵站系统参数的设计计算 水介质实验台共有6条支路分别为300支路，150支路，100支路，50支

36、路，25支路，10支路。计算水介质泵站系统参数的计算7-9。 下面以100支路为例，计算缸所需流量。 由于缸的行程为80mm(根据被测阀体的外形尺寸计算)，设通过5s钟达到。则，m/s (2-1) 由于活塞密封L/min其他支路的流量计算如下表：表2.1 夹具流量计算表Table 2.1 table of fixture flux calculation支路行程速度时间所需泵的流量50支路800.016m/s5s6.12L/min25支路1200.024m/s5s5.76L/min10支路40 0.01m/s4s1.68L/min150支路400.016m/s5s20L/min300支路280

37、0.014m/s20s44.4L/min因此，选择液压泵的流量为50L/min。 下面以100支路为例，计算系统所需的压力。 由产品样本可知该支路所控制的阀体的最大工作压力为1.6Mpa。设计时按照最大工作压力的1.5倍计算。100支路夹具使用的O型密封圈的尺寸为d1=115,d2=5.3 矩形槽尺寸 b1=7.1。 o型密封圈的密封原理如图2-5，图2-6所示：流体给被测阀的压力由两部分构成。一部分为流体直接给被测阀的压力。另一部分为流体给密封圈的压力，该力经密封圈转化为密封圈给被测阀的压力。（这里存在一种压力传递系数为1.5）。因此，重要是计算两个力的受力面积。图2.2 O型密封圈工作原理

38、图Fig.2.2 work principle fig of sealing O-ring21图2.3 O型密封圈工作力分析图Fig.2.3 power analysis fig of sealing O-ring流体最大压力 1.51.6=2.4Mpa两处作用面积为m2 对被测阀体的压力为N设夹具液压缸的有效作用面积为设夹具液压站提供的压力为2Mpa N (2-2) 从上面可以看出： 因此可以得出结论：夹具可以完毕对被测阀体的夹紧。对于其他支路可以作如下的计算：具体数据见下表2.2：对于油，气以及真空介质的阀体，虽然通过的介质不同，但是阀体的工作压力和水介质是同样的。因此说，这几种介质夹具支

39、路各自压力和流量的计算，参照水介质的计算成果。表2.2 各支路夹紧力计算表Table2.2 table of calculation of every clamp power 支路5025300150最大工作压力1.6Mpa4Mpa0.8Mpa0.8Mpa对夹具作用力NNNN泵站提供压力3.4Mpa2.3Mpa3.6Mpa3.2Mpa夹具夹紧力NNNN2.2.2.2 两位多通实验台泵站系统参数的设计计算两位多通夹具只有一套夹具系统，其中涵盖两位三通，两位四通，两位五通三种阀体。对于它们在外形上的差别，通过更换夹具头的措施来解决。其泵站所需的压力和流量的计算措施和上述的措施一致。在这里，只给出最

40、后的计算成果。两位多通实验台泵站所需压力为2-5Mpa，流量为20L/min。2.2.2.3 两位两通水压强度实验台泵站系统参数的设计与计算水压强度实验只有一套夹具系统，要测试从25300支路的所有阀体。夹具的工作行程为450mm。其液压夹具本体构造参照水介质100支路构造设计。其泵站所需的压力和流量的计算措施和上述的措施一致。在这里，只给出最后的计算成果。两位两通阀体水压强度实验夹具泵站所需流量为40L/min。系统压力为2-5Mpa。第三章 实验台夹具构造3.1 两位两通实验台典型支路夹具构造两位两通实验台是被测阀中数量最多，通径范畴最大的一类阀体。从夹具系统的分类可以懂得，该类阀体共有1

41、1条支路，受到篇幅所限不也许把所有支路的设计过程完全写出来，现仅以水介质100支路为例，简介两位两通实验台夹具的设计过程。3.1.1 夹具工作行程的拟定对于水介质100支路的夹具来说，其工作行程是由该支路涵盖的阀体的外形尺寸差别来决定的。该支路被测阀体外形尺寸见表3.1所示。表3.1 实验台外形尺寸表Table 3.1 table of valves figure size两位两通阀体阀体长度阀体法兰外径连接凸出部分直径1003502201588031020013365290185122由表3.1可知，夹具理论的工作行程为60mm。考虑到被测阀搬运以便，设计夹具的工作行程为80mm。3.1.2

42、 夹具工作原理由测试规定可知，夹具需要将被测阀体左右两侧夹紧。为了使得夹具构造相对简朴，将夹具一侧作为固定构造，另一侧为可移动构造。设计夹具采用液压夹紧构造，但是其有区别于一般液压缸体，重要是由于夹具液压杆中心要通过介质，需要做成空心构造。其构造原理10-12图如下图所示。图3.1实验台夹具原理图Fig.3.1The principle of solenoid valve fixture 3.1.3 夹具构造下面应用机械功能优化设计措施，来设计两位两通实验台100支路夹具13-17构造。在理解了夹具的工作任务和原理之后，将夹具的功能进行分解。夹具主功能夹紧被测阀动力功能液压驱动密封系统密封形式

43、密封构造其她功能运动形式系统构造夹具本体底架固定夹具头图3.2 两位两通实验台功能分析图Fig.3.2 The function analysis of solenoid valve fixture根据功能树中提出的多种功能，制定功能实现的方略，并构建功能实现方略表。表3.2 功能实现方略表Table 3.2 table of function realize strategy序号分功能与系统构造功能实现方略ABC1夹具头连接形式螺旋法蓝2夹具头密封圈尺寸d115 80653导向形式整体式导向环拆分式导向环导向带4动密封密封形式O形密封圈Y形密封圈5活塞形式整体式拆分式6缸筒端盖联接形式法兰式

44、螺纹式7活塞活塞杆联接焊接螺纹8升降台驱动形式电动液压手动综合考虑多种因素，从上述表中选择两套方案，并通过对指标的综合评价得到最优功能优化方案。方案1：1A-2A-3B-4B-5B-6A-7A-8A方案2：1B-2A-3C-4B-5A-6B-7B-8B方案的综合评价评价指标和加权系数的拟定.从技术性能，经济性能和社会性能3个方面对产品的设计方案进行评价，其中技术性能又由构造性能，工作性能和工艺性能3方面来评价。综合考虑各个性能指标的重要限度，拟定其权系数。两位两通电磁阀夹具技术性能0.72经济性能0.16社会性能0.12构造性能0.26工作性能0.30工艺性能0.16造型艺术性0.08系统可靠

45、性0.18工效实用性0.18系统可控性0.12构造工艺性0.09机器规范性0.07制造经济性0.10使用经济性0.06人机安全性0.08环境无害性0.04图3.3 实验台评价目的树Fig.3.3 The evaluation object tree of solenoid valve fixture专家组综合各个方面的因素，对上述方案各项评价目的进行评分，采用10分制。其相应规则为：非常好，9-10分；较好，8分；好，7分；较好，6分；一般，5分；尚可，4分；较差，3分；差，1-2分。表3.3 方案综合评价表Table 3.3 table of precept integration eval

46、uation序号评价指标加权系数方案1方案21造型艺术性0.0880.6470.562系统可靠性0.1891.6281.443工效实用性0.1871.2671.264系统可控性0.1291.0880.965构造工艺性0.0960.5450.456机器规范性0.0770.4970.497制造经济性0.1070.750.58使用经济性0.0650.370.429人机安全性0.0880.6450.410环境无害性0.0480.3280.32总评价值（）7.596.80由于方案1的评价值高于方案2，因此取方案1为产品设计方案。根据上述的设计方案设计工程图293031如图3.4所示。3.1.4夹具有关计

47、算及强度校核在设计完夹具的构造之后，需要做下述一系列的有关计算和强度校核18。其中涉及夹具提供夹紧力的计算，液压夹具行进速度计算，以及各处螺栓强度校核。夹具夹紧力和夹具行进速度已经在第二章中给出，现计算校核各处螺栓强度。一方面计算左侧端盖的流体作用力：N每个螺栓承受的力为：图3.4 100支路夹具构造图Fig.3.4The structure of 100 spur track solenoid salve fixture由公式： (3-1) 其中： (3-2) =1.8FN (3-3)选螺栓级别为4.6级 选M20螺栓。疲劳强度校核 (3-4) 经计算由于右侧端盖的受力面积不不小于左侧，因此

48、螺栓满足规定。3.1.5夹具研发中核心技术的分析从本章开头的分析可以看出，夹具设计的重要功用是精确可靠的加快被测阀体，为系统进行多种测试做必要的准备。可以说，夹具设计的好坏，直接影响到实验台测试系统的成败。密封夹具设计中需要重点考虑的问题，其中涉及对被测阀体的密封和夹具自身的密封。在夹具的设计过程中，应用了多处密封圈密封形式，有关密封圈有关理论的研究，将在第四章中论述。此外，除了使用密封圈之外，构造上采用了多种措施来保证系统的密封。下面重点对机械构造上采用的设计措施进行简略的分析。3.1.5.1 夹具和被测阀体同轴度的保证措施由机械设计有关理论可以看出，保证系统同轴度19重要是通过控制机械加工

49、形位公差的措施来实现。在本设计中，认真控制了各个零件的同轴度，垂直度，表面粗糙度等形位公差的大小，从而保证设计精度，受文章篇幅的限制，在这里就不再具体论述了。此外，机械构造的合理性，也是保证其同轴度的重要因素。下图为初始设计的夹具本体构造。图3.5初始设计夹具构造图Fig.3.5 The structure of first designed solenoid salve fixture 从上图可以看出夹具右端盖(图中画圈的部分)事实上只有密封圈和活塞杆接触，而右端盖与活塞杆形成一定间隙。仔细分析构造可以看出，活塞与液压缸内壁的支撑只有活塞导向环部分，在活塞杆伸出后，形成悬臂构造。由于夹具头和

50、活塞杆伸出部分自身的重力，必然导致夹具头有一定限度的下沉。这显然对密封不利。下图为改善后的构造。 从图3.6的构造可以看出，在右端盖上加支撑环构造，这样就可以解决悬臂的问题。支撑环可以做成可拆卸的构造，此外在材料上，选青铜可以减小摩擦。这样做可以解决上述的问题。支撑环图3.6改善后实验台夹具构造图Fig.3.6 The structure of ameliorated solenoid salve clamp 从图3.6的构造可以看出，在右端盖上加支撑环构造，这样就可以解决悬臂的问题。支撑环可以做成可拆卸的构造，此外在材料上，选青铜可以减小摩擦。这样做可以解决上述的问题。3.1.5.2 液压缸

51、活塞与内筒配合的拟定在液压缸本体构造的设计中，合理的选用液压活塞与内筒配合2021可以减少系统的内泄漏，提高系统的效率。下面分析如何选择间隙的大小，才干使得平均泄漏量最小。 一方面从定性的角度来分析公差级别高下和间隙大小对密封的影响2223。公差级别过低，显然活塞和缸筒内壁较为粗糙会减少接触面积导致泄漏。但是如果公差级别过高，会使得内外表面很难吸附一定的油液，使得液压缸的磨损加剧，同步加大系统的摩擦力。从间隙大小的角度来说，间隙过大会减少液压缸的容积效率，但是减小间隙会使系统的摩擦力增长，减少机械效率，从而使得总效率减少。下面通过理论计算定量的求出最佳间隙的大小。图3.7配合间隙分析图Fig.

52、3.7 The analysis of assort clearance fixture设液压缸内筒与活塞的间隙为h，活塞两端的压力分别为。假设活塞以速度从左向右运动，根据牛顿液体内摩擦定律24： (3-5)其中：为粘性系数； du/dy速度梯度，即油层相对速度对油层厚度的变化率 由缝隙在压差和剪切作用下的速度公式25： (3-6) 其中存在两个边界条件：对(3-6)式求导可得 (3-7)当y=0时，式(3-7)变为： (3-8)将(3-8)代入(3-6)可得活塞表面上总摩擦力为： (3-9)由摩擦力引起的功率损失为： (3-10)由缝隙泄漏导致的功率损失为： (3-11)总的功率损失为： (

53、3-12)对(3-12)式求导可得： (3-13)令可得使总功率损失P最小的值。 (3-14)这就是理论上推出的最佳间隙值，也就是说在此种状态下，液压缸的平均泄漏量最小。3.2 两位两通实验台水压强度实验夹具构造3.2.1 水压强度实验夹具的特点两位两通实验台的水压强度实验由于规定对被测阀体上下左右同步夹紧，并且在一条支路上涵盖从25300通径的所有阀体，因此在构造上区别于一般的两位两通实验台夹具。从四个方向上夹紧被测阀体规定夹具要保持良好的对中性，同步又要避免被测阀体发生扭转。此外由于被测阀体外形尺寸差别很大，需要合理的设计夹具的行程和夹具头的形状。可以说，它是一套更为复杂的夹具系统。3.2

54、.2 水压强度实验夹具工作原理固定夹具头上部夹紧夹具根据水压强度实验的规定和被测阀体的特点，准备采用液压夹紧和手动夹紧相结合的方式，设计夹具的构造。下图为水压强度实验夹具原理简图。直线导轨升降台底架图3.8 水压强度夹具原理图Fig.3.8The principle of hydraulic pressure solenoid salve fixture 从上面的原理图中可以看出，水压强度夹具系统重要由4部分构成。左侧是一种液压夹紧装置，右侧是固定夹具头，用来实现对被测阀体左右夹紧。下部是电动升降台，上部是手动夹紧装置，用来实现对被测阀体的上下夹紧。由于阀体尺寸的差别，对于不同尺寸的阀体在上下两个方向对被测阀体夹紧之后，左右方向需要一种偏移（由于夹具头一端固定构造），因此，在升降台的底部，安装直线导轨。3.2.3 水压强度实验夹具构造下面应用机械功能优化设计措施，来设计两位两通实验台水压强度实验夹具26-31。在理解了夹具的工作任务之后，将夹具的功能进行分解。夹具主功能夹紧被测阀动力功能液压驱动密封系统密封形式密封构造其她功能运动形式系统构造夹具本体底架固定夹具头上部夹紧装置图3.9 两位两通夹具功能分析图Fig.3.9 The function analysis of solenoid valve fixt