機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-磨擦磨損試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

摘要 i 磨擦磨損試驗(yàn)臺(tái)得設(shè)計(jì) 摘 要 長(zhǎng)期以來，試驗(yàn)臺(tái)的性能檢測(cè)方法是采用簡(jiǎn)易的人工檢測(cè)，其缺點(diǎn)是檢測(cè) 效率低、人為因素影響大、自動(dòng)化水平低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù) 越來越多地應(yīng)用到工業(yè)中，用人工進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)性能檢測(cè)的方法已經(jīng)跟不上時(shí)代 的步伐，試驗(yàn)臺(tái)性能的自動(dòng)化檢測(cè)必將成為該行業(yè)的主流。本論文研究的試驗(yàn) 臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)正是為某試驗(yàn)臺(tái)公司研制的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，它將改變?cè)摴灸壳?人工檢測(cè)的狀況，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程的自動(dòng)化，提高檢測(cè)效率，減少人為因素的影 響。 能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)的前提和基礎(chǔ)就是擁有一套準(zhǔn)確可靠的自動(dòng)化夾具。 本文的研究?jī)?nèi)容就是設(shè)計(jì)一套能夠夾緊各種閥體的夾具系統(tǒng)。它的基本要求是 在測(cè)試之前，完成對(duì)被測(cè)閥體的夾緊工作，并且保證在測(cè)試過程中無泄漏。同 時(shí)，夾具必須操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。 本課題是在認(rèn)真分析各種被測(cè)閥體的測(cè)試需求，外形尺寸，工作參數(shù)的基 礎(chǔ)上完成機(jī)械設(shè)計(jì)的過程。為了保證密封良好，不僅多處應(yīng)用了機(jī)械密封理論 知識(shí)，而且結(jié)構(gòu)上力求優(yōu)化合理。在設(shè)計(jì)完成之后。應(yīng)用 Solidworks 三維軟件 進(jìn)行建模和運(yùn)動(dòng)仿真，直觀的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果。為了從理論上保證系統(tǒng)的可靠 性，在本文的第四章，對(duì)機(jī)械密封圈的相關(guān)理論作了一定的研究，其中包括工 作原理，設(shè)計(jì)方法及主要失效形式。 作為測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，夾具的好壞直接關(guān)系到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的成 敗。所以說本文有較高的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。在設(shè)計(jì)上，本文突破傳統(tǒng)夾具 的設(shè)計(jì)方法，引入多處創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)出一套更為實(shí)用合理的夾具系統(tǒng)。所 以說，本系統(tǒng)將和整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)一起，在試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試領(lǐng)域里發(fā)揮重要的作用。 關(guān)鍵詞：試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)，夾具，密封理論，建模與仿真 摘要 ii 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 Research and Development of Fixture for Solenoid Valves Test System Abstract Solenoid 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, 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 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 clamping 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. In order to keep good airproof, the fixture not 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 iii 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 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 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, airproof theory, modeling and simulation 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 iv 目 錄 獨(dú)創(chuàng)性聲明 i 摘 要.ii Abstract iii 第一章 緒 論 1 1.1 課題研究的背景與意義.1 1.2 課題相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況.2 1.2.1 如今試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展概況2 1.2.2 機(jī)械密封理論的發(fā)展概況2 1.2.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論概述2 1.2.4 現(xiàn)代機(jī)械功能優(yōu)化設(shè)計(jì)理論概述4 1.2.5 三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)5 1.3 本文研究的主要內(nèi)容.6 第二章 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)總體規(guī)劃和目標(biāo)要求7 2.1 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)分類.7 2.1.1 被測(cè)閥體的測(cè)試要求7 2.1.2 夾具系統(tǒng)的分類7 2.2 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)總體規(guī)劃.8 2.2.1 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)總體布置8 2.2.2 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)重要參數(shù)的計(jì)算10 第三章 試驗(yàn)臺(tái)夾具結(jié)構(gòu)13 3.1 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)典型支路夾具結(jié)構(gòu).13 3.1.1 夾具工作行程的確定13 3.1.2 夾具工作原理13 3.1.3 夾具結(jié)構(gòu)14 3.1.4 夾具相關(guān)計(jì)算及強(qiáng)度校核.16 3.1.5 夾具研發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)的分析.18 3.2 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具結(jié)構(gòu).22 3.2.1 水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具的特點(diǎn)22 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 v 3.2.2 水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具工作原理23 3.2.3 水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具結(jié)構(gòu)24 3.2.4 水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具研發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)的分析26 3.2.5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)在水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具結(jié)構(gòu)研發(fā)中的運(yùn)用28 3.3 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)夾具結(jié)構(gòu).30 3.3.1 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn).30 3.3.2 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)夾具結(jié)構(gòu)30 3.4 試驗(yàn)臺(tái)夾具附件電動(dòng)升降臺(tái)結(jié)構(gòu).33 3.4.1 升降臺(tái)行程確定33 3.4.2 升降臺(tái)工作原理34 3.4.3 升降臺(tái)結(jié)構(gòu)35 3.4.4 升降臺(tái)相關(guān)計(jì)算.36 3.4.5 創(chuàng)新原理在升降臺(tái)結(jié)構(gòu)研發(fā)中的應(yīng)用38 第四章 密封圈密封理論的研究39 4.1 O 形密封圈的密封原理39 4.2 O 形密封圈設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算39 4.2.2 O 形密封圈產(chǎn)生摩擦力的計(jì)算.40 4.3 Y 形密封圈設(shè)計(jì)使用中若干問題的研究.42 4.3.1 Y 形密封圈的工作原理.42 4.3.2 Y 形密封圈的失效原因及解決措施.43 4.4 影響密封圈密封的因素.44 4.4.1 溫度對(duì)密封圈密封的影響.44 4.4.2 硬度對(duì)密封圈密封的影響.45 4.4.3 應(yīng)力松弛對(duì)密封圈密封的影響.45 4.4.4 摩擦對(duì)密封圈的影響.45 第五章 試驗(yàn)臺(tái)夾具三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真47 5.1 試驗(yàn)臺(tái)夾具的三維建模47 5.1.1 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)夾具的三維建模.47 5.1.2 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具的三維建模49 5.1.3 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)夾具三維建模.52 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 vi 5.1.4 電動(dòng)升降臺(tái)三維建模.53 5.2 試驗(yàn)臺(tái)夾具的運(yùn)動(dòng)仿真.53 5.2.1 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)夾具運(yùn)動(dòng)仿真過程.53 5.2.1 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)夾具運(yùn)動(dòng)仿真過程.54 5.2.2 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具運(yùn)動(dòng)仿真過程.56 第六章 結(jié) 論60 參考文獻(xiàn)61 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 1.1 課題研究的背景與意義 本課題來自鞍山試驗(yàn)臺(tái)股份有限責(zé)任公司和東北大學(xué)機(jī)械電子工程研究所合作對(duì) 廠方原有的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)改造。其總體目標(biāo)是根據(jù)“鞍山試驗(yàn)臺(tái)有限責(zé)任公司試驗(yàn)臺(tái) 架改造技術(shù)要求”，提出一套性能高、實(shí)用性強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保、擴(kuò)展性好的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系 統(tǒng)方案。該系統(tǒng)可以在水、油、氣介質(zhì)和真空條件下對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，可以測(cè) 試試驗(yàn)臺(tái)的空載動(dòng)作、最小壓差動(dòng)作、密封性試驗(yàn)、水壓強(qiáng)度試驗(yàn)、響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)、 泄漏量測(cè)試、Kv 值和流阻系數(shù)測(cè)定及壽命實(shí)驗(yàn)。本文作者所承擔(dān)的是試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng) 中自動(dòng)化夾具的設(shè)計(jì)任務(wù)。 本課題是整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，是準(zhǔn)確地進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)的空載動(dòng)作、 最小壓差動(dòng)作、密封性試驗(yàn)、水壓強(qiáng)度試驗(yàn)、響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)、泄漏量測(cè)試、Kv 值和流 阻系數(shù)測(cè)定及壽命實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和前提。 通過對(duì)廠方現(xiàn)有夾具系統(tǒng)的調(diào)查可以看出，廠方現(xiàn)有的夾具系統(tǒng)存在諸多問題。 首先，夾具的密封性不好。在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)漏水漏油的現(xiàn)象。這些不僅給操 作者帶來不便，更為重要的是，使測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。第二，夾具損壞現(xiàn)象嚴(yán)重。第三， 夾具的自動(dòng)化程度很低，使用極不方便。如今廠方使用的夾具，大都是七十年代設(shè)計(jì) 制造的手動(dòng)夾具。這不僅加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還限制了閥的測(cè)試的速度。顯然和 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展是不相適應(yīng)的。 本課題是一個(gè)機(jī)電液結(jié)合的產(chǎn)品，包含許多學(xué)科的交叉，因此有較強(qiáng)的理論研究 意義。另外，設(shè)計(jì)中包含多處創(chuàng)新原理的應(yīng)用，無論是作為結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，還是產(chǎn)品創(chuàng)新， 都有進(jìn)行理論研究的價(jià)值。作為實(shí)際項(xiàng)目的一部分，設(shè)計(jì)制造完成之后，要應(yīng)用于實(shí) 際的生產(chǎn)過程中，其應(yīng)用價(jià)值是顯而易見的。試驗(yàn)臺(tái)是液壓系統(tǒng)中的重要零部件，它 的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)液壓系統(tǒng)的質(zhì)量。而試驗(yàn)臺(tái)的出廠測(cè)試，是其生產(chǎn)過程中最后 也是最重要的環(huán)節(jié)。自動(dòng)化夾具是一切測(cè)試能否進(jìn)行的前提和基礎(chǔ)，如果被測(cè)閥夾不 緊，放不穩(wěn)，一切測(cè)試都無從談起。夾具的好壞，直接影響到測(cè)試系統(tǒng)的好壞，以致 影響到試驗(yàn)臺(tái)的質(zhì)量。所以說，設(shè)計(jì)一套方便可靠的自動(dòng)控制夾具有很高的理論價(jià)值 和實(shí)用價(jià)值。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 1.2 課題相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況 1.2.1 如今試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展概況 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之前，認(rèn)真調(diào)查了國(guó)內(nèi)很多試驗(yàn)臺(tái)廠家現(xiàn)有的測(cè)試技術(shù)。如今國(guó)內(nèi) 試驗(yàn)臺(tái)廠家應(yīng)用的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)1存在以下幾個(gè)問題：第一，現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)只能測(cè)試 小口徑的閥體，對(duì)于大口徑的閥體很難測(cè)試。第二，現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)很難同時(shí)進(jìn)行空載 動(dòng)作、最小壓差動(dòng)作、密封性試驗(yàn)、水壓強(qiáng)度試驗(yàn)、響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)、泄漏量測(cè)試、Kv 值和流阻系數(shù)測(cè)定及壽命試驗(yàn)等多項(xiàng)試驗(yàn)。第三，現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)只能測(cè)試液壓閥體， 對(duì)于其它介質(zhì)的閥體很難測(cè)試。 根據(jù)上面的分析可以看出，本系統(tǒng)將為國(guó)內(nèi)最先進(jìn)，測(cè)試閥體范圍最大，測(cè)試項(xiàng) 目最全的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)。相應(yīng)的測(cè)試需要的夾具系統(tǒng)適應(yīng)范圍大，操作方便，可靠 性強(qiáng)，也為較先進(jìn)的一套夾具系統(tǒng)。 1.2.2 機(jī)械密封理論的發(fā)展概況 機(jī)械密封2是常用的旋轉(zhuǎn)軸密封，在流體機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。與其他密封相比， 它具有泄漏少，摩擦磨損少，使用壽命長(zhǎng)，可靠性好，無需日常維護(hù)的特點(diǎn)。此外， 許多高壓，高溫，易燃，易爆介質(zhì)等工況下取得了較好的使用效果。 機(jī)械密封技術(shù)正向更深層次方向發(fā)展高參數(shù)，高性能和高水平。非接觸式密 封發(fā)展方向是減少泄漏，提高穩(wěn)定性和可靠性，延長(zhǎng)壽命和擴(kuò)大使用范圍。 密封圈密封是機(jī)械密封的一種形式。廣泛應(yīng)用于流體機(jī)械的密封。比如在液壓缸 體的密封中可以分為靜密封和動(dòng)密封兩種密封形式，靜密封中常使用 O 型密封圈，動(dòng) 密封常使用 Y 型密封圈。在本課題的設(shè)計(jì)中，存在多處密封圈的使用，因此有必要對(duì) 密封圈的相關(guān)理論作深入地研究。在論文的第四章專門作理論分析，這里就不詳細(xì)介 紹了。 1.2.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論概述 創(chuàng)新設(shè)計(jì)3是一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，它是研究設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)規(guī)律和設(shè)計(jì)中思維與 方法的一門新型綜合性科學(xué)。在工程設(shè)計(jì)過程中，只有充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，采用創(chuàng) 新設(shè)計(jì)方法，才能設(shè)計(jì)出富有新穎性和先進(jìn)性的產(chǎn)品，最大限度的適應(yīng)和滿足人們?cè)?東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 生產(chǎn)和生活中的需要，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)通?？梢苑譃橐韵聨追N類型。首先為原理拓展類。這類創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 在于應(yīng)用新技術(shù)原理解決老問題以及對(duì)舊技術(shù)原理進(jìn)行更新。由于新技術(shù)原理源于科 學(xué)研究和技術(shù)發(fā)明，因此應(yīng)用新技術(shù)原理進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，可以獲得突破性的創(chuàng)新成 果。第二為組合創(chuàng)新類。如果將已有的零部件，通過合理組合形成一種新產(chǎn)品，這種 產(chǎn)品便能實(shí)現(xiàn)一種新的整體功能，故這種組合也是一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因此，組合創(chuàng)新要 求組合后的產(chǎn)品在性能上具有 1+12 的效果。第三，轉(zhuǎn)用創(chuàng)新類。如果將某一技術(shù)領(lǐng) 域的成熟技術(shù)和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)用在其他技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)生出一種新的產(chǎn)品，也是一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 第四，克服偏見類。所謂偏見，是指某一技術(shù)領(lǐng)域中長(zhǎng)期以來存在著的一種固有認(rèn)識(shí)， 而這種認(rèn)識(shí)一致阻礙著人們對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域深入地探討和研發(fā)。如果克服了這種偏見， 就可以構(gòu)思出非常規(guī)的設(shè)計(jì)，則這種設(shè)計(jì)屬于創(chuàng)新設(shè)計(jì)范疇。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本方法有： (1) 綜合法。組合相同性質(zhì)的物體，將相近性質(zhì)的作業(yè)在同一時(shí)間內(nèi)組合；使物 體具有復(fù)合功能。如電子計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)，計(jì)算科學(xué)，精密儀器的綜合； 激光技術(shù)是光學(xué)，機(jī)械，電學(xué)的綜合等。 (2) 還原法。圍繞產(chǎn)品功能進(jìn)行創(chuàng)新。如在應(yīng)用系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)， 先從功能分析入手，利用創(chuàng)造性構(gòu)思等多種方法求解多種方案，然后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng) 價(jià)，通過選擇和優(yōu)化，求得最佳方案。 (3) 類比法。借鑒成熟的原理與技術(shù)加以比較，找到相似點(diǎn)。 (4) 移植法。多種技術(shù)的移植嫁接，形成新技術(shù)，新材料，新產(chǎn)品，新工藝。如 系統(tǒng)間的相互交換(機(jī)械系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)，聽覺系統(tǒng)，嗅覺系統(tǒng)，場(chǎng)強(qiáng)等)，機(jī)構(gòu)間的 相互利用(氣壓機(jī)構(gòu)，水壓機(jī)構(gòu)，油壓機(jī)構(gòu)，機(jī)械機(jī)構(gòu)等)。 (5) 離散法。將原有產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行分離，形成新構(gòu)思。如隱形眼鏡是鏡片與鏡架 分離的結(jié)果；音箱是揚(yáng)聲器與收錄機(jī)分離的結(jié)果。 (6) 強(qiáng)化法。如采用金屬粉末熱噴涂強(qiáng)化工藝，提高機(jī)械零件表面強(qiáng)度硬度和耐 磨性；采用復(fù)合材料增加結(jié)構(gòu)剛度，穩(wěn)定性和減震性。 (7) 換元法。如采用材料替代，零件替代，方法替代，包裝替代，品牌替代等。 (8) 迂回法。面臨困難時(shí)擴(kuò)大搜索范圍，從其他領(lǐng)域?qū)ふ覇l(fā)，激發(fā)創(chuàng)意，解決 問題。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 (9) 逆反法。突破傳統(tǒng)的思維定勢(shì)，進(jìn)行逆向思維，引出新的創(chuàng)意。 (10) 仿形法。從產(chǎn)品造型上模仿。如鳥的翅膀與飛機(jī)的機(jī)翼，海洋生物的流線型 軀體與潛艇造型等。 (11) 群體法。依靠群體智慧，相互啟發(fā)，集思廣益。 1.2.4 現(xiàn)代機(jī)械功能優(yōu)化設(shè)計(jì)理論概述 產(chǎn)品的方案和結(jié)構(gòu)形式是由設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品的功能來確定的，也就是通過產(chǎn)品的功 能分析或功能優(yōu)化設(shè)計(jì)4來完成的，所以功能分析和功能優(yōu)化設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的最 重要環(huán)節(jié)之一。 用戶對(duì)產(chǎn)品功能的需求是多種多樣的，對(duì)所需產(chǎn)品的要求也是千變?nèi)f化的，因此， 對(duì)用戶功能信息要采用先進(jìn)的聚類與合成技術(shù)，進(jìn)行收集和整理、篩選和歸納。對(duì)某 種產(chǎn)品功能的要求必須根據(jù)實(shí)際情況來確定，不能有過高的不切實(shí)際的要求，但也不 能過分降低要求，必須恰如其分。對(duì)功能要求過高，就會(huì)使產(chǎn)品構(gòu)造復(fù)雜化，增加設(shè) 備加工工時(shí)和提高產(chǎn)品制造成本等；過分降低要求，產(chǎn)品工作時(shí)會(huì)達(dá)不到工作技術(shù)指 標(biāo)和性能的要求，進(jìn)而會(huì)影響物質(zhì)處理和加工的質(zhì)量。 有了合理的功能，工程師們可以根據(jù)總的功能要求，把它分解為各個(gè)子功能，對(duì)于 含有多個(gè)子功能的機(jī)械系統(tǒng)，要對(duì)執(zhí)行各個(gè)子功能的方案加以搜索和研究、分析與綜 合，形成產(chǎn)品的總的初步設(shè)計(jì)方案。 下面簡(jiǎn)要介紹一下產(chǎn)品功能分析： 機(jī)械設(shè)備的功能可分為以下幾類： 基本功能和輔助功能 目的功能和手段功能 目的功能：任何一種功能，不管是基本功能還是輔助功能，都具有一定的目的， 所以都可視為目的功能。 手段功能：某些功能常常是實(shí)現(xiàn)另一目的的手段，相對(duì)而言，它又是一種手段功 能。 使用功能和表現(xiàn)功能 使用功能是指產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的使用價(jià)值。 表現(xiàn)功能是在使用功能的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品工藝造型方面進(jìn)行更合理和有效的設(shè)計(jì)， 使其外形更加美觀，富有表現(xiàn)能力和具有形象力，更能吸引用戶和觀眾。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 必要功能和不必要功能 必要功能是指用戶所需要的功能，包括基本功能和輔助功能。 不必要功能是指那些不必要的和多余的功能。例如，過大的安全系數(shù)、超過實(shí)際 要求的精度和光潔度、超出實(shí)際功能需要的材質(zhì)、過長(zhǎng)的和不合理要求的壽命、過分 裝飾的外觀等，因?yàn)檫@會(huì)增加制造的復(fù)雜性，延長(zhǎng)制造周期等，進(jìn)而會(huì)提高制造成本 等。 無論對(duì)于基本功能，還是輔助功能，對(duì)它們都有一些基本要求，即在完成功能時(shí)， 對(duì)它們的工作性能都有基本要求。具體包括：功效實(shí)用性，工作耐久性，操作宜人性， 設(shè)備維修性，人機(jī)安全性，系統(tǒng)可靠性，結(jié)構(gòu)緊湊性，運(yùn)行穩(wěn)定性，指標(biāo)優(yōu)越性，狀 態(tài)測(cè)控性，結(jié)構(gòu)工藝性等。 實(shí)際上，任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程都應(yīng)在實(shí)現(xiàn)基本功能和輔助功能的同時(shí)，考慮到對(duì) 于工作性能的基本要求，這樣才能使設(shè)計(jì)更加合理和完善。 1.2.5 三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù) 目前用于三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真5的技術(shù)有很多。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用三維軟 件進(jìn)行建?？梢愿又庇^地看到設(shè)計(jì)實(shí)體，并進(jìn)行干涉檢查和運(yùn)動(dòng)仿真。提高設(shè)計(jì)的 準(zhǔn)確性。 Solidworks 是目前應(yīng)用非常廣泛的三維設(shè)計(jì)軟件。美國(guó) Solidworks 公司是一家 從事三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的高科技公司，公司的宗旨是使每一位設(shè)計(jì)工程師都能在自己 的微機(jī)上使用功能強(qiáng)大的世界最新 CAD/CAM/CAE/PDM 系統(tǒng)，公司的主導(dǎo)產(chǎn)品是世界先 進(jìn)水平的 Solidworks 軟件。 Solidworks 軟件本身非常強(qiáng)大，再加上有很多公司開發(fā)的插件對(duì)他的支持，使其 功能在很多方面得到了擴(kuò)展。這里介紹幾個(gè)本課題涉及的幾種功能。 (1) Top Down(自頂向下)的設(shè)計(jì) 自頂向下的設(shè)計(jì)是指在裝配環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)子部件的能力，不僅做到尺寸參 數(shù)全相關(guān)，而且實(shí)現(xiàn)幾何形狀零部件之間全自動(dòng)完全相關(guān)，并且為設(shè)計(jì)者提供完全一 致的界面和命令進(jìn)行全相關(guān)設(shè)計(jì)環(huán)境。 (2) Down Top(自下而上)的設(shè)計(jì) 自下而上的設(shè)計(jì)是指用戶先設(shè)計(jì)好各個(gè)零部件后，運(yùn)用裝配關(guān)系把各個(gè)零部件組 合成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，在裝配關(guān)系制定好后，不僅做到尺寸參數(shù)全相關(guān)，而且實(shí)現(xiàn)幾 何形狀，零部件之間完全自動(dòng)相關(guān)，并且為設(shè)計(jì)者提供完全一致的界面和命令進(jìn)行全 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6 自動(dòng)的相關(guān)設(shè)計(jì)環(huán)境。 (3) 零部件鏡像 Solidworks 提供了零部件鏡像的功能，不僅鏡像零部件的外形，而且包括產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)和配合條件，還可以根據(jù)實(shí)際的需要區(qū)分是簡(jiǎn)單的拷貝還是自動(dòng)生成零部件的對(duì)稱 件。這一功能將大大節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。而其他的設(shè)計(jì)軟件是不具有這種 功能的。 (4) 裝配特征 Solidworks 提供完善的產(chǎn)品級(jí)的裝配特征功能，以便創(chuàng)建和記錄特定的裝配體設(shè) 計(jì)過程。實(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖有許多特征是在裝配環(huán)境下在裝配操作發(fā)生后才 能生成的，設(shè)計(jì)零件時(shí)無需考慮。Solidworks 支持大裝配的裝配模式，擁有干涉檢查， 產(chǎn)品的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)仿真，編輯裝配體透明的功能。 (5) 工程圖 Solidworks 提供全相關(guān)的產(chǎn)品級(jí)二維工程圖，現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品可能有成千上萬 個(gè)零件組成，其生成圖的生成至關(guān)重要，其速度和效率是各 3D 軟件均要面臨的問題。 Solidworks 采用了生成快速工程圖的手段，使得超大型裝配體的工程圖的生成和標(biāo)注 變得十分快捷。 Solidworks 可以允許二維工程圖暫時(shí)與三維工程圖脫離關(guān)系，所有標(biāo)注可以在沒 有三維模型的狀態(tài)下添加，同時(shí)用戶又可隨時(shí)將二維工程圖和三維模型同步。從而大 大加速工程圖生成過程。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 根據(jù)廠方提出的測(cè)試要求，試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試夾具系統(tǒng)主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容。 第一，水，氣，油介質(zhì)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)夾具設(shè)計(jì)。根據(jù)不同閥體的外形尺寸和壓力要求， 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)分為六條支路（300，150，100，50，25，10） ，油介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)分 為兩條支路(100，50)，氣介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)分為兩條支路(100，50)。每條支路中涵蓋一 些型號(hào)的閥體。第二，水介質(zhì)水壓強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)夾具設(shè)計(jì)。由于水介質(zhì)的水壓強(qiáng)度試驗(yàn) 需要拆下被測(cè)閥體的一部分進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)需要對(duì)被測(cè)閥體上下，左右四個(gè)方向夾緊， 所以需要單獨(dú)設(shè)計(jì)試驗(yàn)夾具。第三，電動(dòng)升降臺(tái)的設(shè)計(jì)。由于各種被測(cè)閥體的尺寸差 異，需要將被測(cè)閥體抬高到一個(gè)確定的高度。第四，兩位多通閥體試驗(yàn)臺(tái)夾具的設(shè)計(jì)。 兩位多通閥體由于外形結(jié)構(gòu)和兩位兩通閥體差異很大，所以需要單獨(dú)設(shè)計(jì)夾具系統(tǒng)。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 7 此外，為了使夾具系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)零泄漏，需要對(duì)液壓密封理論作一些研究，其中主要 包括 O 型密封圈和 Y 型密封圈相關(guān)理論的研究。 東北大碩士學(xué)位論文 第二章 電磁閥夾具系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和目標(biāo)要求 8 第二章 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)總體規(guī)劃和目標(biāo)要求 2.1 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)分類 2.1.1 被測(cè)閥體的測(cè)試要求 根據(jù)我們與廠方的技術(shù)協(xié)議規(guī)定，我們需要設(shè)計(jì)出能夠完成以水、氣、油和真空 為介質(zhì)的工業(yè)過程控制用試驗(yàn)臺(tái)性能測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)將完成通徑為 5mm-300mm 被檢 測(cè)試驗(yàn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱為“被測(cè)閥” ）的動(dòng)作試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、密封試驗(yàn)、泄漏量試驗(yàn)、 Kv值測(cè)定試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。同時(shí)還要求能夠?qū)崿F(xiàn)夾具的自動(dòng)化夾持，數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集 與處理和工藝流程的自動(dòng)化控制6。 2.1.2 夾具系統(tǒng)的分類 根據(jù)被測(cè)閥體的測(cè)試需求，原則上可以將夾具系統(tǒng)作如下的分類： 按介質(zhì)分：水介質(zhì)，油介質(zhì)，氣介質(zhì)，真空介質(zhì)。 按閥體口徑大小分： ，581220253240506580100125150 ，。200300 按閥體的功能分：兩位兩通閥，兩位三通閥，兩位四通閥，兩位五通閥。 按測(cè)試項(xiàng)目分：動(dòng)作試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、密封試驗(yàn)、泄漏量試驗(yàn)、Kv值測(cè)定試驗(yàn)和 壽命試驗(yàn)。 按被測(cè)閥體的外形分(考慮到夾具設(shè)計(jì))：法蘭式，對(duì)夾式，管道式。 按介質(zhì)溫度分：常溫，低溫，中溫。 按工作壓力劃分：2Mpa 以下，24Mpa，46Mpa。 從上面的分類可以看出，整個(gè)夾具系統(tǒng)要綜合考慮上述的各種因素的影響，設(shè)計(jì) 出一套適用，方便，維護(hù)性好的系統(tǒng)。本套測(cè)試系統(tǒng)的分類首先考慮到完成各種測(cè)試 東北大碩士學(xué)位論文 第二章 電磁閥夾具系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和目標(biāo)要求 9 需要的測(cè)試方法，在各種測(cè)試方法確定之后，作者認(rèn)為，夾具系統(tǒng)的最初分類應(yīng)該按 照閥體通過介質(zhì)進(jìn)行分類，這樣能夠保證測(cè)試的完整性。其次，考慮到閥體尺寸差異 很大，將每種介質(zhì)的閥體按閥口尺寸大小分成若干支路。第三，考慮到水壓強(qiáng)度試驗(yàn) 的特殊性，將水壓強(qiáng)度試驗(yàn)單獨(dú)設(shè)計(jì)一條支路。 最終確定的夾具系統(tǒng)采用如下的分類方式： 兩位兩通閥體：水介質(zhì)：，。102550100150300 氣介質(zhì)：，。50100 油介質(zhì)：，。50100 真空介質(zhì)：。40 兩位兩通閥體水壓強(qiáng)度試驗(yàn)：一條支路測(cè)試至所有閥體。25300 兩位多通閥體：一條支路測(cè)試所有尺寸閥體。 2.2 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)總體規(guī)劃 自動(dòng)化夾緊裝置（又簡(jiǎn)稱為“夾具”）是本系統(tǒng)中最重要的機(jī)械本體，它是系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化夾緊的基礎(chǔ)，是完成試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)項(xiàng)目的保障。由于夾緊被測(cè)閥是做試驗(yàn)臺(tái) 性能檢測(cè)試驗(yàn)的第一步，如果夾緊裝置夾不緊或是本身就存在泄漏，那么用該裝置夾 持被測(cè)閥做泄漏量檢測(cè)試驗(yàn)必然是失敗的。 所以?shī)A具的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化夾緊；保證自身無泄漏。第點(diǎn)可 以在具體設(shè)計(jì)與制造加工中實(shí)現(xiàn)，而第點(diǎn)則應(yīng)該在設(shè)計(jì)自動(dòng)化夾緊裝置的方案時(shí)應(yīng) 該確定下來的，同時(shí)它的好壞直接影響第設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 2.2.1 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)總體布置 根據(jù)上一節(jié)的夾具系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)夾具系統(tǒng)的總體布置圖。該圖可以完整地 東北大碩士學(xué)位論文 第二章 電磁閥夾具系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和目標(biāo)要求 10 反應(yīng)出整套夾具系統(tǒng)的各個(gè)夾具的位置。 夾具系統(tǒng) 油介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 100 支路 油介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 100 支路 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)水壓強(qiáng)度試驗(yàn) 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 300 支路 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 150 支路 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 100 支路 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 50 支路 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 25 支路 水介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 10 支路 真空介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 氣介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 100 支路 氣介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái) 50 支路 兩位多通試驗(yàn)臺(tái) 泵站一 泵站二 泵站三 圖 2.1 夾具系統(tǒng)分類圖 Fig.2.1 the disposal fig of the fixture system 東北大碩士學(xué)位論文 第二章 電磁閥夾具系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和目標(biāo)要求 11 2.2.2 試驗(yàn)臺(tái)夾具系統(tǒng)重要參數(shù)的計(jì)算 根據(jù)夾具系統(tǒng)的總體要求，需要確定夾具系統(tǒng)使用的三套液壓泵站的參數(shù)，分別 為水，油，氣介質(zhì)夾具系統(tǒng)(10300 支路)，兩位多通閥體夾具系統(tǒng)，水壓強(qiáng)度試 驗(yàn)的夾具系統(tǒng)。特別說明的是，夾具系統(tǒng)泵站壓力和流量的計(jì)算需要夾具本體的結(jié)構(gòu) 尺寸，是在夾具設(shè)計(jì)之后才計(jì)算完成的。但是考慮到論文結(jié)構(gòu)的完整，將其提前到系 統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中給出。 2.2.2.1 泵站系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 水介質(zhì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)共有 6 條支路分別為 300 支路，150 支路，100 支路，50 支路，25 支路，10 支路。計(jì)算水介質(zhì)泵站系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算7-9。 下面以 100 支路為例，計(jì)算缸所需流量。 由于缸的行程為 80mm(根據(jù)被測(cè)閥體的外形尺寸計(jì)算)，設(shè)經(jīng)過 5s 鐘到達(dá)。 則，m/s016 . 0 v (2-1) v qvdD )( 4 22 由于活塞密封1 v L/min 4 . 18/1006 . 3 016. 010)125200( 4 34622 smq 其它支路的流量計(jì)算如下表： 表 2.1 夾具流量計(jì)算表 Table 2.1 table of fixture flux calculation 支路行程速度時(shí)間所需泵的流量 50 支路800.016m/s5s6.12L/min 25 支路1200.024m/s5s5.76L/min 10 支路40 0.01m/s4s1.68L/min 150 支路400.016m/s5s20L/min 300 支路2800.014m/s20s44.4L/min 所以，選擇液壓泵的流量為 50L/min。 下面以 100 支路為例，計(jì)算系統(tǒng)所需的壓力。 由產(chǎn)品樣本可知該支路所控制的閥體的最大工作壓力為 1.6Mpa。設(shè)計(jì)時(shí)按照最大 工作壓力的 1.5 倍計(jì)算。 100 支路夾具使用的 O 型密封圈的尺寸為 d1=115,d2=5.3 矩形槽尺寸 b1=7.1。 o 型密封圈的密封原理如圖 2-5，圖 2-6 所示：流體給被測(cè)閥的壓力由兩部分構(gòu)成。一部 東北大碩士學(xué)位論文 第二章 電磁閥夾具系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和目標(biāo)要求 12 分為流體直接給被測(cè)閥的壓力。另一部分為流體給密封圈的壓力，該力經(jīng)密封圈轉(zhuǎn)化 為密封圈給被測(cè)閥的壓力。 （這里存在一個(gè)壓力傳遞系數(shù)為 1.5） 。因此，主要是計(jì)算兩 個(gè)力的受力面積。 圖 2.2 O 型密封圈工作原理圖 Fig.2.2 work principle fig of sealing O-ring 圖 2.3 O 型密封圈工作力分析圖 Fig.2.3 power analysis fig of sealing O-ring 流體最大壓力 1.51.6=2.4Mpa 兩處作用面積為 m2 36 1 1028. 1101213 . 52 s 對(duì)被測(cè)閥體的壓力為 N 43636 0 1046 . 1 1016 . 4 104 . 21028 . 1 5 . 1104 . 2 F 設(shè)夾具液壓缸的有效作用面積為 23622 2 m1016 . 4 10100119 4 s 22622 m10913 . 1 10)125200( 4 S 2 1 東北大碩士學(xué)位論文 第二章 電磁閥夾具系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和目標(biāo)要求 13 設(shè)夾具液壓站提供的壓力為 2Mpa N (2-2) 426 1079 . 1 7 . 08 . 010594 . 1 102 spF 從上面可以看出： 0 FF 所以可以得出結(jié)論：夾具能夠完成對(duì)被測(cè)閥體的夾緊。 對(duì)于其它支路可以作如下的計(jì)算：具體數(shù)據(jù)見下表 2.2： 對(duì)于油，氣以及真空介質(zhì)的閥體，雖然通過的介質(zhì)不同，但是閥體的工作壓力和水介 質(zhì)是一樣的。所以說，這幾種介質(zhì)夾具支路各自壓力和流量的計(jì)算，參照水介質(zhì)的計(jì) 算結(jié)果。 表 2.2 各支路夾緊力計(jì)算表 Table2.2 table of calculation of every clamp power 支路5025300150 最大工作壓力1.6Mpa4Mpa0.8Mpa0.8Mpa 對(duì)夾具作用力N 3 1022 . 4 N 3 1035 . 4 N 4 1061 . 2 N 3 1017 . 7 泵站提供壓力3.4Mpa2.3Mpa3.6Mpa3.2Mpa 夾具夾緊力N 3 1015 . 7 N 3 1015 . 5 N 4 1092 . 5 N 4 1064 . 4 2.2.2.2 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)泵站系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 兩位多通夾具只有一套夾具系統(tǒng)，其中涵蓋兩位三通，兩位四通，兩位五通三種 閥體。對(duì)于它們?cè)谕庑紊系牟町?，通過更換夾具頭的方法來解決。其泵站所需的壓力 和流量的計(jì)算方法和上述的方法一致。在這里，只給出最后的計(jì)算結(jié)果。兩位多通試 驗(yàn)臺(tái)泵站所需壓力為 2-5Mpa，流量為 20L/min。 2.2.2.3 兩位兩通水壓強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)泵站系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 水壓強(qiáng)度試驗(yàn)只有一套夾具系統(tǒng)，要測(cè)試從25300 支路的所有閥體。夾具 的工作行程為 450mm。其液壓夾具本體結(jié)構(gòu)參照水介質(zhì) 100 支路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其泵站所需 的壓力和流量的計(jì)算方法和上述的方法一致。在這里，只給出最后的計(jì)算結(jié)果。兩位 兩通閥體水壓強(qiáng)度試驗(yàn)夾具泵站所需流量為 40L/min。系統(tǒng)壓力為 2-5Mpa。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 第三章 試驗(yàn)臺(tái)夾具結(jié)構(gòu) 3.1 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)典型支路夾具結(jié)構(gòu) 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)是被測(cè)閥中數(shù)量最多，通徑范圍最大的一類閥體。從夾具系統(tǒng)的 分類可以知道，該類閥體共有 11 條支路，受到篇幅所限不可能把所有支路的設(shè)計(jì)過程 完全寫出來，現(xiàn)僅以水介質(zhì) 100 支路為例，介紹兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)夾具的設(shè)計(jì)過程。 3.1.1 夾具工作行程的確定 對(duì)于水介質(zhì) 100 支路的夾具來說，其工作行程是由該支路涵蓋的閥體的外形尺寸 差異來決定的。該支路被測(cè)閥體外形尺寸見表 3.1 所示。 表 3.1 試驗(yàn)臺(tái)外形尺寸表 Table 3.1 table of valves figure size 兩位兩通閥體閥體長(zhǎng)度閥體法蘭外徑連接凸出部分直徑 100350220158 80310200133 65290185122 由表 3.1 可知，夾具理論的工作行程為 60mm?？紤]到被測(cè)閥搬運(yùn)方便，設(shè)計(jì)夾具 的工作行程為 80mm。 3.1.2 夾具工作原理 由測(cè)試要求可知，夾具需要將被測(cè)閥體左右兩側(cè)夾緊。為了使得夾具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn) 單，將夾具一側(cè)作為固定結(jié)構(gòu)，另一側(cè)為可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)夾具采用液壓夾緊結(jié)構(gòu)， 但是其有區(qū)別于普通液壓缸體，主要是由于夾具液壓桿中心要通過介質(zhì)，需要做成空 心結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)原理10-12圖如下圖所示。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 圖 3.1 試驗(yàn)臺(tái)夾具原理圖 Fig.3.1The principle of solenoid valve fixture 3.1.3 夾具結(jié)構(gòu) 下面應(yīng)用機(jī)械功能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，來設(shè)計(jì)兩位兩通試驗(yàn)臺(tái) 100 支路夾具13-17結(jié) 構(gòu)。 在了解了夾具的工作任務(wù)和原理之后，將夾具的功能進(jìn)行分解。 夾具 主功能夾緊被測(cè)閥 動(dòng)力功能液壓驅(qū)動(dòng) 密封系統(tǒng)密封形式 密封結(jié)構(gòu) 其他功能運(yùn)動(dòng)形式 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 夾具本體 底架 固定夾具頭 圖 3.2 兩位兩通試驗(yàn)臺(tái)功能分析圖 Fig.3.2 The function analysis of solenoid valve fixture 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 根據(jù)功能樹中提出的各種功能，制定功能實(shí)現(xiàn)的策略，并構(gòu)建功能實(shí)現(xiàn)策略表。 表 3.2 功能實(shí)現(xiàn)策略表 Table 3.2 table of function realize strategy 功能實(shí)現(xiàn)策略 序號(hào)分功能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ABC 1夾具頭連接形式螺旋法藍(lán) 2夾具頭密封圈尺寸 d115 8065 3導(dǎo)向形式整體式導(dǎo)向環(huán)拆分式導(dǎo)向環(huán)導(dǎo)向帶 4動(dòng)密封密封形式O 形密封圈Y 形密封圈 5活塞形式整體式拆分式 6缸筒端蓋聯(lián)接形式法蘭式螺紋式 7活塞活塞桿聯(lián)接焊接螺紋 8升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)形式電動(dòng)液壓手動(dòng) 綜合考慮各種因素，從上述表中選擇兩套方案，并通過對(duì)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)得到最 優(yōu)功能優(yōu)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 方案的綜合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)和加權(quán)系數(shù)的確定.從技術(shù)性能，經(jīng)濟(jì)性能和社會(huì)性能 3 個(gè)方面對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中技術(shù)性能又由結(jié)構(gòu)性能，工作性能和工藝性 能 3 方面來評(píng)價(jià)。綜合考慮各個(gè)性能指標(biāo)的重要程度，確定其權(quán)系數(shù)。 兩位兩通電磁閥夾具 技術(shù)性能 0.72 經(jīng)濟(jì)性能 0.16 社會(huì)性能 0.12 結(jié)構(gòu)性能 0.26 工作性能 0.30 工藝性能 0.16 造型藝術(shù)性 0.08 系統(tǒng)可靠性 0.18 工效實(shí)用性 0.18 系統(tǒng)可控性 0.12 結(jié)構(gòu)工藝性 0.09 機(jī)器規(guī)范性 0.07 制造經(jīng)濟(jì)性 0.10 使用經(jīng)濟(jì)性 0.06 人機(jī)安全性 0.08 環(huán)境無害性 0.04 圖 3.3 試驗(yàn)臺(tái)評(píng)價(jià)目標(biāo)樹 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 Fig.3.3 The evaluation object tree of solenoid valve fixture 專家組綜合各個(gè)方面的因素，對(duì)上述方案各項(xiàng)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，采用 10 分制。 其對(duì)應(yīng)規(guī)則為：非常好，9-10 分；很好，8 分；好，7 分；較好，6 分；一般，5 分； 尚可，4 分；較差，3 分；差，1-2 分。 表 3.3 方案綜合評(píng)價(jià)表 Table 3.3 table of precept integration evaluation 由于方案 1 的評(píng)價(jià)值高于方案 2，所以取方案 1 為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。根據(jù)上述的設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)工程圖293031如圖 3.4 所示。 3.1.4 夾具相關(guān)計(jì)算及強(qiáng)度校核 在設(shè)計(jì)完夾具的結(jié)構(gòu)之后，需要做下述一系列的相關(guān)計(jì)算和強(qiáng)度校核18。其中包 括夾具提供夾緊力的計(jì)算，液壓夾具行進(jìn)速度計(jì)算，以及各處螺栓強(qiáng)度校核。夾具夾 緊力和夾具行進(jìn)速度已經(jīng)在第二章中給出，現(xiàn)計(jì)算校核各處螺栓強(qiáng)度。 首先計(jì)算左側(cè)端蓋的流體作用力： 426 1082 . 3 1091 . 1 102. spFN 每個(gè)螺栓承受的力為： 方案 1方案 2 序號(hào)評(píng)價(jià)指標(biāo) 加權(quán)系數(shù) ggg 1造型藝術(shù)性0.0880.6470.56 2系統(tǒng)可靠性0.1891.6281.44 3工效實(shí)用性0.1871.2671.26 4系統(tǒng)可控性0.1291.0880.96 5結(jié)構(gòu)工藝性0.0960.5450.45 6機(jī)器規(guī)范性0.0770.4970.49 7制造經(jīng)濟(jì)性0.1070.750.5 8使用經(jīng)濟(jì)性0.0650.370.42 9人機(jī)安全性0.0880.6450.4 10環(huán)境無害性0.0480.3280.32 總評(píng)價(jià)值（）g7.596.80 222222 m1091 . 1 )125200( 4 )( 4 dDS N1065 . 4 8 3 0 F F 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 圖 3.4 100 支路夾具結(jié)構(gòu)圖 Fig.3.4The structure of 100 spur track solenoid salve fixture 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 由公式： (3-1) 其中： (3-2) FQQ p =1.8F p Q N (3-3) 43 1023 . 1 1065 . 4 8 . 28 . 2FQ 選螺栓等級(jí)為 4.6 級(jí) 選 M20 螺栓。 疲勞強(qiáng)度校核 (3-4) 經(jīng)計(jì)算 由于右側(cè)端蓋的受力面積小于左側(cè)，所以螺栓滿足要求。 3.1.5 夾具研發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)的分析 從本章開頭的分析可以看出，夾具設(shè)計(jì)的主要功用是準(zhǔn)確可靠的加緊被測(cè)閥體， 為系統(tǒng)進(jìn)行各種測(cè)試做必要的準(zhǔn)備?？梢哉f，夾具設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到試驗(yàn)臺(tái)測(cè) 試系統(tǒng)的成敗。密封夾具設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問題，其中包括對(duì)被測(cè)閥體的密封和 夾具本身的密封。在夾具的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用了多處密封圈密封形式，關(guān)于密封圈相 關(guān)理論的研究，將在第四章中闡述。另外，除了使用密封圈之外，結(jié)構(gòu)上采用了多種 方法來保證系統(tǒng)的密封。下面重點(diǎn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)上采用的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡(jiǎn)略的分析。 3.1.5.1 夾具和被測(cè)閥體同軸度的保證方法 2 /160 5 . 1 240 mmN S S mmd62.16 16014. 3 1023 . 1 3 . 14 4 1 6 2 3 1056 . 4 2014 . 3 1055 . 9 2 3 . 0 a a t a kS 85.22 9 . 32 22081 . 0 1 3 . 14 1 Q d 2 2 1 a FL L a d F CC C 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 由機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)理論可以看出，保證系統(tǒng)同軸度19主要是通過控制機(jī)械加工形位 公差的方法來實(shí)現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中，認(rèn)真控制了各個(gè)零件的同軸度，垂直度，表面粗糙 度等形位公差的大小，從而保證設(shè)計(jì)精度，受文章篇幅的限制，在這里就不再詳細(xì)論 述了。另外，機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性，也是保證其同軸度的重要因素。下圖為初始設(shè)計(jì)的 夾具本體結(jié)構(gòu)。 圖 3.5 初始設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)圖 Fig.3.5 The structure of first designed solenoid salve fixture 從上圖可以看出夾具右端蓋(圖中畫圈的部分)實(shí)際上只有密封圈和活塞桿接觸， 而右端蓋與活塞桿形成一定間隙。仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)可以看出，活塞與液壓缸內(nèi)壁的支撐 只有活塞導(dǎo)向環(huán)部分，在活塞桿伸出后，形成懸臂結(jié)構(gòu)。由于夾具頭和活塞桿伸出部 分自身的重力，必然導(dǎo)致夾具頭有一定程度的下沉。這顯然對(duì)密封不利。下圖為改進(jìn) 后的結(jié)構(gòu)。 從圖 3.6 的結(jié)構(gòu)可以看出，在右端蓋上加支撐環(huán)結(jié)構(gòu)，這樣就能 夠解決懸臂的問題。支撐環(huán)可以做成可拆卸的結(jié)構(gòu)，另外在材料上，選青銅可以減小 摩擦。這樣做可以解決上述的問題。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 電磁閥夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 圖 3.6 改進(jìn)后試驗(yàn)臺(tái)夾具結(jié)構(gòu)圖 Fig.3.6 The structure of ameliorated solenoid salve clamp 從圖 3.6 的結(jié)構(gòu)可以看出，在右端蓋上加支撐環(huán)結(jié)構(gòu)，這樣就能夠解決懸臂的問 題。支撐環(huán)可以做成可拆卸的結(jié)構(gòu)，另外在材料上，選青銅可以減小摩擦。這樣做可 以解決上述的問題。 3.1.5.2 液壓缸活塞與內(nèi)筒配合的確定 在液壓缸本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，合理的選取液壓活塞與內(nèi)筒配合2021可以降低系統(tǒng) 的內(nèi)泄漏，提高系統(tǒng)的效率。下面分析如何選擇間隙的大小，才能使得平均泄漏量最 小。 首先從定性的角度來分析公差等級(jí)高低和間隙大小對(duì)密封的影響2223。公差等級(jí) 過低，顯然活塞和缸筒內(nèi)壁較為粗糙會(huì)減少接觸面積造成泄漏。但是如果公差等級(jí)過 高，會(huì)使得內(nèi)外表面很難吸附一定的油液，使得液壓缸的磨損加劇，同時(shí)加大系統(tǒng)的 摩擦力。從間隙大小的角度來說，間隙過大會(huì)降低液壓缸的容積效率，但是減小間隙 會(huì)使系統(tǒng)的摩擦力增加，降低機(jī)械效率，從而使得總效率降低。 下面通過理論計(jì)算定量的求出最佳間隙的大小。 支撐環(huán) 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文