磨擦磨损试验台得设计机械CAD图纸

1、摘要长期以来，试验台的性能检测方法是采用简易的人工检测，其缺点是检测效率低、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，用人工进行试验台性能检测的方法已经跟不上时代的步伐，试验台性能的自动化检测必将成为该行业的主流。本论文研究的试验台试验系统正是为某试验台公司研制的自动化检测系统，它将改变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。能够实现自动化检测的前提和基础就是拥有一套准确可靠的自动化夹具。本文的研究内容就是设计一套能够夹紧各种阀体的夹具系统。它的基本要求是在测试之前，完成对被测阀体的夹紧工作，并且保证在测试过程

2、中无泄漏。同时，夹具必须操作简单，维护方便。本课题是在认真分析各种被测阀体的测试需求，外形尺寸，工作参数的基础上完成机械设计的过程。为了保证密封良好，不仅多处应用了机械密封理论知识，而且结构上力求优化合理。在设计完成之后。应用Solidworks三维软件进行建模和运动仿真，直观的检验设计的效果。为了从理论上保证系统的可靠性，在本文的第四章，对机械密封圈的相关理论作了一定的研究，其中包括工作原理，设计方法及主要失效形式。作为测试系统的重要组成部分，夹具的好坏直接关系到整个测试系统的成败。所以说本文有较高的理论价值和实用价值。在设计上，本文突破传统夹具的设计方法，引入多处创新设计思想设计出一套更为

3、实用合理的夹具系统。所以说，本系统将和整个测试系统一起，在试验台的测试领域里发挥重要的作用。关键词：试验台试验，夹具，密封理论，建模与仿真Research and Development of Fixture for Solenoid ValvesTest 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,automation t

4、echnology 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

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

6、lves 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 g

7、ood 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 reliably, in chap

8、ter 4, mechanism airproof theory is researched. It contains work principle,design method and main invalidation form. As an important partof 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. T

9、his 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,mod

10、eling 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 课题相关技术发展概况.21.2.1 如今试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 本文研究的主要内容.6第二章试验台夹具系统总体规划和目标要求72.1 试验台夹具系统分类.72.1.1 被测阀体的测试要求72.1.2 夹具系统的分类72.2 试验台夹具系统总体规划.82.2.1 试验台夹具系统总体布置82.2.2 试验

11、台夹具系统重要参数的计算.10第三章试验台夹具结构.133.1 两位两通试验台典型支路夹具结构.133.1.1 夹具工作行程的确定.133.1.2 夹具工作原理.133.1.3 夹具结构.14夹具相关计算及强度校核.16夹具研发中关键技术的分析.183.2 两位两通试验台水压强度试验夹具结构.223.2.1 水压强度试验夹具的特点.223.2.2 水压强度试验夹具工作原理233.2.3 水压强度试验夹具结构243.2.4 水压强度试验夹具研发中关键技术的分析263.2.5 创新设计在水压强度试验夹具结构研发中的运用283.3 两位多通试验台夹具结构.30两位多通试验台夹具结构特点.303.3.

12、2 两位多通试验台夹具结构303.4 试验台夹具附件电动升降台结构.333.4.1 升降台行程确定333.4.2 升降台工作原理34升降台结构35升降台相关计算.363.4.5 创新原理在升降台结构研发中的应用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形密封圈设计及相关计算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形密封圈的失效原因及解决措施.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.

13、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第五章试验台夹具三维建模和运动仿真475.1 试验台夹具的三维建模475.1.1 两位两通试验台夹具的三维建模.47两位两通试验台水压强度试验夹具的三维建模.495.1.3 两位多通试验台夹具三维建模.52电动升降台三维建模.535.2 试验台夹具的运动仿真.535.2.1 两位两通试验台夹具运动仿真过程.535.2.1 两位多通试验台夹具运动仿真过程.545.2.2 两位两通试验台水压强度试验夹具运动仿真过程.56第六章结论60参考文献61第一章绪论课题研究的背景与意义本课题来自鞍山试验台股份有限责任公司和东

14、北大学机械电子工程研究所合作对厂方原有的试验台测试系统改造。其总体目标是根据“鞍山试验台有限责任公司试验台架改造技术要求”，提出一套性能高、实用性强、节能环保、扩展性好的试验台测试系统方案。该系统可以在水、油、气介质和真空条件下对试验台进行测试试验，可以测试试验台的空载动作、最小压差动作、密封性试验、水压强度试验、响应时间试验、泄漏量测试、Kv值和流阻系数测定及寿命实验。本文作者所承担的是试验台测试系统中自动化夹具的设计任务。本课题是整个试验台测试系统的重要组成部分，是准确地进行试验台的空载动作、最小压差动作、密封性试验、水压强度试验、响应时间试验、泄漏量测试、Kv值和流阻系数测定及寿命实验的

15、基础和前提。通过对厂方现有夹具系统的调查可以看出，厂方现有的夹具系统存在诸多问题。首先，夹具的密封性不好。在使用过程中，经常出现漏水漏油的现象。这些不仅给操作者带来不便，更为重要的是，使测试结果不准确。第二，夹具损坏现象严重。第三，夹具的自动化程度很低，使用极不方便。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。本课题是一个机电液结合的产品，包含许多学科的交叉，因此有较强的理论研究意义。另外，设计中包含多处创新原理的应用，无论是作为结构创新，还是产品创新，都有进行理论研究的价

16、值。作为实际项目的一部分，设计制造完成之后，要应用于实际的生产过程中，其应用价值是显而易见的。试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。而试验台的出厂测试，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础，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，以致影响到试验台的质量。所以说，设计一套方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 课题相关技术发展概况如今试验台测试技术的发展概况本系统在设计之前，认真调查了国内很多试验台厂家现有的测试技术。如今国内试验台厂家应用的试验台测试系统1存在以

17、下几个问题：第一，现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，现有测试系统很难同时进行空载动作、最小压差动作、密封性试验、水压强度试验、响应时间试验、泄漏量测试、Kv值和流阻系数测定及寿命试验等多项试验。第三，现有测试系统只能测试液压阀体，对于其它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，测试阀体范围最大，测试项目最全的试验台测试系统。相应的测试需要的夹具系统适应范围大，操作方便，可靠性强，也为较先进的一套夹具系统。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。与其他密封相比，它具有泄漏少，摩擦磨损少，使用寿命长，可

18、靠性好，无需日常维护的特点。此外，许多高压，高温，易燃，易爆介质等工况下取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围。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。比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，存在多处密封圈的使用，因此有必要对密封圈的相关理论作深入地研究。在论文的第四章专门作理论分析，这里就不详细介绍了。创新设计理论概述创新设计3是一种现代设计方法，它是研究设计程序，设计规律和设

19、计中思维与方法的一门新型综合性科学。在工程设计过程中，只有充分发挥创造性思维，采用创新设计方法，才能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，促进经济的发展和社会的进步。创新设计通常可以分为以下几种类型。首先为原理拓展类。这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，组合创新要求组合后的产品在性能上具有1

20、+1>2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结构转用在其他技术领域，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认识，而这种认识一致阻碍着人们对该技术领域深入地探讨和研发。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。创新设计的基本方法有：(1) 综合法。组合相同性质的物体，将相近性质的作业在同一时间内组合；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。围绕产品功能进行创新。如在应用系统化设计

21、法进行原理方案设计，先从功能分析入手，利用创造性构思等多种方法求解多种方案，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。如系统间的相互交换(机械系统，光学系统，听觉系统，嗅觉系统，场强等)，机构间的相互利用(气压机构，水压机构，油压机构，机械机构等)。(5) 离散法。将原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结果；音箱是扬声器与收录机分离的结果。(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

22、增加结构刚度，稳定性和减震性。(7) 换元法。如采用材料替代，零件替代，方法替代，包装替代，品牌替代等。(8) 迂回法。面临困难时扩大搜索范围，从其他领域寻找启发，激发创意，解决问题。(9) 逆反法。突破传统的思维定势，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。依靠群体智慧，相互启发，集思广益。1.2.4 现代机械功能优化设计理论概述产品的方案和结构形式是由设计者根据产品的功能来确定的，也就是通过产品的功能分析或功能优化设计4来完成的，所以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。用户

23、对产品功能的需求是多种多样的，对所需产品的要求也是千变万化的，因此，对用户功能信息要采用先进的聚类与合成技术，进行收集和整理、筛选和归纳。对某种产品功能的要求必须根据实际情况来确定，不能有过高的不切实际的要求，但也不能过分降低要求，必须恰如其分。对功能要求过高，就会使产品构造复杂化，增加设备加工工时和提高产品制造成本等；过分降低要求，产品工作时会达不到工作技术指标和性能的要求，进而会影响物质处理和加工的质量。有了合理的功能，工程师们可以根据总的功能要求，把它分解为各个子功能，对于含有多个子功能的机械系统，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。下面简要介

24、绍一下产品功能分析：机械设备的功能可分为以下几类：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，所以都可视为目的功能。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。使用功能和表现功能使用功能是指产品所要实现的使用价值。表现功能是在使用功能的基础上，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，富有表现能力和具有形象力，更能吸引用户和观众。必要功能和不必要功能必要功能是指用户所需要的功能，包括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、超过实际要求的精度和光

25、洁度、超出实际功能需要的材质、过长的和不合理要求的寿命、过分装饰的外观等，因为这会增加制造的复杂性，延长制造周期等，进而会提高制造成本等。无论对于基本功能，还是辅助功能，对它们都有一些基本要求，即在完成功能时，对它们的工作性能都有基本要求。具体包括：功效实用性，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，结构紧凑性，运行稳定性，指标优越性，状态测控性，结构工艺性等。实际上，任何产品的设计过程都应在实现基本功能和辅助功能的同时，考虑到对于工作性能的基本要求，这样才能使设计更加合理和完善。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的技术有很多。在机械设计过程中，运用三维软件

26、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。提高设计的准确性。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软件本身非常强大，再加上有很多公司开发的插件对他的支持，使其功能在很多方面得到了扩展。这里介绍几个本课题涉及的几种功能。(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相关设计子部件的能

27、力，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状零部件之间全自动完全相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全相关设计环境。(2) Down Top(自下而上)的设计自下而上的设计是指用户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相关，而且实现几何形状，零部件之间完全自动相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。(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，而且包括产品结构和配合条件，还可以根据实际的需要区分是简单的拷贝还是自动生成零部件的对称件。这一功能将大大节约

28、设计时间，提高设计效率。而其他的设计软件是不具有这种功能的。(4) 装配特征Solidworks提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建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征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的，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，产品的简单运动仿真，编辑装配体透明的功能。(5) 工程图Solidworks提供全相关的产品级二维工程图，现实世界中的产品可能有成千上万个零件组成，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采用了生成快速工程图的手段，使得超大型装配体的工程图

29、的生成和标注变得十分快捷。Solidworks可以允许二维工程图暂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，同时用户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 本文研究的主要内容根据厂方提出的测试要求，试验台测试夹具系统主要包括以下四个方面的内容。第一，水，气，油介质测试试验台夹具设计。根据不同阀体的外形尺寸和压力要求，水介质试验台分为六条支路（300，150，100，50，25，10），油介质试验台分为两条支路(100，50)，气介质试验台分为两条支路(100，50)。每条支路中涵盖一些型号的阀体。第二，水介质水压强度试验台夹具设计。由于水介

30、质的水压强度试验需要拆下被测阀体的一部分进行测试，同时需要对被测阀体上下，左右四个方向夹紧，所以需要单独设计试验夹具。第三，电动升降台的设计。由于各种被测阀体的尺寸差异，需要将被测阀体抬高到一个确定的高度。第四，两位多通阀体试验台夹具的设计。两位多通阀体由于外形结构和两位两通阀体差异很大，所以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一些研究，其中主要包括O型密封圈和Y型密封圈相关理论的研究。第二章试验台夹具系统总体规划和目标要求试验台夹具系统分类被测阀体的测试要求根据我们与厂方的技术协议规定，我们需要设计出能够完成以水、气、油和真空为介质的工业过程控制用试

31、验台性能测试系统。该系统将完成通径为5mm-300mm被检测试验台（以下简称为“被测阀”）的动作试验、耐压试验、密封试验、泄漏量试验、Kv值测定试验和寿命试验。同时还要求能够实现夹具的自动化夹持，数据的自动采集与处理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：动作试验、耐压试验、密封试验、泄漏量试验、Kv值测定试验和寿命试验。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

32、介质温度分：常温，低温，中温。按工作压力划分：2Mpa以下，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各种因素的影响，设计出一套适用，方便，维护性好的系统。本套测试系统的分类首先考虑到完成各种测试需要的测试方法，在各种测试方法确定之后，作者认为，夹具系统的最初分类应该按照阀体通过介质进行分类，这样能够保证测试的完整性。其次，考虑到阀体尺寸差异很大，将每种介质的阀体按阀口尺寸大小分成若干支路。第三，考虑到水压强度试验的特殊性，将水压强度试验单独设计一条支路。最终确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

33、阀体水压强度试验：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试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础，是完成试验台试验项目的保障。由于夹紧被测阀是做试验台性能检测试验的第一步，如果夹紧装置夹不紧或是本身就存在泄漏，那么用该装置夹持被测阀做泄漏量检测试验必然是失败的。所以夹具的设计目标是：能够实现自动化夹紧；保证自身无泄漏。第点可以在具体设计与制造加工中实现，而第点则应该在设计自动化夹紧装置的方案时应该确定下来的，同时它的好坏直接影响第设计目标的实现。2试验台夹具系统总体布置根据上一节的夹具系统设

34、计方案，设计夹具系统的总体布置图。该图可以完整地反应出整套夹具系统的各个夹具的位置。夹具系统油介质试验台100支路油介质试验台100支路水介质试验台水压强度试验水介质试验台300支路水介质试验台150支路水介质试验台100支路水介质试验台50支路水介质试验台25支路水介质试验台10支路真空介质试验台气介质试验台100支路气介质试验台50支路两位多通试验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 system.2试验台夹具系统重要参数的计算根据夹具系统的总体要求，需要确定夹具系统使用的三套液压泵站的参数，分别为水，油

35、，气介质夹具系统(10300支路)，两位多通阀体夹具系统，水压强度试验的夹具系统。特别说明的是，夹具系统泵站压力和流量的计算需要夹具本体的结构尺寸，是在夹具设计之后才计算完成的。但是考虑到论文结构的完整，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)，设经过5s钟到达。则，m/s (2-1) 由于活塞密封L/min其它支路的流量计算如下表：表2.1 夹具

36、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805s25支路1205s10支路404s150支路405s20L/min300支路28020s所以，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。设计时按照最大工作压力的倍计算。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。 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

37、封圈的压力，该力经密封圈转化为密封圈给被测阀的压力。（这里存在一个压力传递系数为）。因此，主要是计算两个力的受力面积。图 O型密封圈工作原理图work principle fig of sealing O-ring21图 O型密封圈工作力分析图power analysis fig of sealing O-ring流体最大压力两处作用面积为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2MpaN (2-2)从上面可以看出：所以可以得出结论：夹具能够完成对被测阀体的夹紧。对于其它支路可以作如下的计算：具体数据见下表：对于油，气以及真空介质的阀体，虽然通过的介质不同，

38、但是阀体的工作压力和水介质是一样的。所以说，这几种介质夹具支路各自压力和流量的计算，参照水介质的计算结果。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4Mpa对夹具作用力NNNN泵站提供压力3.4MpaMpaMpa夹具夹紧力NNNN2.2.2.2 两位多通试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异，通过更换夹具头的方法来解决。其泵站所需的压力和流量的计算方法和上述的方法一致。在这里，只给出最

39、后的计算结果。两位多通试验台泵站所需压力为2-5Mpa，流量为20L/min。2.2.2.3 两位两通水压强度试验台泵站系统参数的设计与计算水压强度试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。其液压夹具本体结构参照水介质100支路结构设计。其泵站所需的压力和流量的计算方法和上述的方法一致。在这里，只给出最后的计算结果。两位两通阀体水压强度试验夹具泵站所需流量为40L/min。系统压力为2-5Mpa。第三章试验台夹具结构3.1 两位两通试验台典型支路夹具结构两位两通试验台是被测阀中数量最多，通径范围最大的一类阀体。从夹具系统的分类可以知道，该类阀体共有11

40、条支路，受到篇幅所限不可能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，介绍两位两通试验台夹具的设计过程。3.1.1 夹具工作行程的确定对于水介质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异来决定的。该支路被测阀体外形尺寸见表3.1所示。表3.1 试验台外形尺寸表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由表可知，夹具理论的工作行程为60mm。考虑到被测阀搬运方便，设计夹具的工作行程为80mm。3.1.2 夹具工

41、作原理由测试要求可知，夹具需要将被测阀体左右两侧夹紧。为了使得夹具结构相对简单，将夹具一侧作为固定结构，另一侧为可移动结构。设计夹具采用液压夹紧结构，但是其有区别于普通液压缸体，主要是由于夹具液压杆中心要通过介质，需要做成空心结构。其结构原理10-12图如下图所示。图试验台夹具原理图The principleof solenoid valve fixture3.1.3 夹具结构下面应用机械功能优化设计方法，来设计两位两通试验台100支路夹具13-17结构。在了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密封结构其他功能运动形式系统结构

42、夹具本体底架固定夹具头图3.2 两位两通试验台功能分析图Fig.3.2 The function analysis of solenoid valve fixture根据功能树中提出的各种功能，制定功能实现的策略，并构建功能实现策略表。表3.2 功能实现策略表Table 3.2 table of function realize strategy序号分功能与系统结构功能实现策略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螺纹式7活塞活塞杆联接焊接螺纹8

43、升降台驱动形式电动液压手动综合考虑各种因素，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确定.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，其中技术性能又由结构性能，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程度，确定其权系数。两位两通电磁阀夹具技术性能经济性能社会性能结构性能工作性能工艺性能造型艺术性系统可靠性工效实用性系统可控性结构工艺性机器规范性制造经济性使用经济性人机安全性环境无害性图3.

44、3 试验台评价目标树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标进行评分，采用10分制。其对应规则为：非常好，9-10分；很好，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 preceptintegration evaluation序号评价指标加权系数方案1方案21造型艺术性872系统可靠性983工效实用性774系统可控性985结构工艺性656机器规范性777制造经济性758使用

45、经济性579人机安全性8510环境无害性88总评价值（）由于方案1的评价值高于方案2，所以取方案1为产品设计方案。根据上述的设计方案设计工程图293031如图所示。夹具相关计算及强度校核在设计完夹具的结构之后，需要做下述一系列的相关计算和强度校核18。其中包括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。首先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支路夹具结构图Fig.3.4The structure of 100 spur track solenoid salve fixture由

46、公式： (3-1) 其中：(3-2) N (3-3)选螺栓等级为级选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小于左侧，所以螺栓满足要求。夹具研发中关键技术的分析从本章开头的分析可以看出，夹具设计的主要功用是准确可靠的加紧被测阀体，为系统进行各种测试做必要的准备。可以说，夹具设计的好坏，直接影响到试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，其中包括对被测阀体的密封和夹具本身的密封。在夹具的设计过程中，应用了多处密封圈密封形式，关于密封圈相关理论的研究，将在第四章中阐述。另外，除了使用密封圈之外，结构上采用了多种方法来保证系统的密封。下面重点对机械结构上采用的设

47、计方法进行简略的分析。.5.1 夹具和被测阀体同轴度的保证方法由机械设计相关理论可以看出，保证系统同轴度19主要是通过控制机械加工形位公差的方法来实现。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，在这里就不再详细论述了。另外，机械结构的合理性，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结构。图3.5初始设计夹具结构图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)实际上只有密封圈和活塞杆接触，而右端盖

48、与活塞杆形成一定间隙。仔细分析结构可以看出，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，形成悬臂结构。由于夹具头和活塞杆伸出部分自身的重力，必然导致夹具头有一定程度的下沉。这显然对密封不利。下图为改进后的结构。从图的结构可以看出，在右端盖上加支撑环结构，这样就能够解决悬臂的问题。支撑环可以做成可拆卸的结构，另外在材料上，选青铜可以减小摩擦。这样做可以解决上述的问题。支撑环图改进后试验台夹具结构图Fig.3.6 The structure of ameliorated solenoid salve clamp 从图的结构可以看出，在右端盖上加支撑环结构，这样就能够解决悬臂的问题。支

49、撑环可以做成可拆卸的结构，另外在材料上，选青铜可以减小摩擦。这样做可以解决上述的问题。.5.2 液压缸活塞与内筒配合的确定在液压缸本体结构的设计中，合理的选取液压活塞与内筒配合2021可以降低系统的内泄漏，提高系统的效率。下面分析如何选择间隙的大小，才能使得平均泄漏量最小。首先从定性的角度来分析公差等级高低和间隙大小对密封的影响2223。公差等级过低，显然活塞和缸筒内壁较为粗糙会减少接触面积造成泄漏。但是如果公差等级过高，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，同时加大系统的摩擦力。从间隙大小的角度来说，间隙过大会降低液压缸的容积效率，但是减小间隙会使系统的摩擦力增加，降低机械

50、效率，从而使得总效率降低。下面通过理论计算定量的求出最佳间隙的大小。图配合间隙分析图Fig.The analysis of assortclearance 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)由缝隙泄漏造成的功率损失为：(3-11)总的功率损失为：(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 两位两通试验台水压强度试验夹具结构水压强度试验夹具的特点两位两通试验台的水压强度试验由于要求对被测阀体上下左右同时夹紧，并且在一条支路上涵盖从25300通径的所有阀