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分類號(hào) 密級(jí)
UDC
學(xué) 位 論 文
磨擦磨損試驗(yàn)臺(tái)得設(shè)計(jì)
作者姓名：
指導(dǎo)教師：
申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：
碩士
學(xué)科類別：
工學(xué)
學(xué)科專業(yè)名稱：
機(jī)械電子工程
論文提交日期：
論文答辯日期：
學(xué)位授予日期：
答辯委員會(huì)主席：
評(píng)閱人：
東 北 大 學(xué)
A Dissertation in Mechanical and Electronic Engineering
Research and Development of Fixture for Solenoid Valves’ Test System
Northeastern University
獨(dú)創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。
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本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。
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學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
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東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要
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)摴灸壳叭斯z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(wú)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
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東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要
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 there’s 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 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 system’s 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
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
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?！?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?！?.49
5.1.3 兩位多通試驗(yàn)臺(tái)夾具三維建?！?…………………………52
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
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(wú)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(wú)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。
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(wú)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)谏a(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)通常可以分為以下幾種類型。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+1>2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。
(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：
⑴基本功能和輔助功能
⑵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。
⑶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。
⑷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(wú)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)行建模可以更加直觀地看到設(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(wú)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(wàn)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（φ300，φ150，φ100，φ50，φ25，φ10），油介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)分為兩條支路(φ100，φ50)，氣介質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)分為兩條支路(φ100，φ50)。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)。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
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：，，，，，，，，，，，，，，。
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，2—4Mpa，4—6Mpa。
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)：，，，，，。
氣介質(zhì)：，。
油介質(zhì)：，。
真空介質(zhì)：。
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。
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：①能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化夾緊；②保證自身無(wú)泄漏。第②點(diǎn)可以在具體設(shè)計(jì)與制造加工中實(shí)現(xiàn)，而第①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②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
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)(φ10—φ300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/s
(2-1) 由于活塞密封
L/min
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
80
0.016m/s
5s
6.12L/min
25支路
120
0.024m/s
5s
5.76L/min
10支路
40
0.01m/s
4s
1.68L/min
150支路
40
0.016m/s
5s
20L/min
300支路
280
0.014m/s
20s
44.4L/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
2
1
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 1.5×1.6=2.4Mpa
兩處作用面積為
m2
對(duì)被測(cè)閥體的壓力為
N
設(shè)夾具液壓缸的有效作用面積為
設(shè)夾具液壓站提供的壓力為2Mpa
N (2-2)
從上面可以看出：
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
50
25
300
150
最大工作壓力
1.6Mpa
4Mpa
0.8Mpa
0.8Mpa
對(duì)夾具作用力
N
N
N
N
泵站提供壓力
3.4Mpa
2.3Mpa
3.6Mpa
3.2Mpa
夾具夾緊力
N
N
N
N
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φ25—φ300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)
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
φ100
350
φ220
φ158
φ80
310
φ200
φ133
φ65
290
φ185
φ122
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。
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
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
序號(hào)
分功能與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
功能實(shí)現(xiàn)策略
A
B
C
1
夾具頭連接形式
螺旋
法藍(lán)
2
夾具頭密封圈尺寸d
115
80
65
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(wú)害性0.04
圖3.3 試驗(yàn)臺(tái)評(píng)價(jià)目標(biāo)樹
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
序號(hào)
評(píng)價(jià)指標(biāo)
加權(quán)系數(shù)
方案1
方案2
1
造型藝術(shù)性
0.08
8
0.64
7
0.56
2
系統(tǒng)可靠性
0.18
9
1.62
8
1.44
3
工效實(shí)用性
0.18
7
1.26
7
1.26
4
系統(tǒng)可控性
0.12
9
1.08
8
0.96
5
結(jié)構(gòu)工藝性
0.09
6
0.54
5
0.45
6
機(jī)器規(guī)范性
0.07
7
0.49
7
0.49
7
制造經(jīng)濟(jì)性
0.10
7
0.7
5
0.5
8
使用經(jīng)濟(jì)性
0.06
5
0.3
7
0.42
9
人機(jī)安全性
0.08
8
0.64
5
0.4
10
環(huán)境無(wú)害性
0.04
8
0.32
8
0.32
總評(píng)價(jià)值（）
7.59
6.80
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[29][30][31]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：
N
每個(gè)螺栓承受的力為：
圖3.4 100支路夾具結(jié)構(gòu)圖
Fig.3.4The structure of 100 spur track solenoid salve fixture
由公式：
(3-1)
其中： (3-2)
=1.8F
N (3-3)
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
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。
支撐環(huán)
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[20][21]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[22][23]。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