试验机油箱设计机械cad图纸文档格式.docx

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工作机是机器直接对外做功的部分；

传动装置是设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换和控制，以满足工作机对力（力矩）、工作速度及位置的要求。

按照传动件的不同，可分为机械传动、电气传动、流体传动（液体传动和气体传动）及符合传动等。

流体传动又包括液力传动和液压传动。

液力传动是以动能进行工作的液体传动。

液压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控制与分配的液体传动。

由于其独特的技术优势，已成为现代机械设备与装置实线传动及控制的重要技术之一。

1.2.2液压系统的组成部分

液压传动与控制的机械设备或装置中其液压系统大部分使用具有连续流动性的液压油等作为工作介质，通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行器（液压缸、液压马达）中，转换为机械能来驱动负载。

这样的液压系统一般都是由动力源、执行器、控制器、液压辅件、工作介质等几部分组成。

一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，成为液压回路。

为了实现对某一机器或装置的工作要求，奖若干特定的基本回路连接或复合而成的总体成为液压系统。

1.2.3液压系统的类型

液压系统可以按照多种方式分类如表1-1：

表1-1液压系统分类表

液压系统

按油液循环方式分类

开式系统

闭式系统

按工作特征分类

液压传动

液压控制系统

按执行器的速度、控制与调节方式分类

阀控系统

泵控系统

执行测控系统

按主换向阀在中位时液压泵的工作状态分类

中开式系统

中闭式系统

按用途分类

固定设备用系统

行走设备用系统

1.2.4液压技术特点

与其他传动控制方式相比较，液压传动与控制技术特点如下：

1.优点

（1）单位功率的重量轻；

（2）布局灵活方便；

（3）调速范围大；

（4）工作平稳、快速性好；

（5）易于操纵控制并实现过载保护；

（6）易于自动化和机电一体化；

（7）液压系统设计、使用维护方便。

2.缺点

（1）不能保证定必传动；

（2）传动效率低；

（3）工作稳定性易受温度影响；

（4）造价较高；

（5）故障诊断困难。

1.3试验机的发展

自从人们发现了利用试验这一手段来研究和探索材料的特性以来，各种用于加载试验的设备和系统不断产生，其性能不断完善，试验手段不断拓展。

但是，随着生产力水平的提高和科学技术的飞速发展，人们对各种新材料的强度试验提出了更高的要求，我们关心的不单是试件在恒定载荷下的强度，而且还关心它们在某种规律下被加载时的表现。

要完成特定规律下的加载控制，靠传统的控制方法实现起来是比较复杂的，尤其是对于某些复杂的加载过程来说，传统的控制系统是难于实现的。

让人感到庆幸的是，人类文明已经进入计算机时代，计算机的应用已走入科研和生产的各个领域，并在这些领域为我们开辟了许多新的发展空间。

和其它许多科研领域一样，材料的强度实验也进入了计算机时代。

计算机参与控制的疲劳强度试验系统是一种软硬件结合的控制系统，相对于传统的控制系统而言，其优势是不言而喻的。

首先，它可以完成较为复杂的控制过程；

其次，它的造价较低，随着计算机产业的飞速发展，硬件产品的成本逐年下降，现在，我们只要花费较小的代价就能构建功能较为全面，能完成较为复杂试验过程的控制系统;

另外，值得一提的是，计算机参与构成的实验控制系统具有试验结果的存储和分析功能，使得此类系统能为研究人员提供及时准确的试验数据和结果分析，从而大大缩短试验周期，提高试验效率。

由此看来，开发操作简便，功能强大的试验控制系统是有其实际意义的。

我国对试验机领域新仪器和新设备的研制起步较晚，直到七十年代，长春试验机厂研制出50吨力动静万能试验机，长春试验机所以及济南、天水红山试验机厂研制出电液伺服试验机，才把我国动态试验机研究水平提高了一大步。

近年来国内试验机行业正加快步伐，广泛采用计算机控制、电液伺服、高精度测力和测变形技术，研制出各种金属和非金属的疲劳试验仪器和工况动态力学试验设备，填补了国内空白，部分设备还达到了国际先进水平，同时，也使我国的试验领域得到了进一步扩展。

但是与国际先进水平相比，我国的试验机水平还相差较远，又由于相关领域如电液伺服阀、伺服液压缸、电子技术、计算机技术等相对比较薄弱，在一定程度上影响了试验机行业的发展，部分产品和零件仍需进口。

因此，赶超世界先进水平，实现全部产品和零件国产化，仍是我国试验机行业今后的奋斗目标。

1.4课题主要设计内容

根据液压传动部分的原理设计与液压传动系统配合的液压站，要求对液压系统工作原理、工作环境和工作特点进行分析，完成阀类元件及辅助元件的选型，并结合文献资料，设计此液压系统的油箱，要具有结构合理、组合方便、便于检测与维护等特点。

任务要点：

1.阀类元件和辅助元件的计算和选型；

2.油箱组件的选择

3.油箱设计（计算+零件图、装配图）

2疲劳试验机液压系统设计

2.1原理图及技术参数

2.1.1CAD原理图

图2-1原理图

元件名称及其作用

1温度传感器2.温度计3.高压过滤器（滤去油液中的杂质）4.大流量泵5.小流量泵6.单向阀（保证油液单向流动7.蓄能器8.冷却器（冷却高温油液）9.放大器（放大传感器传来的电信号）10.单向节流阀（控制流量）11.压力传感器12.光栅尺（作位移传感器）13.三位四通电液伺服阀（控制回路的液流方向和大小）14.溢流阀（作安全阀和保压阀）15.角位移传感器16.蝶阀（低压时实现快速切断油路）17.高压截止阀（高压时实现快速切断油路）18.截止阀组（切断泵向回路供油）19.定差减压阀（保压阀）

2.1.2主要技术参数：

本系统主要用于进行模拟海浪颠簸的实验，并通过工控机实现对管道各运动参数的观测和控制。

系统主要包括液压系统和伺服控制部分。

液压系统包括电液伺服阀、伺服油缸、管路系统、位移传感器、保护模块、伺服油源及冷却系统；

伺服控制部分包括数字伺服控制器、油源动力柜、伺服控制箱、工控机和必要附件；

工控机包括电脑和PlC控制器。

最大静态力:

1000kN

作动器最大压力:

600KN

工作频率:

0.4Hz

最大位移误差:

±

0.5mm

正弦运动的振幅:

260mm

运动冲击方向:

双向

试验波形:

正弦波

系统动态测试精度:

1%

工作介质:

46号抗磨液压油

2.2负载特性及元件选择

2.2.1负载特性

液压执行元件运动时遇到的各种阻力。

负载的种类分为：

惯性负载、弹性负载、重力负载和摩擦负载等。

根据本系统的要求，其负载的主要类型为惯性负载，作东器近似可看做伴圆盘转动角度为30°

，质量为m=2000kg，定差减压阀进出口压差选5MPa。

作动器和试验管受力可简化为

由此可以设出作动器上作用力变化方程：

（KN）

每个油缸的负载变化为：

FL1+FL2=

其中，

因为每个油缸最大负载力为300KN

惯性负载的位移x为正弦运动，即:

式中:

——正弦运动的振幅，这里取260mm

——正弦运动的角频率

J——作动器的转动惯量，

——摆动时作动器的角加速度

因为、是两个相同性质的力，切变化相反，故只取计算

2.2.2泵和缸的选择

选定单泵和双泵的供油压力均为21Mpa

因为该液压系统对缸的要求较高，可在国外选择性能较高性价比适中的缸（订制），缸的壁厚可用压力21兆帕时根据受载面积算的，材料按选用镀铬的球墨铸铁。

选取伺服油缸缸筒内径为95mm，活塞杆径为67mm，活塞实际有效作用面积为142.8，根据作动器的运动形式及其与活塞的连接方式，定为等速缸。

缸内压力按=21Mpa计算：

（镀铬球墨铸铁管壁的许用拉应力为180Mpa，安全系数n选2）

设壁厚Δ，则有：

[σ]/2·

πdΔ=

带入d=95mm=21Mpa142.8得Δ=11.6mm

故缸的外径D=118.2mm

2.2.3电液伺服阀的选择

电液伺服阀即是电液转换元件，又是功率放大元件。

它能够将输入的微小电气信号转换为大流量的液压信号（流量与压力）输出。

在电液伺服系统中，电液伺服阀将系统的电气部分与液压部分连接起来，实现电液信号的转换与放大以及对液压执行元件伺服油缸的控制。

电液伺服阀是电液伺服系统的关键部件，它的性能直接关系到整个系统的控制精度和响应速度，也直接影响到系统工作的可靠性和寿命。

按照位置伺服控制方式计算：

最大速度为:

最大加速度为:

带入f=0.4Hz,,

得最大速度为：

得最大加速度为：

从而求得最大角加速度为：

因伺服油缸缸筒内径为95mm，活塞杆径为67mm，活塞实际有效作用面积为

142.8。

缸的外径D=118.2mm

每个油缸的负载方程为：

由最大速度可得系统流量：

考虑到泄漏的影响,伺服阀流量应留有一定余量,通常取10%左右的负载流量作为伺服阀的储备流量,在快速性高的系统中取的会更高一点，因此，取15%进行计算，则：

伺服阀输出流量：

由液压油路图可知，液压油缸内压力范围为5~21MPa。

根据相关设计经验，估算伺服阀最大空载流量：

阀的输出流量与输入的指令电信号和阀的压降有关，既给定的控制电信号和阀压降决定了伺服阀的实际流量。

阀的压降为指定值时，负载流量则与阀锐边节流口的压降的平方根成正比，通过特定的阀压降下的额定流量就可以计算出实际压降下的流量。

式中，q-------伺服阀实际流量，/s

-------伺服阀额定流量，/s

-------伺服阀实际工作压差，Pa

-------伺服阀额定工作压差，Pa

因此可以算出：

公式（2-10）中伺服阀实际流量q带入的数值为估算出的阀最大空载流量，伺服阀额定工作压差可根据MOOG公司D662系列样本中阀的负载流量图选取1.0Mpa，可查得MOOG公司D660系列伺服阀中的0662可以满足要求。

D662伺服阀在压降1MPa下的输出流量为250L/min。

3阀类元件及辅助元件计算与选择

3.1要求

（1）.动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。

油液流过时压力损失小。

（2）.密封性能好。

结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大

3.2液压阀的选择

根据液压系统压力、流量选择液压元件，各元件型号如表：

主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格：

表3-1液压元件选型表

名称

型号

数量

高压溢流阀

DBDS10P10/20

2

蓄能器

NXQA*10/31.5-L-Y

1

单向阀

S10P5·

溢流阀

DBDS20P10/10

DBDS20P10/5

电液伺服阀

D662

粗过滤器

XU-J160x100

高压过滤器

ZU-H160x5DL

回油过滤器

RFA-40x10

冷却器

GLC1-1.3

3.3管道尺寸的确定

油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。

本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P=31.25MPa

，钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。

本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。

尼龙管用在低压系统；

塑料管一般用在回油管用。

胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。

胶管分高、低压两种。

高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。

低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。

由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。

1.管接头的选用：

管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。

管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：

焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。

管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。

锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；

细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。

液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等），管系的设计（包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。

国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除——即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。

这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在40~55Mpa的工作压力下不出现泄漏。

本设计根据需要，选择卡套式管接头。

要求采用冷拔无缝钢管。

2.管道内径计算：

式中Q——通过管道内的流量

v——管内允许流速

，见表4-2：

表3-2允许流速推荐值

油液流经的管道

推荐流速m/s

液压泵吸油管

0.5~1.5

液压系统压油管道

3~6，压力高，管道短粘度小取大值

液压系统回油管道

1.5~2.6

（1）液压缸压油管道的内径：

取v=4m/s

根据《机械设计手册》查得：

取d=20mm,钢管的外径D=28mm;

管接头联接螺纹M27×

2。

（2）液压泵回油管道的内径：

取v=2.4m/s

取d=25mm,钢管的外径D=34mm;

管接头联接螺纹M33×

3.管道壁厚

的计算

式中：

p——管道内最高工作压力Pa

d——管道内径m

——管道材料的许用应力Pa，

——管道材料的抗拉强度Pa

n——安全系数，对钢管来说，

时，取n=8；

时，

取n=6；

时，取n=4。

根据上述的参数可以得到：

选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度

=600MPa;

（1）液压泵压油管道的壁厚

（2）.液压泵回油管道的壁厚

所以所选管道适用。

4液压站的组成

液压站通常由液压泵组、油箱组件、温控组件、过滤器组建和蓄能器租价那五个相对独立的部分组成，见表4.1.1.尽管五个部分相对独立，但在液压泵站的设计和使用中，出了根据机器设备的工矿特点和使用的具体要求合理进行取舍外，经常需要将它们进行适当的组合，合理组成一个部件。

例如，油箱上常需要将温控组件中的温度计、过滤器组建作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等等。

表4-1液压站的组成

组成部分

包含元器件

作用

液压

泵组

液压泵

将原动机的机械能转换为液压能

原动机

驱动液压泵

联轴器

连接原动机和液压泵

传动底座

安装和固定液压泵及原动机

油箱

组件

存储油液、安装元件

液位计

显示和观察液面高度

通气过滤器

注油、过滤空气

放油塞

放油

控温

温度计

显示观察油液温度

温度传感器

检测并控制油温

加热器

油液加热

油液冷却

过滤组件

各类过滤器

分离油液中的固体颗粒

蓄能、吸收液压脉动和冲击

支撑台架

安装蓄能器

液压站的类型

1.按液压泵组布置方式分类1.上置式液压站2.非上置式液压站3.柜式和便携式液压站

2.按液压泵组的驱动方式分类1.电动型2.机动型3.手动型

3.按液压泵组输出压力高低和流量特性分类

按液压泵组输出压力高低可将液压泵站分为低压、中亚、高压和超高压等类型；

按液压泵组输出流量特性可将液压站分为定量式和变量式两种。

5油箱的设计

5.1.油箱的功能

液压油箱，他往往是一个功能组件，在液压站中的主要功能是存储液压油、散发油液热量、逸出空气及消除泡沫和安装元件等，其详细说明如表5-1所列。

表5-1油箱在液压系统中的主要功能

序号

说明

存储液压油液

油箱必须能够存放液压系统中的工作循环所需要的油量。

散发油液热量

液压系统工作工程中的容积损失和机械损失导致油液温度升高。

油液从系统中带回来的任梁有很大一部分考油箱散发到周围空气中。

3

逸出空气及消除泡沫

液压系统低压区压力低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或也为过低时由漩涡作用引起泵吸入空气、回油的搅动作用等都是形成气泡的原因。

4

安装元件

在中小型设备的液压系统中，往往吧液压泵组和一些阀或整个液压控制装置直接安装在油箱顶板上。

5.2油箱的容量

液压油箱的作用是贮存液压油、充分供给液压系统一定温度范围的清洁油液，并对回油进行冷却，分离出所含的杂质和气泡。

1）液压油箱有效容积的确定

液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。

液压油箱的有效容量

可概略地确定为：

系统类型

低压系统（

）

中压系统（

中高压或大功率系统（

2~4

5~7

6~12

表5-2有效容积的大小

根据实际设计需要，选择的P=21MPa，所以此系统属于中高压系统

，所以取：

式中

－液压油箱有效容量；

－液压泵额定流量。

参照《机械设计手册》机械的油箱容积通常取为每分钟流量的6-12倍。

即：

取

应当注意：

设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。

为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的80%。

所以，实际油箱的体积为：

2）液压油箱的外形尺寸设计

液压油箱的有效面积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般设计尺寸比（长：

宽：

高）为1：

1：

1~1：

2：

3。

但有时为了提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大，本设计中的油箱根据液压泵与电动机的联接方式的需要以及安装其它液压元