【正文】 蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁 共 24 頁 1 引言 計(jì)量的意義和作用 人類為了生存和發(fā)展，必須認(rèn)識自然、利用自然和改造自然，而自然界的一切現(xiàn)象或物質(zhì)，是通過一定的“量”來描述和體現(xiàn)的。也就是說：“量是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性?！币虼耍J(rèn)識大千世界和造福人類，就必須對各種“量”進(jìn)行分析確認(rèn)，既要區(qū)分量的性質(zhì)，又要確定其量值。計(jì)量正是達(dá)到這種目的的重要手段之一。 計(jì)量是關(guān)于測量的科學(xué)，是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠和與國際一致的科學(xué)和管理活動。實(shí)際上，人類在科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)活動和社會活動中，每時(shí)每刻都離不開計(jì)量。眾所 周知，尺子、秤、電表、秒表、煤氣表都是用于計(jì)量的，計(jì)量已經(jīng)滲透到了人類工作、學(xué)習(xí)、生活的各個方面，人們在不知不覺當(dāng)中，應(yīng)用和享用了計(jì)量知識和技術(shù)。計(jì)量與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域息息相關(guān)，無論是人類的衣食住行、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究，還是國內(nèi)外貿(mào)易，處處都離不開計(jì)量?，F(xiàn)代計(jì)量已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。此外，大量的事實(shí)證明，物理學(xué)上的許多重要發(fā)展，都是在精密計(jì)量測試的基礎(chǔ)上取得的。而許多國防尖端技術(shù)的突破，也和計(jì)量測試分不開。因此，從這個意義上說，可以將科學(xué)技術(shù)和計(jì)量的關(guān)系概括為一句話：“ 科技要發(fā)展，計(jì)量須先行”。 蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁 共 24 頁 計(jì)量的對象及發(fā)展 在相當(dāng)長的時(shí)間里，計(jì)量的對象主要是物理量，隨著科技進(jìn)步和社會發(fā)展，逐漸擴(kuò)展到工程量、化學(xué)量、生理量，甚至心理量。目前的計(jì)量，早已不再停留在以往度量衡的基礎(chǔ)上，而是形成了一門獨(dú)立的學(xué)科 —— 計(jì)量學(xué)，涉及長度、溫度、力學(xué)、電磁學(xué)、無線電、時(shí)間頻率、光學(xué)、電離輻射、聲學(xué)和化學(xué)等各種專業(yè)，即所謂的十大計(jì)量。 《計(jì)量法》的實(shí)施 為了在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一計(jì)量制度， 1959年 6月 25日國務(wù)院發(fā)布“關(guān)于統(tǒng)一計(jì)量制度的命令”，確定以當(dāng)時(shí)的公制 即后來的國際單位制，為國家基本計(jì)量制度。 1985年 9月 6日全國人大常委會通過“中華人民共和國計(jì)量法”，與此同時(shí)，在 1985年我國還加入了國際法制計(jì)量組織（ OIML），這標(biāo)志著中國的計(jì)量工作納入了法制管理的軌道，計(jì)量法律、法規(guī)體系已基本完備，并已經(jīng)與國際法制計(jì)量接軌。 法制計(jì)量 計(jì)量的內(nèi)容和含義十分廣泛，而法制計(jì)量是計(jì)量中一個重要的概念，對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防科技和人民生活都是必不可少且至關(guān)重要的。計(jì)量院作為國家法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，在《計(jì)量法》實(shí)施 20年的時(shí)間里，建立并不斷改進(jìn)計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)；加強(qiáng)國際合 作與交流，增強(qiáng)國際地位；開展強(qiáng)制檢定，保障人民生命安全；受國家質(zhì)檢總局委托，承擔(dān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核和計(jì)量器具型式批準(zhǔn)試驗(yàn)任務(wù)。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 24 頁 力學(xué)處測力室是計(jì)量院建立最早的實(shí)驗(yàn)室之一。該實(shí)驗(yàn)室研制并保存的 20MN基準(zhǔn)測力機(jī)是目前國內(nèi)最大的超重型精密力值計(jì)量裝置。它首次把靜壓潤滑技術(shù)應(yīng)用于單缸結(jié)構(gòu)的工作缸塞系統(tǒng)中 ,制造技術(shù)難度大 ,全部零件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。 1990年通過原國家技術(shù)監(jiān)督局鑒定 ,達(dá)到國際先進(jìn)水平。 1992年被批準(zhǔn)為大力值國家基準(zhǔn) ,1996年獲得國家科技進(jìn)步一等獎。它的應(yīng)用為大型工程項(xiàng)目 科研與技術(shù)開發(fā)提供了精密的測試手段，提高了對工程結(jié)構(gòu)和高層建筑安全受力狀態(tài)的檢測水平 ,也為航空航天技術(shù)總體精度的提高創(chuàng)造了必要條件。 20MN基準(zhǔn)測力機(jī)的力值準(zhǔn)確度優(yōu)于 1 10－ 4 ,力值變動度優(yōu)于 1 10－ 4 ,靈敏限優(yōu)于 2 10－ 5 。 1990年 10月 ,計(jì)量院與日本 NRLM進(jìn)行大力值比對。中日兩臺 20MN基準(zhǔn)機(jī)力值比對的結(jié)果一致性約在 1 10－ 4，我國的 20MN基準(zhǔn)機(jī)力值波動度處于 10－ 5 量級 ,優(yōu)于日本 20MN機(jī)一個數(shù)量級 ,充分顯示了靜壓潤滑工作缸塞系統(tǒng)的優(yōu)良性能和先進(jìn)水平。 德國物理技術(shù)研究院 (PTB) 的 液壓式測力機(jī)采用了十分復(fù)雜的四缸并聯(lián)動壓潤滑方案 , 對制造水平、加工工藝要求較高 , 而且成本也十分昂貴 , 日本國家計(jì)量研究所 (NRLM )的 20MN 液壓式測力機(jī)采用傳統(tǒng)的單缸動壓潤滑結(jié)構(gòu) , 投資是我國 20MN 測力機(jī)的八倍。 2 液壓測力裝置提出和意義 在工業(yè)生產(chǎn)中，測量兩個物體之間夾緊力的大小是實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常要遇到的問題。一般常規(guī)的測量方法比較多，譬如利用彈簧、應(yīng)變片的方法等，但在某些場合下使用常規(guī)的測量方法往往有很多不便，如要測量制動器抱閘的夾緊力，要測量圓柱形電極接電連接 頭之間夾緊力等。 而液壓式測量裝置可以很好的解決上述問題。 總體上，測力計(jì)量在工業(yè)生產(chǎn)、建筑、國防等領(lǐng)域中具有非常重要的作用。各種類型的測力裝置可以產(chǎn)生準(zhǔn)確的力值 , 作為一個國家力值的基 (標(biāo) ) 準(zhǔn) , 在國家整個力值傳遞 (溯源 ) 系統(tǒng)中占有十分重要的地位。與其他類型測力裝置相比 , 液壓式測力裝置可以測量很大的力 , 適用于大力值計(jì)量領(lǐng)域。 3 液壓測力裝置的原理 蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 共 24 頁 液壓式測力裝置是以帕斯卡原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制造的。帕斯卡定律指出 , 密閉容器內(nèi)的液體向各個方向施加相等的壓力 , 根據(jù)這一原理 , 作用于封閉液體的外力 , 以 相等的壓力向限制液體的容器或管道的表面?zhèn)鬟f。因而 , 在液壓式測力機(jī)的液壓系統(tǒng)中 , 作用于小面積的測力活塞上的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重力 W , 會在大面積的工作活塞上產(chǎn)生一個大的標(biāo)準(zhǔn)力值 F, 作用到待檢的測力計(jì)或測力傳感器上 , 如圖 1 所示。油液在油缸、活塞間隙中的泄漏由泵站提供的壓力為 P 的高壓油補(bǔ)給 , 從而使系統(tǒng)接近于液壓平衡。設(shè)計(jì)、制造液壓式測力機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵在于油缸和活塞之間不能存在任何的機(jī)械摩擦 , 而只能有液體摩擦。同時(shí) , 為了盡量減小缸塞間的漏油量 , 以保證全機(jī)處于液壓平衡狀態(tài) , 要求缸塞間的配合間隙極小 (單邊 間隙一般不得超過幾十微米 )。 無論采用何種方案解決這一關(guān)鍵問題 , 不僅要以嚴(yán)謹(jǐn)、可靠的理論為基礎(chǔ) , 還要考慮加工工藝、制造成本等諸多實(shí)際因素。傳統(tǒng)的解決方法是采用“動壓潤滑”的方法 , 即油缸圍繞活塞旋轉(zhuǎn) , 從而在缸塞間建立液體摩擦。這一方法對有效面積較小的測力缸塞系統(tǒng)而言 , 不難實(shí)現(xiàn) , 但對于有效面積較大的工作缸塞系統(tǒng)來說 , 卻存在以下兩點(diǎn)問題。 一是由于油缸旋轉(zhuǎn) , 使缸塞相對位置不斷變化 , 因而漏油量也不斷變化 , 整個液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很難保持穩(wěn)定 , 結(jié)果造成測力機(jī)的波動度較大 。 二是制造工藝復(fù)雜 ,成本 較高。 本文介紹一種液壓式測力裝置，用它既可以測量圓形二物體之間的夾緊力，通過改變前后頂頭的形狀，又可用來測量非圓柱形物體之間的夾緊力，而且通過裝置上的壓力表可直接讀出被測量物體之間夾緊力的大小。裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便。 蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 共 24 頁 4 總體設(shè)計(jì) 油缸的選用與校核 內(nèi)徑大小和內(nèi)桶的長度的確定是液壓式測力裝置測量范圍的重要參數(shù)，壁厚的確定是液壓測力裝置穩(wěn)定性和安全性的重要參數(shù)之一。 在靜止液體中，任意一點(diǎn)所受到各方向的壓力都相等。 靜止液體中某一微小面積 A? 么上受法向作用力 F? 隊(duì)其壓力可用下式表示，0limAFp A???? ? 靜止液體和固體壁面相接觸時(shí)，固體壁面上各點(diǎn)在萊一方向上所受靜壓作用力的總和。便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。 固體壁面為一平面時(shí)，如不計(jì)重力作用 (即忽略 gh? 項(xiàng) )，平面上各點(diǎn)處的靜壓力大小相等，作用在固體壁面上的力等于靜壓力與承壓面積的乘積，即 F＝ pA，其作用方向垂直于壁面。 當(dāng)固體壁面為一 曲面時(shí)，情況就不同了：曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。 蘇州市職業(yè)