【正文】 . 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)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?，要認(rèn)識(shí)大千世界和造福人類，就必須對(duì)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(cè)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(guó)際一致的科學(xué)和管理活動(dòng)。實(shí)際上，人類在科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)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(gè)方面，人們?cè)诓恢挥X當(dāng)中，應(yīng)用和享用了計(jì)量知識(shí)和技術(shù)。計(jì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)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(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究，還是國(guó)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(guó)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(cè)試的基礎(chǔ)上取得的。而許多國(guó)防尖端技術(shù)的突破，也和計(jì)量測(cè)試分不開。因此，從這個(gè)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”。 計(jì)量的對(duì)象及發(fā)展 在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，計(jì)量的對(duì)象主要是物理量，隨著科技進(jìn)步和社會(huì)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(zhǎng)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(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一計(jì)量制度， 1959年 6月 25日國(guó)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(guó)際單位 制，為國(guó)家基本計(jì)量制度。 1985年 9月 6日全國(guó)人大常委會(huì)通過“中華人民共和國(guó)計(jì)量法”，與此同時(shí)，在 1985年我國(guó)還加入了國(guó)際法制計(jì)量組織（ OIML），這標(biāo)志著中國(guó)的計(jì)量工作納入了法制管理. 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的軌道，計(jì)量法律、法規(guī)體系已基本完備，并已經(jīng)與國(guó)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(gè)重要的概念，對(duì)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)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(guó)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(guó)際合作與交流，增強(qiáng)國(guó) 際地位；開展強(qiáng)制檢定，保障人民生命安全；受國(guó)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 力學(xué)處測(cè)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(cè)力機(jī)是目前國(guó)內(nèi)最大的超重型精密力值計(jì)量裝置。它首次把靜壓潤(rùn)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(guó)產(chǎn)化。 1990年通過原國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局鑒定 ,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 1992年被批準(zhǔn)為大力值國(guó)家基準(zhǔn) ,1996年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。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(cè)試手 段，提高了對(duì)工程結(jié)構(gòu)和高層建筑安全受力狀態(tài)的檢測(cè)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(cè)力機(jī)的力值準(zhǔn)確度優(yōu)于 1 10－ 4 ,力值變動(dòng)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(duì)。中日兩臺(tái) 20MN基準(zhǔn)機(jī)力值比對(duì)的結(jié)果一致性約在 1 10－ 4，我國(guó)的 20MN基準(zhǔn)機(jī)力值波動(dòng)度處于 10－ 5 量級(jí) ,優(yōu)于日本 20MN機(jī)一個(gè)數(shù)量級(jí) ,充分顯示了靜壓潤(rùn)滑工作缸塞系統(tǒng)的優(yōu)良性能和先進(jìn)水平。 德國(guó)物理技術(shù)研究院 (PTB) 的 液壓式 測(cè)力機(jī)采用了十分復(fù)雜的四缸并聯(lián)動(dòng)壓潤(rùn)滑方案 , 對(duì)制造水平、加工工藝要求較高 , 而且成本也十分昂貴 , 日本國(guó)家計(jì)量研究所 (NRLM )的 20MN 液壓式測(cè)力機(jī)采用傳統(tǒng)的單缸動(dòng)壓潤(rùn)滑結(jié)構(gòu) , 投資是我國(guó) 20MN 測(cè)力機(jī)的八倍。 2 液壓測(cè)力裝置提出和意義 在工業(yè)生產(chǎn)中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)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(cè)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(chǎng)合下使用常規(guī)的測(cè)量方法往往有很多不便，如要測(cè)量制動(dòng)器抱閘的夾緊力，要測(cè)量圓柱形電極接電連接頭之間夾緊力等。 而液壓式測(cè)量裝置 可以很好的解決上述問題。. 畢業(yè)設(shè)計(jì) 總體上，測(cè)力計(jì)量在工業(yè)生產(chǎn)、建筑、國(guó)防等領(lǐng)域中具有非常重要的作用。各種類型的測(cè)力裝置可以產(chǎn)生準(zhǔn)確的力值 , 作為一個(gè)國(guó)家力值的基 (標(biāo) ) 準(zhǔn) , 在國(guó)家整個(gè)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(cè)力裝置相比 , 液壓式測(cè)力裝置可以測(cè)量很大的力 , 適用于大力值計(jì)量領(lǐng)域。 3 液壓測(cè)力裝置的原理 液壓式測(cè)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(gè)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(cè)力機(jī)的液壓系統(tǒng)中 , 作用于小面積的測(cè)力活塞上的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重力 W , 會(huì)在大面積的工作活塞上產(chǎn)生一個(gè)大的標(biāo)準(zhǔn)力值 F, 作用到待檢的測(cè)力計(jì)或測(cè)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(cè)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(dòng)壓潤(rùn)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(duì)有效面積較小的測(cè)力缸塞系統(tǒng)而言 , 不難實(shí)現(xiàn) , 但對(duì)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(duì)位置不斷變化 , 因而漏油量也不斷變化 , 整個(gè)液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很難保持穩(wěn)定 , 結(jié)果造成測(cè)力機(jī)的波動(dòng)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(cè)力裝置 ，用它既可以測(cè)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(cè)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(cè)量物體之間夾緊力的大小。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用方便。 . 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(zhǎng)度的確定是液壓式測(cè)力裝置測(cè)量范圍的重要參數(shù)，壁厚的確定是液壓測(cè)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。 . 畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 2 作用在曲面上的力 缸筒壁厚的校核 當(dāng)缸簡(jiǎn)壁厚 10D?? 時(shí)，可按薄壁圓筒的計(jì)算公式校驗(yàn)其強(qiáng)度。即： ? ?2YpDmm? ?? 式中 Yp —— 缸筒試驗(yàn)壓力，比最大工作壓力大 20一 30％； D—— 缸筒內(nèi)徑； [6]—— 缸筒材料許用應(yīng)力， ? ? bn?? ? ； b? 為材料抗拉強(qiáng)度， n為安全系數(shù)，一般取 n＝ 3~5。 圖 3 缸體 當(dāng)缸筒壁厚 10D?? 時(shí)，按厚壁圓筒公式校驗(yàn)，即： . 畢業(yè)設(shè)計(jì) ? ?? ? 12 YYpD mmp????????????? 中低壓液壓缸的缸簡(jiǎn)壁厚常根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝的需要來確定，其強(qiáng)度一般不是主要問題。 本裝 置缸體材料用 45鋼，直徑 D為 205mm，壁厚 ? 為 ，屬于厚壁圓筒，料抗拉強(qiáng)度 b? 為 600MPa，帶入公式校核合格。 活塞的選用與校核 活塞外表面的粗糙度和精度是決定改液壓測(cè)力裝置精度和靈敏度的重要條件，它的密封首先用活塞圈，再用兩個(gè) O型密封圈，經(jīng)檢驗(yàn)，密封合格。 圖 3 活塞 用 45鋼成型后，先淬火，然后滲碳，注意須放置時(shí)，要垂直放置，或懸掛 。 壓力表的選用 一般選擇壓力表的常用工作點(diǎn)在其全量 程的 2／ 3左右時(shí)最為理想。因此 P =Ps／ (2／ 3)=16／ (2／ 3)=24MPa 式中 Ps— — 油缸的常用工作壓力 20MPa Pp— — 所選壓力表的量程根據(jù)工廠的實(shí)際情況 所以決定選用 30MPa 的壓力表。 密封圈的選用 由于該液壓測(cè)力裝置是測(cè)量比較大的里，要求密封圈既能承受足夠大的壓強(qiáng)，又要盡量減少泄漏。 . 畢業(yè)設(shè)計(jì) 液壓缸的密封 液壓缸是依靠密封的工作容積變化來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的。因此要求兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間形成的空間應(yīng)是密封的。不使油液從進(jìn)油腔泄漏至回油腔，更不允許泄漏到缸體外面，若 密封不良不僅使液壓缸的性能和效率降低，甚致失去工作能力，因此，對(duì)液壓缸的密封提出以下要求： （ 1）在額定工作壓力下，保證良好的密封，使其減少泄漏。 （ 2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件間，密封裝置引起的摩擦力要小，不允許有卡死或爬行現(xiàn)象。 （ 3）密封元件的加工工藝和裝配簡(jiǎn)單。即制造容易，成本低，適于組織集中生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。 （ 4）耐磨性好，工作壽命長(zhǎng)，磨損后在一定程度上能自動(dòng)補(bǔ)償。 本裝置選用的是 O 型密封圈，通常安裝在矩形的溝槽中，用于固定件或往復(fù)運(yùn)動(dòng)件間的密封。具有以下一些特點(diǎn)： （ 1） 密封性較好，壽命較長(zhǎng)； （ 2） 用一個(gè)密封圈 可起到雙向密封的作用； （ 3） 懂摩擦阻力小； （ 4） 對(duì)油液的種類，溫度和壓力適應(yīng)性較強(qiáng)； （ 5） 體積小，重量輕，成本??； （ 6） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸簡(jiǎn)單； （ 7） 既可做動(dòng)密封，又可做靜密封； （ 8） 可在較大溫度范圍內(nèi)工作。 排氣閥的選用 如果沒有排氣閥的設(shè)置，壓力油進(jìn)入缸腔后，缸內(nèi)仍會(huì)有客氣，由于空氣具有壓縮性和滯后性，影響測(cè)力裝置的準(zhǔn)確性。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，出來阻止空氣進(jìn)入外，必須在缸體上安設(shè)排氣閥。排氣閥的位置要合理，一遍安裝后調(diào)試前排除缸體內(nèi)部的空氣。由于空氣比油輕，總是向上浮動(dòng)，不會(huì)讓空氣有積存的殘留死角 。 頂頭的 設(shè)計(jì) 由于該液壓測(cè)力裝置在各種不同的環(huán)境條件下使用，有著不同的測(cè)量條件需要滿足，所以塞給出兩個(gè)成套的頂頭，以便在不同的環(huán)境中，可以很好的和被測(cè)量物. 畢業(yè)設(shè)計(jì) 體貼合