【正文】 80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認 。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術 的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。 圖 HJD4 型機電一體化教學實驗設備 國內(nèi)外發(fā)展狀況 機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段： (1)20世紀 60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。實驗過程接近實際機電產(chǎn)品的組裝調(diào)試過程，實戰(zhàn)性強。如 HJD4型機電一體化教學實驗設備。 [17] 機電一體化實驗臺 概述 實驗是科學研究與探索的重要手段，也是學生掌握知識和基本技能的重要環(huán)節(jié)。機械電子學系統(tǒng)主要由機械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。機電一體化最早出現(xiàn)在 1971 年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用 ,機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展。同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應的軟件 ,利用軟件技術可以實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能 ,使機械系統(tǒng)增加柔性。為培養(yǎng)學生具有機、電、液一定的理論知識和較強的實踐技能；具有機械加工設備的初步操作技能和數(shù)控加工、數(shù)控編程的能力；具備從事機電技術必需的理論知識和綜合職業(yè)能力的機電設備、自動化設備和生產(chǎn)線的運行與維護人員，并具有設備改造能力的高等技術綜合性應用型人才。 機電一體化實驗內(nèi)容涉及機械、電氣、計算機技術、通訊技術、液壓等方面技術，覆蓋面廣，綜合性強。 學生可根據(jù)自己的構(gòu)思進行創(chuàng)新設計。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。 (2)20世紀 7080年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展 。 我國是從 20世紀 80年代初才開始進行這方面的研究和應用。但與日本等先進國家相比，仍有相當差距 ，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統(tǒng)攻關，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術和產(chǎn)品，以期在“十 二 五”后期立于世界先進行列之中 [17]。我國關于機電一體化設備的發(fā)展比較快，而且社會對其需求任然巨大。 第二章 設計 任務 的主要方案 本課題將要完成的主要任務 結(jié)合實際 應用 ，對 實驗臺液壓系統(tǒng)進行 設計，其中包括各種參數(shù)的計算，各種部件的選擇，以及設計 圖紙 。 177。 液壓執(zhí)行器設計壓力的選取 實際設計工作中，應綜合考慮執(zhí)行器及其他液壓元件、輔件的尺寸、質(zhì)量加工工藝性、成本及系統(tǒng)的可靠性和效率等因素。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。 液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時 間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制連續(xù)的動作。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。 [14] 本章小結(jié) 本章主要闡述設計任務的主要方案，在 設計前認真研究設計任務書，準備好設計資料；同類型 設計題目的同學之間相互討論、研究，確定最好方案；將設計計算的演算結(jié)果記載完整；設計過程中貫徹“三邊”方法，即邊算、邊畫、邊改，設計草圖完成后先交指導老師審閱后再修改加深；在張 玉峰 老師的指導下，通過畢業(yè)設計學會綜合運用所學的液壓傳動技術、自動控制系統(tǒng)、機電一體化等基礎知識來分析問題和解決實際問題的方法和基本思路，使自己受到工程設計和科學研究得到初步訓練，并擁有獨自設計和解決問題的能力。因此得到了廣泛的應用。根據(jù)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，可將其分為齒輪式，葉片式，柱塞 式（又分軸向柱塞式和徑向柱塞式）。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不是很經(jīng)濟；反之，壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設備成本。 活塞桿外徑 d與活塞直徑 D的關系，令桿徑比 ? =d/D，其比值可按表 和表 進行 選取 。最大工作負載 F=700N，根據(jù)參考文獻，初步選定工作壓力為 P=1MP，由此初步定出缸內(nèi)徑： 4 4 7 0 0 2 9 .8 63 .1 4 1FD m mp? ?? ? ?? 活塞桿外徑： d== 根據(jù)標準，選取液壓缸內(nèi)徑系列 D=32mm， d=16mm。 2）穩(wěn)定性校核 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當活塞桿的計算長度 l 與活塞桿直徑 d 之比大于 10時（即 10ld? ） ,應該校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。 表 缸徑 /mm 液壓缸外徑 /mm P16Mpa 20Mpa 25Mpa 40 50 50 50 54 50 60 60 60 63 76 76 76 83 80 95 95 95 102 90 108 108 108 114 100 121 121 121 127 110 133 133 133 140 125 146 146 146 152 140 168 168 168 168 160 194 194 194 194 180 219 219 219 219 200 245 245 245 245 2） 最小導向長度 導向套在油缸中的位置如下圖 所示。 L1=（ ～ 1)d B=(～ L)D 活 塞桿全部外伸時，從活塞支撐面重點到導向滑動面中點的距離為活塞的最小導向長度 H，如果最小導向長度過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響其穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有最小導向長度，對于一般的液壓缸，液壓缸最大行程為 S，缸筒內(nèi) 徑為 D 時 活塞桿運動時，伸出油缸最大長度時，要注意活塞與導向套兩零件中點間距離 L 值的控制。 隔套的長度由最小導向長度 H 確定。 夾具液壓缸的結(jié)構(gòu)設計 液壓缸是將液壓系統(tǒng)的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，在該 系統(tǒng)中，液壓缸將活塞桿的伸縮運動通過一系列的機械結(jié)構(gòu)組合轉(zhuǎn)化為 夾具的夾緊松開 。 代入數(shù)據(jù)： 2 .50 .4 3 3 0 .0 5100? ??= 缸筒底部厚度應根據(jù)工藝要求適當加厚，如在缸筒上設置油口或排氣閥，均應增大缸筒底部厚度。 缸筒內(nèi)徑應進行研磨。 當缸蓋自身作為活塞桿導向套時，最好用鑄鐵，并在導向表面堆镕黃銅，青銅和其他耐磨材料?；钊c活塞桿的連接有螺紋式和半環(huán)式等，前者結(jié)構(gòu)簡單，但需要螺母防松裝置；后者結(jié)構(gòu)復雜，但工作較可靠。 活塞外徑公差 f8 ，與活塞桿的配合一般為 H8/h8 ，外徑粗糙度 aR m??? ，外徑對活塞孔的跳動不大于外徑公差的一半，外徑的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。 活塞桿在粗加工后調(diào)質(zhì)，硬度為 229285HB ，必要時可以進行高頻淬火，厚度，硬度為 4555HRC 。 導向套尺寸主要是指支撐長度，通常根據(jù)活塞桿直徑，導向套形式，導向套材料的承壓能力，可能遇到的最大側(cè)向負載等因素確定。 當活塞的緩沖柱塞進入端蓋凹腔后，圓環(huán)形的回油腔中的油液只能通過節(jié)流閥流出，這就使活塞制動。一般把排氣裝置安裝在液壓缸兩端蓋的最高處。密封裝置選用、安裝不當，又直接關系到缸的摩擦阻力和機械效率，還影響著缸的動、靜態(tài)性能。在缸筒 和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。O行密封圈也 可用于往復運動的動密封，但由于作動密封時，靜摩擦系數(shù)較大，啟動阻力較大，壽命不長，加之性能優(yōu)良的唇形密封和其他壓緊行密封日益廣泛的使用，所以，僅在一般工況及成本要求低的場合有所應用。根據(jù)截面長寬比例的不同，可分為寬截面和窄截面兩種形式。 [12] 本章小結(jié) 本章在明確設計要求的基礎上，對執(zhí)行元件 做了設計計算， 液壓缸的設計是在選定了工作壓力 ， 分析 了它 的工作狀況 之后進行的：先根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，然后按負載情況、運動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸， 給出了個參數(shù)的計算 ，進行強度、穩(wěn)定性驗算，最后再進行結(jié) 構(gòu)設計 。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設計要求一樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應盡可能結(jié)構(gòu)簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠 。因為系統(tǒng)是小功率系統(tǒng)，所以效率和發(fā)熱問題不突出，可以不考慮。 直動式電磁換向閥用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力直接推到換向閥閥芯換向的閥稱為直動式電磁閥。選用電磁閥時應注意如下幾點：閥的工作機能要符合執(zhí)行機構(gòu)的要求，據(jù)此確定采用閥的型式（二位或三位，單電或雙電，二通或三通 、四通、五通 ）；閥的孔徑是否允許通過額定流量；閥的工作壓力等級；電磁線圈采用交流或直流，以及電壓等級等都要與控制電路一致，并應考慮通電持續(xù)力。 綜上所述，并作出適當?shù)男薷?，畫出液壓系統(tǒng)圖，如下圖所示。 使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。 初算時，節(jié)流調(diào)速和比較簡單的油路可以取 ? ,對于進油路有調(diào)速閥和管路比較 復雜的系統(tǒng)可以取 ? 。 3 / m inpQL? ? ? 綜上，由機械設計手冊查得 CBB16 型外嚙合齒輪泵滿足要求，其技術規(guī)格如下： 型號： CBB16 排量： 16mL/r 轉(zhuǎn)速： 1450r/min 額定壓力： , 生產(chǎn)廠家：榆次液壓件廠 液壓閥的選擇 液壓閥用來液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和流動方向，以滿足執(zhí)行機構(gòu)性能要求，對液壓閥的基本要求：動作靈敏，作用可靠；工作時沖擊、振動??；油液流過閥時的壓力損失??；密封性能好，閥的機構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、維修都方便；閥的通用性好等。 電磁控制換向閥是利用電磁力使閥芯迅速移動換向的，與液壓傳動中的電磁閥一樣，也由電磁鐵和主閥兩部分組成。 三位四通換向閥：選擇 O 型，實現(xiàn)中途等待過程 兩位四通換向閥：實現(xiàn)正反向運動 的轉(zhuǎn)換 單向調(diào)速閥：調(diào)速功能 溢流閥：調(diào)速穩(wěn)壓 生產(chǎn)廠家：武漢液壓件廠 表 閥 類元件 明細表 序號 元件名稱 數(shù)量 規(guī)格型號 1 三位四通換向閥 2 4WE10E20 2 兩位四通換向閥 2 4WE10C20 3 單向調(diào)速閥 4 2FRM1021 4 壓力繼電器 1 HED2O 5 溢流閥 1 YF310B 電機的選擇 1） 液壓系統(tǒng)實際需要的輸入功率是選擇電機的主要依據(jù)，由于液壓泵存在容積損失和機械損失，為滿足液壓泵向系統(tǒng)輸出所需要的的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于它 的輸出功率，液壓泵實際需要的輸入功率為： 776 1 0 6 1 0 ti mPqPqP ?????? （ ） 式中： P— 液壓泵的實際最高工作壓力 ； q — 液壓泵的實際流量 ； iP — 液壓泵的輸入功率 ； tq — 液壓泵向系統(tǒng)輸出的理論流量 ； ? — 液壓泵的總效率 ， 見下表 ； m? — 液壓泵的機械效率 ； 7610? 換算系數(shù) 。 1）管道 在液壓系統(tǒng)中，主要使用的是硬管，它比軟管可 靠安全，而且經(jīng)濟。本液壓系統(tǒng)中可考慮使用 鋼 管。 管接頭的種類很多，其規(guī)格品種可查閱有關手冊。錐螺紋可依靠自身的錐體旋緊和采用四氟乙烯生料帶進密封，廣泛應用于中、低壓系統(tǒng)；細牙螺紋常在采用組合 墊圈或 O形圈，有時也采用紫銅墊圈進行端面密封后用于高壓液壓系統(tǒng)。管路安裝前應根據(jù)設計要求正確選擇油管和管接頭。 表 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機械 ? 1— 2 2— 4 5— 7 6— 12 10 油箱容量定為： ( 2 ~ 4) 19 .38 38 .76 ~ 77 .6pV Q L?? ? ? ? 2） 散熱量計算 油箱中油液的溫度一般推薦為 30500C ，最高不超過 650C ，最低不低于 150C ，對于工具機及其它裝置，工作溫度允許在 40550C 。對于本套設備， T? 應小于 30C 。 經(jīng)計算， T? 30C 液壓油的選擇 液壓油是液壓傳動系統(tǒng)的工作介質(zhì)，又是液壓元件的潤滑劑。它是選擇用油的主要指標。 選擇液壓油時，應根據(jù)泵的種類、工作溫度、系統(tǒng)壓力等，確定適用粘度范圍，再選擇合適的液壓油品種。本章在明確設計要求的基礎上，對執(zhí)行元件， 做了設計計算，并分析了它在各階段的工作狀況。 第 五 章 液壓泵站 與液壓集成塊 液壓泵站 液壓泵站 是液壓系統(tǒng)的動力源，它向系統(tǒng)提供一定的壓力，流量和清潔的工作介質(zhì)，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，液壓泵站適用于主機與液壓裝置可以分離的各種液壓機械上。 液壓泵站通常有以下五個相對獨立的單元組合而成，它們是泵組，油箱組件，控溫組件，蓄能器組件，及過