人工關(guān)節(jié)仿生試驗(yàn)機(jī)液壓加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì),人工關(guān)節(jié)仿生試驗(yàn)機(jī)液壓加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì),人工關(guān)節(jié),仿生,試驗(yàn),實(shí)驗(yàn),液壓,加載,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 摘要 當(dāng)今世界，由于各類(lèi)的交通肇事，病理原因引起的骨骼的壞死或者病變，使得很多人都有骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕、骨質(zhì)增生等問(wèn)題，困擾著很多的家庭。為了幫助這一類(lèi)人，使其的生活更加便捷，很多的科學(xué)家在研究人體關(guān)節(jié)的更換實(shí)驗(yàn)。對(duì)關(guān)節(jié)的研究使得對(duì)人體摩擦方面也取得了不小的成果，以至于對(duì)人體關(guān)節(jié)的置換方面也取得的很大的成績(jī)，患者的痛苦得到變小。 其中最為重要的是液壓以及試驗(yàn)臺(tái)這兩個(gè)部分。首先通過(guò)查閱資料了解了大概的設(shè)計(jì)范圍，大致有傳動(dòng)部分和動(dòng)力部分以及最后的輸出部分組合而成。通過(guò)對(duì)髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性，明白了大概的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后通過(guò)液壓缸的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)模擬髖關(guān)節(jié)的受力情況。大致了解之后確定液壓系統(tǒng)工作原理，并且設(shè)計(jì)出液壓缸及液壓泵，并進(jìn)行計(jì)算、校核以及最終確認(rèn)。設(shè)計(jì)液壓回路以確保能模擬髖關(guān)節(jié)受力，來(lái)計(jì)算出準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，從而測(cè)出有關(guān)的摩擦學(xué)特性參數(shù)，為試驗(yàn)機(jī)提供可靠的數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞 人工仿生髖關(guān)節(jié); 試驗(yàn)機(jī)； 液壓回路； 摩擦學(xué) Abstract In today's world, due to all kinds of traffic accident, the pathological causes of bone necrosis or lesions, makes a lot of people have osteoporosis, arthritis, rheumatism, bone hyperplasia, concern for many families. To help these people make their lives easier, many scientists are studying the replacement of human joints. The research on joints has resulted in great achievements in human friction, so that the replacement of human joints has achieved great results, and the patient's pain has been alleviated. The most important of these are the hydraulic and the test bed. First, through the data access to understand the general design scope, roughly the transmission part and the power part and the final output part of the combination. Through the motion characteristics of the hip joint, the general motion rules were understood, and then the force of the hip joint was simulated by the motion of the hydraulic cylinder. The working principle of hydraulic system is determined, and the hydraulic cylinder and hydraulic pump are designed and calculated, checked and finally confirmed. The hydraulic circuit is designed to simulate the force of the hip joint, to calculate the accurate and reliable data, so as to detect the relevant tribological parameters and provide reliable data for the testing machine. Keywords Manipulator; Testing machine; Hydraulic circuit; tribology 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 概要 1 1.2 發(fā)展情況 1 1.3 材料各項(xiàng)指標(biāo) 2 1.4 系統(tǒng)的意義 3 2 髖關(guān)節(jié)工作原理 5 2.1 髖關(guān)節(jié)構(gòu)成 5 2.2 運(yùn)動(dòng)形式 5 2.3 試驗(yàn)機(jī)的工作原理 7 3 液壓部分主要元件元件的選用原理 9 3.1 液壓部分的設(shè)計(jì)過(guò)程 9 3.2 液壓系統(tǒng)的工作原理 10 3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3.4 液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算 15 3.4.1 液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算： 15 3.4.2 液壓泵的選取原理的計(jì)算： 16 3.5元器件的選用原理： 16 3.5.1液壓閥的分類(lèi)： 16 3.5.2各類(lèi)閥的選用： 16 3.5.3輔助元件的選用原理： 16 4 液壓缸主要部件的計(jì)算 20 4.1 缸筒 20 4.1.1 外部結(jié)構(gòu) 20 4.1.2 缸筒參數(shù)的選用原理 21 4.1.3 缸筒參數(shù)的計(jì)算 21 4.2 活塞的選擇及校核 23 4.2.1 活塞的選擇原理 23 4.2.2 連接方式選用原理 23 4.2.3 活塞的密封 23 4.2.4 活塞材料的選擇 25 4.2.5 活塞的選用原理 25 4.3 活塞桿的選取原理 26 4.3.1 活塞桿外形 26 4.3.2 材料的選擇原理 26 4.3.3 桿的參數(shù)選擇原理 27 5 液壓站的選擇原理 29 5.1液壓站的構(gòu)成 29 5.2站的選擇 29 5.3 其他的選擇原理 29 5.3.1 油箱的選用原理 29 5.3.2 油箱的主要要點(diǎn) 29 5.3.3 參數(shù)的選用原理 30 5.4系統(tǒng)組成的原理 30 5.4.1 組成使用原則 30 5.4.2 各個(gè)閥的布置原理 30 5.4.3 放置位置的說(shuō)明 30 5.5 試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 30 總結(jié) 32 致謝 33 參考文獻(xiàn) 34 1緒論 1.1概要 當(dāng)今世界，由于各類(lèi)的交通肇事，病理原因引起的骨骼的壞死或者病變，使得很多人都有骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕、骨質(zhì)增生等問(wèn)題，困擾著很多的家庭。為了幫助這一類(lèi)人，使其的生活更加便捷，很多的科學(xué)家在研究人體關(guān)節(jié)的更換實(shí)驗(yàn)。對(duì)關(guān)節(jié)的研究使得對(duì)人體摩擦方面也取得了不小的成果，以至于對(duì)人體關(guān)節(jié)的置換方面也取得的很大的成績(jī)，患者的疼痛得到變少。 我們所研究的這個(gè)其實(shí)還涉及了很多學(xué)科，不僅僅是醫(yī)學(xué)，還有摩擦學(xué)，生物學(xué)等等各式各樣的領(lǐng)域知識(shí)。通過(guò)我們所設(shè)計(jì)的裝置來(lái)一步步提高用來(lái)置換的髖關(guān)節(jié)材料，讓更多的人能夠得到更好的使用，從而使得患者的疼痛變少，來(lái)回饋社會(huì)。 我們的任務(wù)就是測(cè)試替代的材料是否符合要求，是否能夠找到更好的材料，能夠扔患者用的時(shí)間變得更加長(zhǎng)，從而幫助到患者。 意義： 1、 測(cè)試材料的各項(xiàng)性能指標(biāo) 2、 尋找高強(qiáng)度材料 3、 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，從而改善所以的系統(tǒng)。 目的： 1、 鍛煉自己?jiǎn)为?dú)思考、設(shè)計(jì)、查閱資料。 2、 嚴(yán)格的進(jìn)行各個(gè)部分的零件圖、裝配圖的繪畫(huà)，加深對(duì)畫(huà)圖軟件的運(yùn)用。 3、 加深了平時(shí)液壓這門(mén)學(xué)科的理解。 4、 學(xué)會(huì)了如何高效的完成工作。 1.2發(fā)展情況 眾所周知，人體骨骼在運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨頭之間會(huì)出現(xiàn)摩擦損耗，但是人體會(huì)分泌一種類(lèi)似潤(rùn)滑劑的東西來(lái)保護(hù)骨頭，從而減少摩擦產(chǎn)生的損耗。目前我們所研制的試驗(yàn)機(jī)并不能達(dá)到人體一樣的工作環(huán)境，所以在使用的時(shí)候，這些摩擦的損耗都會(huì)和周?chē)穷^融合在一起。至今為止，我們都沒(méi)有更好的方式來(lái)解決上述的問(wèn)題，所以這就是我們以后一直還要繼續(xù)的問(wèn)題：如何完全的如同人體一樣的去工作并且不會(huì)出現(xiàn)損耗的現(xiàn)象。只有這樣才能更好的幫助那些需要這項(xiàng)技術(shù)的人。 其次在實(shí)驗(yàn)中，單個(gè)關(guān)節(jié)摩擦出來(lái)的數(shù)據(jù)具有單一性，為了讓數(shù)據(jù)具有普遍性那么就需要多次長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣就很麻煩。所以我么這次試用了十臺(tái)同時(shí)工作。如果有必要可以更多臺(tái)一起工作。 1.3材料的各項(xiàng)指標(biāo) 人體是一很神奇的“東西”，可以近似的看成一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，而其中的關(guān)節(jié)這部分更是神奇。人的一生之中，關(guān)節(jié)要承受各式各樣的力。對(duì)于人體或許這不算什么，但是對(duì)于能夠替換的材料卻是很難的。所以對(duì)它的要求很高。若下面幾點(diǎn)： 1、 生物相容性 就如我們上面所說(shuō)的，摩擦產(chǎn)生的損耗的小顆粒，所以就需要材料的性能很強(qiáng)，大致都要和人的一樣，例如承載，受力，變形等等。還有就是這些東西和人體混在一起的時(shí)候不會(huì)對(duì)產(chǎn)生危害，并且配合要完美。 2、 生物摩擦學(xué)性能 盡可能的減小摩擦的消耗，消耗對(duì)于人不會(huì)產(chǎn)生危害，不容易出現(xiàn)變形。 3、 抗腐蝕、耐疲勞性能 材料由于要承受很多的力，所以要有較好的抗疲勞能力。其次因?yàn)樾枰谌梭w內(nèi)使用的，所以抗腐蝕形也是很重要的。 4、 使用壽命的要求 在使用時(shí)間上，我們需要它能夠使用很長(zhǎng)的時(shí)間，一般都在十年到二十年左右。 上述所說(shuō)的各項(xiàng)指標(biāo)在目前都不能盡如人意，所以在之后的發(fā)展之后還需要研究這個(gè)的性能如何提高。所以這一切還任重道遠(yuǎn)。 之后改進(jìn)的方向： （1） 之后的改進(jìn)方向是表面涂層的改良。 （2） 如何能夠完成自主潤(rùn)滑，并且明白摩擦和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 （3） 尋找更好的材料 1.4系統(tǒng)的意義 所以的系統(tǒng)可以分為四個(gè)部分，分別是，產(chǎn)生動(dòng)力的動(dòng)力部分，輸出能量的執(zhí)行部分，傳導(dǎo)壓力的控制部分，以及保護(hù)系統(tǒng)的輔助部分以及工作介質(zhì)油。 （1） 主要是為了所以的系統(tǒng)提供行動(dòng)的能量，一般指的是泵，它有好幾種不同的形式。 （2） 通過(guò)能量的轉(zhuǎn)換，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。 （3） 可以讓油液按照規(guī)定的方式運(yùn)動(dòng)，它也有好幾個(gè)分類(lèi)。 （4） 輔助部分有很多種，比如蓄能器，壓力表開(kāi)關(guān)等。 油液對(duì)于所以的系統(tǒng)都是很重要的，所以對(duì)于有也選用的要求很?chē)?yán)格。要求如下： （1） 由于油液對(duì)于溫度要求很高，所以要有很好的粘溫特性。 （2） 要能夠起到較好的潤(rùn)滑。 （3） 不能夠有雜質(zhì) （4） 要有較好的穩(wěn)定性 選用原則： （1） 工作壓力 （2） 環(huán)境溫度 （3） 運(yùn)動(dòng)速度 （4） 泵的類(lèi)型 除去其他部分，輔助部分也是很重要的。不但保證了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，為保證能夠順利的進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)于輔助部分的選用要求也是很高的。 輔助部分的主要要求： （1） 蓄能器 蓄能器的主要功能就是收集油液，并在有需要的時(shí)候放出來(lái)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。按照收集方式的不同可以分成重力式、彈簧式、活塞式等跟多種。 蓄能器的作用：1、就如上面所訴的最簡(jiǎn)單的就是提供動(dòng)能，必要時(shí)能夠獨(dú)自作為泵來(lái)使用。 2、 液壓系統(tǒng)處處都存在在泄露，而蓄能器就能夠彌補(bǔ)這種泄露的損失。其次蓄能器能夠一直的供給彌補(bǔ)動(dòng)能 ，所以能夠保持輸出的能量是不變的。來(lái)保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。 3、 一旦系統(tǒng)同出現(xiàn)故障，蓄能器能夠當(dāng)做危機(jī)是的泵。同理如果溢流閥出現(xiàn)故障，蓄能器能夠收集油液保護(hù)液壓缸。 4、 液壓系統(tǒng)都有吸收沖擊，減少噪聲的能力。 蓄能器的選用：1、必須要有很高的質(zhì)量要求，來(lái)保證其使用的壽命。 2、 特殊的介質(zhì)要用特殊的蓄能器，必要時(shí)要定做。 3、 安裝時(shí)要合理按照要求安裝。 4、 安裝時(shí)一定要有支架或是支撐板。 5、 蓄能器與油路之間必須要有截止閥。首先能夠更好的檢查和維修，其次可以避免油液倒流現(xiàn)象的出現(xiàn)。 （2） 過(guò)濾器 過(guò)濾器的功能以及分類(lèi)： 過(guò)濾器主要就是保證油液中沒(méi)有其他東西，如果混入了就會(huì)迫壞系統(tǒng)。按過(guò)濾不同分可以分為：浮層，深如底部的以及磁力去除的。 過(guò)濾器的選用原理 （1） 過(guò)濾精度要高，只有這樣才能確保過(guò)濾之后沒(méi)有雜質(zhì)。 （2） 有很好的流通性， （3） 有較高的強(qiáng)度 2髖關(guān)節(jié)的工作原理 2.1髖關(guān)節(jié)的構(gòu)成 在人體內(nèi)髖關(guān)節(jié)是必不可少的一部分，如圖所示。就是股骨頭與髖臼兩個(gè)東西，也叫做杵臼關(guān)節(jié)。髖臼的周?chē)际窃聽(tīng)蠲娴年P(guān)節(jié)軟骨，髖臼窩之中就是脂肪，由于關(guān)節(jié)的受力或者放松，脂肪就會(huì)出來(lái)起到潤(rùn)滑的作用，以此來(lái)保護(hù)關(guān)節(jié)。在其中的各個(gè)小洞之中都有神經(jīng)和血管可經(jīng)過(guò)。關(guān)節(jié)囊很厚也很硬，在上面依靠韌帶來(lái)連接，其形狀大概如同人的形狀，下面則主要依靠轉(zhuǎn)子間線來(lái)支撐（一般都是在大概一厘米處），所以股骨頸有一部分在關(guān)節(jié)囊外面，但是其頸還是都在囊里面的。因此如果出現(xiàn)股骨頸折斷的情況，有不同的折斷的性質(zhì)之分。韌帶對(duì)于人關(guān)節(jié)的連接也起到很重要的作用，其可以防止人體腿部一直的玩后面拉伸，防止關(guān)節(jié)的破壞，一直有這樣我們才能夠一直長(zhǎng)時(shí)間的一直站著。恥骨囊韌帶不但能防止一直完后伸出，還具有防止轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)多的好處。坐骨囊可以防止向內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。纖維層可以一圈一圈的變厚，而其可以叫做輪匝帶，它主要是不能讓骨頭的分離，這個(gè)韌帶的纖維可以和其他幾個(gè)的混合在一起，并不是直接的依靠在骨頭上的。股骨頭里面的是不寬的纖維束，全都開(kāi)始在髖臼的直的韌帶，止于股骨頭凹，韌帶有滑膜被覆，在這個(gè)里面還會(huì)有血管流過(guò)。對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這個(gè)東西對(duì)于上述的動(dòng)作不會(huì)產(chǎn)生束縛。 其具體的樣子如上圖。 2.2運(yùn)動(dòng)形式 髖關(guān)節(jié)為多軸性關(guān)節(jié)，它能夠做很多的動(dòng)作，比如屈伸、收展、旋轉(zhuǎn)及環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。又因?yàn)轶y臼又有關(guān)節(jié)盂緣加深，大概能夠圍繞股骨頭一半以上，所以兩者之間的面積都很小，差距不大，所以只能在一小段的地方進(jìn)行移動(dòng)。但是關(guān)節(jié)囊厚，不讓關(guān)節(jié)能夠隨意的運(yùn)動(dòng)的韌帶具有很好的韌性，所以它能夠保證運(yùn)動(dòng)能夠很穩(wěn)，但是不能夠隨意的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)樣子主要是為了讓人正常的站著走路，所有的力都是由髖關(guān)節(jié)來(lái)傳遞并且顯示出來(lái)的。當(dāng)其實(shí)現(xiàn)上述好幾個(gè)動(dòng)作的時(shí)候，股骨頭大多數(shù)是離開(kāi)髖臼而靠著關(guān)節(jié)囊下側(cè)面，如果在當(dāng)前時(shí)刻在正面來(lái)給與它一個(gè)外力，之后通過(guò)股骨然后在到達(dá)股骨頭，這一個(gè)動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)之間分離。因?yàn)槿梭w在走路的時(shí)候髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性很不一樣，以當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平還到達(dá)不了，所以我們只能簡(jiǎn)單的分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 其主要運(yùn)動(dòng)樣子如下： 其中： 1、 是圖示中的承受重量的軸 2、 是圖示中的變彎和伸直之間的角度 3、 是圖示中的收回和釋放之間的角度 4、 是圖示中的內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)角度 5、 是圖示中的髖臼部分的極軸：L、其與受力部分的夾角；N、其底部和受力部分的夾角，一般為57°~63°；P、在內(nèi)收或者外展在中間地方，股骨柄和受力部分的夾角； 1、 內(nèi)收、外展運(yùn)動(dòng) 上面的那個(gè)髖臼那個(gè)部位以及股骨部分所夾角的運(yùn)動(dòng) 2、屈曲、伸展運(yùn)動(dòng) 上面的那個(gè)髖臼那個(gè)部位以及股骨部分所夾角的運(yùn)動(dòng) 3、 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 上面的那個(gè)髖臼那個(gè)部位以及股骨部分所夾角的運(yùn)動(dòng) 4、 極軸 由髖臼那個(gè)部位的里面圓形的中心并且和髖臼凸緣平面的軸相垂直，如果沒(méi)有凸緣，就是對(duì)于其中間還是垂直的下底面的軸。 在參照了很多的書(shū)本，報(bào)紙，期刊我們得到了上圖的人體運(yùn)動(dòng)時(shí)髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度，其中：FE角左右擺動(dòng)的幅度在零度到四十六度之間 AA和IER兩個(gè)角之間的擺動(dòng)幅度為零度到十二度之間 EF與AA兩個(gè)角之間的擺動(dòng)幅度為九十度。 腿后部遠(yuǎn)離地表零點(diǎn)一秒的時(shí)候，關(guān)節(jié)此時(shí)的變化是很大的；當(dāng)腿前面遠(yuǎn)離地表零點(diǎn)一秒時(shí)，關(guān)節(jié)此時(shí)變化也是很大的。 一次動(dòng)作所有關(guān)節(jié)變化情況如下表： 通過(guò)分析人體運(yùn)動(dòng)的曲線（如下圖所示），在進(jìn)行電腦的擬態(tài)實(shí)驗(yàn)，來(lái)計(jì)算髖關(guān)節(jié)摩擦面上的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如下圖所示）。由此可知，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，那個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)序的，有一點(diǎn)像橢圓。有次可知運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)是很復(fù)雜的。暫時(shí)我們的實(shí)驗(yàn)機(jī)還不能完全的模擬這個(gè)規(guī)律 2.3試驗(yàn)機(jī)的工作原理 是通過(guò)模擬人體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將類(lèi)似于髖關(guān)節(jié)的凹凸球狀物體放置在試驗(yàn)臺(tái)上，在利用兩根軸模擬人體的骨頭進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這其中需要模擬材料與人體的部位一一對(duì)應(yīng)。但是類(lèi)似于人體潤(rùn)滑劑的脂肪還無(wú)法找到相應(yīng)的替代物。在一把設(shè)計(jì)在三十八毫米到五十二毫米之間，準(zhǔn)許誤差兩毫米。 在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，把模擬的部分安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，通過(guò)電機(jī)的帶動(dòng)使其完成類(lèi)似于人孩子能正常走路的樣子，對(duì)比不同的規(guī)律曲線變化，在使用液壓系統(tǒng)給與所需要的載荷，這樣就是真?zhèn)€試驗(yàn)的原理。 3液壓部分主要元件的選用原理 3.1液壓部分的設(shè)計(jì)過(guò)程 通過(guò)了解髖關(guān)節(jié)受力圖可知，模擬關(guān)節(jié)的前進(jìn)、后退和受力，通過(guò)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其設(shè)計(jì)圖如下： 模擬關(guān)節(jié)頭的前進(jìn)、后退時(shí)載荷的施加 確定關(guān)節(jié)頭步進(jìn)順序，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖，合理選擇液壓元件 復(fù)檢并改善此液壓系統(tǒng) 提出用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制 檢查 分析人體髖關(guān)節(jié)受力、運(yùn)動(dòng)狀況 仿生人體髖關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程圖 3.2液壓系統(tǒng)的工作原理 液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了伸出、收回以及施加力的動(dòng)作，系統(tǒng)通過(guò)三位四通電磁換向閥來(lái)活塞桿伸出時(shí)三位四通電磁換向閥處于左位基能，油液路線如下：油箱 →過(guò)濾器 → 單作用式葉片泵 → 單向閥 → 三位四通電磁換向閥左位 → 液壓缸左腔； 回油路;右腔 → 左邊 → 油箱 活塞桿收回時(shí)三位四通電磁換向閥處于右位基能，油液路線如下：油箱 → 過(guò)濾器 → 單作用式葉片泵 → 單向閥 → 三位四通電磁換向閥 → 液壓缸右腔 →； 回油路：左腔 → 右邊→ 油箱 處在中間的時(shí)厚，油液直接連通油箱，桿不做動(dòng)作。 3.3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的核心是電液比例溢流閥及截止閥，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)主要依靠電液比例閥并打開(kāi)截止閥才可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)所以的系統(tǒng)處于伸出動(dòng)作的時(shí)候，截止閥進(jìn)油口都是不允許油液進(jìn)入打得，這時(shí)僅僅是溢流閥在工作。只有在加載時(shí)，才會(huì)使用到蓄能器以及電液比例閥。電液比例閥控制油液流量，蓄能器起到穩(wěn)壓作用，確保能實(shí)現(xiàn)最大壓力，同理溢流閥也起到和蓄能器差不多的作用。以上確保了實(shí)驗(yàn)的有效進(jìn)行。換向閥為了保護(hù)系統(tǒng)，所以在不得到電壓的時(shí)候都是直接接到油箱的，所以就只能選擇M樣子的中間部分。 3.4液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算 3.4.1液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算 1. 液壓缸的最大工作壓力選擇 由人體受力曲線可以得到以下信息：系統(tǒng)能夠承受的重力的最大值為P=1t，并且承受的壓強(qiáng)不能夠超過(guò)6.3MPa，所以選取系統(tǒng)的液壓缸的初始?jí)毫?MPa。 2. 液壓缸內(nèi)部的直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算原理 由于伸出杠提供系統(tǒng)所需的壓力，所以無(wú)杠腔為進(jìn)油腔，則可知： 其中：是本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中液壓缸里面的直徑，mm； 是本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中桿伸出時(shí)候的壓力，MPa： 是本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)桿伸出的時(shí)候的最大載荷，N： 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的D需要圓整，所以D取整得到：。 3. 液壓缸中伸出桿的設(shè)計(jì)計(jì)算原理 有上其中我們可以知道，所以我們可以得到以下公式： 其中：d是本次設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)中伸出桿的直徑，mm； 是本次設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)同樣流量，伸出桿伸出速度與收回速度的比值，可以按照表選取如下： 液壓缸安全系數(shù) 通過(guò)上表可以得到選得：=1.33，由此可知為： 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)d需要圓整，所以d圓整得到 。 4. 伸出桿的設(shè)計(jì)所需的伸出壓力及拉回壓力計(jì)算 5. 活塞可以實(shí)現(xiàn)的極限伸出長(zhǎng)度計(jì)算 活塞準(zhǔn)許的伸出長(zhǎng)度不僅要滿足工作需求，而且還要在其穩(wěn)定性要求范圍之內(nèi)。所以要計(jì)算出能夠準(zhǔn)許的最大極限伸出長(zhǎng)度，一般液壓系統(tǒng)中都選用細(xì)長(zhǎng)杠。當(dāng)≥（10-15）d時(shí)，可以通過(guò)公式計(jì)算出： 其中：是伸出桿的橫截面的慣性矩，mm4 圓截面 d是這次設(shè)計(jì)的伸出桿的外徑,mm; n是這次設(shè)計(jì)的液壓缸末端條件系數(shù) 是這次設(shè)計(jì)的伸出桿變彎極限壓縮力 ，N; F是這次設(shè)計(jì)的伸出桿縱向壓縮力，N： 是這次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)安全系數(shù)，一般=3.5~6 是這次設(shè)計(jì)的液壓缸的材料彈性模數(shù)， 化簡(jiǎn)得到了 有上所有公式可以得到伸出桿的最大行程為S=125mm，因?yàn)樯斐鲩L(zhǎng)度與收回長(zhǎng)度不會(huì)互相沖突，所以不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，所以不需要校核。 6. 確定液壓缸缸筒長(zhǎng)度 一般來(lái)說(shuō)缸筒長(zhǎng)度在1000到1500之間，也就是（20~30）D 其中：L式液壓缸的長(zhǎng)度，mm; 由于L=225mm，可以帶到要求所以： P=6.3Mpa P是這次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的最大壓力 D=50mm D是這次設(shè)計(jì)的液壓缸的內(nèi)部的直徑 d=25mm d是這次設(shè)計(jì)的伸出桿的直徑 S=125mm S是這次設(shè)計(jì)的伸出最大長(zhǎng)度 3.4.2液壓泵的選取原理的計(jì)算 （1） 液壓泵最大輸出壓力的選用 其中是運(yùn)動(dòng)元件的極限工作壓力 是進(jìn)油路上的壓力損失，在這里=0.5Mpa，由于設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)為多缸同時(shí)進(jìn)行所以，泵的極限工作壓力為Mpa，那么我們可以得到：Mpa （2） 泵的最大流量 其中 是所有運(yùn)動(dòng)元件所選的流量總和 K是泄漏系數(shù) ，大多數(shù)情況下取K=1.1~1.3，我們這里選K=1.1 由于我們是多缸同時(shí)工作的，故我們這里選 , 所以我們可以計(jì)算出式（3.8）得到了 對(duì)于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，如果最大流量點(diǎn)處于溢流閥的工作狀態(tài)，則泵的供油量須增加溢流閥的最小溢流量，一般為溢流閥的額定流量的15%。 （3） 液壓泵的型號(hào)選擇原理 液壓泵是一個(gè)液壓系統(tǒng)之中尤為重要的部分，其主要的職責(zé)就是進(jìn)行能量的供應(yīng)，并且為執(zhí)行部分提供油液。液壓泵選擇尤其重要，直接影響所有的元器件的工作狀態(tài)和是否會(huì)遭受到破壞，一直都是液壓中的重要組成部分。 ①液壓泵的選擇原理 1） 系統(tǒng)的壓力P小于二十一Mpa，選用齒輪組成的泵或葉片組成的泵；P大于二十一Mpa，選用柱塞泵 2） 若系統(tǒng)有節(jié)流閥等元器件 ，選用定量泵;若系統(tǒng)無(wú)節(jié)流閥等原件，應(yīng)選用變量泵 3） 若整個(gè)系統(tǒng)很復(fù)雜，應(yīng)選用多臺(tái)泵供油實(shí)現(xiàn)堆積調(diào)速。 4） 是否要求變量：變量的場(chǎng)合用變量的泵，定量的場(chǎng)合要用定量的泵。不同的場(chǎng)合要選用合適的泵。 5） 工作壓力：面對(duì)不同壓力的場(chǎng)合要選用不同的泵，其中柱塞泵的額定壓力最高，多用于高壓場(chǎng)合。如果還不能滿足要求的話，就可以采用對(duì)個(gè)并聯(lián)的泵或加裝蓄能器來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的壓力。 6） 工作環(huán)境：液壓的工作環(huán)境都不是很好，所以齒輪泵是很適合的。不過(guò)如有需求也能使用別的泵，并不是環(huán)境差就用齒輪泵。 7） 噪音指標(biāo)：內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用式泵和螺桿泵等的噪聲污染不嚴(yán)重，所以較為常見(jiàn)。 8） 效率：軸向柱塞泵的總效率最高; 由上面的選用原則可以知道，首先P小于二十一Mpa 所以可以選擇齒輪泵或是單作用式葉片泵。并且工作環(huán)境及噪聲指標(biāo)都較好，所以選取單作用式葉片泵。 泵選用的型號(hào) 4. 電機(jī)的選擇原理 電機(jī)的額定功率計(jì)算 其中P是這次設(shè)計(jì)的電機(jī)的額定功率，KW； 是這次設(shè)計(jì)的泵的極限輸出壓力，Pa； 是這次設(shè)計(jì)的泵最大供給流量， 是這次設(shè)計(jì)的泵的所有效率之和，近似于0.8 電動(dòng)機(jī)選取的型號(hào)如表 3.5元器件的選用原理 3.5.1液壓閥的分類(lèi) （1） 依靠用途分類(lèi) （1） 壓力閥 根據(jù)不同的壓力，來(lái)控制閥口的打開(kāi)或者閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如：溢流閥、減壓閥等。在這里我們主要使用的到的是溢流閥。 （2） 流量閥 用于控制液體流量來(lái)調(diào)節(jié)的閥，如：節(jié)流閥、調(diào)速閥等。由于我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)沒(méi)有使用到，所以在后面不做多介紹。 （3） 方向閥 根據(jù)液體需要流動(dòng)的方向，控制器閥口打開(kāi)或者閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如：?jiǎn)蜗蜷y、換向閥等。之后我們要利用到單向閥以及三位四通電磁換向閥。 （2） 根據(jù)控制方式不同分類(lèi) 按照控制方式不同也有很多不同的閥，但是由于我們的系統(tǒng)中只是運(yùn)用到了電液比例溢流閥，那么其他的閥我們就不子這里多做介紹了，如果想要了解的話可以去看液壓的書(shū)學(xué)習(xí)。 在本系統(tǒng)中我們要利用到電液比例換向閥，而其他的各類(lèi)閥就不在下面進(jìn)行過(guò)多的介紹了。 電液比例閥是一種新閥，它可以通過(guò)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控壓強(qiáng)，使用方便所以被廣泛的使用。 電液比例壓力閥主要有好幾個(gè)不同的閥的主閥結(jié)合在一起變成的，但是和一般的先導(dǎo)式的閥相比還是有很大的差異的，主要的差異是，一般的先導(dǎo)閥都是通過(guò)彈簧來(lái)控制的，在這里我們是利用磁力來(lái)控制器開(kāi)關(guān)的。這也是這次實(shí)驗(yàn)的核心所在，電液比例閥控制著系統(tǒng)流量的變化，有因?yàn)槭芰γ娴拿娣e是不變的，所以流量輸出多少那么伸出桿給予試驗(yàn)臺(tái)的額壓力就有多大，而電液比例溢流閥主要的功能就是調(diào)節(jié)流量的大小，從而改變伸出桿所釋放的壓力，從而實(shí)現(xiàn)模仿人體關(guān)節(jié)受力時(shí)的樣子，來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。 其工作原理是通過(guò)通過(guò)控制、進(jìn)油口的電磁吸力，來(lái)改變流量。所以這種閥的的穩(wěn)定性好，并且能夠很好的進(jìn)行壓力的調(diào)控。 （3） 根據(jù)安裝連接方式分類(lèi) 常用的連接方式有管式連接和板式連接， 在所以的系統(tǒng)中這兩個(gè)連接方式都有使用，其次還有螺紋連接。 1、 管式連接的優(yōu)點(diǎn)是安裝方式簡(jiǎn)單，可以分散布置，但是裝卸維修不方便 2、 板式連接元器件集中布置，操縱、調(diào)整、維修都比較方便 兩種連接方式都很常用，在這次設(shè)計(jì)中我們都運(yùn)用到了。但是對(duì)于主要的元器件我們還是大多采用板式連接，而其他輔助部分則可以是使用管式連接或是螺紋連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （四）對(duì)液壓閥的基本要求 1、使用可靠、工作穩(wěn)定性好，噪聲很小。 2、閥口打開(kāi)，主要功能是變換流向，那么壓力損失要??；作為壓力閥時(shí)，穩(wěn)定性要好。 3、控制的壓力和流量要變化的小，那么就能基本不受到干擾。 4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝、調(diào)試、維修方便。 3.5.2各類(lèi)閥的選用 1、 三位四通電磁換向閥 型號(hào)：34D-6B 通徑：6mm 額定流量：25L/min 壓力：6.3MPa 連接方式：板式連接 重量：4kg 2、 溢流閥 型號(hào)：YF3-10B 通徑：10mm 額定流量：63L/min 調(diào)壓范圍：0.5~6.3MPa 連接方式：板式連接 重量：1.6kg 3、電液比例溢流閥 型號(hào)：YE3-10B 通徑：10mm 額定流量：63L/min 調(diào)壓范圍：0.5~6.3MPa 連接方式：板式連接 重量：3.2kg 4、 壓力表開(kāi)關(guān) 型號(hào)：KF-L8/12E 通徑：8mm 額定流量：10 L / min 壓力：350MPa 連接方式：板式連接 5、 截止閥 型號(hào)：YJZQ-H10N 通徑：10 mm 壓力：20 MPa 連接方式：螺紋連接 6、單向閥 型號(hào)：CIT-03-35-50 通徑：3mm 壓力：25 MPa 額定流量：30 L / min 元件名稱(chēng) 型號(hào) 通徑 壓力 額定流量 連接方式 重量 三位四通換向閥 34D-6B 6mm 6.3MPa 25L/min 板式連接 4Kg 溢流閥 YF3-10B 10mm 0.5-6.3MPa 63L/min 板式連接 1.6Kg 電磁比例溢流閥 YF3-10B 10mm 0.5-6.3MPa 63L/min 板式連接 3.2Kg 壓力表開(kāi)關(guān) KF-L8/12E 8mm 350MPa 10L/min 板式連接 截止閥 YJZQ-H10N 10mm 20MPa 螺紋連接 單向閥 CIT-03-35-50 3mm 25MPa 30L/min 管式聯(lián)接 0.3Kg 連接方式：管式聯(lián)接 所有元器件參數(shù)如表 3.5.3輔助元件的選用原理 1、 吸油過(guò)濾器 型號(hào)：YCX 25×180L 通徑：15mm 額定流量：25 L / min 過(guò)濾精度：180 mm 壓力損失：〈0.01MPa 2、 蓄能器 型號(hào)：NXQ1/2 L10-10 通徑：40mm 壓力：10MPa 連接方式：螺紋聯(lián)接 3、 空氣過(guò)濾器 型號(hào)：EF1-25 空氣過(guò)濾口徑：25mm 加油流量：9L/min 空氣流量：65L/min 空氣過(guò)濾精度：0.279 油過(guò)濾精度：125μm 4、 管接頭 型號(hào)：JB/T 966-1997 通徑：15mm 連接方式：螺紋聯(lián)接 4液壓缸主要部件的計(jì)算 4.1缸筒 4.1.1外部構(gòu)造 缸筒與前蓋及后蓋有很多不同的連接方式，各種不同的連接方式的選用也和很多不同的因素有關(guān)。 在這次設(shè)計(jì)中前蓋與后蓋都采用45號(hào)鋼 下面就是一些經(jīng)常能夠看到的缸筒與前后蓋連接的方式： 缸筒與端蓋的連接方式 1、 法蘭式連接 法蘭式是最簡(jiǎn)單的連接方式，不過(guò)它需要缸筒一端壁厚有一個(gè)較大的外徑，這樣才能夠方便打孔，以便于安裝螺栓或是螺釘緊固，所以它是最容易裝上以及拆卸下來(lái)了，便于加工。 2、 半環(huán)式連接 可以分為內(nèi)外兩種連接方式，使用這種方式的工藝性式是十分好的，可靠性也是十分好的，但是也有不足的地方，和別的連接方式，對(duì)缸筒強(qiáng)度有較高的要求。它的使用在很多地方，所以也是很常見(jiàn)的。 3、 螺紋式連接 可以分成內(nèi)外兩種連接方式，但是螺紋連接安裝和拆卸都是需要專(zhuān)業(yè)的工具才可以，一般用于整體都很小并且很輕的場(chǎng)合。 4、 拉桿式連接 拉桿式是所有中最容易的，也是通用性能較好的，但是整體形狀都很大的，拉力收到拉力之后會(huì)變長(zhǎng)，密封性能就會(huì)下降。 5、 焊接式連接 強(qiáng)度是很大的，工藝很容易，但是焊接連接會(huì)出現(xiàn)形變。 在本實(shí)驗(yàn)里，前蓋與缸筒采用螺紋式連接，后蓋與缸筒采用法蘭式連接， 4.1.2缸筒材料 缸筒材料的各項(xiàng)指標(biāo)要求都是較高的，由于采用了法蘭式連接方式，使得缸筒材料的各項(xiàng)指標(biāo)要求變得更加的高，以便于缸蓋與缸筒之間的連接。缸筒的各項(xiàng)指標(biāo)有：強(qiáng)度、沖擊韌性、工作的壓力，如果強(qiáng)度、剛度不夠的話首先對(duì)于活塞的安裝就是不利的，其次就容易出現(xiàn)變彎變形等不利因素。 在這次實(shí)驗(yàn)中，缸筒采用35號(hào)鋼并且還要進(jìn)行最合理的熱處理工藝來(lái)，采用調(diào)質(zhì)到241~285HBS，前后蓋都采用HT200材料。 4.1.3缸筒參數(shù)的選用原理 1、缸筒內(nèi)部的直徑的選用原理 在上面我們已經(jīng)計(jì)算了其內(nèi)部的直徑 2、 缸筒壁厚的計(jì)算 對(duì)于壁厚有下列公式計(jì)算 而在不同的時(shí)候有不同的計(jì)算方式 當(dāng)時(shí)，可以使用公式 計(jì)算可知數(shù)值很小，不符合。 當(dāng)=0.08~0.3時(shí)，通過(guò)下面這個(gè)公式計(jì)算得到： 因?yàn)楹偷脑颍谶@里我們選取5mm，此時(shí) 其中：是強(qiáng)度所能夠得到的最小值，mm； 是這次設(shè)計(jì)缸筒外部直徑的余量，m； 是這次設(shè)計(jì)的腐蝕余量 是這次設(shè)計(jì)的缸筒的外部直徑，mm； 是這次設(shè)計(jì)的極限工作的壓力，MPa； 是這次設(shè)計(jì)的材料的準(zhǔn)許應(yīng)力，MPa； 是這次設(shè)計(jì)的材料的抗拉強(qiáng)度，MPa； 3、 壁厚的校核 為使所以的系統(tǒng)能夠平穩(wěn)的進(jìn)行，所以要多極限壓力進(jìn)行校核，以保證系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題； 在極限壓力滿足要求的同時(shí)，我們還要保證極限壓力和極限形變壓力在一定比例。 其中：是本次設(shè)計(jì)中塑性變形時(shí)所造成的壓力，MPa； 是本次設(shè)計(jì)中壁厚的外部直徑，mm； 那么 除此以外，對(duì)于缸筒能夠承受的極限壓力也是需要校核的： 其中：極限承壓壓力，MPa; 4、 底部的設(shè)計(jì)計(jì)算校核 由于底部是圓形，所以我們可以通過(guò)下列公式計(jì)算出 其中：是本次設(shè)計(jì)中的底厚，mm； 是本次設(shè)計(jì)中的極限壓力，MPa； 是本次設(shè)計(jì)中的外部直徑，mm； 由于采用的法蘭式連接和螺紋連接，所以在缸筒的材料方面都有很高的要求。不但要有較高的強(qiáng)度、剛度，否則缸筒容易發(fā)生變形。所以我們用35號(hào)高精度無(wú)縫鋼管，調(diào)質(zhì)到241~285HBS。 4.2活塞的選擇及校核 4.2.1活塞的選擇原理 活塞的分類(lèi)有很多種分類(lèi)的方式，在這里我們按照其不同的密封的元器件來(lái)分可以分成整體和組合兩種。 兩種活塞都油各自的優(yōu)缺點(diǎn)，整體的構(gòu)造很簡(jiǎn)明，但是要加裝密封圈，加裝密封圈的時(shí)候容易造成損傷，加工難度也加大。組合式可以好幾次的裝卸，并且使用的年數(shù)更多。 4.2.2活塞與活塞桿的連接方式選用原理 兩者之間的連接方式下面幾個(gè)： 1、 卡環(huán)型適合用于低速時(shí)使用，但是安裝時(shí)不方便，所以就需要用上卡環(huán)帽，不然就會(huì)脫落。 2、 軸套型必須要有螺釘，但是會(huì)造成一定的損壞 。 3、 螺母型就如同名稱(chēng)一樣，必須要螺母，所以它是最容易裝卸的，構(gòu)成也不難，容易裝卸。 4、 焊接型一旦被破壞句就需要所以的換掉，構(gòu)成也不難。 4.2.3活塞的密封 液壓傳動(dòng)是用液體為傳播介質(zhì)，依靠密閉容積的變換來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。在液體傳遞過(guò)程中各個(gè)元器件之間有間隙，所以防止泄露，防止灰塵的進(jìn)入這一切都要依靠密封裝置來(lái)完成， 一、對(duì)密封裝置的要求 1） 在一定的要求下具有較好的密封性能。 2） 耐磨性能較好，使用壽命較長(zhǎng)，不容易老化，抗腐蝕能力很強(qiáng)，不會(huì)破壞密封件的外表面，磨損后在一定程度上能自動(dòng)補(bǔ)償。 3） 制造容易，維修和使用都很容易，價(jià)格也很適合。 2、 密封裝置的分類(lèi)及特點(diǎn) 液壓系統(tǒng)中密封裝置種類(lèi)較多，常用的有以下幾種。 1、 間隙密封 間隙密封是最簡(jiǎn)單的一種密封形式。但是會(huì)有泄露并且不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。 2、 O形密封圈 O型其切面是圓的，由耐油橡膠壓制而成，一般在靜密封的地方使用。其次能夠很輕易的裝上去，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，不同壓強(qiáng)時(shí)都可以使用。但是對(duì)于工作要求很高，一般都在-40~120℃之間。由于這種方式經(jīng)常出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，所以大多數(shù)時(shí)候都是配合其他方式使用的。 如上圖所示就是其工作時(shí)的樣子，受到壓力時(shí)外形就會(huì)變化。當(dāng)外開(kāi)始工作時(shí)，因?yàn)樽陨淼膹椥?，?huì)與筒壁生出一個(gè)接觸壓力，從而達(dá)到剛密封好的效果。當(dāng)有油液進(jìn)入的時(shí)候，由上圖可以看到因?yàn)橛鸵旱脑蛎芊馊蜁?huì)被壓力擠到一邊，從而使得密封性能大大的增強(qiáng)。對(duì)于所有的密封圈都要有一個(gè)適宜的初始?jí)毫?，如果很大的話就?huì)破壞筒壁，但是如果很小的話密封性能就會(huì)降低。因此，密封圈的溝槽就很重要，所以的選取數(shù)值都要嚴(yán)格按照手冊(cè)上的來(lái)執(zhí)行。在動(dòng)密封中，壓力過(guò)多就會(huì)迫壞密封圈，那么就需要一個(gè)擋圈。如上圖所示的擋圈，其厚度一般取1.25~2.5mm，受到左右方向上的壓力時(shí)就要使用兩個(gè)。 3、 唇形密封圈 主要是憑借油液壓力產(chǎn)生形變，導(dǎo)致唇邊與密封件的表面緊緊的貼合在一起。所以油液壓力越大密封性能越好，并且好具有自動(dòng)補(bǔ)償。這種密封凡是一般用于運(yùn)動(dòng)的地方。常見(jiàn)的有Y形，V形等。 （1） Y形密封圈 Y形的切面為Y形，這種密封圈的個(gè)項(xiàng)性能都很好，所以可以在很多場(chǎng)合上使用。由于寬窄的不同可以分成兩類(lèi)，下圖就是寬式的： 寬式的大多在20MPa以下的地方運(yùn)用。窄式大多在32MPa以下的地方工作。 （2） V形密封圈 V形的切面是V形的，主要有壓環(huán)，V形圈以及支承環(huán)。當(dāng)油液壓力超過(guò)10MPa的時(shí)候，要使用多個(gè)V形圈來(lái)保證密封性能。V形口必須在高壓處。 V形密封圈不僅可以密封，還可以起到導(dǎo)向作用。它多在-40℃~-80℃的情況下并且壓力不能超過(guò)50MPa。 由于Y形的優(yōu)點(diǎn)較多，并且加工裝卸都很容易，所以我們這里就選用Y形。為了便于密封，所以在桿上要開(kāi)槽。 4.2.4活塞材料的選擇 整體使用45鋼，支承環(huán)使用聚四氟乙烯。 4.2.5活塞的選用原理 活塞寬度計(jì)算 結(jié)構(gòu)如下圖： 4.3活塞桿的選取原理 4.3.1活塞桿外形 采用了帶有螺紋的實(shí)心桿，如圖所示： 4.3.2材料的選擇原理 采用45號(hào)鋼，并且不得出現(xiàn)彎曲的樣子。進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臒崽幚?，?lái)提高整體的性能。 4.3.3桿的參數(shù)選擇原理 1、活塞桿直徑計(jì)算如下： 在這取桿長(zhǎng)不大于10倍D，那么計(jì)算如下： 其中：是本次設(shè)計(jì)中的能夠使用的壓力，MPa； 是本次設(shè)計(jì)中伸出力，N； 由于沒(méi)有超過(guò)25mm，所以可以使用。 2、活塞桿的校核 首先我們校核能夠使用的應(yīng)力： 其中：是本次設(shè)計(jì)中的能夠使用的壓力，MPa； 其中 3、所有應(yīng)力的校核 其中：是本次設(shè)計(jì)中的收回力，N； 是本次設(shè)計(jì)中的直徑，mm； 其中：是本次設(shè)計(jì)中的外圓直徑，mm； 是本次設(shè)計(jì)中的內(nèi)圓直徑，mm； 是本次設(shè)計(jì)中的道角，mm； 是本次設(shè)計(jì)中的能夠使用的擠壓壓力，MPa； 有上面的校核可知強(qiáng)度能夠符合要求。 5液壓站的選擇原理 5.1液壓站的構(gòu)成 所以的液壓站有很多元器件組成，由油箱，各類(lèi)閥以及各種輔助元件。主要給所以的裝置提供動(dòng)力， 5.2站的選擇 我們選用的豎直的泵站，所有的元器件基本都是安排在上面的，首先這樣放省地方，泵放在油箱里可以防止泄露的問(wèn)題。所以的系統(tǒng)所需的油量為1000L，因?yàn)榱髁康目刂贫际峭ㄟ^(guò)電液比例閥，所以選用的是定量的泵。 5.3其他的選擇原理 5.3.1油箱的選用原理 它的主要用途就是提供油液，釋放熱能，過(guò)濾雜質(zhì)。大致可以分為兩類(lèi)：全開(kāi)放的和密封的。 1、 全開(kāi)放的 由于是全開(kāi)放的就會(huì)與空氣有所接觸，所以要加裝空氣過(guò)濾器。 2、 密封的 大多數(shù)都是正方形的，如果要求不高的小油液場(chǎng)合也可以設(shè)為圓形。 在這里我們選用的是全開(kāi)放的，所以我們還需要加裝空氣過(guò)濾器并且還要使用到一定量的干燥劑。 5.3.2油箱的主要要點(diǎn) （1） 首先它要滿足所以的系統(tǒng)都能夠正常使用，并且能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。又因?yàn)槭侨_(kāi)放的所有釋放熱量的能力較好，不過(guò)為了能夠保證能夠正常的運(yùn)行，所以我們還要加上冷卻的東西。 （2） 由于是全開(kāi)放的，與空氣有直接的接觸，所以過(guò)濾器和干燥劑是必不可少的，為了保證系統(tǒng)能沒(méi)有雜質(zhì)，目數(shù)要選用較少的，必要時(shí)還可以在泵出口在多裝一個(gè)過(guò)濾器。 （3） 在所以的設(shè)計(jì)中對(duì)油口的要求也很高，進(jìn)出口要保證較遠(yuǎn)的距離。并且伸出管都在最底下，以防止出現(xiàn)意外情況。 （4） 要有一個(gè)擋板將進(jìn)、出口之間分開(kāi)，防止雜質(zhì)的進(jìn)入。如有需要可以使用過(guò)濾網(wǎng)。 （5） 在所以的裝置上開(kāi)孔加上過(guò)濾裝置，如有需要可以當(dāng)做加油處，這樣可以減少雜質(zhì)，穩(wěn)定系統(tǒng)。 （6） 換油處一般都是在底部，這樣我們能夠更好的額清理油箱，如有必要還可以加工清理用的小洞。 （7） 由于動(dòng)力部分都在上面，所以就要有板隔開(kāi)，并由緊固件固定好。 （8） 為了保證油液高度，還要加上液流高度計(jì)。 系統(tǒng)內(nèi)部都要有特殊的加工，以便于清理。外部都要刷上相同的東西，防止污染油液。 5.3.3參數(shù)的選用原理 在這我們的主要計(jì)算的就是油箱的容積大概在3倍以上，在這里我們選3倍。 有系統(tǒng)可知，一般都是3倍的容積所以可以用公式得到： 其中：是這次設(shè)計(jì)中的容積，L； 是這次設(shè)計(jì)中的泵流量，L/min； 是這從設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 選取原理瑞下表： 由上面計(jì)算可以得到我們選用的容積為一百升。 油箱設(shè)計(jì)圖如下： 其外形如下表： 5.4系統(tǒng)組成的原理 5.4.1組成使用原則 其使用一個(gè)塊及各個(gè)孔來(lái)代替油路，從而形成回路。各個(gè)空洞代替了不同的油液路線，在根據(jù)原理圖連接各個(gè)閥及各個(gè)不同輔助元件。若所以的系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜則分為多個(gè)回路，在本次設(shè)計(jì)中可以看做多個(gè)并聯(lián)的回路。為了達(dá)到能夠在一起安裝的目的，有具體下面幾種方式： 1、 油路板 主要是把所有的元器件都集中在一塊板上，并且在板上加工代替通路的小洞，使用管連接裝在板上。 2、 集成塊 就是把有油路都安排在一個(gè)塊上，這樣的連接都可以在塊上除了一個(gè)面之外，其他任何面上裝元器件。如有必要可以用對(duì)個(gè)塊。 3、 疊加式 可以使用各個(gè)疊加閥累加在一起，因?yàn)榀B加閥既可以做閥也可以做管道來(lái)使用，只要用螺釘固定在板上。有優(yōu)點(diǎn)是：占地面積小，可以減少管路。 5.4.2各個(gè)閥的布置原理 1、 分開(kāi)系統(tǒng) 由于要把各個(gè)元件都一塊板上，若元器件過(guò)多時(shí)就要進(jìn)行拆分，有必要的話可以使用2個(gè)集成塊相結(jié)合。 2、 各個(gè)閥的放置位置 詳盡要求若下：1、各個(gè)閥的位置都要不同的符號(hào)表示來(lái)區(qū)分 2、 各個(gè)閥都要按照要求安裝 3、 各個(gè)孔都要盡量的合理 4、 利用較少的孔來(lái)完成系統(tǒng)的連接 5、 孔的深度及厚度要合理 5.4.3放置位置的說(shuō)明 由于所以的系統(tǒng)元器件并不多，大概分為：1、溢流閥部分其孔的基本位置如下 2、電液比例閥 3、 換向閥 4、 其他的輔助元件如圖 5.5試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 為了配合摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)，所以還需要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)來(lái)進(jìn)行使用。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的布置可以分為臥式和立式兩種。在這里我選擇臥式試驗(yàn)臺(tái)，這樣布置可以更加清楚的看到大多的元件，并且更加貼近實(shí)際。 對(duì)于實(shí)驗(yàn)臺(tái)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高度在850~1050cm是人體最為舒適的高度，所以這里我們選擇中間值900cm。 因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是10缸同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以我們所以的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的長(zhǎng)度以及寬度要求很高，不但要承載所有的的元器件，還要加裝上10個(gè)液壓缸所以大概計(jì)算長(zhǎng)度1600cm，寬度1200cm。 1、 試驗(yàn)臺(tái)的功能和特點(diǎn) （1） 工作環(huán)境：5℃~40℃且適度小于80% 電壓380V （2） 油液類(lèi)型：HM-N46抗磨液壓油 （3） 液壓站具有：各項(xiàng)數(shù)據(jù)的顯示的顯示器、各種需要的傳感器感器、各類(lèi)的閥以及系統(tǒng)所需的液壓缸和蓄能器。 （4） 數(shù)字式測(cè)量?jī)x可以顯示壓力、扭矩、轉(zhuǎn)速、功率、流量等參數(shù)。 其示意圖如下： 、 上圖是改造之前實(shí)驗(yàn)臺(tái)的樣子，由于我們要用到10缸，所以我們還要對(duì)上圖的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行一點(diǎn)的改良。 由于我們需要使用的元器件較少，所以沒(méi)有上圖那么多，所以我們能在試驗(yàn)臺(tái)上加裝實(shí)驗(yàn)裝置。將電機(jī)等元器件都放在左側(cè)，而實(shí)驗(yàn)裝置統(tǒng)一放在右側(cè)。來(lái)保證啟動(dòng)操作時(shí)不會(huì)干擾到實(shí)驗(yàn)。同時(shí)由儀表盤(pán)來(lái)顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該套試驗(yàn)臺(tái)儀表盤(pán)可以顯示壓力、轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等數(shù)值。 為了保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠正常的運(yùn)作，所以對(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)臺(tái)要有很對(duì)的不同的布置方式。其具體的布置方式如下： （1） 油箱 在上面我們已經(jīng)選用了開(kāi)放式的油箱，并且我們選用的是內(nèi)部式的液壓泵，所以在試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部布置一個(gè)大型的油箱，在泵入口裝上油液過(guò)濾器。并且還要有空氣過(guò)濾器以及進(jìn)、回油路之間加上隔板。 （2） 電動(dòng)機(jī) 由于泵要和電機(jī)有連接，所以在泵的上方布置電動(dòng)機(jī)，并且使用螺母固定。 （3） 蓄能器 蓄能器可以單獨(dú)布置在一角，不過(guò)蓄能器需要有支撐板支撐。 （4） 兩個(gè)溢流閥 由于是并聯(lián)連接的所以連個(gè)溢流閥可以布置在較近的地方，在使用四個(gè)螺母固定。由于電液比例溢流閥好要與蓄能器及壓力表開(kāi)關(guān)并聯(lián)，所以其要靠近蓄能器，相對(duì)溢流閥可以稍遠(yuǎn)。 總結(jié) 通過(guò)這次設(shè)計(jì)了這個(gè)系統(tǒng)讓我學(xué)到了很多東西，讓我更加了解液壓這門(mén)學(xué)科，并且還學(xué)習(xí)到了以前不曾學(xué)到過(guò)的知識(shí)。在這次設(shè)計(jì)中還讓我了解了什么是髖關(guān)節(jié)，以及髖關(guān)節(jié)的相關(guān)知識(shí)。 首先通過(guò)查閱資料了解了什么是髖關(guān)節(jié)及其試驗(yàn)機(jī)的主要作用。然后通過(guò)了解到的資料，進(jìn)行分析這個(gè)試驗(yàn)機(jī)是如何工作的，得到了設(shè)計(jì)的大體的方案：通過(guò)泵提供的壓力及蓄能器的補(bǔ)足來(lái)實(shí)現(xiàn)人體前行時(shí)的受力情況，在后退的時(shí)候則通過(guò)電液比例溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的變化。所