机械毕业设计-VVT-i泄漏量检测台结构设计

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1、编编 号号 无锡太湖学院无锡太湖学院 毕毕业业设设计计(论论文文) 题目:题目: VVT-i 泄漏量检测台结构设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号: 学生姓名: 指导教师: (职称:副教授 ) (职称: ) 2012 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计(论文)无锡太湖学院本科毕业设计(论文) 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸,加全套图纸,加 153893706 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文) VVT-i 泄漏 量检测台结构设计 是本人在导师的指导下***进行研究所取 得的成果,其内容除了在毕业设计(论文)***别加以标注引 用,表示致谢的内容外,本毕业设

2、计(论文)不包含任何其他 个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级: 机械 93 学 号: 0923123 作者姓名: 年 月 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题:一、题目及专题: 1、题目 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 本课题来源于无锡某研究所,主要内容是测试 VVT-i 发动机在 正常工况下的泄漏情况并设计检测可变气门正时系统(VVT-i)泄漏量 的试验台架。 随着我国汽车保有量的持续增加,汽车发动机泄

3、露量检测作为影 响发动机性能的一道重要工序,就显得越来越重要。发动机泄漏量检 测台的运用减少了发动机故障的发生/为发动机正常工作提供了保障, 提高产品的市场美誉度。本课题属工程设计类课题,要求完成 VVT-i 泄漏量检测台结构的设计。通过本设计,可以帮助学生加深对本专业 的相关知识理解、加强学生对科学研究的基本功训练和提高综合运用 专业知识***分析问题、解决问题的能力。 三、本设计(论文或其他)应达到的要求:三、本设计(论文或其他)应达到的要求: 了解 VVT-i 泄漏量检测台的工作原理; 熟练掌握机械设计的基本原则和有关计算机绘图软件,并绘制有 关零件图,装配图等; II 熟练掌握液压系统的

4、组成,控制部分及辅助元器件的选用; 掌握油箱的构造,组成零件及造型; 四、接受任务学生:四、接受任务学生: 机械 93 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期:五、开始及完成日期: 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计(论文)指导(或顾问):六、设计(论文)指导(或顾问): 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘要摘要 随着科学技术的不断进步,汽车的数量也不断增长,人们对于汽车发

5、动机的性能的 要求也越来越高。但国内对于汽车领域的研究有限,技术还不够成熟,大部分都是引进 国外的先进技术,这导致国内广大的市场为外国人提供无限商机。日本的丰田 VVT-i 发 动机在众多发动机中脱颖而出,近年来为日本鼓足了腰包。所以要在激烈的市场竞争中 适应环境变化,加强对新技术的研究迫在眉睫。 泄漏量检测作为完善发动机的一道重要工序,也被越来越多的人研究。检测发动机 正常工况下的泄漏情况有助于发现发动机存在的问题和不足,然后加以改进,保证每个 出厂的发动机都具有良好的性能。提高产品的质量的同时也提高了产品的美誉,为产品 打出了招牌。 本文从结构设计出发,应用已学的知识和实践经验,结合 VV

6、T-i 发动机的特点,对 泄漏量检测台的结构设计进行研究。涉及到检测台的结构设计、液压系统设计、油箱的 设计。结构设计又包括钢架设计、工作台面组成和各部分材料选取;液压系统设计包括 液压动力部分设计和控制部分设计;油箱的设计包含了油箱构造和容量设计以及辅助元 器件的选取。从而确定检测台的整体设计和未来发展趋势,为国内汽车行业走出一条新 的致富之路。 关键词关键词:发动机;测漏技术;结构设计;液压 IV Abstract With the development of science and technology/ the number of cars is increasing/ people

7、 on the performance of automotive engine are increasingly high requirements/ But for the domestic automobile research Co/ technology is not mature enough/ Most of them are the introduction of foreign advanced technology/ This led to the majority of domestic market to provide unlimited business oppor

8、tunities for foreigners/ Japans Toyota engine VVT-I talent showing itself among the engine/ In recent years/ as the Japanese took money/ So you want to adapt to environmental changes in the fierce competition in the market/ strengthen the research on the new technology of the imminent/ Leakage detec

9、tion is an important step to improve the engine/ has been more and more research/ Leakage detection engine under normal conditions is helpful to find the engine problems and shortcomings/ and then be improved/ to ensure that every factory engine has good performance/ To improve the quality of produc

10、ts and improve product reputation/ making signs for products/ In this paper/ starting from the structure design/ knowledge and practical experience has been applied science/ combined with the characteristics of the engine/ conducts the research to the structure design of leakage detection system/ Su

11、ch as test-bed/ hydraulic system design and the fuel tank design/ The structure design includes the steel frame design/ selection of the material composition and working table/ Hydraulic system has the part of hydraulic power and control design/ The fuel tank designs the selection of structure and c

12、apacity design and auxiliary components/ In order to determine of the overall design of test bench and the development trend in the future for the domestic automobile industry walk out of a new road to riches/ Key words/ engine/ leak detection technology/ configuration design/ hydraulic pressure V 目

13、目 录录 摘要/III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪论/1 1/1 本课题的研究内容和意义/1 1/2 国内外的发展概况/1 1/3 本课题应达到的要求/2 2 设计内容概述/3 2/1 引言/3 2/2 可变气门正时系统特点/3 2/2/1 VVT-i 的组成3 2/2/2 VVT-i 的工作原理4 2/2/3 运用到汽车发动机上的作用4 3 试验台架结构设计内容/5 3/1 钢架设计/5 3/1/1 钢架的设计准则及一般要求5 3/1/2 钢架结构的设计步骤5 3/1/3 钢架结构的选择6 3/1/4 确定钢架结构外形7 3/2 工作台面的组成/7 3/2/1 工装上平板***合

14、件7 3/2/2 OCV 工装支撑板和 VVT 工装底板8 3/2/3 泄漏工装和压板9 3/2/4 OCV 工装、VVT 泄漏工装和流量传感器工装/10 3/2/5 防护玻璃罩12 3/3 各部分材料/12 4 台架的液压系统设计/13 4/1 液压系统的基本组成及设计要求/13 4/1/1 液压系统的基本组成13 4/1/2 液压系统的设计要求13 4/2 动力部分设计/13 4/2/1 泵的选型13 4/2/2 电机的选型16 4/3 液压系统控制部分/18 4/3/1 液压控制阀的分类19 4/3/2 液压阀的选择19 4/3/3 溢流阀的选择20 VI 4/3/4 减压阀的选择21

15、4/3/5 节流阀的选择22 4/3/6 机油控制阀(OCV)在气门正时系统中的作用22 4/4 集成阀的介绍/23 4/5 液压系统辅助元器件/24 4/5/1 恒温器的简单介绍24 4/5/2 蓄能器的简单介绍24 4/5/3 过滤器的介绍25 4/5/4 空气滤清器的介绍25 5 油箱的设计/26 5/1 油箱的构造与设计要点/26 5/2 本液压系统中油箱的设计说明/27 5/2/1 本液压系统中油箱的设计说明27 5/2/2 油箱的容量与计算27 5/2/3 油箱的辅助元器件28 6 三维实体造型/29 6/1 整体台架结构造型/29 6/2 部分组成部分的造型简介/29 6/3 油

16、箱造型的重点介绍/31 7 结论与展望/32 致谢/33 参考文献/34 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 1 1 绪论绪论 1/1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 本课题来源于无锡某研究所,主要内容是测试 VVT-i 发动机在正常工况下的泄漏情 况并设计检测可变气门正时系统(VVT-i)泄漏量的试验台架。 随着我国汽车保有量的持续增加,汽车发动机泄露量检测作为影响发动机性能的一 道重要工序,就显得越来越重要。发动机泄漏量检测台的运用减少了发动机故障的发生/ 为发动机正常工作提供了保障,提高产品的市场美誉度。本课题属工程设计类课题,要 求完成 VVT-i 泄漏量检测台结构的设计。

17、通过本设计,可以帮助学生加深对本专业的相 关知识理解、加强学生对科学研究的基本功训练和提高综合运用专业知识***分析问题、 解决问题的能力。 1/2 国内外的发展概况国内外的发展概况 VVT-i 中文全名:可变气门正时系统。英文全名:Variable Valve Timing- Intelligent。VVT-i 的前身,是一套名为 VVT 的配气相位技术,全称是 VARIABLE VALVE TIMING:可变气门正时控制系统,虽然到了今时今日已经算不上什么新鲜玩意,或者已 经有点跟不上技术潮流了,但在其推出的时候,的确引起过阵阵的轰动,让人们可以知 道原来凸轮轴与凸轮轴皮带轮之间可以是活动连

18、接的,并可以根据引擎的转速和工况对 气门正时进行调整的!但 VVT 发动机并不能做到随时适应各种路况,它一般只有两套固 定的控制模式,比如车速在 70 码以下都用模式 A,70 码以上则用都模式 B。丰田的 VVT- i 则解决了这个问题,能够随路况的变化而不断改变控制模式 VVT-i 和 VVT 的区别就像 无级变速器 CVT 和 普通有极变速器一样 VVT 现在已经不算是先进的技术了,欧洲厂商现 在已经很少提到它。奔驰和宝马的发动机都带有 VVT,可是从来就没有在宣传资料里提到 过。***也有,上海大众也没宣传过,奥迪也是。日系车和韩系车也只在我们国内宣 传 VVT 技术,因为在国内这项技

19、术依然是“尖端科技”(国内目前还没有自主的 VVT 技 术)。和 VVT 类似的技术还有本田的 VTEC,其实这项技术国外早在 80 年代就风靡过了。 不过本田的 i-VTEC 和丰田的双 VVT-i 在世界上依然是先进技术,世界上掌握这类“连续 可变”技术的厂家除了日本的“两田”外目前就只有德国大众和宝马了。汽车行业已发 展近一百年,至今国内还没有完全拥有自主知识产权的汽车。汽车中最关键的部分是发 动机,控制部分的 ECU,国内依然空白。虽说国内的某些汽车厂家如:奇瑞。自称已经拥 有完全自主知识产权的汽车,其实也是把别人落后几十年的技术弄回来稍微加工加工, 完全没有自主知识产权可言。眼睁睁看

20、着国内广大的市场而销售汽车的大部分钱落入外 国账户。 在这样的背景下,许多从国外留学回来的有志之士,运用国外的先进文化知识,利用 国内的广阔空间,从事着汽车行业,为国内汽车行业的腾飞做出贡献。 无锡太湖学院学士学位论文 2 1/3 本课题应达到的要求本课题应达到的要求 了解 VVT-i 泄漏量检测台的工作原理; 熟练掌握机械设计的基本原则和有关计算机绘图软件,并绘制有关零件图, 装配图等; 熟练掌握液压系统的组成,控制部分及辅助元器件的选用; 掌握油箱的构造,组成零件及造型; 通过查阅大量资料文献和工厂的实践学习,本课题应包含以下内容: (1) 钢架结构设计: 1工作台面的组成 2各组成部分的

21、材料 (2) 液压系统设计: 1动力部分设计 2液压系统的控制部分 3集成阀块的介绍 4液压系统的辅助元气件 (3) 油箱的设计 1油箱的构造与设计 2本液压系统中油箱的设计说明 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 3 2 设计内容概述设计内容概述 2/1 引言引言 本设计的主要内容是:设计检测可变气门正时系统(VVT-i)泄漏量的试验台架。 泄漏试验台架设计内容将包括:钢架结构设计、液压系统设计、控制系统设计。根据 汽车发动机上 VVT-i 系统的特性、整个系统的组成部分、工作环境,采取某些方式来 代替其在发动机上的工作,模拟系统和环境,从而达到实验目的。其设计步骤为: 1观察 VVT-i 的

22、工况,确定实验台架的组成部分。 2确定各组成部分的元器件。 3根据台架的组成部分及元器件,给***架初步构想图。 4确定台架部分的结构、详细尺寸、材料及加工方式。 5对液压部分进行重点分析计算,选择元器件。 6考虑安全问题,通过设计保护措施保护试验人员安全。 2/2 可变气门正时系统特点可变气门正时系统特点 可变正时气门系统这个技术本身并不神奇,但它却具有一定的化腐朽为神奇的功 效/其特点是可以确保燃烧稳定,降低油耗,有效改善碳氢化合物和氮氧化合物的排放, 同时扩大体积效率,改善燃烧性能。不过跟本田的 VTEC 相比,由于发动机输出过于平 顺,虽然加速并不慢,但给人的加速感并不强,因为扭矩一直保

23、持不变,而在加速过 程中阻力不断上升,使得加速的感觉让加速度越来越小。而本田的 VTEC 由于有着并不 平顺的扭力曲线,速度增加时,发动机的扭矩也在不断攀升,而汽车行驶阻力增加的 速度远没有发动机扭力增加的速度快使得驾驶起来感觉加速度越来越大,虽然,如果 把两台车放在一起拼加速,VTEC 不见得是 VVT-I 的对手,但 VTEC 能带来更多让人热 血沸腾的驾驶乐趣。 2/2/1 VVT-i 的组成的组成 虽然不同公司的 VVT-i 产品的外形、尺寸会不一样,但是其基本组成及原理是差 不多的。VVT-i 主要有 11 个部分组成,如表所示: 表 2-1 VVT-i 的组成部件 序号名称序号名称

24、 1 VVT-3i 外壳 7 制动销 2 VVT-i 齿轮外壳 8 定销套 3 正时叶片 9 复位弹簧 4 密封条 10 紧固螺栓 5 密封弹簧 11 轴套 6 制动垫圈 无锡太湖学院学士学位论文 4 2/2/2 VVT-i 的工作原理的工作原理 可变气门正时系统 VVT-i 安装在汽车发动机的凸轮轴之上的,对发动机有一定常 识的人应该知道,凸轮轴的动力来源是燃烧室的***燃烧。燃烧室的动力通过曲轴传 到凸轮轴。安装了 VVT-i 系统的发动机,曲轴的动力首先传递到 VVT-i 系统,再传递 到凸轮轴上。而凸轮轴的顺序转动就可以控制进排气门的开启及关闭。 图 2/1 丰田 VVT-i 的系统结构

25、图 当发动机从低速到高速变换时,计算机自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内 的小涡轮,在压力作用下小涡轮就相对于齿轮壳旋转了一定的角度,从而使凸轮轴在 60 度的范围内向前或向后旋转,通过改变进气门开启的时刻,达到连续调节气门正时 的目的。 17 2/2/3 运用到汽车发动机上的作用运用到汽车发动机上的作用 丰田VVT-i发动机的ECM在各种运行工况下能自动搜索一个对应发动机进气量、 转速、***水温度和节气门位置的最佳气门正时,并控制凸轮轴正时液压控制阀,并 通过各个传感器的信号来感知实际气门正时,然后再执行反馈控制,补偿系统误差, 达到最佳气门正时的位置,从而能有效地提高汽车的功率与性能,尽

26、量减少耗油量和 废气排放。 VVT-i发动机的非凡表现,在于采用了根据发动机转速、油门开启幅度等行驶状况, 以计算机控制进气气门开闭时机的智能正时可变气门控制系统,这一装置使车辆在日 常行驶中使用最多的中低速领域,发挥了更强劲的动力和扭矩性能。特别是在路况复 杂的市区,起步与加速的感觉也能顺畅自如。同时,还采用了电动节流阀和全新设计 的燃油喷射,实现了高性能、低油耗、低排放,发挥出更卓越的环保性能。 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 5 3 试验台架结构设计内容试验台架结构设计内容 VVT-i 泄露试验台架主要有三部分组成:a/台架系统 b/液压系统 c/控制系统。 3/1 钢架设计钢架设计

27、3/1/1 钢架的设计准则及一般要求钢架的设计准则及一般要求 设计准则: 1工况要求 任何机架的设计首先要保证机器特定的工作要求。 2刚度要求 在保证特定外形的条件下,刚度要求是对机架的主要要求。 3强度要求 对于一般设备的机架,刚度达到要求,同时也能满足强度的要求;但对于重载设 备的强度要求准则是在机器运转中可能发生最大载荷的情况下,机架上任何点的应力 都不得大于允许应力;此外还要满足疲劳强度的要求。 4稳定性要求 对于薄壁的或细长的受压-弯结构有失稳问题,有些板壳结构也存在失稳问题或局 部失稳问题。失稳会对结构产生很大的破坏,设计时必须校核。 1 5其他 散热的要求;防腐蚀及特定的环境要求

28、;对于精密机械、仪表等热变形的要求等。 一般要求: 1机架的重量轻,材料选择合适,成本低。 2结构合理,便于制造。 3结构应使机架上的部件安装、调整、修理和更换都方便。 4结构设计合理,工艺性好,还应使机架的本身的内应力小,由温度变化引起的 变形应力小。 5抗震性好。 6耐腐蚀,使机架结构在服务期限内尽量少修理。 3/1/2 钢架结构的设计步骤钢架结构的设计步骤 初步确定机架的形状和尺寸;格局设计准则和一般要求,初步确定机架结构的 形状和尺寸,以保证其内外部零部件能正常运转。 根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小,初定制造工艺。 分析载荷情况,载荷包括机架上的设备重量、机架本身重量、设备运转

29、的载荷 等。对于高架结构,还要考虑风载荷、雪载和***载荷。 确定结构的形式,比如采用桁架结构还是板结构等;再参考有关资料,确定结 构的主要参数。 作出结构简图 无锡太湖学院学士学位论文 6 参照和此设备类似仪器的规范和规程,确定此机架结构所允许的挠度和应力。 进行计算,确定尺寸 有必要时,进行详细的计算并校核或做模型实验,对设计进行修改,确定最终 尺寸。对于复杂重要的机架,要批量生产的机架,又是采用计算机数值计算且与试验 测试相结合的办法,最后确定各部分的尺寸。 标明各种技术特征和技术要求。例如机架的允许载荷、应用场合等的***;制 造工艺和材料的要求,制造与安装偏差,热处理要求,运输吊装的特殊

30、要求,检测和 探视的规定,除锈和上漆要求,以及其他各种特殊要求等。 3 3/1/3 钢架结构的选择钢架结构的选择 机架结构的选择是一个较复杂的过程。根据所要设计设备的状况,再根据前面的 准则和要求,参考类似设备的机架结构形式,首先进行机架形势的选择。对结构形式、 构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。可以选用几种方案初 步比较来确定。对于大批量的设备机架或特大型的机架,还应该对结构方案进行经济 比较。 由于各种设备各有不同的规范和要求,制定统一的机架结构选择方案较困难。但 是,总的原则无非时使用、可靠、经济和美观。 对于整体机架的各支架横截面,空心的长方形截面在相同材料情况下

31、能承受更大 的弯矩;而空心的圆截面能承受更大的扭矩。所以这两种截面形式(或其变形在支架 截面中运用较多。 一般规则: (1) 结构的内力分布情况要与材料的性能相适应,以便发挥材料的优点。 轴力较弯矩能更充分的利用材料。杆件受轴力作用时,截面上材料的应力分布 是均匀的,所以材料的利用不够经济。 机械结构中许多构件所受的载荷都设计成沿垂直于杆轴的方向作用。弯矩沿杆 长变化很迅速。最大的弯矩仅限于一小段内,因此可设计变截面梁或在局部范围内加 大、加高截面。 在横向垂直载荷处,弯矩曲线由曲率,曲率与载荷密集度成正比。在较长段内 材料不能充分利用这与前一结构相似。如有可能应设法使载荷分散传播。例如,桁架

32、 来代替梁。梁所以常用于小跨度结构是因为构造简单和制作方便。大跨度结构中,桁 架更为经济。 在塑性设计中,塑性设计比弹性设计更经济一些,但在机架设计中有动载荷的 情况下一般是不考虑塑性设计的,只能用来考虑极端情况下的不损坏状态。 壳体结构由于主要受轴力的作用,使用材料极为经济,在可能的情况下应采用。 (2) 结构的作用在于把杂合由施力点传到基础。载荷传递的路程越短,结构使用的 材料越省 (3) 结构的连续性可以降低内力,节省材料。例如,连续梁比一串简支梁经济。一 般来说,连续钢架比鼓励的梁主体系要经济。 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 7 以上规则在实际应用中有时是矛盾的。应用时应综合考虑,

33、尽量做到结构刚度符 合要求,还要做到性价比最高。 3/1/4 确定钢架结构外形确定钢架结构外形 台架的框架采用连续方钢结构,可以节省材料和内应力。四个侧面中有一个面没 有横梁。添加横梁主要是为了增加台架的结构稳定性。框架是***而成,焊痕需磨平 处理。在台架上部分的四个角处,各***一吊耳,便于吊运。吊耳型号为: JB/ZQ4628-1997/单耳起吊重量为 1/6T。台架上平面和下平面分别***上工装下支板和 上支板。上下支板上都会留有若干空,便于其他安装组件的安装。台架加工完后去经 过毛刺、焊纹磨平等工序后要涂上一层冰灰色金属漆。 3/2 工作台面的组成工作台面的组成 3/2/1 工装上平板***

34、合件工装上平板***合件 工装上平板安装在上支板上,通过螺栓连接。工装上平板用于安装 OCV 工装、流 量传感器工装、VVT-i 工装平板等。在工装上平板的四周被加工留有泄油槽和泄油孔, 用于收集 VVT-i 在试验过程中的泄露油,泄漏油通过快速接口上的软管返回油箱。加 工过程中需要注意的是个空的位置及加工精度要求,泄油孔的加工尺寸及精度要求比 较严格。 平板***主要注意事项:使用时应把表面清理干净,工件固定牢固,***完成后 及时把工件卸下,防止平板变形。虽然该产品有耐腐蚀性,也不可以把它存放在潮湿 ***暗处。要定期检验平板的精确度。 ***平板(***平台)一般只要采用正确的方法使用和保放,使用寿命

35、很长,工作 面的精度可以保持使用 2 年以上,精度降低时可以通过调试或刮研工艺恢复,平板本 身的使用寿命可以达到 50-100 年,所以,在使用过程中要注意不要在潮湿,有腐蚀、 过高和过低的温度环境下使用和存放,这样才可以延长使用寿命,保证工作质量。为 了防止***平板(***平台)发生有害的变形,在发装平板时,要将支承支在主支点处。 支承时,尽量将平板的工作面调整到水平面内。检验完毕或划线完毕后,要把工件抬 下来,不得长时间放在平板上。使用完毕,要及时擦净平板的工作面,然后涂上一层 防锈油。如果比较长时间不用,最好涂上一层黄油,然后铺一层白纸。最好用木板制 作的一个专用罩,不用时,用罩子将平板罩

36、住,严禁水滴在***平板(***平台)上。 ***平板材质:高强度铸铁 HT200-300 工作面硬度为 HB170-240,经过两次人工 处理(人工退火 600 度-700 度或自然实效 2-3 年)使用该产品的精度稳定,耐磨性好。 ***平板的铸件成分,***及性能不合格的特征和发现方法:如果铸铁平台材质 太硬或者太软,铸件断面的宏观***和微观***不符合标准技术条件,用断面观察, 化学分析,金相检查,硬度试验等可以发现。 原因分析: (1) 铁液过热不适当 无锡太湖学院学士学位论文 8 (2) 孕育处理不足 (3) 硅碳含量偏低时,使材质偏硬,硅碳含量偏高时,则偏软。 防止方法: (4) 正确配料,

37、防止操作时窜料。 (5) 选择合适的过热温度 (6) 遵守操作规程及正确处理炉前孕育 图 3/1 上平板***合件 3/2/2 OCV 工装支撑板和工装支撑板和 VVT 工装底板工装底板 图 3/2 工装支撑板 机油控制阀(OCV)工装支撑板是支撑 OCV 工装的钢结构,支撑板与 OCV 工装 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 9 之间采用螺栓紧固连接。支撑板与上平板***合件之间也是采用螺栓连接。锻件不得 有砂眼、气孔、缩松、裂纹等***,孔位置的加工精度比较高。 图 3/3 VVT 工装底板 在板两端加工成腰型阶梯孔的目的是使流量计在上平板上的位置作适当调整。锻 件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等

38、***,注意孔的同轴度及两侧孔的对称度。 3/2/3 泄漏工装和压板泄漏工装和压板 图 3/4 泄漏工装和压板 垫块和压块在固定 VVT 泄露工装时使用。 无锡太湖学院学士学位论文 10 3/2/4 OCV 工装、工装、VVT 泄漏工装和流量传感器工装泄漏工装和流量传感器工装 OCV 工装主视图 俯视图 右视图 左视图 图 3/5 OCV 工装、VVT 泄漏工装和流量传感器工装视图 OCV 工装的设计要求很高,进出油孔位置的安排、内部油路的布置,还得考虑加工 的可行性。 OCV 安 装孔 连 VVT 进 油口 出油口 连 VVT 出油口 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 11 VVT 工装主视图

39、 轴测图 图 3/6 OCV 的安装孔布置图 需要解释的是为什么一个孔可以出现两种工作状态:因为,VVT 在工作时油腔不停 地进油、出油。一个油室有两个油腔中间隔着叶片,在两个油腔压力不同时叶片将随着 运动。一个 VVT 有三个或四个油室甚至五个,视不同型号而定。VVT-i 有四个油室以此 来提供稳定的力矩输出。 图 3/7 流量传感器工装 厚度 10mm,中间两小孔是流量传感器的安装孔,其余四个孔是流量传感器工装的安 装孔。加工时注意倒角。 10 定位孔 进、出油孔 进、出油 孔 无锡太湖学院学士学位论文 12 3/2/5 防护玻璃罩防护玻璃罩 图 3/8 防护玻璃罩 防护玻璃罩主要用于防止

40、高温油溅出烫伤实验人员,在不进行试验的时候可以起到 防尘的作用。框体材料采用铝合金,玻璃采用有机玻璃,这两种材料都有硬度高、抗腐 蚀的优点。 台架部分的总装图如图纸所示。 3/3 各部分材料各部分材料 表 3-1 各部分材料 名称材料加工方式 框架Q235 方钢***成型 上支板、下支板Q235 钢板机加工 工装上平板***合件25 钢机加工 工装上平板Q235 钢机加工 OCV 工装上平板HT150 铸铁机加工 OCV 工装HT150 铸铁机加工 VVT 工装上平板HT150 铸铁机加工 VVT 工装ZG270-500 铸钢机加工 垫块ZG270-500 铸钢机加工 压块ZG270-500 铸钢

41、机加工 流量传感器工装HT150 铸铁机加工 吊耳ZG270-500 铸钢机加工 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 13 4 台架的液压系统设计台架的液压系统设计 4/1 液压系统的基本组成及设计要求液压系统的基本组成及设计要求 4/1/1 液压系统的基本组成液压系统的基本组成 表 4-1 液压系统的基本组成 动力部分控制部分执行部分辅助装置 液压泵用以将机 械能转化为液体压力 能;有时也将蓄能器 作为紧急或辅助动力 源 各类压力、流量、 方向等控制阀用以实 现对执行原器件的运 动速度、方向、作用 力等的控制,也用于 实现过载保护、程序 控制等。 VVT 的动作 管路、蓄能器、 过滤器、油箱、

42、加热 器、压力表、流量计、 流量传感器、温度传 感器、快速接头、液 位计、空气滤清器等。 4/1/2 液压系统的设计要求液压系统的设计要求 主机用途、操作过程、工作特点、性能指标和作业环境要求。 液压系统必须完成的动作、运动形势。 动作顺序、控制精度、自动化程度。 防尘、防爆、噪声控制要求。 效率、成本、经济性和和可靠性要求。 4/2 动力部分设计动力部分设计 本次试验主要测量 VVT-i 的泄露情况。已知条件有:系统正常工作压力 0/5Mpa、VVT 泄露最大流量 3L/Min、系统理论流量 30L/Min、软管内径 14mm、工作温 度 130C。根据已知条件设计液压系统。 4/2/1 泵

43、的选型泵的选型 根据已知条件,系统工作压力不高因此可以确定泵的额定压力在 2Mpa 以内。系统流 量 30L/Min,溢流阀起到减压作用同时会使流量减小,但是影响不大。系统要求供油平稳, 流量脉动越小越好。 泵的比较: 无锡太湖学院学士学位论文 14 表 4-2 泵的比较 类型特点及应用 齿轮泵 结构简单,工艺性好,体积小,重量轻, 维护方便,使用寿命长,工作压力较低,流 量脉动和压力脉动较大,如高压下不采用端 面补偿,其容积效率明显下降。 内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵相比,其 特点是结构更紧凑,体积小,吸油性好,流 量均匀性较好,但结构较复杂,加工性较差。 叶片泵 结构紧凑,外形尺寸较小,运动

44、平稳,流 量均匀,噪声小,寿命长,但比齿轮泵油液 污染敏感,结构复杂 单作用叶片泵有个排油口及异构吸油口,转 子每转一周,每两叶片间的容积各吸排油一 次,若在结构上把转子和定子的偏心距做成 可变的,就是变量泵。单作用叶片泵适用于 低压大流量的场合。 双作用叶片泵转子每转一周,叶片在槽内往 复运动两次,完成两次吸油和排油;由于它 有两个吸油区和排油区,相对转子中心对称 分布,所以,作用在转子上的力相互平衡, 流量比较均匀。 柱塞泵 精度高,密封性能好,工作压力高,因此得 到广泛运用;但它结构比较复杂,制造精度 高,价格贵,对油液污染敏感 螺杆泵 螺杆泵实质上是一种齿轮泵,其特点是 结构简单,重量

45、轻;流量计压力的脉动小, 输送均匀无紊流,无搅动,很少产生气泡; 工作可靠,噪声小,运转平稳性比齿轮泵和 叶片泵高,容积效率高,吸入扬程高;其加 工较难,不能改变流量;适用于机***或精密 机械的液压传动系统; 齿轮马达 与齿轮泵是相同的特点,另外其制造很容 易,但输出的转矩和转速脉动较大;相当于 1000r/min 时,其转矩脉动受到抑制,因此 齿轮马达适用于高转速,低转矩的情况下。 叶片马达 结构紧凑,外形尺寸小,运动平稳噪声小, 负载转矩小。 由表三各泵的比较和已知条件不难看出,选择内啮合齿轮泵就技术指标及经济性方 面都是比较适合的。 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 15 各类液压泵的主要

46、技术参数: 表 4-3 各类液压泵的主要技术参数表 类型 压力 MPa 排量 ml/r 转速 r/min 最大功 率 kw 容积效 率 % 总功率 % 最高自 吸能力 Kpa 流量脉 动 % 外啮合 250/5-600300-700012070-9563-875011-27 楔块式 300/8-3001500-20003509690401-3 齿 轮 泵 内 啮 合 摆线转子 式 1/6-162/5-1501000-450012080-9065-80403 螺杆泵 2/5-1025-15001000-230039070-9570-8563/51 单作用 6/31-320500-20003008

47、5-9264-8133/51 叶 片 泵 双作用 6/3-320/5-480500-400032080-9465-8233/51 直轴端面 配流 100/2-560600-220073088-9381-8816/51-5 斜轴端面 配流 400/2-3600600-180026088-9381-8816/51-5 轴 向 阀配流 70420180075090-9583-8816/514 径向轴配流 10-2020-720700-180025080-9081-8316/52 柱 塞 泵 卧式轴配流 401-250200-220026090-9583-8816/514 理论流量 (4/1) e V

48、qQ 00 实际流量 (4/2) V QQ 0 ;为排量即每转一转,由其密封腔内几何尺寸变化计算而得的排除液体的体 0 q 积。 ;齿轮泵额定转速。 e V ;容积效率及实际输出流量与理论流量的比值 v 现取容积效率,则实际流量 Q 为;%85 V (4/3)%85 0 QQ %85/30MinL MinL/ 5 / 25 ;根据表四摆线转子式内啮合齿轮泵排量取/转速取 e VqQ 000 qrml /20Ve 。min/1500r 现假设泵的最大工作压力 ,额定压力 ,齿轮泵的压力损失为MPaP2 max MPaPn8 / 1 ,总效率取。%8 /21%70 泵的工作压力%) 8 / 211

49、 ( PnP %2 /788 / 1 )(4 / 1MPa 无锡太湖学院学士学位论文 16 输入功率 ,输入功率即为驱动泵轴的功率。60/QPPi (4/4)60/QPPi %7060/ 5 / 254 / 1 )(83 / 0 KW 机械效率为泵的理论转矩(由压力作用于转子产生的液压转矩)与泵轴上实际输 m 出转矩之比即; (4/5)Tipq m 2/ 0 又机械效率 (4/6) vm / %85/%70 % 4 / 82 通过以上计算泵的类型、型号、基本参数如表所示: 表 4-4 内啮合齿轮泵基本参数表 类别型号 排量 ml/r 压力/MPa转速 r/min 容积效 率 生产厂家 额定最高

50、额定最高 内啮合齿 轮泵 BB-B25 21/81400 85% 上海机*** 厂 4/2/2 电机的选型电机的选型 选择电机因综合考虑的问题: (1) 根据机械的负载性质和生产工艺对电机的启动、制动、反转、调速以及工作环境 等要求,选择电动机类型及安装方式。 (2) 根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求,并考虑电动机的温升***、 过载能力和启动转矩,选择电动机功率,并确定***通风方式。所以电动机功率应大于 或等于计算所需的功率,按靠近的功率登记选择电动机,负载率一般取 0/80/9/过大的备 用功率会使电动机效率降低,对于感应电动机,其功率因素将变坏,并使按电动机最大 转矩校验强度的生

51、产机械造价提高。 (3) 根据适用场所的环境条件,如温度、湿度、灰尘、雨水、***以及腐蚀和易燃易 爆气体等考虑必要的保护方式,选择电机的结构形式。 (4) 根据企业的电网电压标准,确定电动机的电压等级和类型。 (5) 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过度过程性能的要求,以及机 械减速机构的复杂程度,选择电动机额定转速。 11 (6) 其他:考虑运行可靠、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易程 度,以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前期与后期电动机功率变 化关系等各种因素。 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 17 电动机类型选择参考表 : 表 4-5 电动

52、机类型选择参考表 负载 性质 生产机械工作状态选用电动机类型 异步电动机直流电动机 平稳冲击长期短时断续调速飞轮储能 笼型绕线型 同步电动机 他励串励 (1) 对于小功率机械,或启动次数较多而电网容量不大易受冲击时,不推荐采用同步 电机。对于驱动球磨机、压缩机等大功率不要求调速的低转速机械,常采用同步电机。 (2) 对于大中型机械,受电网容量***时,可选用绕线型电机。 (3) 异步电动机需要带调速装置(一般为转子外接电阻方式,还有采用滑差离合器、 涡流制动器、串级或变频等方式)。 (4) 小功率机械只要求几级速度时,采用多速笼型电动机。 (5) 需要启动转矩大的机械(电车、牵引机车等)采用只留

53、串励电动机。 (6) 随着变频装置的发展,越来越多采用笼型电动机,用于调速设备,也已有专门用 于变频调速的笼型电动机。 注:笼型电动机按其转矩特性分类。一般用途电动机采用普通笼式或深槽笼转子,其转 矩特性适用一般用途,如水泵、风机、机***等负载;高启动转矩电动机常采用深槽笼或 双笼转子,常用于卷扬机、传送带、辊道、电梯等负载;高转差率电动机常采用高阻笼 转子,常用于带飞轮的冲压设备;例句电动机采用高阻笼或实心钢轮转子,机械特性软, 常用于驱动恒张力、恒线速度(卷绕)、恒转矩(导辊)等机械。 5 在泵的规格表中,一般同时会给出额定工况(额定压力、转速、排量或流量)下泵 的驱动功率,可按此直接选择电

54、机。也可按照液压泵的实际使用情况,计算其驱动功率。 (4/7)60/ 0 PnQP 式中 液压泵的额定压力, n PMPa 液压泵的额定流量 0 Qmin/L 液压泵的总功率,从规格表中查出; 转换系数,一般液压泵,:恒功率变量液压泵,;PnPmax/4 / 0 限压式变量叶片泵, PnPmax/85 / 0 (4/8) 液压泵实际使用的最大压力,maxPMpa 无锡太湖学院学士学位论文 18 由于系统要求液压泵持续工作并且工作平稳,排量、压力无变化。所以转换系数 。驱动功率为:PnPmax/ (4/9)60/max 0 QPP %7060/302 )(43 / 1 KW 根据经验,除去电机的

55、机械损失,电机功率因略大于泵的驱动功率,选电机功率 P=1/5KW 由于系统要求泵持续平稳工作,所以驱动系统为一般旋转运动的系统。根据一般旋 转运动机械的功率计算公式: (4/10)9550/ dd NTP 式中:所需电动机功率,PKW 电动机的转矩, d TmN 电动机的转速,电机的转速因等于泵轴的转速 d Nmin/1400r 所以电动机的转矩: (4/11) dd NPT/9550 1400/5 / 19550 )(11mN 对于本系统环境温度在 40、电机工作情况的要求及计算所得的相关数据,综合考 虑选用封闭扇冷式 Y 系列电动机,由于,应选四极电动机。查产品目录, min/1400r

56、N Y 系列三相异步电动机 Y2-90L-4 比较合适。基本参数如下; 表 4-6 Y 系列三相异步电动机 Y2-90L-4 基本参数 噪声(声功 率级) 空 载 空负 载之 差 型号 额定功率 /KW 额定电流 /A 转速 R/MIN 效率%功率因 素 COS /dB(A) 转动惯量 /KG 参考质 量/KG Y2-90L-41/53/7140078/00/796150/002727 Y 系列封闭式三相异步电动机的主要特点:效率高,耗电少,性能好,噪声小,振动 小,体积小,重量轻,运行可靠,维修方便。B 级绝缘。结构为全封闭、自扇冷式,能防 止灰尘、铁屑,杂物侵入电动机内部。 12 考虑到整

57、个台架的大小、美观及经济性等方面的问题,电机的安装、放置应采用最 合适的方式。现决定把电机倒立安装在油箱盖上,此种安装方式可节约大量空间,使台 架整体结构紧凑美观且泵的安装问题也将随之解决。具体安装方式请参考液压系统装配 图。 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 19 4/3 液压系统控制部分液压系统控制部分 液压控制阀的作用是控制液压油的流油方向、压力和流量,从而控制整个液压系统 的全部功能,如系统的工作压力,执行机构的动作程序,工作部件的运动速度、方向, 以及变换频率,输出压力或力矩等等。无论是一个简单的或非常复杂的液压系统都少不 了液压阀。液压阀的性能是可靠地,是关系到整个液压系统能否正常

58、工作的问题。 4 4/3/1 液压控制阀的分类液压控制阀的分类 (1) 压力控制阀的主要控制执行机构输出力或输出转矩的大小,并确定液压泵及整个 液压系统的工作负载,在过载时起到保护系统的作用。他的主要产品有溢流阀、减压阀、 卸荷阀、顺序阀、压力继电器等。 (2) 流量控制阀的主要用途是根据执行机构运动速度的要求供给所需的流量。它的主 要产品有节流阀、调速阀及分流集流阀等。 (3) 方向控制阀控制油流的通、断或改变流油方向,以控制执行机构的运动方向等。 他的主要产品有单向阀、液控单向阀、电液换向阀、手动换向阀、多路换向阀、截止阀、 转阀等。 以上三类阀还可以互相组合,成为复合阀,以减少管路的链接

59、,使结构更为紧凑, 提高系统的效率。 4/3/2 液压阀的选择液压阀的选择 液压传动系统,选择合适的液压阀是使系统设计合理,性能优良,安装简便,维修 容易,并保证该系统正常工作的重要条件。除按系统功能需要选择各种类型的液压控制 以外,还需考虑额定压力、通过流量、安装形势、动作方式、性能特点等因素。 (1) 液压阀额定压力的选择:可根据系统设计的工作压力选择相应压力级液压阀,并 使系统工作压力适当低于产品标明的的额定压力值。高压系列的液压阀,一般都能适用 于该额定压力以下的所有工作压力范围。当然,高压液压元件在额定压力条件下制定的 某些技术指标,在不同的工作压力情况下会有些不同,而有些指标会变得

60、更好。在个压 力级的液压阀逐步向高压发展,并统一为一套通用高压系列的驱使下,对液压阀额定压 力的选择也将更方便了。 系统实际工作压力,如果稍高于液压阀所标明的额定压力值,一般来说,在短时期 内也是允许的。但如果长时间处在这种工作状态下,将会影响产品的正常寿命,也将影 响某些性能指标。 对液压流量参数的选择:可依产品标明的公称流量为依据。如果产品能提供通过不 同流量时的有关性能曲线,则对元件的选择使用更为有利、合理。 4 一个液压系统各部分回路通过的流量不可能都是相同的。因此,不能单纯根据液压 泵的额定输出流量来选择阀的流量参数,而应该考虑到液压系统在所有设计工作状态下 各部分阀的选择则要考虑到

61、如果系统中采用差动液压缸,在液压缸换向动作时,无杆腔 排出的流量比有杆腔排出的压力大得多,甚至可能比液压泵输出的最大流量还要大;再 如选择节流阀,调速阀时,不仅要考虑可能通过该阀的最大流量,还应考虑该阀的最小 无锡太湖学院学士学位论文 20 稳定流量指标;又如,某些回路通过的流量比较大,如果选择与该流量相当的换向阀, 在换向动作时可能产生较大的压力冲击,为了改善系统工作性能,可选择大一档规格的 换向阀;某些系统,大部分工作状态通过的流量不大,偶尔会有大流量通过,考虑到系 统布局的紧凑,以及阀本身工作性能的允许,或者压力损失的瞬时增加,在许可的情况 下,不按偶然的大流量选取,仍按大部分工作状态下

62、的流量规格选取,允许阀在短时超 流量状态下使用也是可以的。 (2) 液压阀安装方式的选择:是指液压阀与系统管路或其他阀的进出油口的连接形式。 一般有三种:螺纹连接型、板式连接型和法兰连接型。安装方式的 选择,要根据所选液压阀的规格大小,以及系统的频繁及布置特点而定。 螺纹连接型,是液压阀的各进出口直接靠螺纹管接头与系统管道或其他阀进出油口 相连。适合系统较简单,元件较少,安装位置又较宽畅场合。 板式连接型是先将板式液压阀安装在专用的连接底板上,再在连接板的底面或侧面 用螺纹管接头与外部管道相连。适合系统较复杂,元件较多,且安装位置较紧凑的场合。 法兰连接型一般用于大口径的阀,阀与管道之间用法兰

63、连接。 (3) 液压阀控制方式的选择:有手动控制、机械控制、液压控制或电气控制等多种类 型,可根据系统的操作需要和电气系统的配置能力进行选择。如小型的或不常用的系统, 工作压力的调整,可直接靠人工调节溢流阀进行;如果溢流阀的安装位置离操作位置较 远,直接不方便,则可加装远程调压阀,以进行远程调压控制;如果液压泵启闭频繁, 则可选择电磁溢流阀,以便采用电气控制,还可选择初始或中间位置能使液压泵卸荷的 换向阀,以获得同样的要求。 在许多场合,采用电磁换向阀,用以与电气系统组合,以提高系统的自动换程度。 而某些场合,为简化电气控制系统,并使操作简便,则宜选用手动换向阀等。 减压阀结构形式的选择 液压

64、系统性能要求的不同,对所选择的液压阀的性能要求 也不同,对所选择的液压阀的性能要求也不同,而许多性能要求又受到结构特点的影响。 如用于保护系统的安全阀,要求反应灵敏,压力超调量小,以避免大的冲击压力,且能 吸收换向阀换向时的产生的冲击。这就必须选择能满足上述性能要求的元件。 对换向速度要求快的系统,一般选择交流型电磁铁的换向阀;反之,对换向速度要 求慢的系统,则可选择直流型电磁铁的换向阀。 如果液压系统中对阀芯复位和对中性能要求特别严格,可选择液压对中型结构。 如果一般的流量阀由于温度或压力的变化,而不能满足执行机构运动的精度要求, 则要选择带压力补偿或温度补偿装置的调速阀。 如果使用液控单向阀,且反向出油背压较高,但控制压力又不可能提的很高的场合, 则应学则外泄式或先导式结构。 总之,对于一个液压系统的设计者来说,应对国内外液压阀的生产情况有较全面的 了解。尤其是对国内引进液压阀的生产品种,各类液压阀的性能,新老产品的更换,同 类产品的带用或改用,以及对生产厂的了解,才能在选择时更准确合理。液压阀的选择 正确与否,对系统的成败有很大关系,必须认真对待。 VVT-i 泄漏量检测台结构设计 21 4/3/3 溢流阀的选择溢流阀的选择 系统要求执行元件工作

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