[精品论文]减压阀论文 教学用液压元件的实体构建及实体制作

毕业设计课程定做 QQ1714879127毕 业 设 计（论文） 教学用液压元件的构建及实体制作The Construction And Entity Manufacture of the Model Base of the Hydraulic Pressure Part for Teaching 教学用液压元件的实体构建及实体制作摘 要：液压传动是机械类专业的一门专业基础课,学好这门课程能为以后的专业课学习打下良好的基础。本课题主要服务于液压传动教学，制作液压元件三维可视化。具体内容有：选取J-20B减压阀、JDF型单向减压阀，XDF型直动式单向顺序阀作为典型的实体制作对象，在进行实体测绘的基础上，利用pro/e构建液压元件三维实体模型，利用vrml构建液压元件的三维实体动画和工作原理三维实体动画。关 键 词液压元件 ； VRML； 实体动画； The Construction And Entity Manufacture of the Model Base of the Hydraulic Pressure Part for TeachingMachine design and automated specialty KONG Liang-liangAbstract：The hydraulic transmission is a machinery specialized specialized fundamental course, learns this curriculum to be able to build the good foundation for the later professional course study. This topic mainly serves the hydraulic transmission teaching, the manufacture hydraulic element model base. The actual content includes: The selection definite value translation type pressure relief valve, the forerunner type pressure relief valve sets an example entity manufacture object, in carries on the entity survey in the foundation, uses the pro/e construction pressure relief valve three dimensional full-scale mockup, uses the vrml construction pressure relief valves assembly three dimensional entity animation and the principle of work three dimensional entity animation. Finally construction hydraulic element (pressure relief valve) model base.Key words： VRML; Entity animation; Schematic diagram; Model base; 目 录1 前言11.1液压元件国内发展概况1.2本课题的指导思想及解决的主要问题2. 液压元件的结构、工作原理分析及实体测绘 2.1 .1 J-20B减压阀2.1. 2 JDF型单向减压阀2. 2 XDF型直动式单向顺序阀 2. 3 J-20B减压阀、JDF型单向减压阀、XDF型直动式单向顺序阀实体测绘 3.三维造型13.1软件选择 3.2三维造型14.液压阀的装配5工作原理动画4.1软件选择14.2动画制作1网页制作结束语参考文献附录致谢1 前沿从1795年世界上第一台水压机诞生，到现在液压技术已有200多年的历史。至上世纪5070年代，随着工艺水平的极大提高，液压技术也得到了迅速发展，成为实现现代传动和控制的关键技术，其发展速度仅次于电子技术。特别是近年来流体技术与微电子、计算机技术相结合，使液压与气动技术进入了一个新的发展阶段。据有关资料记载，国外生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%的自动生产线，均采用了液压与气动技术。在国民经济很多领域均需应用液压与气动技术，其水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。因此液压技术在机械类及近机类高等教育的课程中，已成为一门重要的专业基础课，而且也是一门能直接用于工程实际技术的学科。通过本课程的学习，可以开发学生的智力，培养学生敏锐的观察能力、丰富的想象能力、科学的思维能力以及解决生产实际问题的能力。本课题旨在服务于液压实践教学。本课题是通过对液压元件的结构分析，绘制相关元件图形，应用软件建其模型库。直观地展示了液压元件的结构和工作原理。用来代替传统的静态图纸，挂板的教学方法。具有容易教学，容易维护，容易传播的优点。2.液压元件结构分析及实体测绘 液压元件的工作原理是利用有压流体（压力油）为介质来实现自动控制和各种机械的传动，它在工业生产的各个领域均有广泛应用，在机械类及近机类高等教育的课程中，已成为研究发展的重要方向，而且也是能直接用于工程实际的重要技术，它在油压系统的应用中比较广泛。2.1减压阀结构和工作原理分析2.1.1 J-20B减压阀 J型减压阀是具有定值输出特点：减压口的流通面积能随二次油压的变化而自动调节，使阀的油压基本恒定在调定值上。在用同一液压泵的液压系统中，减压阀可使该系统区分成不同压力的回路，从而使不同的执行机构各自得到所需的工作压力。J型减压阀的另一种用途是稳定压力：利用该阀定值输出特点使二次油压平稳，以达到回路稳压的目的。此外利用本阀的定值输出特点，与节流阀串联组成液压系统的旁路调速，且不受负载变化影响。 J型减压阀的工作原理，高压油(也称为一次压力油)从油口d进入；低压油(也称为二次压力油)从油口f引出。低压油口f通过小孔g与阀芯的左端接通，并通过阻尼小孔e流入阀芯的右腔，又通过阀盖上的通孔b，a作用在调压锥阀4上，当出泊口f的压力小于调整压力时，锥阀4关闭，阻尼小fL c中没有油液流动，阀芯左右两端的油压相等，这时阀芯在弹簧的作用下 7泄油孔b。图2-01J型减压阀处于最左端位置，节流口h全部打开，当出油口f的压力超过调整压力时，低压油经过阻尼小孔e打开锥阀4流出。由于存在阻尼孔，阀芯左腔压力大于右腔压力，当这个压力差所产生的作用力大于弹簧力时，即阀芯右移、使节流口h的缝隙减小，从而降低了出油口的压力，使作用在阀芯上的油压和弹簧力在新的位置上重新达到平衡。因此，当进口压力或流经减压阀的流量变化时，出口处的低压油压力仍可维持在调整好的压力附近。J型减压阀的额定压力为63Mpa。 2-01将J型减压阀和先导式溢流阀进行比较，它们之间有如下几点不同之处：减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变。在不工作时，减压阀进、出油口互通，而溢流阀进出油口不通。为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的导阀的弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口相通，不必单独外接油箱。(2)工作特性。理想的减压阀在进口压力、流量发生变化或出口负载增加，其出口压力p2总是恒定不变。但实际上，p2是随p1、q的变化，或负载的增大而有所变化。由图2-01可知，当忽略阀芯的自重和摩擦力，当稳态液动力为Fbs时，阀芯上的力平衡方程为：p2AR+Fbs=ks(xc+xR) 式中：ks为弹簧刚度；xc为当阀芯开口xR=0时弹簧的预压缩量，其余符号见图，亦即：p2=ks(xc+xR)-Fbs/AR 若忽略液动力Fbs，且xRxc时，则有：p2ksxc/AR=常数 这就是减压阀出口压力可基本上保持定值的原因。当减压阀进油口压力p1基本恒定时，若通过的流量q增加，则阀口缝隙xR加大，出口压力p2略微下降。在先导式减压阀中，出油口压力的压力调整值越低，它受流量变化的影响就越大。当减压阀的出油口不输出油液时，它的出口压力基本上仍能保持恒定，此时有少量的油液通过减压阀阀口经先导阀和泄油口流回油箱，保持该阀处于工作状态。 2.1.2 JDF型单向减压阀 图2-02（a）JF型定压减压阀工作原理图图2-02（b）JF型定压减压阀工作原理图图2-02（c）JF型定压减压阀工作原理图JDF型单向减压阀由减压阀和特制的单向阀组合面成，其作用及特点JF型减压阀相同。但反向流动时单向阀打开，油流能自由通过而不受减压口限制。 图2-03 JDF型单向减压阀结构简图 1主阀芯 2阻尼孔xR阀口开口量 V阀口流速 L外泄漏油口(1)工作原理。图2-02所示为直动式减压阀的结构示意图和图形符号。P1口是进油口，P2口是出油口，阀不工作时，阀芯在弹簧作用下处于最下端位置，阀的进、出油口是相通的，亦即阀是常开的。若出口压力增大，使作用在阀芯下端的压力大于弹簧力时，阀芯上移，关小阀口，这时阀处于工作状态。若忽略其他阻力，仅考虑作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一定值调定值上。这时如出口压力减小，阀芯就下移，开大阀口，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值；反之，若出口压力增大，则阀芯上移，关小阀口，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值。2. 2 XDF型直动式单向顺序阀 顺序阀是利用油路中压力的变化来控制阀口启闭，以实现各工作部件依次顺序动作的液压元件，常用在控制多个执行元件的顺序动作，故名顺序阀。顺序阀按结构不同分为直动式和先导式两种，一般先导式用于压力较高的场合。当顺序阀利用外来液压力进行控制时，称液控顺序阀。不论是直动式还是先导式顺序阀都和对应的溢流阀原理相类似，主要不同为溢流阀的调压弹簧腔的泄漏油和出油口相连，而顺序阀单独接回油箱。 2-04 XF直动式顺序阀 内控顺序阀简称顺序阀。图 2-04 所示为 XF型直动式内控顺序阀的结构原理和图形符号图。其主要 零件有阀体 4、阀盖 3、阀芯 5、控制活塞 6、调压弹簧 2 和调节螺钉 1 等。其结构与直动式溢流阀相似。 不同的是，顺序阀为减小弹簧刚度设置了控制活塞，且阀芯和阀体间的封油长度比溢流阀长。调节调压 弹簧的预压缩量即可调节顺序阀的开启压力。因为是进口压力控制阀芯的启闭，所以称为内控式顺序阀。XDF型单向直动顺序阀由XF直动式顺序阀和特制的单向阀组合面成，其作用及特点与XF直动式顺序阀相同。但反向流动时单向阀打开，油流能自由通过而不受减压口限制。 2. 3 J-20B减压阀、JDF型单向减压阀、XDF型直动式单向顺序阀实体测绘 见所附图纸3 三维造型3.1 软件的选择目前常用三维造型软件很多，不同行业有不同的软件，各种三维造型软件各有所长可根据工作需要选择。比较流行的三维软件如：SolidWorks、UG、AutoCAD、PRO-E、 CAXA电子图板和CAXA-me制造工程师等。1. SolidWorksSolidWorks的设计思路十分清晰，设计理念容易理解，模型采用参数化驱动，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程，生成三维零件和装配体模型；再根据工程实际需要做出不同的二维视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图。从几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。 solidworks是基于windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。2UniGraphics(UG) UG是美国EDS公司的集 CAD/CAM/CAE功能于一体的软件集成系统。对由UG-Modeling建立的实体模型，进行线性静态分析、模态分析、稳态热传导分析和热结构分析以及尺寸优化，以指纹图等形式提取分析结果；也可在机构模块中，对模型进行机构的运动、动力分析计算及动态仿真等。这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。UG是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。UG具有三个设计层次，即结构设计(architectural design)、子系统设计(subsystem design)和组件设计(component design)。 至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。所有陈述的信息被分布于各子系统之间。3AutoCAD autocad是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。autocad有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。autocad提供autolisp、ads、arx作为二次开发的工具。在许多实际应用领域(如机械、建筑、电子)中，一些软件开发商在autocad的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。目前，autodesk公司已经发布autocad20084Pro/Engineer pro/engineer系统是美国参数技术公司(parametrictechnologycorporation，简称ptc)的产品。ptc公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械cad/cae/cam的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械cad/cae/cam产品pro/engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 pro/engineer系统主要功能如下: (1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。 (2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。 (3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。 (4)容易使用，可以极大地提高设计效率。 pro/engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。pro/engineer建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植5. CAXA电子图板和CAXA-me制造工程师 caxa电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的场合，使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板，满足现代企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。 caxa-me是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面cad/cam软件。caxa制造工程师1.0版于1996年推出，caxa-me2.0版于1998年3月发布，caxa-me2000版也已发布。基于以上的认识，我最终选择用Pro/Engineer4.0软件来绘制减压阀的三维实体模型。PRO/E更适合设计一些简单的，装配少的产品，UG更适合更复杂的高端产品。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等。另外，可能是因为我对Pro/e更为熟悉的缘故，我个人认为如果所从事的设计没有太多的曲面造型，使用Pro/e会比较有灵活性。3.2实体造型 见所附光盘4. 先导式减压阀装配及工作原理动画4.1 软件选择三维机械动画是采用三维动画技术真实模拟机械的外形材料、工作状态、机构组成、机器特征、机械设计原理等一系列应用在工业机械领域的计算机视频技术。目前常用的三维动画软件有flash、vrml随着三维动画技术的日趋成熟，三维动画应用领域已从三维游戏逐渐走向了机械行业，三维动画表现机械的方方面面，如三维动画模拟机械生产过程、工业机械设备运转动画、机械零件动画、石油开采设备动画、海上钻井平台动画、仓储运输设备动画、电力输送动画、铸造锻压动画等动画设计制作，可见三维动画技术已悄悄地延伸到了工业机械领域。随着三维动画技术的日趋成熟，三维动画应用领域已从三维游戏逐渐走向了机械行业，三维动画表现机械的方方面面，如三维动画模拟机械生产过程、工业机械设备运转动画、机械零件动画、石油开采设备动画、海上钻井平台动画、仓储运输设备动画、电力输送动画、铸造锻压动画等动画设计制作，可见三维动画技术已悄悄地延伸到了工业机械领域。目前比较流行的三维软件如：3D Studio MAX 、JAVA3D 、MAYA、vrml和flash等。1）3D Studio MAX 简称为3DS MAX或MAX，其前身为运行在Dos下的3DS。由著名的AutoDesk公司麾下的Discreet多媒体分部推出。3DS MAX最佳运行环境为Windows NT操作系统，在Windows98下也可运行（这也为它争取了很多家庭用户），目前已经发展到了4.0版本。3DS MAX易学易用，操作简便，入门快，功能强大，目前在国内外拥有最大的用户群。3DS MAX公认的不足之处是渲染的质量有待进一步提高。不过由于有了Mental Ray、Ghost等超强外挂渲染器的支持，初学者不用多虑。3DS MAX还有一个姊妹软件-3DS VIZ，功能与3DS MAX类似，但是在建筑方面有一些功能是3DS MAX不具备的，专门用于建筑效果图的制作；但是动画制作功能相对比较简单，一般仅限于一些建筑物内外的三维漫游动画制作。2）JAVA3DJAVA3D可用在三维动画、三维游戏、机械CAD等领域。Java 3D是Java语言在三维图形领域的扩展，是一组应用编程接口（API）。利用Java 3D提供的API，可以编写出基于网页的三维动画、各种计算机辅助教学软件和三维游戏等等。也可以用来编写三维形体，但和VRML不同，JAVA3D没有基本形体，不过我们可以利用JAVA3D所带的UTILITY生成一些基本形体如立方体、球、圆锥等，我们也可以直接调用一些软件如ALIAS、LIGHTWARE、3DS MAX生成的形体，也可以直接调用VRML2.0生成的形体。3）MAYA 非常优秀的三维动画制作软件，尤其专长于角色动画制作，并以建模功能强大著称。但其应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya功能完善，操作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。4）VrmlVRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，也具有平台无关性。是目前Internet上基于 WWW的三维互动网站制作的主流语言。 VRML本质上是一种面向web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。在国外VRML已经广泛应用于生活、生产、科研教学、商务甚至军事等各种领域，并取得了巨大的经济效益。VRML给我们带了个一个全新的三维世界，让我们的互联网不再仅仅停留在平面上，它使这个虚拟的世界动了起来，而且不光是他自己能动，我们还可以让他按照我们的意志动。照传统的展示方法，浏览者只能从图片中得到很有限的信息，不能对整个空间全面了解，而且每个浏览者的嗜好不同，我们呈现出的图片也许是浏览者没兴趣的角度，这样肯定达不到展示的目的。现在我们有了VRML就完全不用担心这些问题了，我们把模型做出来放到互联网上，让每个浏览者置身其中，随意浏览，想怎样走就怎样走，想怎样看就怎样看，完全没有限制。与以往的3D应用不同，VRML规范考虑的第一件事就是通过Internet共享3D实体和场景。实际上，VRML规范本身就是通过Internet探讨、研究和发布的。5）FLASHFlash 是一种创作工具，设计人员和开发人员可使用它来创建演示文稿、应用程序和其它允许用户交互的内容。Flash 可以包含简单的动画、视频内容、复杂演示文稿和应用程序以及介于它们之间的任何内容。通常，使用 Flash 创作的各个内容单元称为应用程序，即使它们可能只是很简单的动画。您可以通过添加图片、声音、视频和特殊效果，构建包含丰富媒体的 Flash 应用程序。 Flash 特别适用于创建通过 Internet 提供的内容，因为它的文件非常小。Flash 是通过广泛使用矢量图形做到这一点的。与位图图形相比，矢量图形需要的内存和存储空间小很多，因为它们是以数学公式而不是大型数据集来表示的。位图图形之所以更大，是因为图像中的每个像素都需要一组单独的数据来表示。 要在 Flash 中构建应用程序，可以使用 Flash绘图工具创建图形，并将其它媒体元素导入 Flash 文档。接下来，定义如何以及何时使用各个元素来创建设想中的应用程序。在 Flash 中创作内容时，需要在 Flash 文档文件中工作。Flash 文档的文件扩展名为 .fla (FLA)。Flash 文档有四个主要部分： 舞台是在回放过程中显示图形、视频、按钮等内容的位置。在Flash 基础中将对舞台做详细介绍。时间轴用来通知 Flash 显示图形和其它项目元素的时间，也可以使用时间轴指定舞台上各图形的分层顺序。位于较高图层中的图形显示在较低图层中的图形的上方。库面板是 Flash 显示 Flash 文档中的媒体元素列表的位置 总体分析还是用VRML作为唯一的WWW上建立3D的虚拟世界的语言，它一出现就给远程教育带来革命性的变化。VRML97更提供了与用户交互的各种强大功能，利用它开发与三维动画、模型及工程图纸有关的远程教育软件，必将对我国教育的现代化产生深远的影响。 4.2 动画制作详细见所附光盘。4.3 动画程序第一个程序#VRML V2.0 utf8 Background groundAngle .9, 1.5, 1.57 groundColor 0 .333 0, 0 .4 0, 0 .5 0, .62 .67 .60 skyAngle .9, 1.5, 1.57 skyColor .21 .18 .66, .2 .44 .85, .51 .81 .95, .77 .8 .82 PROTO Header_Info field SFString vendor Parametric Technology Corporationfield SFString product Pro/ENGINEERfield SFString version field SFString sceneFile PROTO Node_Info field SFString node_type field SFString node_name PROTO Geom_Type field SFString geom_type_s T_Emptyfield SFInt32 trg_qual 1 PROTO Member_Info field SFString member_name field SFInt32 member_id 0field SFString proe_name field SFString proe_type_s field SFString expl_status_s Vrml_Exp_Unknownfield MFFloat drag_trf PROTO Model_Info field SFInt32 proe_id 0field SFString proe_type_s 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Translation第二个程序：#VRML V2.0 utf8Background groundAngle .9, 1.5, 1.57 groundColor 0 .333 0, 0 .4 0, 0 .5 0, .62 .67 .60 skyAngle .9, 1.5, 1.57 skyColor .21 .18 .66, .2 .44 .85, .51 .81 .95, .77 .8 .82 PROTO Header_Info field SFString vendor Parametric Technology Corporationfield SFString product Pro/ENGINEERfield SFString version field SFString sceneFile PROTO Node_Info field SFString node_type field SFString node_name PROTO Geom_Type field SFString geom_type_s T_Emptyfield SFInt32 trg_qual 1 PROTO Member_Info field SFString member_name field SFInt32 member_id 0field SFString proe_name field SFString proe_type_s field SFString expl_status_s Vrml_Exp_Unknownfield MFFloat drag_trf PROTO Model_Info field SFInt32 proe_id 1572868field SFString proe_type_s Proe_Assemblyfield SFString proe_name 333field SFInt32 maj_rev -5field SFInt32 min_rev -5field SFInt32 rev_num 241field SFInt32 rev_num_cosm 62field SFString inst_type_s Inst_Type_Mainfield SFString generic_name generic_namefield SFFloat s_factor 39.3701field MFString parameter_names field MFString parameter_types field MFString parameter_values DEF Rep_0 Group children Node_Info node_type Repnode_name Rep_0DEF Member_0_39 Group DEF Member_0_40 Group DEF Member_0_46 Group DEF Member_0_51 Group children Node_Info node_type Membernode_name Member_0_51Member_Info member_name Member_0_51member_id 51Transform translation 0 -0.055114 0.0261413children DEF Geom_0 Group children Node_Info node_type Geomnode_name Geom_0Geom_Type geom_type_