关于SolidWorks下的模拟液压实验台介绍

1、设计任务书设计任务书设计题目设计题目：基于 SolidWorksSolidWorks 下的模拟液压实验台设计要求设计要求：由教师组织学生进行设计动员和安全教育。要求学生在毕业设计时要做到以下几点：1、进行设计前，应熟练掌握 SolidWorks，还要了解液压传动的基本原理、特点、使用，液压元件、液压辅件的工作原理、基本结构、特点、使用和维护，液压系统基本回路及其在典型设备中的应用，以及液压系统的基本设计方法。2、应集中精力进行设计，出现问题时，应向指导老师请教。3、毕业设计过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累经验技巧，提高设计能力。设计进度要求设计进度要求：第一周：布置毕业设计任务；第

2、二周：开始查资料,打稿；第三周：画图及修改底稿；第四周：完成电子稿；第五周：检查电子稿及排版；第六周：修改电子稿及非标准零件；第七周：完成毕业设计；第八周：毕业答辩。指导教师（签名）：指导教师（签名）： 摘摘 要要 在工科院校机械专业教学中，教学模型已成为教学手段的重要组成部分，但是传统的教学模型具有价格高、易损坏、不便携带、不能修改以及更新换代慢等缺点，已经远远不能满足现代教学的需要。然而计算机辅助设计 CAD 克服了传统教具的缺陷，利用三维 CAD 技术创建的计算机模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富，还能将复杂的机械零件外形与内部结构以及零部件之间的装配关系充分地展示出来，同时加上动画

3、效果，使教学的知识难点更加清晰、生动、形象。 本次设计针对液压实验台中的几种典型基本回路，利用 SolidWorks 软件对各种液压元件进行了三维造型设计，并通过 SolidWorks 中强大的的装配功能组装成可以仿真运动的模拟实验台。此液压仿真实验台可通过更换不同的液压元件来实现多种液压基本回路的仿真模拟运动，从而达到不同的实验目的，从而能使学生更深刻的了解到液压传动的基本工作原理。关键词：关键词：叶片泵，液压缸，溢流阀，手动换向阀，仿真模拟运动目目录录摘 要 .II1 简 介 .11.1 液压传动.11.2 液压实验台.12 总方案设计.32.1 液压基本回路的拟定.32.2 液压系统原理

4、分析.32.3 液压实验台的三维效果图.43 液压元件的建模.53.1 叶片泵的建模.53.1.1 叶片泵的分类.53.1.2 双作用叶片泵的结构及原理.63.1.3 双作用叶片泵的三维建模.73.2 液压缸的建模.83.2.1 液压缸的分类.83.2.2 双作用单活塞杆式液压缸的结构及原理.83.2.3 双作用单活塞杆式液压缸的结构采用与三维建模.93.3 溢流阀的建模.103.3.1 溢流阀的分类.103.3.2 直动型溢流阀的结构及工作原理.103.3.3 直动型溢流阀的三维建模.113.4 换向阀的建模.123.4.1 换向阀的分类.123.4.2 手动换向阀的结构及工作原理.123.

5、4.3 手动换向阀的三维建模 .133.5 液压辅助元件的建模.143.5.1 压力表的三维建模.143.5.2 油箱的三维建模.143.5.3 管件的三维建模.153.5.4 密封装置的三维建模.164 仿真模拟运动.175 结 论 .18致 谢 .19参考文献 .201 1 简简 介介1.1 液压传动液压传动随着机械工业科技的发展，液压传动作为一种可以传递动力和进行控制的传动方式已经日益深入到生产、生活等各个领域。液压传动是利用液体的压力能来传递动力的一种传动形式，液压传动的过程是将机械能进行转换和传递的过程。其优点如下：1、液压传动装置能在运行中方便地实现无极调速，且调速范围最大可达 1

6、：2000。2、液压传动装运动平稳、反应快、惯性小，能高速启动，制动和换向。3、液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。4、易于实现过载保护 。5、液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计，制造和使用。为了满足各个领域的需求，各高等工科院校需要培养出大量的掌握液压传动基础知识和实验操作技能的技术工人、技术员、工程师，在原理繁多、结构复杂的液压传动课程中，直接、直观的液压实验显得尤为重要。1.2 液压实验台液压实验台液压传动综合教学实验台是根据现代教学特点和最新的液压传动课程教学大纲要求而设计的。它采用最先进的液压元件和新颖的模块化设计，构成了插接方便的系统组合。它满足高等院校、中等专业学校

7、及职业技工学校的学生对进行液压传动课程的实验教学要求。可以培养和提高学生的设计能力、动手能力和综合运用能力，起到了加强设计性实验及综合运用的实践环节的作用。但是由于设备昂贵，系统维护困难，不能普遍的应用于各高等院校、中等专业学校及职业技工学校，产生了一定的局限性。本次设计通过 SolidWorks 软件对压力控制回路的虚拟实验演示，使学生能够熟识压力控制回路中各液压元件的结构、性能及用途，并掌握这种控制回路的工作原理，以提高学生进行故障处理及解决问题的能力。主要特点如下：1、该系统全部采用 SolidWorks 软件对液压元器件进行建模，使用方便，可靠。2、可以快速的连接各个液压元件，保证实验

8、组装随便、快捷。3、简明直观，对各元件内部结构及原理更容易使学生理解。4、使学生在实验演示中得到启示，从而激发起浓厚的学习兴趣。本液压实验台又称液压传动演示系统，它是液压传动实验教学器材的一种虚拟形式，它具有形象、直观、方便、可靠等优点，能演示出平常无法观察的各种效果，既可作为学生实验又可作为教学演示。2 总方案设计总方案设计2. 1 液压基本回路的拟定液压基本回路的拟定任何复杂的液压系统，它总是由一些基本回路所组成的。所谓的基本回路就是由一定的液压元件所构成的用来完成特定功能的典型回路。液压基本回路按功能可分为速度控制回路、压力控制回路、方向控制回路和多缸顺序动作回路。本次设计是对基本回路中

9、的压力控制回路的模拟实验演示，其液压回路是由双作用叶片泵、直动型溢流阀、液压缸、手动换向阀等元件组成。此外，还可以此基本回路为模板，将溢流阀调换为调速阀、节流阀、减压阀等不同性能的控制阀，从而实现不同液压回路的实验目的。2. 2 液压系统原理分析液压系统原理分析本次设计是调定压力的简单的液压系统，其的简单的液压基本回路图为 上图为压力控制回路的工作原理图，其工作原理为：当手动换向阀在左位时，活塞为工作行程，叶片泵的出口的压力由溢流阀调定，系统压力较高适用于重载慢速；手动换向阀在右位时，活塞作空程返回，系统压力较低适用于轻载快速。2. 3 液压实验台的三维效果图液压实验台的三维效果图通过 Sol

10、idworks 软件对液压实验台各元件进行建模与组装，形成如下图所示的仿真实验台，此实验台不仅清晰明了的表达出压力控制回路的结构与工作原理，而且外观新颖给人一种视觉的直观和美观。 3 3 液压元件液压元件的的建模建模3.13.1 叶片泵叶片泵叶片泵在此实验台中作动力装置，其作用是向液压系统提供压力油。叶片泵具有结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声低，寿命较长，应用较广等优点。但对油液的污染也比较敏感，结构复杂，制造工艺要求比较高等缺点。3.1.1 叶片泵的分类叶片泵的分类叶片泵可分单作用和双作用两种。转子每转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成吸、排油各两次，称为双作用叶片泵。

11、转子每转一周完成吸、排油各一次，则称为单作用叶片泵。与双作用叶片泵显著不同之处是，单作用叶片泵的定子内表面是一个圆形，铣有 z 个叶片槽的转子与定子见有一偏心量 e，两端的配流盘上只有一个吸油窗口和一个压油窗口。每一叶片在转子槽内往复滑动一次，每相邻两叶片与定子、转子、配流盘组成密封腔容积，当转子旋转一周时，该密封腔容积发生一次增大和缩小的变化，容积增大时通过吸油窗口吸油，容积缩小时则通过压油窗口将油压出。在吸油区和压油区之间，各有一段封油区将它们相互隔开，以保证正常工作。又因这种泵的转子受有不平衡的径向液压力，故又称非平衡式叶片泵。双作用叶片泵与单作用叶片泵相比，其流量均匀性好，转子体所受径

12、向液压力基本平衡。双作用叶片泵一般为定量泵，单作用叶片泵一般为变量泵。此液压实验台采用双作用叶片泵作动力装置。3.1.2 双作用叶片泵的结构及工作原理双作用叶片泵的结构及工作原理 图中为双作用叶片泵结构。它主要由壳体 3、7，转子 13，定子 5，叶片 4，配流盘2、6 和主轴 9 等组成。 转子 13 和定子 5 是同心的，定子内表面由八段曲面拼合而成：两段半径为 R 的大圆弧面、两段半径为 r 的小圆弧面以及连接圆弧面的四段过渡曲面 。当转子沿图示方向转动时，叶片 4 在离心力和通往叶片底部压力油的作用下紧贴在定子的内表面上，在相邻叶片之间形成密封容腔。显然，右上角和左下角的密封容腔容积逐

13、渐变大，所在的区域是吸油区；左上角和右下角的密封容腔容积逐渐变小，所在的区域是压油区。在吸油区和压油区上，配油机构提供了相应的吸油窗口和压油窗口，并用封油区将吸油区和压油区隔开。可以看出，当转子转一周时，每个工作容腔完成吸油、压油动作各两次，所以称为双作用叶片泵。这种泵的两个吸、压油区是径向对称分布的，所以作用在转子上的液压力是径向平衡的。显然，这种泵的排量是不可调的，只能做成定量泵。3.1.3 双作用叶片泵的三维建模双作用叶片泵的三维建模利用 Solidworks 软件对双作用叶片泵的定子、转子、叶片和两侧的左、右配流盘等元件进行三维建模并进行尺寸配合，配合实体如下图所示：叶片泵的装配体叶片

14、泵的爆炸图3.2 液压缸的液压缸的建模建模液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。3.2.1 液压缸的分类液压缸的分类液压缸的分类有多种形式。按结构形式可分为：活塞式，柱塞式，组合式按作用方式可分为：单作用，双作用按伸出活塞杆不同：单杆，双杆，无杆按固定方式的不同：缸体固定，活塞杆固定此次设计采用了双作用单活塞杆式液压缸。3.2.2 双作用单活塞杆式液压缸的结构及工作原理双作用单活塞杆式液压缸的结构及工作原理 1 2如上图所示，双作

15、用单活塞杆式液压缸由缸体、活塞杆、密封圈、缸盖等结构组成。此液压缸采用拉杆连接其前、后端盖装在缸体两边，用四根拉杆将其紧固。这种连接结构简单，拆装方便，用于较短的液压缸。活塞与活塞杆的连接采用螺纹连接。这种连接形式结构简单，易于加工，应用较为普遍。活塞杆头部与工作机器连接采用外螺纹连接。双作用单活塞杆式液压缸的工作时，压力油从进油口进入缸筒中，推动活塞杆向外伸出，此时系统压力较高适用于重载慢速；通过转换换向阀的手柄，使液压油从出油口进入缸筒，从而推动活塞杆缩回，这时系统压力较低适用于轻载快速。3.2.3 双作用单活塞杆式液压缸的结构采用与三维建模双作用单活塞杆式液压缸的结构采用与三维建模液压缸

16、的装配体液压缸的爆炸图3.3 溢流阀的溢流阀的建模建模 3.3.13.3.1 溢流阀的分类溢流阀的分类溢流阀是压力控制阀的一种，能够控制系统中的压力基本恒定，实现稳压、调压或限压。常用的溢流阀有直动型溢流阀和先导型溢流阀。本次设计采用的是直动型溢流阀。3.3.23.3.2 直动型溢流阀的结构及工作原理直动型溢流阀的结构及工作原理 直动型溢流阀由阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等零件组成。阀体上进油口在泵的出口，出口接油箱。常态时，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。进出油液经阀芯径向孔作用在阀芯底部端面，产生液压力，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力

17、油经阀口溢回油箱。此时阀芯受力平衡。直动型溢流阀工作原理要点：对应调压弹簧一定的预压缩量，阀的进口压力基本为一定值。由于阀开口大小和稳态液动力的影响，阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当流量为额定流量时，阀的进口压力最大，阀的进口压力称为阀的调定压力。弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱，若阀的出口压力不为零，则背压将作用在阀芯上端，使阀的出口压力增大。3.3.33.3.3 直动型溢流阀的三维建模直动型溢流阀的三维建模利用 Solidworks 软件对直动式溢流阀的阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等元件进行三维建模并进行尺寸配合，配合实体如下图所示：溢流阀的装配体溢流阀

18、的爆炸图3.43.4 换向阀的建模换向阀的建模3.4.13.4.1 换向阀的分类换向阀的分类换向阀的分类方式有多种，最常用的是滑阀式换向阀，可分为：1、手动式换向阀2、机动式换向阀3、电磁式换向阀4、液动式换向阀5、电液式换向阀本设计采用的是手动换向阀。3.4.23.4.2 手动换向阀的结构及工作原理手动换向阀的结构及工作原理如下图所示，手动换向阀由阀芯、手柄、阀体、阀芯弹簧等组成，主要用于接通、切换或改变液压系统中油液的流动方向。手动换向阀工作原理：当手柄处于中间位置时，阀芯处于中位油路 P、B、A、T 都不通。当手柄处于左位时，阀芯处于右位油路 P 和 A 通，B 和 T 通。同理，当手柄

19、处于右位时，油路 P 和 B 通，A 和 T 通。3.4.33.4.3 手动换向阀的三维建模手动换向阀的三维建模 利用 Solidworks 软件对阀芯、手柄、阀体、阀芯弹簧等元件进行三维建模并进行尺寸配合，配合实体如下图所示：手动换向阀的装配体手动换向阀的爆炸图3.3.5 5 液压辅助元件液压辅助元件的建模的建模液压辅件是液压系统的一个重要组成部分，包括测量仪器、油箱、过滤器、蓄能器、热交换器、管件、密封装置等。液压辅件的合理案例设计和选用在很大程度上影响液压系统的效率、噪声、温升、可靠性。3.5.13.5.1 压力表压力表的三维建模的三维建模 压力表是测量压力最常用的仪器，品种有常用的弹簧

20、式压力表、精密压力表、点接点压力表、微压表、高压表和真空表等，此设计采用弹簧式压力表。利用 Solidworks 软件对表壳、表针、表朦等元件进行三维建模并进行尺寸配合，配合实体如下图所示：压力表的装配体3.5.23.5.2 油箱的三维建模油箱的三维建模油箱主要作用是储存油液，此外还起着油液散热、杂质沉淀和使油中空气逸出等作用。油箱分为开式油箱与闭式油箱两种。开式油箱应用普遍，油箱内液面直接与大气相通。此实验台采用闭式油箱，其结构如下图所示：3.5.33.5.3 管件的三维建模管件的三维建模管件是用来连接液压元件、输送液压油液的连接件。它保证有足够的强度，没有泄漏，密封性能好，压力损失小，拆装

21、方便。它包括油管和管接头。 1、管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件。它具有装拆方便，连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大特点。此液压系统采用管接头如下图所示三通（管接头）2、油管的选择应根据液压装置工作条件和压力大小来选择油管。油管的安装时应避免过多的弯曲，布置位置要适当，必要时将油管加以固定。油管尽可能短而直，弯曲角度尽量小。此液压系统采用油管如下图所示：3.5.43.5.4 密封装置的三维建模密封装置的三维建模密封装置用来防止油液的内外泄漏、外界灰尘和异物的侵入，保证系统建立必要压力。常用的密封有 间隙密封O 型密封圈 唇型密封（Y 型、Yx 型、V 型） 组合密封装

22、置（组合密封垫圈、橡塑组合密封装置）下图为O 型密封圈唇型密封圈：4 仿真运动的合成仿真运动的合成 通过运用 SolidWorks 插件中的仿真及模拟功能，根据此压力基本回路的工作原理，对所设计的液压实验台进行整体仿真模拟运动的合成。仿真演仿真演示示5 结结 论论在 SolidWorks 条件下，本设计完成了简单的液压系统的模拟仿真运动，基于以上的研究和设计，可以得出如下的结论：1.该系统结构简单，易操作，便于学生观看其运动的全过程，使学生了解它的工作原理，便于学生对该知识的加深理解。2.本设计实现简单的液压系统的模拟仿真运动。3.该系统中的溢流阀改为减压阀、调速阀、先导式溢流阀等不同性能的阀

23、，从而实现不同的效果，便于老师授课，学生理解。4.学生可以在计算机上对各种零部件进行模拟拆装实验，使学生在课堂中体验到如同在现场实地操作的感受，不仅提高了学生的学习兴趣和学习效率，而且弥补了教学中理论与实践不能相结合的缺陷和不足。5.学生还可以根据自己的设计理念和设计思想随意地对各种零部件进行结构或尺寸上的修改和新建，这样有利于激发和增强学生的创造力。本设计基本完成了设计任务要求，但因为时间仓促、本人能力有限等原因，仍有一些不足甚至错误之处，恳请老师们批评指正。致致 谢谢在此次设计结束之际，首先，衷心的感谢苑成友老师，本次设计自始至终是在老师精心的指导、热情的鼓励和无私的帮助下完成的，他付出了极大的精力和心血。苑成友老师虽然来到学校工作时间不长，但是他丰富的理论知识，大量的实践经验，敏锐的、超前的学术意识，及忘我的工作态度，深深地打动着每个学生，被学生评为学院最受欢迎的老师他值得我们每位即将毕业的学生学习，并激励我们在未来的工作、学习和生活中，时刻保持勤奋刻苦的工作态度、求实创新的敬业精神。感谢所有在学习期间给予我关怀、鼓