车辆机械式出租车门自动开关门设计.doc

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1、 摘要随着人们生活水平的提高，出租车、私家车越来越普及，但能够实现自动开关门的轿车尚属少数。论文对车门的结构及其所涉及的相关机构、液压控制的发展现状及应用等相关特性信息作了简介。设计了一套由驾驶员操作的自动开关门系统，系统采用液压操作，液压缸作为执行机构驱动车门，实现开关。液压缸则由驾驶员通过节流阀和换向阀来操作。论文完成了液压控制回路、传动机构的设计。液压控制回路的油道，设计在一阀块内，各控制阀按逻辑关系安装在适当的位置，组成控制回路。液压缸推动车门的传动装置采用了摇杆滑块机构， 实现直线运动向曲线运动的转换。关键词：自动开关门；液压控制回路；传动机构；ABSTRACTWith the im

2、provement on life level , the taxi and car become prevalent , but the one which can carry automatic gate while passengers on or off , has not turned up.The sheme carries full introduce from powered mechanism to hydraulic power system which can manage the process .It designs on-off automatic gate sys

3、tem operated by driver , which runs with hydraulic system . As the actuator driving gate , hydraulic cylinder manger the on-off process , carried with throttle valve and change valve by driver .The thesis shows the design of hydraulic duct pilot and the drive . The duct in a valve body , and all kin

4、ds of control vavles fixed in the right position , make up of the duct polit . The drive of hydraulic cylinder which force the gate introduces swinging link slide mechanism , changes linear motion to the curvilinear. Keyword words: automatic gate ; hydraulic duct pilot ; drive.目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1

5、车门简介11.2液压传动系统简介31.2.1液压传动技术的历史进展与趋势31.2.2液压传动的特点61.3传动机构的应用现状81.4出租车自动车门研究的目的及意义91.5本课题研究的内容92机构设计的总体方案112.1总体设计要求112.2根据技术要求拟定传动方案122.2.1车门运动方案122.2.2液压回路设计方案的选取122.2.3液压系统设计方案的制定132.2.4传动机构方案设计133传动机构参数的计算173.1运动构件设计173.2受力分析183.3速度、加速度计算193.4惯性力计算203.5连杆机构材料的选择204液压回路设计方案224.1液压回路的设计224.1.1液压泵22

6、4.1.2过滤器244.1.3比例流量调节阀254.1.4电磁换向阀264.1.5液压缸274.1.6油箱284.2拟定系统图294.3液压系统的设计与计算304.3.1液压缸活塞杆最大速度计算304.3.2液压回路元件选择304.4初选液压动力源354.5液压元件外壳的设计365连接机构的设计375.1杆之间连接机构的选择375.2液压油管及管接头的设计385.2.1油管尺寸计算385.2.2 管接头连接形式396总体装配要求407总结42参考文献43致谢44附录45 821绪论随着国民经济和现代工程技术的发展，自动化技术的应用日益广泛。正确和合理的设计与应用自动化装置，对于提高生产效率、方

7、便人民生活有重大意义。1.1车门简介如今出租车和私家车已经司空见惯，对于大小客车而言，车门是一个非常重要的部件。现代汽车的车门，其作用已经不仅仅是“门”，更是一种标志。按车门开启方式分，有旋转式、折叠式、水平滑移式和上掀式等几种。大多数汽车采用旋转式车门。根据车门打开的旋转方向，又有顺开门和逆开门两种。顺开门朝汽车前进方向打开，汽车行驶时，可以借气流的压力把门关紧，比较安全，所以被广泛采用。水平滑移门的开闭不受气候、空间位置限制，多用于轻型客车，折叠门结构简单，用于大、中型客车。车门是车身中工艺最复杂的部件，涉及到零件冲压、零件焊接、零部件装配、总成组装等工序，尺寸配合和工艺技术都要求严格。因

8、此，生产商对车门的制造质量是十分重视的。轿车门主要由:门外板、门内板、门窗框、门玻璃导槽、门铰链、门锁及门窗附件等组成，如图1.1。内板装有玻璃升降器、门锁等附件，为了装配牢固，内板局部还要加强。为了增强安全性，外板内侧一般安装了防撞杆。内板与外板通过翻边、粘合、滚焊等方式结合，针对承受力不同，要求外板质量轻而内板刚性要强，能够承受较大的冲击力。设计师在设计车门时，要充分考虑车门关门时的变形程度。欧洲和美国都有相应的法规标准和试验方法。按照美国的试验方法（FMVSS），是用一种直径为12英寸（304.8毫米）的圆柱体，由一液压装置将它压向固定于车身本体的车门，观察车门变形与受力的情况。车门铰链

9、是由铰链座和铰链轴组成。它应当转动灵活，不发生滞涩，不会发出杂音，在汽车期望使用寿命内，应能保持其功能。车门的开启角度以70度为基础，不应当与车身有任何干涉。门锁是重要的安全件。门锁由两个零件构成，一个零件固定在车门上，另一个零件固定在车身上，通过门闩阻止车门向外打开，通过简单的杠杆运动或压揿按钮的动作将它们脱开。门锁必须工作可靠，在一定的冲击力作用下不会自行脱开。图1.1车门结构1.2液压传动系统简介液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械

10、和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且与先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。在造纸、纺织、塑料、橡胶等轻工行业，造纸机、纺织机、注塑机、橡胶压块机等机械设备上都大量使用着液压系统。在矿山、石油、冶金、压力加工等重工业中，由于液压系统能传递很大能量而重量相对其他方式来说又较小，所以更有广泛的应用。其他在电力、建筑、水利、交通、船舶、航空、汽车等行业，液压系统也是重要的组成部分。至于航天、军工等广泛采用先进技术的部门

11、，液压系统更是广泛应用。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。1.2.1液压传动技术的历史进展与趋势从公元前200多年前到17世纪初，包括希腊人发明的螺旋体水工具和中国出现的水轮等，可以说是液压技术最古老的应用。自17世纪至19世纪，欧洲人对液体力学、液体传动、机构学及控制理论与机械制造做出了主要贡献。19世纪工业上所使用的液压传动装置是以水作为工作介质，

12、因其密封问题一直未能很好解决以及电器传动技术的发展和竞争，曾一度导致液压技术停滞不前。此种情况直至1905年美国人詹涅（Jenny）首先将矿物油代替水作液压介质后才开始出现。20世纪50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，是液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛发展和应用。20世纪60年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展。21世纪是信息化、网络化、知识化、和全球化的世纪，信息技术、生命科学、生物技术和纳米技术等科技的日益进展将对液压传动与控制技术的研究、设计观

13、念及方法、对包括液压阀在内的各类液压产品的结构与工艺、对其应用领域及企业的经营管理模式产生深刻影响并带来革命性变化。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。液压产品技术发展趋势将集中在以下几个方面。（1）减少损耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要

14、的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。（2）泄漏控制泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。（3）污染控制过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染

15、能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。（4）主动维护开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。（5）机电一体化机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥

16、液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。（6）液压CAD技术充分利用现有的液压CAD设计软件，进行

17、二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。将计算机仿真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用CAD技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。（7）新材料、新工艺的应用新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性

18、能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。1.2.2液压传动的特点液压传动虽然被广泛应用于工业上，但其有自己的特点，要根据具体的使用场合来选择合适的液压回路。液压传动的主要优点有：（1）单位功率的重量轻。液压技术具有重量轻、体积小和出力大的突出特点，有利于机械设备及其控制系统的微型化、小型化，并进行大功率作业。（2）布局灵活方便。液压元件的布置不受严格的空间位置限制，容易按照机器的需要通过管道实现系统中各部分的连接，布局安装具有很大的柔性，能构成用其他办法难以组成的复杂系统。（3）调速范围大。通过控制阀，液压传动可以在运行过程中

19、实现液压执行器大范围的无级调速。（4）工作平稳、快速性好。油液具有弹性，可吸收冲击，故液压所传递的运动均匀平稳。（5）易于操纵控制并实现过载保护。液压系统操纵控制方便，易于实现自动控制、远距离遥控和过载保护。（6）易于自动化和机电一体化。液压技术容易与电气、电子控制技术相接整合，组成机电液一体化的复合系统，实现自动工作循环。（7）易于实现直线运动。用液压传动实现直线运动比机械传动简便。（8）液压系统设计、制造和使用维护方便。液压传动的主要缺点有：（1）不能严格保证传动比。由于液体的压缩性和泄漏等因素的影响，液压技术不能严格保证定比传动。（2）传动效率偏低。传动过程中需经两次转换，常有较多的能量

20、损失，因此传动效率偏低。（3）工作稳定性易受温度影响。液压系统的性能对温度较为敏感，不宜在过高或过低温度下工作，采用石油基液压油做传动时介质还须注意防火问题。（4）造价较高。液压元件制造精度要求较高以防止和减少泄漏，所以造价较高。（5）故障诊断困难。液压元件与系统容易因液压油液污染等原因造成系统故障，且发生故障不易诊断。1.3传动机构的应用现状机床上常见的传动机构有齿轮啮合机构、皮带传动机构、联轴器等。这些机构高速旋转着，人体某一部位有可能被带进去而造成不幸事故，因而有必要把传动机构危险部位加以防护，以保护操作者的安全。在齿轮传动机构中，两轮开始啮合的地方最危险，皮带传动机构中，皮带开始进入皮

21、带轮的部位最危险，联轴器上裸露的突出部分有可能钩住工人衣服等，使工人造成伤害，如图1.2所示。图1.2 传动机构（1）齿轮啮合传动啮合传动有齿轮(直齿轮、斜齿轮、伞齿轮、齿轮齿系)啮合传动、蜗轮蜗杆传动、链条传动等。齿轮传动机构必须装置全封闭型的防护装置。应该强调的是：机器外部绝不允许有裸露的啮合齿轮，不管啮合齿轮处在何种位置，因为即使啮合齿轮处在操作工人不常到的地方，但工人在维护保养机器时有可能与其接触而带来不必要的伤害。在设计和制造机器时，应尽量将齿轮装入机座内，而不使其外露。对于一些老设备，如发现啮合齿轮外露，就必须进行改造，加上防护罩。齿轮传动机构没有防护罩不得使用。（2）皮带传动机械

22、皮带传动的传动比精确度较齿轮啮合传动的传动比差，但是当过载时，皮带打滑，起到了过载保护作用。皮带传动机构传动平稳，噪音小，结构简单，维护方便。因此，皮带传动机构广泛应用于机械传动中。但是，由于皮带摩擦后易产生静电放电现象，故不适用于容易发生燃烧或爆炸的场所。皮带传动机构的危险部分是皮带接头处、皮带进入皮带轮的地方，需要加以防护。1.4出租车自动车门研究的目的及意义现有出租车的车门均由乘客来手动打开或关闭，当乘客手提物品时或怀抱小孩时，或者上下车不方便的年迈老人，或携带很多行李者等等情况不便开关车门；每天众多的乘客触摸车门，也容易传播病菌；乘客可以任意开门下车，在车流密集的路段还存在很大的事故隐

23、患。如果车门能够由驾驶员控制自动开启关闭，则可避免这些问题。1.5本课题研究的内容课题研究的任务：设计一套出租车门自动启闭机构，控制机构采用液压回路，执行机构采用机械式传动。其工作过程为，驾驶员给出开门信号（开关按钮处于开位置），油路接通，液压缸充油，活塞通过一套传动机构驱动车门开启；驾驶员给出关门信号（开关按钮处于关位置），液压缸反充油，活塞收缩，带动车门关闭。主要设计任务：(1)根据车门开启和关闭过程需要，设计一套控制液压缸动作液压回路；(2)设计液压缸到车门之间的传动机构；2机构设计的总体方案2.1总体设计要求要实现车门的自动开关需设计动力装置及传动装置，动力装置决定选用液压回路控制，传

24、动装置决定采用连杆机构。机构总体设计要求如下：（1）动力装置为液压泵，设计必要的液压回路；（2）传动机构可以使用齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动等方式实现；使用必要的标准件连接和固定；（3）驾驶员给出开门信号，信号通过液压回路中的电磁阀来控制液压油的流量，液压缸进油。液压缸在油压的作用下，与活塞杆发活塞杆将运动传递给传动机构（可采用摇杆滑快机构），传动机构接受活塞杆的力，开始运动，将力传递给门。门在推力作用下在2秒内将车门打开；（4）乘客进入车后，驾驶员给出关门信号，电磁阀控制液压油流量，使液压缸回油，缸内压力降低，活塞杆往回运动，力传递给传动机构，传动机构带动车门在2秒内关闭；开关门的速度要求

25、不同：开门时速度先加速1秒，然后再减速1秒打开。关门时加速运动要求最后的速度足以使车门自动锁上；开门过程中的力不同，一开始要求有足够大的力使门锁打开。因此开门的力可认为是开关门过程中最大的力；（5）液压缸要求运动平稳，传动机构运动也必须平稳，中间不能存在冲击和振动；整个机构的尺寸应尽量小，要符合车内的整体布置；机构要安装在合适位置，以便不影响驾驶员和乘客的驾驶和乘坐；（6）液压回路整体在外壳内的固定要合理；传动机构在车内的安装固定要尽量占用较少空间；本课题所设计的液压回路元件多是标准件，所以从标准中选用即可。连杆机构采用车床、磨/镗床加工。2.2根据技术要求拟定传动方案2.2.1车门运动方案车

26、门的运动由机械机构实现（摇杆滑块机构），即车门的关闭位置到最大开度（70o）位置的过程运动。由关闭状态到最大开度，或由最大开度到关闭状态，其运动过程为：0到1秒的时间内车门加速运动，1到2秒的时间内车门减速运动。机械机构的运动则由液压回路中的活塞杆直接驱动，在机械机构中可简化成一滑块，在下面的章节中有所体现。2.2.2液压回路设计方案的选取液压回路根据控制的性质不同可分为流量控制回路、压力控制回路、速度控制回路等。根据设计要求选用合适的回路。（1）选用压力控制回路，是一个，控制回路压力，使之完成特定功能的回路。考虑到车门开关所需压力变化不是很大，所以此方案不可行。（2）选用方向控制回路，在液压

27、传动系统中执行元件的启动、停止或改变运动方向均采用控制进入执行元件的液流通断或改变方向来实现。考虑到车门开关所需压力变化不是很大，所以此方案不可行。因为要控制车门的开关速度，所以采用速度控制回路（调速回路）。调速回路又分节流调速和容积调速以及两者兼有的联合调速回路。节流调速系统装置简单，并能获得较大的调速范围。但系统中节流损失大，效率低，容易引起油液发热。因此节流调速回路只适用于小功率（一般P=25KW）及中低压（一般在6.5MPa）以下场合，或系统功率较大但节流工作时间是短暂的情况。2.2.3液压系统设计方案的制定（1）执行机构的确定液压系统的动作机构是往复直线运动的活塞，采用单活塞杆双作用

28、液压缸直接驱动。（2）安全连锁措施为保证安全及系统工作的可靠性，车门的开门或者关门极限均对应着一定的压力锁住车门，故此处采用直控单向顺序阀。（3）开门、关门、停位动作回路本设计多涉及到的开门、关门及停位动作，车门运动方向及停位的控制由电磁换向阀直接控制。（4）液压源的确定该液压系统在整个工作循环中需油量变化不大，且工作处于低压状态，故选用齿轮泵。此外，其他一些液压元件将在设计过程中完善。2.2.4传动机构方案设计已学过的传动机构有齿轮传动、带传动、蜗杆传动、链传动等。（1）齿轮传动，具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等特点。其缺点是制造、安装要求较高。（2）带传动，带传动具有结

29、构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。（3）蜗杆传动的特点是：a能实现大的传动比；b冲击载荷小，传动平稳，噪声低；c蜗杆传动具有自锁性；d在啮合处有相对滑动。（4）链传动，优点是：可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力。能在低速，重载和高温条件下及尘土大的情况下工作。能够保证准确的传动比，传递功率较大，并且作用在轴上的力较小。传动效率高。缺点是：链条的铰链磨损后，使节距变大造成脱节。安装和维护要求较高。（5）连杆传动具有以下一些传动特点：连杆传动中的运动副一般均为低副；连杆机构中，原动件的运动规律不变时，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律；

30、在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线（称为连杆曲线），其形状还随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式众多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的设计；也存在一些缺点：传递路线较长，已产生较大的误差积累，同时，也使机械效率降低；不宜用于高速运动；设计工作存在较大难度。在平面四杆机构中，如果全部运动副都是转动副，则称为铰链四杆机构。如图2.1所示。图2.1 杆机构平面四杆机构的类型分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。由连杆机构演化可得到滑块四杆机构，即将转动副转化为移动副。滑块四杆机构可分为：曲柄滑块机构、回转导杆机构、曲柄摇块机构和摆动导杆机构。在传动机构

31、的选择上，要本着达到传动效果，结构应尽量简单的原则。确定曲柄滑块机构简图，如图2.2。图2.2 柄滑块机构由于图示由一个移动副和三个转动副组成的偏置四杆运动链，有关运动尺寸标于构件旁。由图2.3，各构件之间能相对运动的几何条件为a+be。可以证明：转动副B为整转副的充分必要条件为|a-b|e；转动副A为整转副的充分必要条件为a+eb；转动副C为整转副的充分必要条件为b+ea。显然，当e=0时，B一定是整转副。图2.3 含一个移动副的偏置四连杆机构当|a-b|e时，系统不存在整转副；同时当4作为机架的构件时，所得机构为摇杆滑块机构。该机构的特点是，曲柄a只作摆动，滑块不存在极限位置，其满足几何尺

32、寸关系为a+eb。由以上叙述可知：（1）齿轮传动传动比稳定，但传动距离不远，制造安装要求高。不经济；（2）蜗轮蜗杆传动的传动比大，结构紧凑，反行程易自锁，也不适用于远距离传动。所以不适用。综合以上几种方案，选用连杆机构中的摇杆滑块机构较易满足设计要求，根据尺寸的控制要求，且可以通过几何尺寸的控制来限制运动的急回特性。3传动机构参数的计算3.1运动构件设计初步设计的连杆机构如图3.1所示，图3.1为车门开关状态，A和B分别对应两个极限位置,即：闭合状态0和开启状态70（车门开角为70)。图3.1 车门结构俯视图1-车门轴2-车门体（从车轴到车门160mm处）3-连杆 4-滑块（活塞杆简化）连杆机

33、构由连杆、滑块组成，因为液压缸活塞杆进行的是直线运动，所以将液压缸活塞杆抽象为滑块。滑块与一连杆连接，与车门轴相距160mm的车门体下端处用一铰链座实现车门与连杆连接。连杆机构的尺寸是根据前章节中的条件来确定。车门相关参数如下：车门重量m=30Kg，宽度d=0.80m，厚度t=0.12m，高度h=1m；推动车门的力F=10N；连杆机构安装在距门轴处d1=160mm处；与滑块相连的连杆长度d2=195mm;滑块与门轴的垂直距离e=40mm;经实测得出门把手大约安装在距门轴d2=640mm处。3.2受力分析设a=160mm，b=195，c=640mm，d=40mm，=120，车把手处开门的力F=1

34、0N，则根据力矩原理M=FL可得出：Fc= F分a 式(3.1)式中F分为B处的力。代入数据：10640= F分160得F分=40N。开门的初始状态如图3.2所示。图3.2 车门关闭状态由图3.2中的角度关系，设液压缸活塞杆施加的力（即滑块上的力）为F活塞，则： 式(3.2)式(3.3)得F活塞=188N。即刚开门时液压缸活塞杆的推力应为188N。设车门处于完全打开状态时，需要同开门一样的力将其关闭。同开门时的计算方法一样，如图3.3。图3.3 车门的最大开度位置可得：F活塞=15.7N。即当门完全打开时液压缸活塞杆施加的力为15.7N，小于刚开门时所施加的力。所以液压缸刚开门时所施加的力最大

35、。3.3速度、加速度计算设车门的角速度为，角加速度为；车门的开度约为70。车门打开分为两个速度变化过程：先加速运动1s，然后减速运动1s。所以有：式(3.4)式(3.5)式(3.6)其中， 解得：3.4惯性力计算设门轴为Z轴，门的中心轴为Y轴，将门等效为矩形薄板。已知，门的重量为m=30Kg。设门的转动惯量为Jz，惯性力矩为M。由平行轴定理知：式(3.7)其中， JY=，=800mm， d是Z轴与Y轴的距离，取值400mm，代入上式得JZ6.4车门绕Z轴的转矩为式(3.8)可得：M=7.68Nm车门连杆处的惯性力为：式(3.9)得F惯=46.5N。因车门开关时都存在惯性，所以要克服这种惯性就必

36、须多施加力。因此，必须按前面所用方法将门的惯性力转化为液压缸活塞杆的推力。经计算可得，由车门惯性所引起的液压缸活塞杆需多施加的力为：F惯=46.5N；所以液压缸活塞杆总推力为F总=F惯+F活塞=235N。3.5连杆机构材料的选择将毛坯材料定为45钢，采用锻造余热淬火加高温回火调质热处理新工艺，此方法既能获得良好的综合机械性能，又能提高疲劳强度，还能节省大量的能源。毛坯为整体锻造，其外形精度高，省材料，简化工艺，便于组织生产、加工和运输。该连杆硬度为HB255302(dB3.53.8)，材料的奥氏体晶粒度国标规定为78级，CKD连杆实物的晶粒度水平为7级。该材料对锻造工艺而言，省去了调质处理工艺

37、，避免了热处理裂纹，节省了大量能源。4液压回路设计方案4.1液压回路的设计液压回路的设计应满足以下要求：（1）回路应简单，易实现车门动作；回路应该容易实现速度控制；（2）液压回路有许多种，有速度调节回路、压力调节回路等，考虑到开关门速度的控制应选用速度控制回路；例节流调速回路；（3）油路运动要平稳；供油装置的工作要稳定；（4）液压系统中的压力必须与载荷相适应。所设计液压控制回路工作原理为：液压泵供油，溢流阀起调定压力的作用，在供油压力高于工作压力时溢流阀溢流，压力油流回油箱，供油压力低于溢流阀压力时，油液到达比例流量调节阀，再经电磁换向阀的左位，进入液压缸的左位，推动液压缸活塞杆向右移动，车门

38、关闭；反之，当电磁换向阀的右位工作时，液压缸有杆一侧回油，缸内压力减小，液压缸活塞杆向左移动，实现打开动作。其中，开关门的力通过比例流量调节阀控制油液流量来控制。整个系统由司机发出控制信号来控制。液压回路元件依次有液压泵、过滤器、流量调节阀、电磁换向阀、液压缸、溢流阀，要根据使用场合及条件选择标准件。4.1.1液压泵液压泵向系统提供具有一定压力和流量的流体，把机械能转换为液体的压力能。根据工作情况选用较符合条件的液压泵。可以选用齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。（1）选择原则如下：系统在常温下工作；工作压力不高，宜选用低压泵；所选液压泵应具有结构简单，维护方便，工作可靠等优点；应便于安装。图4.1 齿

39、轮泵（2）齿轮泵工作原理一对啮合着的、齿数相同的齿轮安装于壳体内部，齿轮两端面由端盖密封，这样两个齿轮就在壳体内腔分成了左、右两个密封油腔，并且每个齿间都形成一个密封的工作容积（如图4.1）。当齿轮旋转时，齿轮右侧退出啮合，露出齿间，使容积增大，形成局部真空，在大气压的作用下，经液压泵的吸油管进入，完成吸油过程。同理，左侧的轮齿进入啮合，容积减小，完成压油过程。两齿轮不断转动，泵的吸油口和排油口，便连续不断地吸油与排油，使泵不停地向系统供油。从能量转换的角度来看，齿轮泵是完成系统的第一次能量转换的装置，把电动机输出的机械能转换成油液的液压能。（3）齿轮泵的选用a 根据压力级来选合适的齿轮泵。目

40、前齿轮泵分为低压（2.5MPa）、中压（816MPa）、高压（2031.5MPa）三档。b 由于齿轮泵是定量泵，所选用齿轮泵的流量要尽可能与所要求流量相符，以免不必要的功率损失。c 系统选用过滤器的精度应与泵的压力相匹配。低压齿轮泵的污染敏感度较低，所以允许系统选用过滤精度较低的过滤器，同理高压泵系统选过滤器精度较高的。4.1.2过滤器过滤器是液压系统中的重要元件。它可以清除液压油中的污染物，保持油液清洁度，确保系统元件的可靠性。(1)功用过滤器的功用就是不断地净化液压油，将液压油污染程度控制在允许范围内。过滤器应具有适当的过滤精度，能挡住一定尺寸以上的杂志颗粒进入系统；通油性能要好，即单位面

41、积通过的油量要大；过滤器的材料要有一定强度，在压力油作用下不致被破坏；除此之外，过滤器还应便于清洁，便于更换过滤材料。(2)类型过滤器按滤芯材料和结构形式可分网式（如图4.2）、线隙式、纸芯式、金属烧结式及磁性式等过滤器，按其精度不同又分为粗滤、普通、精滤和特精过滤器，它们分别能过滤掉油液中尺寸为100um、10100um、510um、15um的杂质颗粒。(3)选用和安装液压系统中，过滤器安装位置不同，所起作用也不同。如安装在液压泵的吸油管路上，可保护液压泵和整个系统，这时要求过滤器要有较大的通流能力和较小的压力损失，一般采用过滤精度较低的网式过滤器；安装在液压泵的压油路上，目的是为了过滤掉可

42、能侵入阀类元件的污染物，保护泵以外的液压元件，一般采用过滤精度为1015um的过滤器，过滤器壳体应有一定强度，过滤阻力不应超过0.035MPa。而且应设置安全阀或堵塞状态发生器，以防液压泵过载或滤芯破坏；安装在回油路上，目的是为了滤去液压油流入油箱前的污染物，由于回油压力低，可以选用强度较低但过滤精度较高的精过滤器。除上述三种安装方法外，还有安装在分油路上的和单独使用的，应根据使用性质正确使用。图4.2 网式过滤器由于现代科技的进步，将液压泵和过滤器连接在一个机构里的液压集成装置已经被广泛应用，叫做液压动力单元。4.1.3比例流量调节阀电液比例流量阀能作高精度、远距离的力量控制。由于相应较快，

43、且流量变化连续，因此可减少流量变化的冲击。抗污染能力强，工作可靠，价格低廉。持此之外，它还可以用作截断油流的开关阀，当输入的信号电流为零时，它的输出流量为零，故可用于切断油路。通过比例流量调节阀控制流量来控制油压以达到控制速度的目的。（1）根据工艺条件，选择合适的调节阀结构和类型；（2）根据工艺对象，选择合适的流量特性；（3）根据工艺参数，选择阀的口径；（4）根据工艺要求，选择材料和辅助装置；（5）为方便控制决定采用电磁控制式的；（6）电磁阀的作用是快速地切断和接通油源，使电磁阀处于完全通、断的位置，多用于动作经常变化的场合。比例流量调节阀常见结构如图4.3：调定信号图4.3 比例流量调节阀4

44、.1.4电磁换向阀用电磁换向阀的回路，用二位三通、二位四通、二位五通、三位四通和三位五通换向阀均可使用液压缸或液压马达换向。由于电磁换向阀在换向过程中有较大冲击，因此这种回路适用于运动部件的运动速度较低、质量较小、换向精度要求不高的场合。电磁阀是一种直接作用式（直动式）阀，如图4.4，电磁阀通过电磁铁作用使滑阀移动以切换油路。对电磁阀的要求有：(1)所选电磁阀应具高压、大流量、压力损失低等特点；(2)噪声和配管的振动应抑制到很小。图4.4 三位四通换向阀4.1.5液压缸(1)选择液压缸时应注意以下方面。a液压缸的缸筒内径D和活塞杆直径d必须选用符合国家标准GB/T23481993的数值，这样才

45、能选用标准密封件和附件；b工矿中有剧烈冲击时，液压缸的缸筒、端盖不能用脆性的材料；c采用长行程液压缸时，需综合考虑选用足够刚度的活塞杆和安装中隔圈；d安装方式与负载导向。安装方式与负载导向直接影响活塞杆的弯曲稳定性。因此要合理安装；常见安装方式为耳环安装、耳轴安装、法兰安装、底座安装、负载导向；e选用合适的密封装置；f选用合适的工作介质。(2)液压缸的结构形式有：单作用液压缸、双作用液压缸、组合液压缸、推力液压缸、摆动液压缸等。a 单作用液压缸目前常用单作用液压缸是由缸体和活塞及其密封元件等组成，液压油通过油嘴进入密封元件等构成，液压油通过油嘴进入液压缸体内，推动活塞运动达到传递动力或对设备进

46、行锁紧的目的。单作用液压缸工作时，活塞在缸体内做往复运动，由于活塞与缸体内壁要求有一定精度，所以活塞的往复运动势必产生缸体内壁和密封元件表面的磨损，当液压缸工作到一定程度时，磨损产生的缝隙使液压缸出现内漏外泄现象，内漏外泄严重时，更换密封件或缸体是不可避免的。单作用液压缸的结构简图（如图4.5）：图4.5 活塞液压缸（活塞仅单向运动，由外力使活塞反向运动）b 双作用液压缸单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出油口都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。双作用液压缸就是两个空腔都有油，两个方向的动作都要靠油压来实现。只能向一个方向运动的叫单作用，例如：

47、磨床上的工作台的往复运动，以及挖掘机的动作机构。图4.6单活塞杆双作用液压缸（活塞双向运动，活塞在行程终了时缓冲）双作用单杆活塞式液压缸，如图4.6，是液压系统中作往复运动的执行机构。具有结构简单，工作可靠，拆装方便，易于维修，且连接方式多样等特点。适用于工程机械，矿山机械，起重运输机械，冶金机械及其它机械。4.1.6油箱油箱的功用主要是储存油液，此外还起着散发油液中热量（在周围环境为度较低的情况下则是保持油液中热量）、释出混在油液中的气体等作用。液压系统中的油箱有整体式和分离式两种。整体式油箱利用主机的内腔作为油箱，这种油箱结构紧凑，各处漏油易于回收，但增加了设计和制造的复杂性，维修不便，散热条件不好，且会使主机产生