液压元件与系统设计2

液压控制系统设计 第二讲 6伺服液压缸设计顺序分析设计任务书 选择反馈传感器 确定活塞有效面积 选定伺服阀 确定结构形式 设计密封装置 零部件强度设计计算 编制设计资料 绘制产品图样 7伺服液压缸设计活塞和活塞杆计算 确定结构形式 外形结构 安装方式 活塞杆型式 活塞杆外端结构 活塞活塞杆连接方式 设计密封装置 支承导向的设计 缓冲装置的设计 排气装置的设计 防尘圈的设计 液压源设计液压源设计 液压泵选取 蓄能器选取 冷却器选取 油箱设计 结束TheEnd 1 设计任务书的内容 2 根据被控对象 控制参数 负载性质 确定伺服液压缸的类型 绘制负载特性曲线 3 分析性能参数 确定伺服液压缸的设计点 一般定最大负荷工况为设计点 返回 被控对象 m K Bc Ff 控制参数 Y F 负载性质 粘性 弹性 惯性 主要性能参数 最大位移 速度 加速度等 供油条件 油源压力 油液清洁度等 使用环境 温度 磁场等 对安全性 可靠性 寿命的要求安装方式与连接尺寸 返回 返回 高效匹配的例子 伺服系统的驱动特性 伺服系统的负载特性 根据系统要求 确定反馈传感器的类型 位移传感器还是负载传感器 根据输出精度的指标 确定传感器的精度等级 根据选定型号传感器的外形尺寸 确定伺服液压缸安装传感器的方式及连接尺寸 返回 1 选择伺服阀的原则 伺服阀的流量一压力特性曲线要能包围伺服液压缸的负载特性曲线 伺服阀的流量一定要满足伺服液压缸的最大负载速度时的负载流量 伺服阀的频率特性要满足系统动态响应要求 2 选择伺服阀的方法 绘制伺服液压缸的负载特性曲线 计算伺服阀的空载额定流量 选定的伺服阀流量规格 要比上面计算出的QR再加大10 左右 所选伺服阀的供油压力不得低于系统的供油压力 伺服阀的90 相移频宽至少应为系统频宽的3倍 3 选定伺服阀 确定阀块的结构尺寸 返回 根据工况与使用场合 确定固定端是缸体部分还是活塞杆部分 根据安装要求 确定安装方式 根据与控制对象的连接方式 确定输出端的结构及连接尺寸 根据最大工作行程 传感器的安装方式确定活塞杆 缸筒 端盖的结构形式与尺寸 绘制整体结构草图 返回 根据最低启动压力 快速性要求 频率特性选定密封类型 进行密封装置设计 返回 按普通液压缸的设计计算方法对缸简 活塞杆 端盖 支承座 受力螺纹连接件等受力件进行强度计算 返回 编制设计计算资料编写方案论证报告编制专用技术条件及测试大纲绘出产品图样 返回 有效面积 活塞 活塞杆直径 强度计算和校核 压杆稳定性校核 返回 返回 时 必须将伺服液压缸整体作为一种细长杆来处理 伺服液压缸典型结构之一 图2 1拉杆型液压缸l一活塞杆 2一导向套 3一法兰 4一前端盖 5一缸简 6一拉杆 7一导向环 支承环 8一活塞密封件 9一后端盖 10一活塞 11一缓冲套简 12一活塞杆密封件 13一防尘圈 拉杆型液压缸通常额定压力pn 21MPa 缸筒内径D 200mm 250mm 允许最大行程S 3m 2m 伺服液压缸典型结构之二 焊接型液压缸通常额定压力pn 25MPa 缸筒内径D 320mm 在活塞杆和缸简的加工条件许可下 允许最大行程S 10 15m 伺服液压缸典型结构之三 法兰型液压缸通常额定压力pn 35MPa 缸筒内径D 320mm 允许最大行程S 8m 返回 伺服液压缸安装方式之一 伺服液压缸安装方式之二 伺服液压缸安装方式之三 伺服液压缸安装方式之四 伺服液压缸安装方式之五 返回 活塞杆型式 相应的强度校核计算 公差要求 材料可参见相关手册 返回 活塞杆外端结构 相应的强度校核计算 公差要求 材料可参见相关手册 返回 活塞与活塞杆连接结构型式 返回 静密封端盖与缸筒 端盖与阀块 阀块与伺服阀 油管与阀块 油管座之间的密封为静密封 是固定密封 动密封活塞与缸简 活塞杆与端盖之间的密封为动密封 静密封的设计要确保固定密封处在正常工作压力和1 5倍工作压力下均无外泄漏 静密封通常选用O形橡胶密封圈 其规格 沟糟尺寸应尽可能符合国家标准 接触型动密封活塞与缸简的接触型动密封活塞杆与端盖的接触型动密封非接触型动密封活塞与缸筒间的动密封可以直接使用间隙密封 活塞杆与端盖间的间隙密封总是和静压支承结合在一起使用 返回 密封性好 可允许活塞和缸筒有较大的配合间隙 从而大大改善活塞和缸筒的工艺性 对油液的清洁度要求有所降低 低摩擦 无爬行 无滞涩粘着现象 沟糟加工简单 返回 低压 高压密封性均好 可多道密封 良好的静动密封特性 能承受一定的侧向冲击 优异的抗磨性 低摩擦力 无低速爬行 滞涩与粘滞现象 强的耐腐蚀性 沟槽结构简单 工艺性好 返回 接触型支承非接触型支承 避免了金属之间的接触 具有高的径向负荷支承触力 能补偿边界力 具有强耐磨性和高寿命 摩擦力小 能抑制机械振动 有良好的防尘效果 允许外界异物嵌入 保护密封件不受过分的挤压 导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题 沟槽简单 安装方便 维护费用低 运动精度高 摩擦力很小 可以忽略不计 无磨损 寿命长 工作速度范围宽 静动刚度大 能承受侧向力 静压支承的缺点是 设计调试工作量大 工艺性差 要单独用一套低压油源 造价高 返回 返回 曲线越限 说明油膜厚度的少量变化便会带来压力比值的显著变化 在油膜厚度h 0 0lmm和h 0 04mm的情况下 各种K值的a h曲线都变得比较平坦 适应外负载力变化的能力就不强了 因此静压支承的油膜厚度一般都选择在h 0 01 0 03mm范围内 返回 恒节流型缓冲装置 变节流型缓冲装置 缓冲柱塞的几种结构形状 a 抛物线 b 铣槽 c 梯阶形 d 圆锥形 e 双圆锥形 f 两级缓冲 g 多孔缸简 h 多孔缓冲柱塞 返回 排气阀 整体型排气阀 针阀型排气阀l一圆柱销 2一阀体 3一针阀 排气阀安装在液压缸两端的端盖最高位置 与压力腔相通 以便安装后调试前排除液压缸内空气 返回 防尘圈的选择原则 不给伺服液压缸增加摩擦 不产生爬行 不磨损活塞杆 返回 子液压源组包含液压泵组 液压阀 滤油器 蓄能器 外冷却循环过滤系统 油箱及其它液压附件分配器系统主分配器系统完成液压源与子分配器系统的供 回油 子分配器系统完成主分配器系统与伺服作动器的供 回油 管路系统液压硬管液压软管接头 阀门等各种附件 返回 液压泵选取液压源是为整个系统提供液压能源的重要组成部分 液压源的输出流量应该能够满足系统作各种运动时的要求 为了有效地节约能源 可采用恒压变量泵组和大型蓄能器组联合供油方式 液压泵主要参数 P Q N 在选择液压源时 液压源的供油量可以选择在系统需求的平均供油量附近 返回 蓄能器选取蓄能器是利用力的平衡原理 使工作液体 油 的体积发生变化 从而达到贮存和释放液压能的一种装置 其工作可分为充液 排液两个阶段 蓄能器的作用 蓄能器的计算 蓄能器的主要参数 V 作储能用用于补偿系统泄漏用于吸收液压冲击消除液压泵脉动降低噪声作紧急动力源用于补偿热膨胀 有效排液量 充气压力 最高工作压力 最低工作压力 压力波动 等温过程 绝热过程蓄能器的最低工作压力p1的确定蓄能器的最低工作压力p1应能满足执行机构最大负载工作时所需压力 蓄能器最高压力p2的确定蓄能器的最高压力p2的确定 既要考虑到蓄能器寿命 又要考虑到能适当增加有效排油量 系统压力又不至于过高 且相对稳定 蓄能器的充气压力p0的确定 根据作用不同而不同 返回 冷却器选取系统工作时 系统的功率损失都转化为热量而使液压油温度升高 这样将导致粘度降低 泄漏增加 系统性能和效率降低 也容易使液压系统发生气蚀和振动 冷却器的主要参数 A 冷却器的计算 计算时需要的参数 液压油入口温度冷却水入口温度需要冷却的功率冷却水流量循环泵流量冷却水最大流量冷却器水侧压力降 返回 油箱设计油箱的容量通常为液压泵每分钟排出体积额定值的3 5倍 通风好时选小值 反之选大值 采用定量泵或不带压力补偿的变量泵时 油箱的容量至少要大于泵每分钟排出体积的3倍以上 当采用带压力补偿的变量泵时 应尽量提供至少为系统每分钟所需油液体积的平均值 以升计 三倍的油箱容量 油箱液面正好下降到最低点时 液面应高于泵的吸油口75mm或1 5倍管径 油箱液面达到最高位时 油箱内应有10 的储备容量 根据散热确定油