非对称活塞式摆动液压马达的电液比例的控制系统设计 (2)
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非对称活塞式摆动液压马达的电液比例的控制系统设计
(2)
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非对称活塞式摆动液压马达的电液比例的控制系统设计 (2),非对称活塞式摆动液压马达的电液比例的控制系统设计,(2),对称,活塞,摆动,液压,马达,比例,控制系统,设计
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贾遴琳 非对称活塞式摆动液压马达的电液比例力控制系统设计扬州大学广陵学院毕业设计（论文）前期工作材料学 生 姓 名： 贾遴琳 学号： 100007116 教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目：非对称活塞式摆动液压马达的 电液比例控制系统 指 导 老 师： 曾励 材 料 目 录序号名 称数量备注1毕业设计（论文）选题、审题表12毕业设计（论文）任务书13毕业设计（论文）实习调研报告14毕业设计（论文）开题报告（含文献综述）15毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文）16毕业设计（论文）中期检查表1 2014 年 4月 9日 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）题目申报表设计（论文）题目探针测量校准系统机械结构设计题目类型1题目来源A面向专业机械设计制造及其自动化指导教师曾励职称教授学位博士从事专业题目简介： 利用已掌握的技术基础和专业知识，设计非对称摆动液压马达的结构和控制系统；设计计算其结构参数和运行参数，绘制系统结构图。审核意见：审核人签名：年 月 日题目类型1、为结合科研；2、为结合生产实际；3、为结合大学生科研训练计划；4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源A.指导教师出题 ； B.学生自定、自拟扬州大学广陵学院毕业设计（论文）任务书教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 贾遴琳 学号: 100007116 毕业（论文）题目： 非对称活塞式摆动液压马达的电液比例控制系统起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.6 设计（论文）地点： 扬州大学江阳路南校区 指 导 老 师： 曾励 专 业 负 责 人： 发任务书日期： 2014年 4月9 日扬州大学广陵学院本科生毕业论文任务书论文题目非对称活塞式摆动液压马达的电液比例控制系统年级大四专业机械设计制造及其自动化学生姓名贾遴琳学号100007116主要内容：利用已掌握的技术基础和专业知识，设计非对称摆动液压马达的结构和控制系统；设计计算其结构参数和运行参数，绘制系统结构图。通过该毕业设计课题的研究，提高学生科学研究能力、动手能力和分析解决实际问题能力。培养学生独立进行设计的工作能力。主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）：主要任务及基本要求： 1）提交有关文献的翻译资料；2）提交毕业实习报告及开题报告；3）提交毕业论文详细报告；4）提交平面装配结构图及零件图。1）设计摆动液压马达的结构；2）设计计算马达的性能参数； 3）绘制装配结构图及零件图或者对其进行三维造型设计。主要参考文献： 1电液比例阀控缸速度控制系统的建模与仿真 常钰 冯永宝 第二炮兵工程学院2电液比例阀控缸位置控制系统的建模与仿真研究 马晓宏 陈冰冰 甘学辉 孙志军 上海东华大学3电液比例位置控制系统建模与仿真 刘保杰 强保民 权辉 第二炮兵工程学院4阀控非对称缸电液伺服系统控制研究 张炜 西安理工大学5阀控非对称缸电液位置伺服系统控制的研究 刘伟奇 北京交通大学硕士学位论文6阀控非对称缸的非线性建模及其反馈线性化 杨军宏 尹自强 李圣怡国防科学技术大学机电工程与自动化学院7阀控非对称缸频域建模 吕云嵩 南京工程学院机械系8阀控非对称缸液压系统建模研究 孟亚东 李长春 张金英 刘晓东 北京交通大学机械与电子控制工程学院9非对称阀控制非对称缸的分析研究 王栋梁 李洪人 张景春 哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨; 济南大学机械工程学院,山东济南10非对称缸电液伺服系统的静态特性分析 李洪人 王栋梁 李春萍 哈尔滨工程大学机电工程学院11雷天觉主编.液压工程手册M.机械工业出版社，1996.12张远祺.新型螺杆活塞式摆动马达J.液压工业，89,No.4.13成大先，机械设计手册，第四版，第4卷，化学工业出版社，200414李洪仁，液压控制系统，国防工业出版社，198715 路雨祥，液压气动技术手册，机械工业出版社，2002 16 控制工程基础M. 高等敎育出版社, 2001;17 王占林，液压伺服控制M，北京航空学院出版社,1987;18 刘兴堂，吴晓燕，现代系统建模与仿真技术，西北工业大学出版社2001;19 梁锡昌，王光建，郑小光，基于螺旋机构的旋转作动器研究，航空学报，2003.03;20 黄忠霖，控制系统MATLAB计算与仿真，国防工业出版社，2000;21 康凤举，现代仿真技术与应用，国法工业出版社，20018;22 程光仁，施祖康等著. 滚珠螺旋传动设计基础. 北京：机械工业出版社, 1987;23 饶振纲.滚珠丝杠副及自锁装置.北京:国防工业出版社,1990;24 王春行，液压伺服控制系统（修订版），机械工业出版社，1993;25 曾励, 陈勇. 特殊回珠槽回珠曲线的设计J. 现代机械, 1993, 1: 008;26 曾励, 陈芳, 张剑芳. 新型摆动液压马达的研究J. 现代机械, 1993, 3: 19-22;27 张永皋，胡文伟，韩志军，同步PI控制系统的设计与优化，液压工业，1989(4)：2-6;28 曾励.特种液压马达系统的研究及其可靠性分析D.重庆大学硕士学位论文，1993.06；29 梁锡昌、王建光、郑小光.基于螺旋机构的旋转动作器研究J.航空学报，2003；30 薛定宇.控制系统计算机辅助设计-MATLAB语言与应用.清华大学出版社，2003.06；发出任务书日期： 2014年2月22日完成期限：2014年4月9日指导教师签名：专业主任签名：年月日扬州大学广陵学院毕业设计（论文）实习调研报告学 生 姓 名： 贾遴琳 学号： 100007116 专 业： 机械设计制造及其自动化 指 导 老 师： 曾励 扬州大学广陵学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 贾遴琳 学 号：100007116 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目：非对称活塞式摆动液压马达的 电液比例控制系统设计指 导 老 师： 曾励 2014年 4 月 9 日扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目非对称活塞式摆动液压马达的电液比例控制系统设计题目来源指导老师出题题目类型为结合科研指导教师曾励学生姓名贾遴琳学 号100007116专 业机械设计制造及其自动化开题报告内容：（调研资料的准备与总结，研究目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段、 内容及时间安排；完成毕业设计（论文）所具备的条件因素等。）本毕业设计（论文）课题应达到的目的：利用已掌握的技术基础和专业知识，设计非对称摆动液压马达的结构和控制系统；设计计算其结构参数和运行参数，绘制系统结构图。通过该毕业设计课题的研究，提高学生科学研究能力、动手能力和分析解决实际问题能力。培养学生独立进行设计的工作能力。本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起止日期工 作 内 容2014-2-152013-3-12014-3-12013-3-312014-4-12013-4-152014-4-152013-4-302014-5-12013-5-102014-5-102013-5-20完成英文翻译工作；完成开题报告和结构设计工作；进行控制系统结构设计和参数计算；绘制装配结构图和零件图或进行三维造型；整理资料撰写毕业论文；准备毕业答辩。文 献 综 述一、课题背景摆动液压马达是一种输出轴作摆动往复运动的液压执行元件。它的优点是能使负载直接获得往复摆动运动，无需任何变速机构。因此，已被广泛应用于各个领域，如舰雷达天线稳定平台的驱动、声纳基体的摆动、鱼雷发射架的开启、液压机械手、装载机上铲斗的回转、机床上回转台的转动等等，以及矿山和石油机械上都得到广泛应用。从缩短传动链出发，把液压缸和滚珠螺旋传动机构巧妙的结合起来构成一种新型摆动液压马达如图1所示。1 传动轴 2 导向套 3 钢球 4 螺旋套 5 油缸端盖 6 活塞杆 7 缸筒 8 活塞 9 副杆图1 活塞式滚珠螺旋摆动液压马达结构原理图它主要由缸体、活塞、滚珠花、键螺母、滚珠螺旋轴、协调轴、钢球及回珠、槽端盖等组成，如图2.活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作原理为：液压缸的活塞带动螺旋传动轴移动，滚珠直花键副防止螺旋传动轴转动，滚珠轴承承受轴向力与径向力，以改善滚珠螺旋套的受力状况，从而把活塞-螺旋传动轴的直线运动转换成螺旋套的转动。当高压油由右端油孔进入活塞右腔，推动活塞，从而带动活塞杆、传动轴向左移。由于传动轴左部和导向固定套构成花键副，因此，传动轴只能作轴向移动、而不能作回转运动。若传动轴右部外表面和螺旋套内表面之间的螺旋滚道是右旋滚道，当传动轴向左移动时驱动螺旋套带动与之固联的前缘襟翼作顺时针转动(从摆动液压马达的左端观察)。反之，当高压油由左端油孔进入活塞左腔，则推动活塞，活塞杆和传动轴向右移动，以驱动螺旋套和襟翼翼面逆时针转动。如前所述，活塞式滚珠螺旋摆动液压马达是将直线运动转换为旋转摆动的液压机械复合传动机构。它由滚珠逆螺旋传动机构和活塞液压缸等部分组成。滚珠逆螺旋传动机构由滚珠直花键导轨副、滚珠螺旋传动副、滚珠卸荷副组成，包括滚珠螺旋套、滚珠直花键导向套、滚珠卸荷轴承、滚珠螺旋传动轴、以及液压油缸组件等组成。滚珠直花键导轨副是为了限制活塞带动传动轴作直线动时由螺旋副产生的转动，并起到导向作用；滚珠螺旋传动副主要是为了产生转动，达到输出扭矩的目的。这种摆动液压马达具有以下特点：（1）传动链短。活塞通过活塞杆和传动轴相联，轴向运动被直接转换为回转运动，从而驱动负载机构摆动；（2）各零部件受力均匀，材料利用率高，因而结构紧凑，自重小，承载能力大。在一般啮合传动中，参加啮台进行传力的只有少数几个齿，大多数齿及其相连的材料都处于待受载状态。摆动液压马达的每个传力零件及该零件的每个部分都同时承受载荷，在等强度设计原则下，基本上处于均载工作状态。这样，摆动液压马达相对于其它常见的各种传动系统单位自重所能传递的转矩最大。（3）传动效率高。在满足使用和结构要求的前提下，由于传动链短且大部采用滚动副等，所以摆动液压马达的传动效率可达到最高。（4）传动平稳，无噪音。由于摆动液压马达的各运动部件始终保持接触，且用滚动代替滑动，因此避免了啮合传动中所出现的啮合冲击。（5）采用多头滚道、大螺旋升角的逆螺旋机构，增大作动器的承载能力。（6）单位重量输出的扭矩大。在一般的啮合传动中,参加喻合进行传力的只有少数儿个齿,大多数齿及相邻材料都处于待受载状态。而滚珠姆旋摆动液压马达的每个传力零件(螺旋和花过轮齿及钢球)及该零件的每个部位都同时承受载荷。在等强度设计原则下,基本处于均载工作状态。因而材料的利用率高,结构紧凑,重量轻。（7）传动效率高，滚珠螺旋摆动液压马达的传动效率由机械效率和容积效率构成。机械传动部分的所有运动副均采用滚动摩擦,一般地,滚珠螺旋、滚珠花键及滚动轴承的传动效率均为0.98左右,所以机械传动部分的总效率在0.9以上,液压缸活塞移动及输出轴转动的动密封均采用自润滑性能好,且密封可靠的新型组合密封,使马达的动密封处摩擦小和马达的容积效率高,根据资料介绍,其密封效率(机械和容积效率)可达0.95左右。所以整个摆动马达的传动效率不低于0.85。（8）传动平稳、无噪音。由于滚珠螺旋摆动液压马达的各相对运动部件始终保持接触,且用滚动代替滑动,周而避免了啮合冲击。另外,根据需要,这种摆动马达的结构还可以进一步改进。如为便于加工,还可以把滚珠副部分独立于油缸体外,形成“轴移动螺母旋转”的工作方式。这种结构和前一种结构相比的突出优点是:摆动马达分离成两个相对独立的部件液压缸和滚珠副螺旋传动机构。液压缸提供动力。螺旋转动机构作为直旋装置将直线运动及推力转换成旋转运动及扭矩而输出。由于液压缸和螺旋转动机构的分离,使零件结构相对简化,并可分别对这两套部件进行设计和制造。二、活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的研究为提高传动效率，我们将摆动液压马达的各种滑动摩擦副全部采用滚动摩擦副形式，包括三大部分即滚珠螺旋副、滚珠直花键副及滚珠卸载副，高压油缸的活塞带动螺旋传动轴移动，滚珠直花键副的作用是防止螺旋传动轴转动。滚珠直旋副中螺旋传动轴只移动不转动，而螺母（螺旋套）只转动不移动，采用卸载副承受轴向力和径向力以防止螺母（螺旋套）转动输出所需的扭矩，通过三套运动副把活塞-螺旋传动轴的直线运动转换成螺旋套-襟翼的摆动。采用滚珠螺旋副摆动液压马达作为液压直接驱动系统的执行元件，具有体积小、重量轻、效率高、维修性好、可靠性高等优点，将其应用于飞行器襟翼的驱动系统中，在理论分析、结构设计、传动功率及空间要求等方面均是可行的，值得在理论、设计、实验等方面作进一步深入系统的研究。三、国内外发展现状活塞式滚珠螺旋摆动液压马达为摆动马达系统的关键基本部件，需要满足驱动系统对现代高性能飞行器机载作动系统、船舶操纵、减振作动系统等的要求，因此，其结构设计必须考虑主机系统提出的体积小、重量轻、承载能力大、工作可靠和维修方便等要求。活塞式滚珠螺旋摆动液压马达由液压缸和滚珠逆螺旋机构组成。它与伺服阀等组成液压伺服驱动系统，问题主要为：（1）活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的本体结构及参数的优化，主要解决的技术难点有：扭矩重量比大；空间尺寸限制严；传动效率要求高；可靠性要求高。（2）从作动器组成电液伺服系统的能源利用率和静、动态品质出发，优化设计作动器的主要参数，使系统消耗功率最小，效率最高，还要保证该系统具有较宽的频带响应。参考文献1电液比例阀控缸速度控制系统的建模与仿真 常钰 冯永宝 第二炮兵工程学院2电液比例阀控缸位置控制系统的建模与仿真研究 马晓宏 陈冰冰 甘学辉 孙志军 上海东华大学3电液比例位置控制系统建模与仿真 刘保杰 强保民 权辉 第二炮兵工程学院4阀控非对称缸电液伺服系统控制研究 张炜 西安理工大学5阀控非对称缸电液位置伺服系统控制的研究 刘伟奇 北京交通大学硕士学位论文6阀控非对称缸的非线性建模及其反馈线性化 杨军宏 尹自强 李圣怡国防科学技术大学机电工程与自动化学院7阀控非对称缸频域建模 吕云嵩 南京工程学院机械系8阀控非对称缸液压系统建模研究 孟亚东 李长春 张金英 刘晓东 北京交通大学机械与电子控制工程学院9非对称阀控制非对称缸的分析研究 王栋梁 李洪人 张景春 哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨; 济南大学机械工程学院,山东济南10非对称缸电液伺服系统的静态特性分析 李洪人 王栋梁 李春萍 哈尔滨工程大学机电工程学院11雷天觉主编.液压工程手册M.机械工业出版社，1996.12张远祺.新型螺杆活塞式摆动马达J.液压工业，89,No.4.13成大先，机械设计手册，第四版，第4卷，化学工业出版社，200414李洪仁，液压控制系统，国防工业出版社，198715 路雨祥，液压气动技术手册，机械工业出版社，200216 控制工程基础M. 高等敎育出版社, 2001;本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）一、研究目标：参考已有的相关资料，分析非对称活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的工作机理，设计活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的结构，对其进行参数设计计算，用计算机进行三维或二维绘图；设计了以活塞式滚珠螺旋摆动液压马达的为执行机构的电液比例控制系统，计算并选择了电液比例系统的主要元件。二、设计内容：（1）设计液压马达的结构和液压马达的电液比例控制系统；（2）设计计算马达的各个性能参数；（3）建立液压马达及其电液控制系统的动力学数学模型；（4）分析系统的动静态性能；（5）绘制马达的装配结构图及零件图。三、拟采用的研究手段（途径）我将根据以下的基本步骤进行设计：（1）查找资料，文献翻译、撰写文献综述、开题报告；（2）完成装置的结构设计工作；（3）对系统进行分析并设计参数；（4）绘制装配结构图和零件图；（5）整理各文件，编写说明书，形成毕业设计全部文件。扬州大学广陵学院毕业设计（论文）外文资料翻译教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 贾遴琳 学 号： 100007116 外 文 出 处： FEM Analyses for the Design and Modeling of a Nov
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