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賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例力控制系統設計 揚州大學廣陵學院 畢業(yè)設計（論文）前期工作材料 學 生 姓 名： 賈遴琳 學號： 100007116 教 科 部： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計（論文）題目：非對稱活塞式擺動液壓馬達的 電液比例控制系統 指 導 老 師： 曾勵 材 料 目 錄 序號 名 稱 數量 備注 1 畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計（論文）任務書 1 3 畢業(yè)設計（論文）實習調研報告 1 4 畢業(yè)設計（論文）開題報告（含文獻綜述） 1 5 畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2014 年 4月 9日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）題目申報表 設計（論文）題　目 探針測量校準系統機械結構設計 題目類型 1 題目來源 A 面向專業(yè) 機械設計制造 及其自動化 指導教師 曾勵 職稱 教授 學位 博士 從事專業(yè) 題目簡介： 利用已掌握的技術基礎和專業(yè)知識，設計非對稱擺動液壓 馬達的結構和控制系統；設計計算其結構參數和運行參數，繪制 系統結構圖。 審核意見： 審核人簽名： 年 月 日 題目類型－－1、為結合科研；2、為結合生產實際；3、為結合大學生科研訓練計劃；　 4、為結合學科競賽；5、模擬仿真；6、其它 題目來源－－A.指導教師出題 ； B.學生自定、自擬 揚州大學廣陵學院畢業(yè)設計（論文）任務書 教 科 部： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名: 賈遴琳 學號: 100007116 畢業(yè)（論文）題目： 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例控制系統 起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.6 設計（論文）地點： 揚州大學江陽路南校區(qū) 指 導 老 師： 曾勵 專 業(yè) 負 責 人： 發(fā)任務書日期： 2014年 4月9 日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)論文任務書 論文題目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例控制系統 年級 大四 專業(yè) 機械設計制造 及其自動化 學生姓名 賈遴琳 學號 100007116 主要內容： 利用已掌握的技術基礎和專業(yè)知識，設計非對稱擺動液壓馬達的結構和控制系統；設計計算其結構參數和運行參數，繪制系統結構圖。通過該畢業(yè)設計課題的研究，提高學生科學研究能力、動手能力和分析解決實際問題能力。培養(yǎng)學生獨立進行設計的工作能力。 主要任務及基本要求（包括指定的參考資料）： 主要任務及基本要求： 1）提交有關文獻的翻譯資料； 2）提交畢業(yè)實習報告及開題報告； 3）提交畢業(yè)論文詳細報告； 4）提交平面裝配結構圖及零件圖。 1）設計擺動液壓馬達的結構； 2）設計計算馬達的性能參數； 3）繪制裝配結構圖及零件圖或者對其進行三維造型設計。 主要參考文獻： [1]電液比例閥控缸速度控制系統的建模與仿真 常鈺 馮永寶 第二炮兵工程學院 [2]電液比例閥控缸位置控制系統的建模與仿真研究 馬曉宏 陳冰冰 甘學輝 孫志軍 上海東華大學 [3]電液比例位置控制系統建模與仿真 劉保杰 強保民 權輝 第二炮兵工程學院 [4]閥控非對稱缸電液伺服系統控制研究 張煒 西安理工大學 [5]閥控非對稱缸電液位置伺服系統控制的研究 劉偉奇 北京交通大學碩士學位論文 [6]閥控非對稱缸的非線性建模及其反饋線性化 楊軍宏 尹自強 李圣怡國防科學技術大學機電工程與自動化學院 [7]閥控非對稱缸頻域建模 呂云嵩 南京工程學院機械系 [8]閥控非對稱缸液壓系統建模研究 孟亞東 李長春 張金英 劉曉東 北京交通大學機械與電子控制工程學院 [9]非對稱閥控制非對稱缸的分析研究 王棟梁 李洪人 張景春 哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院,黑龍江哈爾濱; 濟南大學機械工程學院,山東濟南 [10]非對稱缸電液伺服系統的靜態(tài)特性分析 李洪人 王棟梁 李春萍 哈爾濱工程大學機電工程學院 [11]雷天覺主編.液壓工程手冊[M].機械工業(yè)出版社，1996. [12]張遠祺.新型螺桿活塞式擺動馬達[J].液壓工業(yè)，89,No.4. [13]成大先，機械設計手冊，第四版，第4卷，化學工業(yè)出版社，2004 [14]李洪仁，液壓控制系統，國防工業(yè)出版社，1987 [15] 路雨祥，液壓氣動技術手冊，機械工業(yè)出版社，2002 [16] 控制工程基礎[M]. 高等敎育出版社, 2001; [17] 王占林，液壓伺服控制[M]，北京航空學院出版社,1987; [18] 劉興堂，吳曉燕，現代系統建模與仿真技術，西北工業(yè)大學出版社2001; [19] 梁錫昌，王光建，鄭小光，基于螺旋機構的旋轉作動器研究，航空學報，2003.03; [20] 黃忠霖，控制系統MATLAB計算與仿真，國防工業(yè)出版社，2000; [21] 康鳳舉，現代仿真技術與應用，國法工業(yè)出版社，2001[8]; [22] 程光仁，施祖康等著. 滾珠螺旋傳動設計基礎. 北京：機械工業(yè)出版社, 1987; [23] 饒振綱.滾珠絲杠副及自鎖裝置.北京:國防工業(yè)出版社,1990; [24] 王春行，液壓伺服控制系統（修訂版），機械工業(yè)出版社，1993; [25] 曾勵, 陳勇. 特殊回珠槽回珠曲線的設計[J]. 現代機械, 1993, 1: 008; [26] 曾勵, 陳芳, 張劍芳. 新型擺動液壓馬達的研究[J]. 現代機械, 1993, 3: 19-22; [27] 張永皋，胡文偉，韓志軍，同步PI控制系統的設計與優(yōu)化，液壓工業(yè)，1989(4)：2-6; [28] 曾勵.特種液壓馬達系統的研究及其可靠性分析[D].重慶大學碩士學位論文，1993.06； [29] 梁錫昌、王建光、鄭小光.基于螺旋機構的旋轉動作器研究[J].航空學報，2003； [30] 薛定宇.控制系統計算機輔助設計-MATLAB語言與應用.清華大學出版社，2003.06； 發(fā)出任務書日期： 2014年2月22日　　　　　　完成期限：2014年4月9日 指導教師簽名：　　　　　　　　　　　　　　專業(yè)主任簽名： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日 揚州大學廣陵學院 畢業(yè)設計（論文）實習調研報告 學 生 姓 名： 賈遴琳 學號： 100007116 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指 導 老 師： 曾勵 揚州大學廣陵學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 賈遴琳 學 號：100007116 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計(論文)題目：非對稱活塞式擺動液壓馬達的 電液比例控制系統設計 指 導 老 師： 曾勵 2014年 4 月 9 日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題　目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例控制系統設計 題目來源 指導老師出題 題目類型 為結合科研 指導教師 曾勵 學生姓名 賈遴琳 學 號 100007116 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 開題報告內容：（調研資料的準備與總結，研究目的、要求、思路與預期成果；任務完成的階段、 內容及時間安排；完成畢業(yè)設計（論文）所具備的條件因素等。） 本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 利用已掌握的技術基礎和專業(yè)知識，設計非對稱擺動液壓馬達的結構和控制系統；設計計算其結構參數和運行參數，繪制系統結構圖。通過該畢業(yè)設計課題的研究，提高學生科學研究能力、動手能力和分析解決實際問題能力。培養(yǎng)學生獨立進行設計的工作能力。 本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起止日期 工 作 內 容 2014-2-15～2013-3-1 2014-3-1～2013-3-31 2014-4-1～2013-4-15 2014-4-15～2013-4-30 2014-5-1～2013-5-10 2014-5-10～2013-5-20 完成英文翻譯工作； 完成開題報告和結構設計工作； 進行控制系統結構設計和參數計算； 繪制裝配結構圖和零件圖或進行三維造型； 整理資料撰寫畢業(yè)論文； 準備畢業(yè)答辯。 文 獻 綜 述 一、課題背景 擺動液壓馬達是一種輸出軸作擺動往復運動的液壓執(zhí)行元件。它的優(yōu)點是能使負載直接獲得往復擺動運動，無需任何變速機構。因此，已被廣泛應用于各個領域，如艦雷達天線穩(wěn)定平臺的驅動、聲納基體的擺動、魚雷發(fā)射架的開啟、液壓機械手、裝載機上鏟斗的回轉、機床上回轉臺的轉動等等，以及礦山和石油機械上都得到廣泛應用。 從縮短傳動鏈出發(fā)，把液壓缸和滾珠螺旋傳動機構巧妙的結合起來構成一種新型擺動液壓馬達如圖1所示。 1 傳動軸 2 導向套 3 鋼球 4 螺旋套 5 油缸端蓋 6 活塞桿 7 缸筒 8 活塞 9 副桿 圖1 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達結構原理圖 它主要由缸體、活塞、滾珠花、鍵螺母、滾珠螺旋軸、協調軸、鋼球及回珠、槽端蓋等組成，如圖2. 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的工作原理為：液壓缸的活塞帶動螺旋傳動軸移動，滾珠直花鍵副防止螺旋傳動軸轉動，滾珠軸承承受軸向力與徑向力，以改善滾珠螺旋套的受力狀況，從而把活塞-螺旋傳動軸的直線運動轉換成螺旋套的轉動。 當高壓油由右端油孔進入活塞右腔，推動活塞，從而帶動活塞桿、傳動軸向左移。由于傳動軸左部和導向固定套構成花鍵副，因此，傳動軸只能作軸向移動、而不能作回轉運動。若傳動軸右部外表面和螺旋套內表面之間的螺旋滾道是右旋滾道，當傳動軸向左移動時驅動螺旋套帶動與之固聯的前緣襟翼作順時針轉動(從擺動液壓馬達的左端觀察)。反之，當高壓油由左端油孔進入活塞左腔，則推動活塞，活塞桿和傳動軸向右移動，以驅動螺旋套和襟翼翼面逆時針轉動。 如前所述，活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達是將直線運動轉換為旋轉擺動的液壓—機械復合傳動機構。它由滾珠逆螺旋傳動機構和活塞液壓缸等部分組成。滾珠逆螺旋傳動機構由滾珠直花鍵導軌副、滾珠螺旋傳動副、滾珠卸荷副組成，包括滾珠螺旋套、滾珠直花鍵導向套、滾珠卸荷軸承、滾珠螺旋傳動軸、以及液壓油缸組件等組成。滾珠直花鍵導軌副是為了限制活塞帶動傳動軸作直線動時由螺旋副產生的轉動，并起到導向作用；滾珠螺旋傳動副主要是為了產生轉動，達到輸出扭矩的目的。這種擺動液壓馬達具有以下特點： （1）傳動鏈短。活塞通過活塞桿和傳動軸相聯，軸向運動被直接轉換為回轉運動，從而驅動負載機構擺動； （2）各零部件受力均勻，材料利用率高，因而結構緊湊，自重小，承載能力大。在一般嚙合傳動中，參加嚙臺進行傳力的只有少數幾個齒，大多數齒及其相連的材料都處于待受載狀態(tài)。擺動液壓馬達的每個傳力零件及該零件的每個部分都同時承受載荷，在等強度設計原則下，基本上處于均載工作狀態(tài)。這樣，擺動液壓馬達相對于其它常見的各種傳動系統單位自重所能傳遞的轉矩最大。 （3）傳動效率高。在滿足使用和結構要求的前提下，由于傳動鏈短且大部采用滾動副等，所以擺動液壓馬達的傳動效率可達到最高。 （4）傳動平穩(wěn)，無噪音。由于擺動液壓馬達的各運動部件始終保持接觸，且用滾動代替滑動，因此避免了嚙合傳動中所出現的嚙合沖擊。 （5）采用多頭滾道、大螺旋升角的逆螺旋機構，增大作動器的承載能力。 （6）單位重量輸出的扭矩大。在一般的嚙合傳動中,參加喻合進行傳力的只有少數兒個齒,大多數齒及相鄰材料都處于待受載狀態(tài)。而滾珠姆旋擺動液壓馬達的每個傳力零件(螺旋和花過輪齒及鋼球)及該零件的每個部位都同時承受載荷。在等強度設計原則下,基本處于均載工作狀態(tài)。因而材料的利用率高,結構緊湊,重量輕。 （7）傳動效率高，滾珠螺旋擺動液壓馬達的傳動效率由機械效率和容積效率構成。機械傳動部分的所有運動副均采用滾動摩擦,一般地,滾珠螺旋、滾珠花鍵及滾動軸承的傳動效率均為0.98左右,所以機械傳動部分的總效率在0.9以上,液壓缸活塞移動及輸出軸轉動的動密封均采用自潤滑性能好,且密封可靠的新型組合密封,使馬達的動密封處摩擦小和馬達的容積效率高,根據資料介紹,其密封效率(機械和容積效率)可達0.95左右。所以整個擺動馬達的傳動效率不低于0.85。 （8）傳動平穩(wěn)、無噪音。由于滾珠螺旋擺動液壓馬達的各相對運動部件始終保持接觸,且用滾動代替滑動,周而避免了嚙合沖擊。另外,根據需要,這種擺動馬達的結構還可以進一步改進。如為便于加工,還可以把滾珠副部分獨立于油缸體外,形成“軸移動螺母旋轉”的工作方式。這種結構和前一種結構相比的突出優(yōu)點是: 擺動馬達分離成兩個相對獨立的部件—液壓缸和滾珠副螺旋傳動機構。液壓缸提供動力。螺旋轉動機構作為直旋裝置將直線運動及推力轉換成旋轉運動及扭矩而輸出。由于液壓缸和螺旋轉動機構的分離,使零件結構相對簡化,并可分別對這兩套部件進行設計和制造。 二、活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的研究 為提高傳動效率，我們將擺動液壓馬達的各種滑動摩擦副全部采用滾動摩擦副形式，包括三大部分即滾珠螺旋副、滾珠直花鍵副及滾珠卸載副，高壓油缸的活塞帶動螺旋傳動軸移動，滾珠直花鍵副的作用是防止螺旋傳動軸轉動。滾珠直旋副中螺旋傳動軸只移動不轉動，而螺母（螺旋套）只轉動不移動，采用卸載副承受軸向力和徑向力以防止螺母（螺旋套）轉動輸出所需的扭矩，通過三套運動副把活塞-螺旋傳動軸的直線運動轉換成螺旋套-襟翼的擺動。 采用滾珠螺旋副擺動液壓馬達作為液壓直接驅動系統的執(zhí)行元件，具有體積小、重量輕、效率高、維修性好、可靠性高等優(yōu)點，將其應用于飛行器襟翼的驅動系統中，在理論分析、結構設計、傳動功率及空間要求等方面均是可行的，值得在理論、設計、實驗等方面作進一步深入系統的研究。 三、國內外發(fā)展現狀 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達為擺動馬達系統的關鍵基本部件，需要滿足驅動系統對現代高性能飛行器機載作動系統、船舶操縱、減振作動系統等的要求，因此，其結構設計必須考慮主機系統提出的體積小、重量輕、承載能力大、工作可靠和維修方便等要求。活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達由液壓缸和滾珠逆螺旋機構組成。它與伺服閥等組成液壓伺服驅動系統，問題主要為： （1）活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的本體結構及參數的優(yōu)化，主要解決的技術難點有： ①扭矩重量比大；②空間尺寸限制嚴；③傳動效率要求高；④可靠性要求高。 （2）從作動器組成電液伺服系統的能源利用率和靜、動態(tài)品質出發(fā)，優(yōu)化設計作動器的主要參數，使系統消耗功率最小，效率最高，還要保證該系統具有較寬的頻帶響應。 參考文獻 [1]電液比例閥控缸速度控制系統的建模與仿真 常鈺 馮永寶 第二炮兵工程學院 [2]電液比例閥控缸位置控制系統的建模與仿真研究 馬曉宏 陳冰冰 甘學輝 孫志軍 上海東華大學 [3]電液比例位置控制系統建模與仿真 劉保杰 強保民 權輝 第二炮兵工程學院 [4]閥控非對稱缸電液伺服系統控制研究 張煒 西安理工大學 [5]閥控非對稱缸電液位置伺服系統控制的研究 劉偉奇 北京交通大學碩士學位論文 [6]閥控非對稱缸的非線性建模及其反饋線性化 楊軍宏 尹自強 李圣怡國防科學技術大學機電工程與自動化學院 [7]閥控非對稱缸頻域建模 呂云嵩 南京工程學院機械系 [8]閥控非對稱缸液壓系統建模研究 孟亞東 李長春 張金英 劉曉東 北京交通大學機械與電子控制工程學院 [9]非對稱閥控制非對稱缸的分析研究 王棟梁 李洪人 張景春 哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院,黑龍江哈爾濱; 濟南大學機械工程學院,山東濟南 [10]非對稱缸電液伺服系統的靜態(tài)特性分析 李洪人 王棟梁 李春萍 哈爾濱工程大學機電工程學院 [11]雷天覺主編.液壓工程手冊[M].機械工業(yè)出版社，1996. [12]張遠祺.新型螺桿活塞式擺動馬達[J].液壓工業(yè)，89,No.4. [13]成大先，機械設計手冊，第四版，第4卷，化學工業(yè)出版社，2004 [14]李洪仁，液壓控制系統，國防工業(yè)出版社，1987 [15] 路雨祥，液壓氣動技術手冊，機械工業(yè)出版社，2002 [16] 控制工程基礎[M]. 高等敎育出版社, 2001; 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 一、研究目標： 參考已有的相關資料，分析非對稱活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的工作機理，設計活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的結構，對其進行參數設計計算，用計算機進行三維或二維繪圖；設計了以活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達的為執(zhí)行機構的電液比例控制系統，計算并選擇了電液比例系統的主要元件。 二、設計內容： （1）設計液壓馬達的結構和液壓馬達的電液比例控制系統； （2）設計計算馬達的各個性能參數； （3）建立液壓馬達及其電液控制系統的動力學數學模型； （4）分析系統的動靜態(tài)性能； （5）繪制馬達的裝配結構圖及零件圖。 三、擬采用的研究手段（途徑） 我將根據以下的基本步驟進行設計： （1）查找資料，文獻翻譯、撰寫文獻綜述、開題報告； （2）完成裝置的結構設計工作； （3）對系統進行分析并設計參數； （4）繪制裝配結構圖和零件圖； （5）整理各文件，編寫說明書，形成畢業(yè)設計全部文件。 揚州大學廣陵學院畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 賈遴琳 學 號： 100007116 外 文 出 處： FEM Analyses for the Design and Modeling of a Novel Flywheel Energy Storage System Assisted by Integrated Magnetic Bearing 附 件： 指導老師評語 簽名： 年 月 日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）中期自查表 （中期教學檢查用） 學生姓名 賈遴琳 學號 100007116 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械81001班 指導教師 曾勵 職 稱 教授 設計（論文）題　　目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例力控制系統設計 個人精力 實際投入 每天平均工作時　間 6小時 迄今缺席天數 無 出勤率% 100% 指導教師每周指導次數 2 每周指導時間（小時） 2 未指導的周次及原因 無 畢業(yè)設計（論文）工作進度（完成）內容及比重 已完成主要內容（　30　%） 待完成主要內容（　70　%） 進展正常 存在問題及解決方案 指導教師意見：　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　指導教師簽名： 　 　　　　　 年 月 日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）指導教師審閱意見表 設計（論文）題目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例力控制系統設計 學生姓名 賈遴琳 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械81001班 指導教師姓名 曾勵 職稱 教授 得分 指導教師審閱意見： 指導教師簽名： 年 月 日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）評閱人意見表 設計（論文）題目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例力控制系統設計 學生姓名 賈遴琳 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械81001班 評閱人姓名 職稱 得分 評閱人意見： 評閱人簽名： 年 月 日 揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）答辯結果表 設計（論文）題目 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例力控制系統設計 學生姓名 賈遴琳 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械81001班 答辯記錄： 答辯小組意見： 得 分 組長簽名 日 期 答辯委員會意見： 指導教師評　　分 評閱人評　分 答辯小組得　　分 結構分 最終成績 主任簽章 日 期 22