非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【17張CAD圖紙+PDF圖】,17張CAD圖紙+PDF圖,對(duì)稱,活塞,擺動(dòng),液壓,馬達(dá),比例,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),17,CAD,圖紙,PDF 賈遴琳 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前期工作材料 學(xué) 生 姓 名： 賈遴琳 學(xué)號(hào)： 100007116 教 科 部： 機(jī) 械 電 子 系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)（論文）題目：非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的 電液比例控制系統(tǒng) 指 導(dǎo) 老 師： 曾勵(lì) 材 料 目 錄 序號(hào) 名 稱 數(shù)量 備注 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)調(diào)研報(bào)告 1 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（含文獻(xiàn)綜述） 1 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 1 2014 年 4月 9日 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目申報(bào)表 設(shè)計(jì)（論文）題　目 探針測(cè)量校準(zhǔn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 題目類型 1 題目來源 A 面向?qū)I(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 曾勵(lì) 職稱 教授 學(xué)位 博士 從事專業(yè) 題目簡介： 利用已掌握的技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)非對(duì)稱擺動(dòng)液壓 馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)計(jì)算其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，繪制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 審核意見： 審核人簽名： 年 月 日 題目類型－－1、為結(jié)合科研；2、為結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際；3、為結(jié)合大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃；　 4、為結(jié)合學(xué)科競賽；5、模擬仿真；6、其它 題目來源－－A.指導(dǎo)教師出題 ； B.學(xué)生自定、自擬 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 教 科 部： 機(jī) 械 電 子 系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名: 賈遴琳 學(xué)號(hào): 100007116 畢業(yè)（論文）題目： 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例控制系統(tǒng) 起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.6 設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)： 揚(yáng)州大學(xué)江陽路南校區(qū) 指 導(dǎo) 老 師： 曾勵(lì) 專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人： 發(fā)任務(wù)書日期： 2014年 4月9 日 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)論文任務(wù)書 論文題目 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例控制系統(tǒng) 年級(jí) 大四 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 賈遴琳 學(xué)號(hào) 100007116 主要內(nèi)容： 利用已掌握的技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)非對(duì)稱擺動(dòng)液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)計(jì)算其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。通過該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的研究，提高學(xué)生科學(xué)研究能力、動(dòng)手能力和分析解決實(shí)際問題能力。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作能力。 主要任務(wù)及基本要求（包括指定的參考資料）： 主要任務(wù)及基本要求： 1）提交有關(guān)文獻(xiàn)的翻譯資料； 2）提交畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告及開題報(bào)告； 3）提交畢業(yè)論文詳細(xì)報(bào)告； 4）提交平面裝配結(jié)構(gòu)圖及零件圖。 1）設(shè)計(jì)擺動(dòng)液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)； 2）設(shè)計(jì)計(jì)算馬達(dá)的性能參數(shù)； 3）繪制裝配結(jié)構(gòu)圖及零件圖或者對(duì)其進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)。 主要參考文獻(xiàn)： [1]電液比例閥控缸速度控制系統(tǒng)的建模與仿真 常鈺 馮永寶 第二炮兵工程學(xué)院 [2]電液比例閥控缸位置控制系統(tǒng)的建模與仿真研究 馬曉宏 陳冰冰 甘學(xué)輝 孫志軍 上海東華大學(xué) [3]電液比例位置控制系統(tǒng)建模與仿真 劉保杰 強(qiáng)保民 權(quán)輝 第二炮兵工程學(xué)院 [4]閥控非對(duì)稱缸電液伺服系統(tǒng)控制研究 張煒 西安理工大學(xué) [5]閥控非對(duì)稱缸電液位置伺服系統(tǒng)控制的研究 劉偉奇 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 [6]閥控非對(duì)稱缸的非線性建模及其反饋線性化 楊軍宏 尹自強(qiáng) 李圣怡國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 [7]閥控非對(duì)稱缸頻域建模 呂云嵩 南京工程學(xué)院機(jī)械系 [8]閥控非對(duì)稱缸液壓系統(tǒng)建模研究 孟亞東 李長春 張金英 劉曉東 北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 [9]非對(duì)稱閥控制非對(duì)稱缸的分析研究 王棟梁 李洪人 張景春 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱; 濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東濟(jì)南 [10]非對(duì)稱缸電液伺服系統(tǒng)的靜態(tài)特性分析 李洪人 王棟梁 李春萍 哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 [11]雷天覺主編.液壓工程手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996. 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開題報(bào)告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備與總結(jié)，研究目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段、 內(nèi)容及時(shí)間安排；完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素等。） 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 利用已掌握的技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)非對(duì)稱擺動(dòng)液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)計(jì)算其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。通過該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的研究，提高學(xué)生科學(xué)研究能力、動(dòng)手能力和分析解決實(shí)際問題能力。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作能力。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起止日期 工 作 內(nèi) 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(bào)告和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作； 進(jìn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算； 繪制裝配結(jié)構(gòu)圖和零件圖或進(jìn)行三維造型； 整理資料撰寫畢業(yè)論文； 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 文 獻(xiàn) 綜 述 一、課題背景 擺動(dòng)液壓馬達(dá)是一種輸出軸作擺動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。它的優(yōu)點(diǎn)是能使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，無需任何變速機(jī)構(gòu)。因此，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如艦雷達(dá)天線穩(wěn)定平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)、聲納基體的擺動(dòng)、魚雷發(fā)射架的開啟、液壓機(jī)械手、裝載機(jī)上鏟斗的回轉(zhuǎn)、機(jī)床上回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)等等，以及礦山和石油機(jī)械上都得到廣泛應(yīng)用。 從縮短傳動(dòng)鏈出發(fā)，把液壓缸和滾珠螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)巧妙的結(jié)合起來構(gòu)成一種新型擺動(dòng)液壓馬達(dá)如圖1所示。 1 傳動(dòng)軸 2 導(dǎo)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(dòng)液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理圖 它主要由缸體、活塞、滾珠花、鍵螺母、滾珠螺旋軸、協(xié)調(diào)軸、鋼球及回珠、槽端蓋等組成，如圖2. 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理為：液壓缸的活塞帶動(dòng)螺旋傳動(dòng)軸移動(dòng)，滾珠直花鍵副防止螺旋傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)軸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺旋套的轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)高壓油由右端油孔進(jìn)入活塞右腔，推動(dòng)活塞，從而帶動(dòng)活塞桿、傳動(dòng)軸向左移。由于傳動(dòng)軸左部和導(dǎo)向固定套構(gòu)成花鍵副，因此，傳動(dòng)軸只能作軸向移動(dòng)、而不能作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。若傳動(dòng)軸右部外表面和螺旋套內(nèi)表面之間的螺旋滾道是右旋滾道，當(dāng)傳動(dòng)軸向左移動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)螺旋套帶動(dòng)與之固聯(lián)的前緣襟翼作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(從擺動(dòng)液壓馬達(dá)的左端觀察)。反之，當(dāng)高壓油由左端油孔進(jìn)入活塞左腔，則推動(dòng)活塞，活塞桿和傳動(dòng)軸向右移動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)螺旋套和襟翼翼面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 如前所述，活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)是將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的液壓—機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它由滾珠逆螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和活塞液壓缸等部分組成。滾珠逆螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由滾珠直花鍵導(dǎo)軌副、滾珠螺旋傳動(dòng)副、滾珠卸荷副組成，包括滾珠螺旋套、滾珠直花鍵導(dǎo)向套、滾珠卸荷軸承、滾珠螺旋傳動(dòng)軸、以及液壓油缸組件等組成。滾珠直花鍵導(dǎo)軌副是為了限制活塞帶動(dòng)傳動(dòng)軸作直線動(dòng)時(shí)由螺旋副產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，并起到導(dǎo)向作用；滾珠螺旋傳動(dòng)副主要是為了產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到輸出扭矩的目的。這種擺動(dòng)液壓馬達(dá)具有以下特點(diǎn)： （1）傳動(dòng)鏈短?；钊ㄟ^活塞桿和傳動(dòng)軸相聯(lián)，軸向運(yùn)動(dòng)被直接轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載機(jī)構(gòu)擺動(dòng)； （2）各零部件受力均勻，材料利用率高，因而結(jié)構(gòu)緊湊，自重小，承載能力大。在一般嚙合傳動(dòng)中，參加嚙臺(tái)進(jìn)行傳力的只有少數(shù)幾個(gè)齒，大多數(shù)齒及其相連的材料都處于待受載狀態(tài)。擺動(dòng)液壓馬達(dá)的每個(gè)傳力零件及該零件的每個(gè)部分都同時(shí)承受載荷，在等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則下，基本上處于均載工作狀態(tài)。這樣，擺動(dòng)液壓馬達(dá)相對(duì)于其它常見的各種傳動(dòng)系統(tǒng)單位自重所能傳遞的轉(zhuǎn)矩最大。 （3）傳動(dòng)效率高。在滿足使用和結(jié)構(gòu)要求的前提下，由于傳動(dòng)鏈短且大部采用滾動(dòng)副等，所以擺動(dòng)液壓馬達(dá)的傳動(dòng)效率可達(dá)到最高。 （4）傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪音。由于擺動(dòng)液壓馬達(dá)的各運(yùn)動(dòng)部件始終保持接觸，且用滾動(dòng)代替滑動(dòng)，因此避免了嚙合傳動(dòng)中所出現(xiàn)的嚙合沖擊。 （5）采用多頭滾道、大螺旋升角的逆螺旋機(jī)構(gòu)，增大作動(dòng)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(dòng)中,參加喻合進(jìn)行傳力的只有少數(shù)兒個(gè)齒,大多數(shù)齒及相鄰材料都處于待受載狀態(tài)。而滾珠姆旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的每個(gè)傳力零件(螺旋和花過輪齒及鋼球)及該零件的每個(gè)部位都同時(shí)承受載荷。在等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則下,基本處于均載工作狀態(tài)。因而材料的利用率高,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕。 （7）傳動(dòng)效率高，滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的傳動(dòng)效率由機(jī)械效率和容積效率構(gòu)成。機(jī)械傳動(dòng)部分的所有運(yùn)動(dòng)副均采用滾動(dòng)摩擦,一般地,滾珠螺旋、滾珠花鍵及滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率均為0.98左右,所以機(jī)械傳動(dòng)部分的總效率在0.9以上,液壓缸活塞移動(dòng)及輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)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(dá)的動(dòng)密封處摩擦小和馬達(dá)的容積效率高,根據(jù)資料介紹,其密封效率(機(jī)械和容積效率)可達(dá)0.95左右。所以整個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)的傳動(dòng)效率不低于0.85。 （8）傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪音。由于滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的各相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件始終保持接觸,且用滾動(dòng)代替滑動(dòng),周而避免了嚙合沖擊。另外,根據(jù)需要,這種擺動(dòng)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步改進(jìn)。如為便于加工,還可以把滾珠副部分獨(dú)立于油缸體外,形成“軸移動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)”的工作方式。這種結(jié)構(gòu)和前一種結(jié)構(gòu)相比的突出優(yōu)點(diǎn)是: 擺動(dòng)馬達(dá)分離成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部件—液壓缸和滾珠副螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。液壓缸提供動(dòng)力。螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為直旋裝置將直線運(yùn)動(dòng)及推力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及扭矩而輸出。由于液壓缸和螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分離,使零件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡化,并可分別對(duì)這兩套部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。 二、活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的研究 為提高傳動(dòng)效率，我們將擺動(dòng)液壓馬達(dá)的各種滑動(dòng)摩擦副全部采用滾動(dòng)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(dòng)螺旋傳動(dòng)軸移動(dòng)，滾珠直花鍵副的作用是防止螺旋傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠直旋副中螺旋傳動(dòng)軸只移動(dòng)不轉(zhuǎn)動(dòng)，而螺母（螺旋套）只轉(zhuǎn)動(dòng)不移動(dòng)，采用卸載副承受軸向力和徑向力以防止螺母（螺旋套）轉(zhuǎn)動(dòng)輸出所需的扭矩，通過三套運(yùn)動(dòng)副把活塞-螺旋傳動(dòng)軸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺旋套-襟翼的擺動(dòng)。 采用滾珠螺旋副擺動(dòng)液壓馬達(dá)作為液壓直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(diǎn)，將其應(yīng)用于飛行器襟翼的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，在理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)功率及空間要求等方面均是可行的，值得在理論、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等方面作進(jìn)一步深入系統(tǒng)的研究。 三、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)為擺動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵基本部件，需要滿足驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代高性能飛行器機(jī)載作動(dòng)系統(tǒng)、船舶操縱、減振作動(dòng)系統(tǒng)等的要求，因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮主機(jī)系統(tǒng)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(dòng)液壓馬達(dá)由液壓缸和滾珠逆螺旋機(jī)構(gòu)組成。它與伺服閥等組成液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，問題主要為： （1）活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的本體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的優(yōu)化，主要解決的技術(shù)難點(diǎn)有： ①扭矩重量比大；②空間尺寸限制嚴(yán)；③傳動(dòng)效率要求高；④可靠性要求高。 （2）從作動(dòng)器組成電液伺服系統(tǒng)的能源利用率和靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)作動(dòng)器的主要參數(shù)，使系統(tǒng)消耗功率最小，效率最高，還要保證該系統(tǒng)具有較寬的頻帶響應(yīng)。 參考文獻(xiàn) [1]電液比例閥控缸速度控制系統(tǒng)的建模與仿真 常鈺 馮永寶 第二炮兵工程學(xué)院 [2]電液比例閥控缸位置控制系統(tǒng)的建模與仿真研究 馬曉宏 陳冰冰 甘學(xué)輝 孫志軍 上海東華大學(xué) [3]電液比例位置控制系統(tǒng)建模與仿真 劉保杰 強(qiáng)保民 權(quán)輝 第二炮兵工程學(xué)院 [4]閥控非對(duì)稱缸電液伺服系統(tǒng)控制研究 張煒 西安理工大學(xué) [5]閥控非對(duì)稱缸電液位置伺服系統(tǒng)控制的研究 劉偉奇 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 [6]閥控非對(duì)稱缸的非線性建模及其反饋線性化 楊軍宏 尹自強(qiáng) 李圣怡國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 [7]閥控非對(duì)稱缸頻域建模 呂云嵩 南京工程學(xué)院機(jī)械系 [8]閥控非對(duì)稱缸液壓系統(tǒng)建模研究 孟亞東 李長春 張金英 劉曉東 北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 [9]非對(duì)稱閥控制非對(duì)稱缸的分析研究 王棟梁 李洪人 張景春 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱; 濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東濟(jì)南 [10]非對(duì)稱缸電液伺服系統(tǒng)的靜態(tài)特性分析 李洪人 王棟梁 李春萍 哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 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揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機(jī) 械 電 子 系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 賈遴琳 學(xué) 號(hào)： 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(dǎo)老師評(píng)語 簽名： 年 月 日 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期自查表 （中期教學(xué)檢查用） 學(xué)生姓名 賈遴琳 學(xué)號(hào) 100007116 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)械81001班 指導(dǎo)教師 曾勵(lì) 職 稱 教授 設(shè)計(jì)（論文）題　　目 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 個(gè)人精力 實(shí)際投入 每天平均工作時(shí)　間 6小時(shí) 迄今缺席天數(shù) 無 出勤率% 100% 指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù) 2 每周指導(dǎo)時(shí)間（小時(shí)） 2 未指導(dǎo)的周次及原因 無 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度（完成）內(nèi)容及比重 已完成主要內(nèi)容（　30　%） 待完成主要內(nèi)容（　70　%） 進(jìn)展正常 存在問題及解決方案 指導(dǎo)教師意見：　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　指導(dǎo)教師簽名： 　 　　　　　 年 月 日 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師審閱意見表 設(shè)計(jì)（論文）題目 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 賈遴琳 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)械81001班 指導(dǎo)教師姓名 曾勵(lì) 職稱 教授 得分 指導(dǎo)教師審閱意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人意見表 設(shè)計(jì)（論文）題目 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 賈遴琳 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)械81001班 評(píng)閱人姓名 職稱 得分 評(píng)閱人意見： 評(píng)閱人簽名： 年 月 日 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯結(jié)果表 設(shè)計(jì)（論文）題目 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 賈遴琳 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)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(huì)意見： 指導(dǎo)教師評(píng)　　分 評(píng)閱人評(píng)　分 答辯小組得　　分 結(jié)構(gòu)分 最終成績 主任簽章 日 期 21 實(shí)習(xí)報(bào)告 這次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，讓我走進(jìn)了工廠、踏進(jìn)了車間，見到了工人是如何生產(chǎn)產(chǎn)品。我想，實(shí)習(xí)只是一種手段，我們更多需要做的是在實(shí)習(xí)過程中，通過對(duì)工廠的了解和與工人、技術(shù)人員的交流，得以對(duì)所學(xué)專業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占地位與作用的認(rèn)識(shí)有所加深，培養(yǎng)事業(yè)心、使命感和務(wù)實(shí)精神，激發(fā)為振興中華而刻苦學(xué)習(xí)奮力工作的熱情，為更好地適應(yīng)從學(xué)生到工作者的過渡準(zhǔn)備條件。 這次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，讓我了解機(jī)械零件的基本生產(chǎn)加工方法、機(jī)械制造工藝流程以及主要生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)中的作用等知識(shí)。同時(shí)，也得到一次綜合能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。在整個(gè)實(shí)習(xí)過程中，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性，在生產(chǎn)現(xiàn)場細(xì)心觀察，虛心請(qǐng)教，積極思維，多方了解，大膽提出自己的想法，在有限的實(shí)習(xí)時(shí)間里，使諸方面的能力都得到鍛煉。 實(shí)習(xí)已經(jīng)結(jié)束，但作為一名大學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)中的所見所聞以及自己的一些感想做一次總結(jié)也很有必要。 奇瑞汽車有限公司于1997年由5家安徽地方國有投資公司投資17.52億元注冊(cè)成立；1997年3月18日動(dòng)工建設(shè)，1999年12月18日，第一輛奇瑞轎車下線。2001年，奇瑞轎車正式上市，當(dāng)年便以單一品牌完成銷售2.8萬輛；2002年，奇瑞轎車產(chǎn)銷量突破5萬輛，成功躋身國內(nèi)轎車行業(yè)“八強(qiáng)”之列，成為行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“車壇黑馬”。2005年銷售18.9萬輛，比上年增長118%，全國轎車市場占有率達(dá)6.7%，在我國轎車行業(yè)排名第七。 目前，奇瑞公司已具備年產(chǎn)65萬輛整車、65萬臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和40萬套變速箱的生產(chǎn)能力。奇瑞公司旗下現(xiàn)有奇瑞、瑞麒、威麟和開瑞四個(gè)子品牌，產(chǎn)品覆蓋乘用車、商用車、微型車領(lǐng)域。目前，奇瑞已有16個(gè)系列數(shù)十款車型投放市場，另有數(shù)十款儲(chǔ)備車型將相繼上市。奇瑞以“安全、節(jié)能、環(huán)?！睘楫a(chǎn)品訴求，先后通過ISO9001、德國萊茵公司ISO/TS16949等國際質(zhì)量體系認(rèn)證。 “自主創(chuàng)新”是奇瑞發(fā)展戰(zhàn)略的核心，也是奇瑞實(shí)現(xiàn)超常規(guī)發(fā)展的動(dòng)力之源。 “全球化”是奇瑞的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。在積極打造硬實(shí)力的同時(shí)，奇瑞還高度重視培育軟實(shí)力。秉承“大營銷”理念，奇瑞全面升級(jí)“品牌、品質(zhì)、服務(wù)”三大平臺(tái)，不斷提升品牌形象和企業(yè)形象。奇瑞汽車將秉承“自主創(chuàng)新、世界一流、造福人類”的奮斗目標(biāo)，繼續(xù)保持艱苦奮斗的“小草房”精神，為實(shí)現(xiàn)成為“自主國際名牌”第二階段目標(biāo)而努力！ 奇瑞ACTECO 1.9D TCI柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 奇瑞ACTECO 1.9D TCI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，直列4缸，每缸4氣門，雙頂置凸輪軸，滾子搖臂，液壓挺柱。該款發(fā)動(dòng)機(jī)融TCI技術(shù)、高壓共軌直噴技術(shù)、EGR系統(tǒng)等數(shù)項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)于一身，并采用TVD、雙質(zhì)量飛輪等結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，最大限度地減少廢氣，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。燃油較點(diǎn)燃式汽油機(jī)減少40-45%，滿足歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)?？胺Q新一代綠色動(dòng)力。 奇瑞ACTECO 2.0D TCI DGI發(fā)動(dòng)機(jī) 奇瑞ACTECO 2.0D TCI DGI發(fā)動(dòng)機(jī)為直列4缸機(jī)，液4缸機(jī)，渦輪 中冷，缸內(nèi)直噴，雙頂置凸輪軸，可變進(jìn)排氣正時(shí)，滾子搖臂，液壓挺柱，每缸4氣門。該發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。在該款發(fā)動(dòng)機(jī)上裝備了電子節(jié)流閥體，使其控制更靈活更適用于裝備自動(dòng)變速器的整車控制系統(tǒng)。 奇瑞ACTECO 4.0 V8汽油發(fā)動(dòng)機(jī) 奇瑞ACTECO 4.0 V8汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為V型8氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，全鋁機(jī)身，每缸4氣門，雙頂置凸輪軸，滾子搖臂，采用CBR，VVT等尖端發(fā)動(dòng)機(jī)燃油、正時(shí)控制系統(tǒng)。此款發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)該款發(fā)動(dòng)機(jī)上裝備DOD技術(shù)，可以在高動(dòng)力性和高經(jīng)濟(jì)性之間任意切換。 發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)部發(fā)動(dòng)機(jī)二廠有一條試制線，總造價(jià)達(dá)5000多萬，可試制各種類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過認(rèn)證可以生產(chǎn)航天零件。投入使用后將試制一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的費(fèi)用減少到以前的十分之一。該廠房采用密封全空調(diào)微正壓設(shè)計(jì)，有助于減少粉塵擴(kuò)散，提高產(chǎn)品質(zhì)量。車間里有500多臺(tái)數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)，確保了產(chǎn)品的品質(zhì)。 奇瑞的確在不斷地進(jìn)步，雖然和合資車還有差距，但是價(jià)格的優(yōu)勢(shì)以及逐漸過硬的質(zhì)量已經(jīng)讓我們有充足的借口購買奇瑞，而越來越少聽到“奇瑞奇瑞，修車排隊(duì)”的聲音了。 不過奇瑞在各個(gè)車型里面相對(duì)做工存在較大差異，這種差異和價(jià)格基本成正比。下面我就談?wù)勎覍?duì)各個(gè)車型的感覺。 東方之子外觀油漆做工中上乘，空間已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)車范疇，而且?guī)啄昵霸O(shè)計(jì)的車型，目前如果開出去，一點(diǎn)不會(huì)顯得過時(shí)。內(nèi)飾件用材較為精良，中控臺(tái)軟性材料，各種接縫都是令人較為滿意。奇瑞A1當(dāng)時(shí)是奇瑞號(hào)稱真正質(zhì)量飛躍的車型，但是各個(gè)媒體，專家試駕后，看到有些言過其實(shí)。用料絕對(duì)能對(duì)得起這個(gè)價(jià)格，接縫也屬細(xì)密之列，只是開著不太爽，人機(jī)設(shè)計(jì)也有些問題，方向盤感覺和放置東西都有一些別扭。外觀可以打比較高的分，但是開起來分值較低。噪聲控制還要加強(qiáng)。而A5是你不會(huì)想到這是一臺(tái)最近基本款只要55000元的車，空間很大。用料也絕對(duì)對(duì)得起這個(gè)價(jià)位，電噴系統(tǒng)采用合資件，傳感器也是。車架開起來有些松，原車隔音做得不好，整車噪聲比較大 把所學(xué)的理論知識(shí)，運(yùn)用到客觀實(shí)際中去，使自己所學(xué)的理論知識(shí)有用武之地。只學(xué)不實(shí)踐，所學(xué)的就等于零,理論應(yīng)該與實(shí)踐相結(jié)合.另一方面，實(shí)踐可為以后找工作打基礎(chǔ).通過這段時(shí)間的實(shí)習(xí)，學(xué)到一些在學(xué)校里學(xué)不到的東西。因?yàn)榄h(huán)境的不同，接觸的人與事不同，從中所學(xué)的東西自然就不一樣了。經(jīng)過這次實(shí)習(xí)，雖然時(shí)間很短，可我學(xué)到的卻是我一個(gè)學(xué)期在學(xué)校難以了解的。就比如何與同事們相處，相信人際關(guān)系是現(xiàn)今不少大學(xué)生剛踏出社會(huì)遇到的一大難題，于是在實(shí)習(xí)時(shí)我便有意觀察前輩們是如何和同事以及上級(jí)相處的，而自己也盡量虛心求教。這次實(shí)習(xí)經(jīng)歷使我獲益良多,對(duì)我將來的發(fā)展具有十分積極的作用。 賈遴琳 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院 本科生畢業(yè)論文 畢業(yè)論文題目非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 賈遴琳 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)械81001班 指 導(dǎo) 教 師 曾勵(lì) 完 成 日 期 2014年5月29號(hào) 中文摘要 本文對(duì)電液比例閥位置控制系統(tǒng)的工作原理及各組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算及附了馬達(dá)的零件圖和組裝圖，以及建立了非對(duì)稱閥控非對(duì)稱缸位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并計(jì)算出了此系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。而且，利用Matlab軟件，創(chuàng)立了系統(tǒng)仿真模型，生成了位移輸出的Bode圖、階躍響應(yīng)曲線和正弦響應(yīng)曲線。另外用Matlab對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行仿真分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題，提出了系統(tǒng)校正問題，并采用了比例—積分（PI）控制，使非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)電液比例閥位置控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，達(dá)到了預(yù)期的研究目的。 關(guān)鍵詞：非對(duì)稱缸、非對(duì)稱閥、數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)、Matlab仿真、PI校正 Abstract The work principle and every component of electrohydraulic proportional value-control system are analyzed in detail in the paper.And the ball screw swinging piston hydraulic motor has carried on the design and calculation,attached the detail part and assembly drawing (two-dimensional diagram and three-dimensional diagram )of the motors.As the same time the paper creates the mathematical model of asymmetric valve controlled asymmetric cylinder position control system and calculated the open-loop transfer function of the system.Moreover the paper set up the simulation model of the system in the advantage of the Mat-lab software and generates the Bode diagram、step response curve diagram and sine response curve of the displacement output.On the basis of the simulation analysis with Mat-lab of the system characteristics,PI control strategy is brought forward as to the stability of the system,it brings the better dynamic and static characteristics to the Asymmetric piston swing hydraulic motor Electro-hydraulic proportional valve position control system to attain the expected objective. Keywords：Asymmetric hydraulic cylinder、Asymmetric servo valve、mathematic(al) model、transfer function、Mat-lab simulation、Proportional - integral（PI） correction 目錄 中文摘要.....................................................1 Abstract.....................................................2 第1章緒論...................................................5 1.1課題研究的目的及意義.....................................6 1.2論文主要工作............................................6 第2章 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作機(jī)理..................8 2.1概述...................................................8 2.2活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)原理和特點(diǎn)........................8 2.2.1活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理...................8 2.2.2活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓特點(diǎn)...........................9 2.3活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)主要技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系................10 第3章 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)計(jì)算...................13 3.1概述..................................................13 3.2活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的主要參數(shù)計(jì)算...................13 3.2.1液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算...............................13 3.2.2滾珠逆螺旋傳動(dòng)裝置的參數(shù)計(jì)算.........................15 3.3活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的強(qiáng)度計(jì)算.......................19 3.3.1液壓缸強(qiáng)度計(jì)算.....................................19 3.3.2螺旋傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算...............................21 3.3.3滾珠與滾道之間的接觸強(qiáng)度計(jì)算.........................23 3.4活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的主要零件結(jié)構(gòu)...................25 第4章 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)電液比例系統(tǒng)設(shè)計(jì).............41 4.1非對(duì)稱缸用非對(duì)稱閥來控制.................................41 4.2非對(duì)稱閥的靜態(tài)特性分析及數(shù)學(xué)模型的建立.....................41 4.2.1基本模型..........................................41 4.2.2 活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)正向運(yùn)動(dòng)..........................42 4.2.3 活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)反向運(yùn)動(dòng)..........................47 4.3比例放大器傳遞函數(shù)......................................51 4.4高性能電液比例閥傳遞函數(shù).................................51 4.5位移傳感器傳遞函數(shù)......................................52 4.6系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖......................................52 4.7系統(tǒng)傳遞函數(shù)及函數(shù)各參數(shù)的確定............................52 4.8系統(tǒng)特性（系統(tǒng)校正前Bode圖、階躍響應(yīng)）.......................56 4.8.1對(duì)數(shù)頻率特性圖（伯德圖或Bode圖）......................56 4.8.2系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng).................................58 第5章用PI調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能校正和仿真分析................59 5.1控制系統(tǒng)校正的概述和PI校正概述............................59 5.1.1控制系統(tǒng)校正的概述 ................................59 5.1.2PI校正的概述......................................59 5.2 PI仿真數(shù)學(xué)模型的建立....................................60 5.2.1確定開環(huán)增益......................................60 5.2.2計(jì)算未校正系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量...................60 5.2.3確定校正后系統(tǒng)的截止頻率............................61 5.2.4確定校正裝置的參數(shù).................................61 5.2.5確定校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù).........................61 參考文獻(xiàn)....................................................66 致謝........................................................67 第1章 緒 論 1.1課題研究的目的及意義 擺動(dòng)液壓馬達(dá)是一種輸出軸作擺動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。它的優(yōu)點(diǎn)是能使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，無需任何變速機(jī)構(gòu)。因此，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如艦雷達(dá)天線穩(wěn)定平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)、聲納基體的擺動(dòng)、魚雷發(fā)射架的開啟、液壓機(jī)械手、裝載機(jī)上鏟斗的回轉(zhuǎn)、機(jī)床上回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)等等，以及礦山和石油機(jī)械上都得到廣泛應(yīng)用。論文涉及的活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)，主要應(yīng)用于針對(duì)飛行器姿態(tài)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)、航空飛行器的升降翼、前、后襟翼或尾翼，輪船或艦艇方向舵驅(qū)動(dòng)。即要求馬達(dá)具有良好的超低速、高頻響、寬調(diào)速、高精度、大扭矩的性能。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及近幾年來我國對(duì)航空、航天工業(yè)的大力投入并隨之而來的現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在航空、航天及相關(guān)科技領(lǐng)域都取得了巨大的進(jìn)步，對(duì)探索工具及飛行器的精確度、可控性提出了愈加嚴(yán)格的要求。 電液比例控制是介于電液開關(guān)控制系統(tǒng)和電液伺服控制系統(tǒng)之間的一種控制系統(tǒng)，兼有二者之所長。電液比例壓力控制系統(tǒng)是按輸入電流信號(hào)的大小成比例地控制輸出壓力的系統(tǒng) 。其特點(diǎn)是 ①能夠按比例的控制壓力和流量從而對(duì)執(zhí)行元件能夠?qū)崿F(xiàn)力、速度和位移的連續(xù)控制，還能按輸入電信號(hào)的極性改變液流方向。 ②能夠避免力、速度和方向變換時(shí)的沖擊現(xiàn)象。 ③可以降低能耗，有顯著的節(jié)能效果。 ④易于與微電子結(jié)合，特別是數(shù)字式比例元件與計(jì)算機(jī)(PC)系統(tǒng)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)遙控、自控和自適應(yīng)控制。 1.2論文主要工作 本論文主要研究新型活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作機(jī)理，對(duì)其進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步研究電液比例控制驅(qū)動(dòng)特性。主要內(nèi)容有： （1）對(duì)活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)進(jìn)行了機(jī)理研究，推導(dǎo)了馬達(dá)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞關(guān)系，并分析了活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的傳遞效率。 （2）對(duì)活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，對(duì)主要零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算。 （3）設(shè)計(jì)了以活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電液比例控制系統(tǒng)，計(jì)算并選擇了電液比例系統(tǒng)的主要元件。 （4）繪制馬達(dá)的裝配結(jié)構(gòu)圖和零件圖 第2章 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作機(jī)理 2.1概述 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)為擺動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵基本部件，需要滿足驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代高性能飛行器機(jī)載作動(dòng)系統(tǒng)、船舶操縱、減振作動(dòng)系統(tǒng)等的要求，因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮主機(jī)系統(tǒng)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?；钊綕L珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)由液壓缸和滾珠逆螺旋機(jī)構(gòu)組成。它與比例閥等組成液壓比例驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問題主要為： （1）活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的本體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的優(yōu)化，主要解決的技術(shù)難點(diǎn)有： ①扭矩重量比大；②空間尺寸限制嚴(yán)；③傳動(dòng)效率要求高；④可靠性要求高。 （2）從作動(dòng)器組成電液比例系統(tǒng)的能源利用率和靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)作動(dòng)器的主要參數(shù)，使系統(tǒng)消耗功率最小，效率最高，還要保證該系統(tǒng)具有較寬的頻帶響應(yīng)。 2.2活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)原理和特點(diǎn) 2.2.1活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作原理為：液壓缸的活塞帶動(dòng)螺旋傳動(dòng)軸移動(dòng)，滾珠直花鍵副防止螺旋傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)軸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺旋套的轉(zhuǎn)動(dòng)。 1 傳動(dòng)軸 2 導(dǎo)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2.1 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)高壓油由右端油孔進(jìn)入活塞右腔，推動(dòng)活塞，從而帶動(dòng)活塞桿、傳動(dòng)軸向左移。由于傳動(dòng)軸左部和導(dǎo)向固定套構(gòu)成花鍵副，因此，傳動(dòng)軸只能作軸向移動(dòng)、而不能作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。若傳動(dòng)軸右部外表面和螺旋套內(nèi)表面之間的螺旋滾道是右旋滾道，當(dāng)傳動(dòng)軸向左移動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)螺旋套帶動(dòng)與之固聯(lián)的前緣襟翼作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(從擺動(dòng)液壓馬達(dá)的左端觀察)。反之，當(dāng)高壓油由左端油孔進(jìn)入活塞左腔，則推動(dòng)活塞，活塞桿和傳動(dòng)軸向右移動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)螺旋套和襟翼翼面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.2.2 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的特點(diǎn) 如前所述，活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)是將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的液壓—機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它由滾珠逆螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和活塞液壓缸等部分組成。滾珠逆螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由滾珠直花鍵導(dǎo)軌副、滾珠螺旋傳動(dòng)副、滾珠卸荷副組成，包括滾珠螺旋套、滾珠直花鍵導(dǎo)向套、滾珠卸荷軸承、滾珠螺旋傳動(dòng)軸、以及液壓油缸組件等組成。滾珠直花鍵導(dǎo)軌副是為了限制活塞帶動(dòng)傳動(dòng)軸作直線動(dòng)時(shí)由螺旋副產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，并起到導(dǎo)向作用；滾珠螺旋傳動(dòng)副主要是為了產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到輸出扭矩的目的。這種擺動(dòng)液壓馬達(dá)具有以下特點(diǎn)： （1）采用滾珠螺旋副將活塞及傳動(dòng)軸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺旋套的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)； （2）采用滾珠花鍵副為傳動(dòng)軸導(dǎo)向，平衡負(fù)載力矩，以防傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)； （3）采用滾珠卸荷副使直旋驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸向力封閉卸荷，保證滾珠旋擺新型液壓擺動(dòng)馬達(dá)有良好的受力特性； （4）采用多頭滾道、大螺旋升角的螺旋機(jī)構(gòu)，增大新型液壓擺動(dòng)馬達(dá)的承載能力； （5）回珠方式采用同圓柱面回珠結(jié)構(gòu)，減小新型液壓擺動(dòng)馬達(dá)的徑向尺寸，以適應(yīng)飛機(jī)的機(jī)翼內(nèi)特殊空間要求。 （6）傳動(dòng)鏈短?；钊ㄟ^活塞桿和傳動(dòng)軸相聯(lián)，軸向運(yùn)動(dòng)被直接轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載機(jī)構(gòu)擺動(dòng)； （7）各零部件受力均勻，材料利用率高，因而結(jié)構(gòu)緊湊，自重小，承載能力大。在一般嚙合傳動(dòng)中，參加嚙臺(tái)進(jìn)行傳力的只有少數(shù)幾個(gè)齒，大多數(shù)齒及其相連的材料都處于待受載狀態(tài)。擺動(dòng)液壓馬達(dá)的每個(gè)傳力零件及該零件的每個(gè)部分都同時(shí)承受載荷，在等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則下，基本上處于均載工作狀態(tài)。這樣，擺動(dòng)液壓馬達(dá)相對(duì)于其它常見的各種傳動(dòng)系統(tǒng)單位自重所能傳遞的轉(zhuǎn)矩最大。 （8）傳動(dòng)效率高。在滿足使用和結(jié)構(gòu)要求的前提下，由于傳動(dòng)鏈短且大部采用滾動(dòng)副等，所以擺動(dòng)液壓馬達(dá)的傳動(dòng)效率可達(dá)到最高。 （9）傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪音。由于擺動(dòng)液壓馬達(dá)的各運(yùn)動(dòng)部件始終保持接觸，且用滾動(dòng)代替滑動(dòng)，因此避免了嚙合傳動(dòng)中所出現(xiàn)的嚙合沖擊。 此外，滾珠旋擺液壓擺動(dòng)馬達(dá)還可作為液壓領(lǐng)域的執(zhí)行元件——新型液壓擺動(dòng)馬達(dá)來使用，其效率比現(xiàn)有的任何滾珠螺旋液壓擺動(dòng)馬達(dá)都高，而且同一馬達(dá)可適應(yīng)于任何壓力的系統(tǒng)，即可設(shè)計(jì)出低壓大力矩的滾珠螺旋液壓擺動(dòng)馬達(dá)。 2.3 活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)主要技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)將液壓缸活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)經(jīng)滾珠逆螺旋機(jī)構(gòu)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其主要技術(shù)特性參數(shù)之間存在一定的變換關(guān)系，弄清各參數(shù)之間的關(guān)系對(duì)設(shè)計(jì)活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)，以及對(duì)其進(jìn)行比例控制等研究具有重要的理論意義。 1.擺動(dòng)液壓馬達(dá)負(fù)載壓力與負(fù)載力矩之間的關(guān)系 負(fù)載壓力液壓馬達(dá)進(jìn)油壓力與回油壓力之差，其大小與負(fù)載大小和變化有關(guān)。 （2.6） 式中，——擺動(dòng)液壓馬達(dá)進(jìn)油壓力；——擺動(dòng)液壓馬達(dá)的回油壓力。 負(fù)載力矩與負(fù)載壓力之間的關(guān)系為 （2.7） 式中，——活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)自身運(yùn)動(dòng)件及其驅(qū)動(dòng)的負(fù)載機(jī)構(gòu)所受的各種力、力矩等載荷綜合的等效負(fù)載，它包括工作負(fù)載、阻尼負(fù)載、慣性負(fù)載、彈性負(fù)載以及擾動(dòng)負(fù)載；——擺動(dòng)液壓馬達(dá)的等效弧度排量。 2.擺動(dòng)液壓馬達(dá)活塞有效作用面積與輸出轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 由于本擺動(dòng)液壓馬達(dá)工作機(jī)理為液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)逆螺旋傳動(dòng)裝置，將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此需要計(jì)算活塞的有效作用面積，即 活塞無桿側(cè)有效作用面積 （2.8） 活塞有桿側(cè)有效作用面積 （2.9） 式中，——液壓缸活塞直徑；——液壓缸活塞桿直徑。 面積比（即速度比） （2.10） 式中，——有桿側(cè)進(jìn)油時(shí)活塞的移動(dòng)速度；——無桿側(cè)進(jìn)油時(shí)活塞的移動(dòng)速度。 3.擺動(dòng)液壓馬達(dá)活塞行程及速度與馬達(dá)擺動(dòng)角位移及擺動(dòng)角速度之間的關(guān)系 設(shè)直旋馬達(dá)的擺動(dòng)角度為，則活塞行程為 （2.11） 由式（2.1）或?qū)ι鲜角笠淮挝⒎旨纯傻没钊\(yùn)動(dòng)速度與馬達(dá)旋擺角速度之間的關(guān)系為 （2.12） 4.擺動(dòng)液壓馬達(dá)活塞的軸向力與負(fù)載力矩之間的關(guān)系 活塞受到的軸向力與驅(qū)動(dòng)負(fù)載的力矩，由式（2.4）得 （2.13） 5.擺動(dòng)液壓馬達(dá)排量和流量之間的關(guān)系 排量為擺動(dòng)液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容腔幾何尺寸變化計(jì)算而得的液體的體積。對(duì)于對(duì)稱雙作用活塞液壓缸式的馬達(dá)理論排量為 （2.14） 流量為擺動(dòng)液壓馬達(dá)單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)或流出馬達(dá)的體積。 活塞無桿側(cè)進(jìn)油時(shí) （2.15） 活塞有桿側(cè)進(jìn)油時(shí) （2.16） 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的流量與排量之間的關(guān)系為 （2.17） 以上各流量關(guān)系均未考慮液壓馬達(dá)的泄漏問題。 6. 效率 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的效率包括機(jī)械效率、容積效率以及作用力效率。 （1）機(jī)械效率，由各運(yùn)動(dòng)件摩擦損失所造成。在額定壓力下，通?？扇　? （2）容積效率，由各密封件泄漏所造成，通常容積效率為：裝彈性密封圈時(shí),；活塞環(huán)時(shí),。 （3）作用力（矩）效率，由排出口被壓所產(chǎn)生的反向作用力而造成?；钊馔茣r(shí)： （2.18） 活塞內(nèi)拉時(shí)： （2.19） 當(dāng)排油直接回油箱時(shí)：。 （4）總效率 （2.20） 7.功率 輸入液壓馬達(dá)的功率為 （2.21） 第3章 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 概述 液壓油源：、馬達(dá)的最大外徑不超過mm、轉(zhuǎn)速：45r/min；馬達(dá)的最大旋轉(zhuǎn)擺角為50°；最大轉(zhuǎn)速（空載轉(zhuǎn)速），最大角加速度；液壓缸以外運(yùn)動(dòng)部件受到干摩擦力矩為；液壓缸的粘性摩擦系數(shù)為；負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，靜態(tài)誤差；速度誤差；相位裕量；增益裕量；液壓彈性模量為。各除回珠反向器外各零件材料均可選用18Ni-250、GGr15等材料。本章根據(jù)這些參數(shù)對(duì)所需的非對(duì)稱作用活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 3.2活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的主要參數(shù)計(jì)算 活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有螺旋升角λ、滾珠螺旋齒中徑、液壓缸活塞有效作用面積A及活塞有效行程L等結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及活塞軸向推（拉）力、輸出力矩等動(dòng)力參數(shù)。這些參數(shù)直接影響活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的工作特性。 由活塞式液壓馬達(dá)的活塞的軸向驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)負(fù)載的力矩關(guān)系式（2.3）或式（2.4）可知，當(dāng)λ增大時(shí)，力的放大倍數(shù)、承載能力都隨之增大，徑向尺寸減小，這對(duì)直旋傳動(dòng)是有利的。但同時(shí)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程也將隨之增大，活塞的行程加大，使其整個(gè)結(jié)構(gòu)軸向變長，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)剛度減小且重量增加，所以λ的增加應(yīng)考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)重量這個(gè)約束條件。 3.2.1液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算 1.液壓缸活塞直徑（缸體內(nèi)徑）的確定 由于液壓缸最大外徑可取=100mm，若取液壓缸缸體壁厚=4mm，則缸體內(nèi)徑即活塞直徑為 2.液壓缸活塞桿直徑的計(jì)算 設(shè)活塞桿直徑為、活塞推（拉）力為，則由強(qiáng)度公式有兩者之間的關(guān)系為 式中，——活塞桿材料的許用應(yīng)力，采用18Ni-250材料，。 液壓缸產(chǎn)生的最大軸向推（拉）力為 航空液壓系統(tǒng)的壓力為，考慮管道、閥等造成的壓力損失因素，可取由以上兩式可解得 取時(shí)，活塞桿的強(qiáng)度足夠。 3.液壓缸的活塞有效作用面積計(jì)算 活塞有效作用面積直接關(guān)系到擺動(dòng)液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載的動(dòng)力大小，活塞有效作用面積為： 4.液壓缸產(chǎn)生的最大推（拉）力計(jì)算 3.2.2滾珠逆螺旋傳動(dòng)裝置的參數(shù)計(jì)算 滾珠逆螺旋傳動(dòng)裝置包括滾珠螺旋傳動(dòng)副和滾珠直花鍵副等主要部件。 1.滾珠螺旋傳動(dòng)副及滾珠直花鍵傳動(dòng)副中徑計(jì)算 根據(jù)對(duì)擺動(dòng)液壓馬達(dá)的空間尺寸要求，設(shè)計(jì)使驅(qū)動(dòng)負(fù)載的螺旋套以及導(dǎo)向花鍵套的外徑相等，即為 式中 —為滾珠直徑； —為螺旋套或花鍵厚度。 取， 則： 取。 2.螺旋升角、有效移動(dòng)行程及螺旋導(dǎo)程計(jì)算 螺旋升角的計(jì)算公式為： 將負(fù)載力矩把（持力矩）和當(dāng)量摩擦角得： 由前述可知，當(dāng)＞45時(shí)，滾珠逆螺旋機(jī)構(gòu)對(duì)軸向力起放大作用，即輸入較小的軸向力就可獲得較大的驅(qū)動(dòng)力矩,滾珠逆螺旋機(jī)構(gòu)為扭矩放大器。當(dāng)＜45時(shí)，機(jī)構(gòu)對(duì)起縮小的作用，即較大的軸向力只能輸出較小的扭矩。由于我們?cè)O(shè)計(jì)的滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá), 空間尺寸和重量受到限制, 而且滾珠副螺旋升角大,所以=26.51°不符。即 需重新定液壓缸外徑。由于液壓缸最大外徑可取，可取范圍比較大，所以先估算其最大外徑，為了是估算值更趨于準(zhǔn)確，做出以下假設(shè)： （1） 負(fù)載壓力； （2） 最大負(fù)載力矩 （3） 螺旋升角暫取； （4） 活塞有桿腔有效面積； （5） 滾珠花鍵傳動(dòng)副中徑 有馬達(dá)和負(fù)載力矩平衡的方程： 得： 將假設(shè)條件帶入上式得： 試取，若取液壓缸缸體壁厚，則缸體內(nèi)徑即活塞直徑為 同理，取時(shí)，活塞桿的強(qiáng)度足夠 則取 符合。 由式按擺動(dòng)角度計(jì)算，可計(jì)算出螺旋傳動(dòng)軸、活塞等移動(dòng)部件的有效行程為 取 若取可計(jì)算出螺旋導(dǎo)程為： 3.滾珠數(shù)目及傳動(dòng)副長度計(jì)算 （1）滾珠螺旋傳動(dòng)副 若滾道材料采用，滾珠采用，滾珠直徑，則每個(gè)滾珠能承擔(dān)的最大法向載荷為。螺旋傳動(dòng)副載荷受力分析圖如圖所示。螺旋傳動(dòng)副所受圓周切向力 合力為： 圖 螺旋傳動(dòng)副載荷受力分析圖 所需滾珠數(shù)目為： 取 若采用7頭螺旋傳動(dòng)副，則每頭嚙合傳動(dòng)的滾珠需要，所需螺旋滾道長度為： 螺旋套的有效承載長度為： 取 （2）滾珠直花鍵傳動(dòng)導(dǎo)軌副 不考慮滾珠與袞道之間的摩擦作用時(shí)，滾珠直花鍵導(dǎo)軌段只承受扭矩的內(nèi)力作用，故，，所以有合力為： 所需滾珠數(shù)目為 取 同樣采用7頭花鍵傳動(dòng)副，則每頭嚙合傳動(dòng)的滾珠需要，所需花鍵滾道長度為 花鍵套的有效承載長度為 4.其它主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 根據(jù)參考文獻(xiàn)可對(duì)其它螺旋傳動(dòng)副或花鍵傳動(dòng)副的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行確定和計(jì)算。 鋼球直徑： 工作滾道圓弧半徑： 滾道圓弧偏心距： 螺旋傳動(dòng)軸大徑： 螺旋傳動(dòng)軸小徑： 螺旋套或花鍵套大徑： 螺旋套或花鍵套小徑： 滾道牙頂圓角半徑： 返回側(cè)回珠滾道半徑： 3.3活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的強(qiáng)度計(jì)算 3.3.1液壓缸的強(qiáng)度計(jì)算 液壓缸包括缸體、活塞、活塞桿、缸蓋等主要零件。由于缸體及活塞桿兩零件的尺寸比較薄弱，其強(qiáng)度剛度直接引起擺動(dòng)液壓馬達(dá)的失效或泄漏等，造成系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。因此必須對(duì)活塞桿、缸體等零件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 如前所述，由于活塞桿的直徑是按滿足強(qiáng)度要求計(jì)算出來的值，放大5倍左右選取的直徑，自然滿足強(qiáng)度要求，毋需再計(jì)算。下面僅就液壓缸缸體的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。 1.缸筒厚度的強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)時(shí)，由薄壁圓筒強(qiáng)度計(jì)算公式，得滿足缸筒材料強(qiáng)度要求的最小厚度為： 式中 —為液壓缸內(nèi)最大壓力，取系統(tǒng)最大壓力。 由前述所取遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.454mm，故缸筒厚度強(qiáng)度滿足要求。 2.缸筒厚度驗(yàn)算 對(duì)于最終采用的缸筒厚度應(yīng)作以下驗(yàn)算： （1）額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全 或 液壓缸內(nèi)最大工作壓力為均遠(yuǎn)小于上述計(jì)算的兩個(gè)極限值。 （2）額定工作壓力應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生： 式中—為缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力， ； 由于，故所設(shè)計(jì)液壓缸筒的塑性變形滿足要求。 3．缸體底部厚度計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用的底部與缸筒為整體的盲孔缸筒，其底部為平面狀，故其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似計(jì)算： 因此，底部的厚度應(yīng)，本設(shè)計(jì)取值為滿足強(qiáng)度要求。 3.3.2螺旋傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算 1.傳動(dòng)軸的抗扭截面系數(shù)及截面積計(jì)算 由前述螺旋傳動(dòng)軸的內(nèi)力圖可知，無論是螺旋傳動(dòng)副還是花鍵傳動(dòng)副均受到扭矩的作用，因此進(jìn)行它們的強(qiáng)度計(jì)算必須用到扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)。下面首先將螺旋傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)公式推導(dǎo)出來。 螺旋傳動(dòng)軸螺旋段或花鍵段的橫截面如圖所示。設(shè)周邊布置的滾道截面型面為半圓弧截面，其半徑為；軸中心孔直徑為，軸最大直接取中徑。 圖 螺旋傳動(dòng)軸橫截面圖 （1）滾道截面對(duì)軸心的極慣性矩 周邊任意小半圓對(duì)其圓心的極慣性矩為 小半圓對(duì)其質(zhì)心的極慣性矩為 小圓質(zhì)心距離軸心的距離為 小半圓面積為 所以滾道半圓截面對(duì)軸心的極慣性矩為 （2）軸中心孔截面對(duì)軸心的極慣性矩 由圓形截面對(duì)質(zhì)心位置的極慣性矩公式可得軸中心孔截面對(duì)軸心的極慣性矩為 （3）螺旋傳動(dòng)軸截面對(duì)軸心的極慣性矩 螺旋傳動(dòng)軸截面對(duì)軸心的極慣性矩為軸的最大直徑包絡(luò)圓截面對(duì)軸心的極慣性矩減去中心孔截面圓和周邊小半圓截面對(duì)軸心的極慣性矩。設(shè)有個(gè)周邊小半圓截面，則螺旋傳動(dòng)軸截面對(duì)軸心的極慣性矩為 （4）螺旋傳動(dòng)軸的截面積和抗扭截面系數(shù) 由圖可知，螺旋傳動(dòng)軸的截面積為 螺旋傳動(dòng)軸的抗扭截面系數(shù)為 2.螺旋傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算 由于螺旋傳動(dòng)軸的螺旋段受到軸向力和扭矩作用，可以由第三強(qiáng)度理論或第四強(qiáng)度理論對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 按第三強(qiáng)度理論或第四強(qiáng)度理論計(jì)算為： 由此可知，螺旋傳動(dòng)軸若選用高強(qiáng)度材料或，則其強(qiáng)度足夠。 3.3.3滾珠與滾道之間的接觸強(qiáng)度計(jì)算 由于在滾道曲率半徑相同的條件下，鋼球與傳動(dòng)軸的滾道接觸點(diǎn)處的接觸應(yīng)力和鋼球與螺旋套或花鍵套滾道接觸點(diǎn)的接觸應(yīng)力于同一載荷下并不相同，且螺旋傳動(dòng)軸滾道側(cè)的接觸應(yīng)力大于螺旋套或花鍵套滾道側(cè)的接觸應(yīng)力。所以若兩者硬度相同，那么在同一載荷下螺旋傳動(dòng)軸滾道側(cè)的塑性變形量亦將大于螺旋套或花鍵套滾道側(cè)的塑性變形量，在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)主要限制滾道表面的塑性變形值。 由于采用內(nèi)循環(huán)，則圓弧滾道半徑 鋼球與絲杠滾道面接觸點(diǎn)處的四個(gè)主曲率為： 則鋼球在接觸點(diǎn)處的靜載荷系數(shù)(接觸應(yīng)力)為 當(dāng)活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)在額定負(fù)載下工作時(shí)，滾珠螺旋傳動(dòng)副所需的最少滾珠數(shù)為 在設(shè)計(jì)的滾珠螺旋傳動(dòng)副中使用了56粒滾珠，可見不能夠滿足接觸強(qiáng)度要求。取 若采用7頭螺旋傳動(dòng)副，則每頭嚙合傳動(dòng)的滾珠需要，所需旋滾道長度為： 螺旋套的有效承載長度為： 取 對(duì)于滾珠直花鍵傳動(dòng)副，于是有 在設(shè)計(jì)的滾珠直花鍵傳動(dòng)副中使用了40粒滾珠，可見不能夠滿足接觸強(qiáng)度要求。取 同樣采用7頭花鍵傳動(dòng)副，則每頭嚙合傳動(dòng)的滾珠需要，所需花鍵滾道長度為 花鍵套的有效承載長度為 滾珠螺旋套及滾珠直花鍵導(dǎo)軌套的強(qiáng)度計(jì)算，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故采用有限元分析計(jì)算。 3.4活塞式滾珠螺旋擺動(dòng)液壓馬達(dá)的主要零件結(jié)構(gòu) 第4章 非對(duì)稱活塞式擺動(dòng)液壓馬達(dá)電液比例系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1非對(duì)稱閥控非對(duì)稱缸的目的和意義 目前,閥控液壓缸比例系統(tǒng)常采用對(duì)稱比例閥和非對(duì)稱液壓缸。這是因?yàn)閷?duì)稱比例閥加工相對(duì)簡單,而非對(duì)稱缸具有結(jié)構(gòu)簡單、占用空間少、承載能力較大等優(yōu)點(diǎn)。但由于非對(duì)稱缸兩腔有效面積不等，使流經(jīng)液壓缸兩腔的流量不相等，而對(duì)稱比例閥的四個(gè)控制邊是相同的，這就使得比例閥兩對(duì)節(jié)流窗口的閥降不同，造成活塞桿伸出，縮回兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的流量增益不等，因而使系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性出現(xiàn)較大的差異，產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性。并且這種機(jī)構(gòu)的液壓缸在換向時(shí)容易產(chǎn)生較大的壓力空變,產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲;系統(tǒng)內(nèi)部壓力有可能高出供油壓力而產(chǎn)生回油現(xiàn)象;如果采用非對(duì)稱閥控制液壓缸的形式,不僅能消除或者大大緩解壓力空變,提高系統(tǒng)的承載能力，而且還能改善或消除系統(tǒng)的非線性。德國力士樂公司1995 年出版的技術(shù)?？咸岢隽诉@種非對(duì)稱比例閥控制非對(duì)稱液壓缸的策略。非對(duì)稱閥控制非對(duì)稱缸,尤其對(duì)于負(fù)載變化較大、系統(tǒng)精度要求比較高的大型系統(tǒng),得到了越來越多的研究及應(yīng)用。如果將傳統(tǒng)的對(duì)稱閥改造為非對(duì)稱閥使用，即將與無桿腔的比例閥節(jié)流窗口維持不變，而將與有桿腔相連的節(jié)流窗口的面積梯度恰當(dāng)?shù)募右詼p少，形成一種非對(duì)稱閥—非對(duì)稱缸系統(tǒng)。通過理論分析和實(shí)踐，這種非對(duì)稱缸的非對(duì)稱閥控制方式可以基本上改善系統(tǒng)性能。 4.2非對(duì)稱閥的靜態(tài)特性分析及數(shù)學(xué)模型的建立 4.2.1基本模型 所謂非對(duì)稱閥就是液壓油的進(jìn)出口節(jié)流窗口的面積梯度成一定的比例，即 式中 —閥口1、2的面積梯度； —閥口3、4的面積梯度； —不大于1的常數(shù)。 當(dāng)時(shí)，滑閥為非對(duì)稱閥；當(dāng)時(shí)，滑閥閥口的面積梯度相等，為普通意義上的對(duì)稱閥；可以認(rèn)為對(duì)稱閥是非對(duì)稱閥的一種特殊情況。 對(duì)液壓缸有： 式中 —無桿腔的面積； —有桿腔的面積； 當(dāng)時(shí)，液壓缸為非對(duì)稱缸；當(dāng)時(shí)，液壓缸為對(duì)稱缸?？梢哉J(rèn)為對(duì)稱缸是非對(duì)稱缸的一種特殊情況。 4.2.2 活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)正向運(yùn)動(dòng) 1.等效負(fù)載和負(fù)載流量的定義 液壓缸穩(wěn)態(tài)時(shí)的動(dòng)力平衡方程： 式中 —液壓缸無桿腔的壓力； —液壓缸有桿腔的壓力。 —外負(fù)載。 由式得： 故定義負(fù)載壓力為： 式中 —液壓缸正向運(yùn)動(dòng)時(shí)等效負(fù)載壓力。 液壓缸的輸出功率為： 式中 —液壓缸輸出功率； —液壓缸無桿腔流量； —液壓缸有桿腔流量。 故可定義負(fù)載流量為： 式中—液壓缸正向運(yùn)動(dòng)時(shí)電液比例閥的負(fù)載流量 2.比例閥的線性化流量方程 當(dāng)液壓缸向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，即時(shí)，閥的線性化流量方程為： 式中 —比例閥流量系數(shù)； —液壓油密度； —供油壓力； —比例閥閥芯位移； —無桿腔對(duì)應(yīng)的活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)的等效弧度排量； —有桿腔對(duì)應(yīng)的活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)的等效弧度排； —螺旋旋轉(zhuǎn)輸出套的角位移。 由式、可得 式與式聯(lián)立得 ， 將式線性化得： 式中 —正向運(yùn)動(dòng)時(shí)電液比例閥在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近流量增益, ; —正向運(yùn)動(dòng)時(shí)比例閥流量—壓力系數(shù)， ； 對(duì)式（4-12）進(jìn)行拉式變換 3.活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)的流量連續(xù)性方程 假定：閥與液壓缸的連接管道對(duì)稱且短而粗，管道中的壓力損失和管道動(dòng)態(tài)可以忽略；液壓缸內(nèi)油液溫度和體積彈性模量為常數(shù)；液壓缸內(nèi)、外泄漏均為層流流動(dòng)。 流入液壓缸的流量： 流出液壓缸的流量： 式中 —內(nèi)泄漏系數(shù)； —外泄漏系數(shù)； —無桿腔容積； —有桿腔容積； —液體的容積模數(shù)。 由式可知： 式中—活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)的總泄漏系數(shù)， ； —附加泄漏系數(shù)，； —活塞是液壓擺動(dòng)馬達(dá)的等效容積； ，（取平均值），L為液壓缸總行程。 對(duì)式作拉氏變換 4.活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)軸上的力矩平衡方程 忽略靜摩擦力、庫侖摩擦等非線性和油液的質(zhì)量，根據(jù)牛頓第二定律可得馬達(dá)和負(fù)載的力矩平衡方程為： 式中 —活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)和負(fù)載（折算到馬達(dá)旋轉(zhuǎn)輸出套上）的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； — 粘性阻尼系數(shù)； — 負(fù)載扭矩彈簧剛度； —作用在馬達(dá)旋轉(zhuǎn)輸出套上的外負(fù)載力矩。 對(duì)式作拉氏變換 5.閥控活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)動(dòng)力機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù) 聯(lián)立式可以得到閥芯位移和外負(fù)載干擾作用同時(shí)作用于馬達(dá)的總輸出角位移 式中 —總流量-壓力系數(shù)，。 —附加漏損流量，。 此閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)中，馬達(dá)和負(fù)載剛性連接，故彈性負(fù)載影響可不計(jì)，即，又通常，而且附加漏損流量很小，因此可以忽略，則式可簡化為 式中 —無阻尼液壓固有頻率，，； —液壓阻尼比，，無量綱。 又系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近流量，則由式可得馬達(dá)輸出角位移對(duì)流量、外負(fù)載的傳遞函數(shù)分別為： 令式（4-11）中 4.2.3 活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)反向運(yùn)動(dòng) 1.等效負(fù)載和負(fù)載流量的定義 液壓缸穩(wěn)態(tài)時(shí)的動(dòng)力平衡方程： 由式得： 故定義負(fù)載壓力為： 式中 —液壓缸反向運(yùn)動(dòng)時(shí)的等效負(fù)載壓力。 液壓缸的輸出功率為： 故可定義負(fù)載流量為： 式中 —液壓缸反向運(yùn)動(dòng)時(shí)電液比例閥的等效負(fù)載流量。 2.電液比例閥的線性化流量方程 當(dāng)液壓缸向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，即時(shí)，閥的線性化流量方程為： 由式可得 式與式聯(lián)立得 , 將式線性化得： 式中 — 電液比例閥在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近流量增益， ； — 比例閥流量-壓力系數(shù)， 。 對(duì)式進(jìn)行拉式變換 3.活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)的流量連續(xù)性方程 假定：閥與液壓缸的連接管道對(duì)稱且短而粗，管道中的壓力損失和管道動(dòng)態(tài)可以忽略；液壓缸內(nèi)油液溫度和體積彈性模量為常數(shù)；液壓缸內(nèi)、外泄漏均為層流流動(dòng)。 流入液壓缸的流量： 流出液壓缸的流量： 由式可知： 式中 —活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)的總泄漏系數(shù)， ； —附加泄漏系數(shù)，； —活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)、比例閥腔及連接管道總?cè)莘e， ，（取平均值），L為液壓缸總行程。 對(duì)式作拉氏變換 4.活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)軸上的力矩平衡方程 忽略靜摩擦力、庫侖摩擦等非線性和油液的質(zhì)量，根據(jù)牛頓第二定律可得馬達(dá)和負(fù)載的力矩平衡方程為： 對(duì)式作拉氏變換 5.閥控活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)動(dòng)力機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù) 聯(lián)立式可以得到閥芯位移和外負(fù)載干擾作用同時(shí)作用于馬達(dá)的總輸出角位移 式中 —總流量-壓力系數(shù)，。 —附加漏損流量， 此閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)中，馬達(dá)和負(fù)載剛性連接，故彈性負(fù)載影響可不計(jì)，即，又通常，而且附加漏損流量很小，因此可以忽略，則式（4-7）可簡化為 式中 —無阻尼液壓固有頻率，，； —液壓阻尼比，，無量綱。 又系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近流量，則由式（4-9）可得馬達(dá)輸出角位移對(duì)流量、外負(fù)載的傳遞函數(shù)分別為： 令式（4-11）中 4.3比例放大器傳遞函數(shù) 比例放大器的增益為，其值待定。忽略比例放大器的動(dòng)態(tài)特性，則其傳遞函數(shù)為： 式中 —比例放大器輸出電流； —誤差電壓； —比例放大器增益。 4.4高性能電液比例閥傳遞函數(shù) 比例閥傳遞函數(shù)為： 式中 —電液比例閥在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近流量； —電液比例閥在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近流量增益； —電液比例閥的等效無阻尼自振頻率； —電液比例閥的等效阻尼系數(shù)，無量綱； — 拉普拉斯算子。 4.5位移傳感器傳遞函數(shù) 位移傳感器的輸入為液壓缸活塞桿的位置信號(hào)，輸出為電壓信號(hào)頻寬比系統(tǒng)頻寬高得多，可視為比例環(huán)節(jié)，因此其數(shù)學(xué)模型可表示為故有： 式中 —位移傳感器傳遞函數(shù)的增益。 4.6系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖 由以上可知 4.7系統(tǒng)傳遞函數(shù)及函數(shù)各參數(shù)的確定 1）系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的開環(huán)增益 2）系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)參數(shù)的確定 已知參數(shù)： 馬達(dá)的最大旋轉(zhuǎn)擺角為； 最大轉(zhuǎn)速； 最大角加速度； 液壓缸以外運(yùn)動(dòng)部件受到干摩擦力矩為 ； 液壓缸的粘性摩擦系數(shù)為； 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為； 液壓彈性模量為。 相位裕量； 增益裕量； 靜態(tài)誤差； 速度誤差。 解出或查資料得出的參數(shù)： 忽略負(fù)載粘性摩擦系數(shù)，取，,得： 則滿足滿量程所需要的活塞容積(考慮到管道體積及活塞有效容積利用率，將上述容積擴(kuò)到120%作為活塞式液壓擺動(dòng)馬達(dá)、比例閥腔及連接管道總?cè)莘e) 閥固有頻率； 閥阻尼比； 無阻尼液壓固有頻率： 液壓阻尼比： 根據(jù)比例閥在閥壓降下流量應(yīng)滿足作動(dòng)器最大轉(zhuǎn)速的要求，考慮系統(tǒng)的泄露等影響，將Q增大15%。查閱比例閥樣本，可選得FF107A規(guī)格比例閥。 比例放大器的增益為可調(diào)，取 穩(wěn)定性是系統(tǒng)輸出量偏離給定輸入量的初始值隨著時(shí)間增長逐漸趨近于零的性質(zhì)。取輸入電壓對(duì)應(yīng)輸出可計(jì)算得：，暫取 綜上可以求出： 4.8系統(tǒng)特性（系統(tǒng)校正前Bode圖、階躍響應(yīng)） 4.8.1對(duì)數(shù)頻率特性圖（伯德圖或Bode圖） Bode圖是由對(duì)數(shù)幅頻特性圖和對(duì)數(shù)相頻特性圖兩個(gè)圖組成。對(duì)數(shù)幅頻特性圖的橫坐標(biāo)是頻率，并按的對(duì)數(shù)值進(jìn)行分度，標(biāo)注只標(biāo)頻率值。當(dāng)頻率變化十倍，稱為一個(gè)十倍頻程，對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)的間隔距離為一個(gè)單位。頻率的單位為弧度/秒（）。對(duì)數(shù)幅頻特性圖的縱坐標(biāo)是以對(duì)數(shù)幅值表示，單位是分貝（dB）。對(duì)數(shù)相頻特性圖的橫坐標(biāo)與對(duì)數(shù)幅值特性圖的橫坐標(biāo)相同，縱坐標(biāo)采用線性分度，坐標(biāo)表示的值，單位是（°）。 截止頻率（幅值穿越頻率）所對(duì)應(yīng)的或。于是，定義系統(tǒng)的極坐標(biāo)曲線在截止頻率處的相位角距離-180°的相位差為相位裕量，即 。相位裕量的含義是，對(duì)于閉環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)，值越大從相位方向就能反映系統(tǒng)的開環(huán)相頻特性曲線距離-180°相位線越遠(yuǎn)，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度就越高；或者說，如果開環(huán)相頻特性再滯后度，則系統(tǒng)將變成臨界穩(wěn)定。當(dāng)時(shí)，相位裕量為正值;當(dāng)時(shí)，相位裕量為負(fù)值;為了使最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定，相位裕量必須為正。 幅值裕量也叫增益裕量。若系統(tǒng)的相頻穿越頻率為，對(duì)應(yīng)。于是定義相頻穿越頻率處的開環(huán)幅值特性的倒數(shù)為幅值裕量，即。幅值裕量的含義是，對(duì)于閉環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)，如果系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性再增大倍，則系統(tǒng)將會(huì)變?yōu)榕R界穩(wěn)定狀態(tài)。越大，從幅值方向反應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度越高。在Bode圖上幅值裕量表示為：。如果，則，幅值裕量為正值；如果，則，幅值裕量為負(fù)值；正幅值裕量（以分貝表示）表示系統(tǒng)是穩(wěn)定的；負(fù)幅值裕量（以分貝表示）表示系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 利用MATLAB語言編程，和繪制出閥控馬達(dá)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的Bode圖，基本程序如下： %Draw Bode clear all; clc; num=[1]; den=conv(conv([0 1 0],[0.000007 0.00371 1]),[0.0000155 0.00354 1]); G=tf(80*num,den); bode(G); [gm,pm,wcp,wcg]=margin(G); margin(G); grid; 從系統(tǒng)頻率特性曲線可以看出，當(dāng)相頻特性達(dá)到-180°線時(shí)，幅頻特性還在零