【正文】 222222223222222222222)41()4(4)()41()()(mcemcemmetmcetmmettmetmceetmcemtavmqmDGKsDKBGDVsDKJBDVsJDVsMsKVDKDQsxDKs??????????????? )414( ? 式中 2ceK — 總流量 壓力系數(shù)， )/( 5222 sNmCKK iecce ??? 。 高性能電液比例閥傳遞函數(shù) 比例閥傳遞函數(shù)為： 12)()()(22 ????nnnsvn ss KsI sQsG??? )464( ? 式中 )(sQ — 電液比例閥在穩(wěn)態(tài)工作點附近流量 )/( 3 sm ； svK — 電液比例閥在穩(wěn)態(tài)工作點附近流量增益 )/( 3 Asm ? ； n? — 電液比例閥的等效無阻尼自振頻率 )/( srad ； n? — 電液比例閥的等效阻尼系數(shù)，無量綱 。 又系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點附近流量 vq xKq 2? ，則由式（ 49）可得馬達輸出角位移對流量、外負載的傳遞函數(shù)分別為： 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 51 )12(1)()(222222???sssDsQshhhmm???? )434( ? )12()41()()(2222222212?????ssssKVDKsMshhhceetmcemm????? )444( ? 令式（ 411）中2222 22 )41( Tcee tmce KsKVDK ?? ? 比例放大器傳遞函數(shù) 比例放大器的增益為 aK ，其值待定。 對式 )334( ? 進行拉式變換 )()()( 2222 sPKsXKsQ LcvqL ?? )344( ? 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 49 假定：閥與液壓缸的連接管道對稱且短而粗，管道中的壓力損失和管道動態(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。 此閥控液壓馬達系統(tǒng)中，馬達和負載剛性連接，故彈性負載影響可不計，即0?G ，又通常 12 ??mcemDKB，而且附加漏損流量 taQ 很小，因此可以忽略，則式 )204( ? 可簡化為 )12()()41()()(112121121111?????ssssMsKVDKsxDKshhhmceetmcevmqm????? )214( ? 式中 1h? — 無阻尼液壓固有頻率，ttmeh JV D1211 4?? ?， )/( srad ； 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 47 1h? — 液壓阻尼比，tetmmttemceh JVDBV JDK ??? 111111 4?? ，無量綱。 由式 )74( ? )114( ? )144( ? 可知： dtdDdtdpVpCpCdtdVdtdpVppCq mLetstaLieeipL ??? 111111111211 4)( ???????? )164( ? 式中 1ieC — 活塞式液壓擺動馬達的總泄漏系數(shù) )/( 5 sNm ? ， ipie Cnm nmC 23221 ??? ； 1taC — 附加泄漏系數(shù) )/( 5 sNm ? ，ipta Cnm mmC 23231 ???； 1tV — 活塞是液壓擺動馬達的等效容積 )(3m ； 23 1223 121 24 nm LAnnm VnVt ????， 211 LAV?（取平均值）， L 為液壓缸總行程。 故可定義負載流量為： 11 qqL ? )74( ? 式中 1Lq — 液壓缸正向運動時 電液比例閥的負載流量 )/( 3 sm 當(dāng)液壓缸向右運動時，即 0?vx 時，閥的線性化流量方程為： dtdDdtdyAppxwCq mmsvd ?? 11111 )(2 ???? )84( ? dtdDdtdyApxwCq mmvd ?? 22222 2 ??? )94( ? 式中 dC — 比例閥流量系數(shù)； ? — 液壓油密度 )/( 3mKg ； sp — 供油壓力 )(Pa ； vx — 比例閥閥芯位移 )(m ； 1mD — 無桿腔對應(yīng)的活塞式液壓擺動馬達的等效弧度排量 )/( 3 radm ； 2mD — 有桿腔對應(yīng)的活塞式液壓擺動馬達的等效弧度排 )/( 3 radm ； 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 44 m? — 螺旋旋轉(zhuǎn)輸出套的角位移 )(rad 。 活塞式液壓擺動馬達正向運動 流量的定義 液壓缸穩(wěn)態(tài)時的動力平衡方程： LFApAp ?? 2211 )34( ? 式中 1p — 液壓缸無桿腔的壓力 )(Pa ； 2p — 液壓缸有桿腔的壓力 )(Pa 。 非對稱閥的靜態(tài)特性分析及數(shù)學(xué)模型的建立 基本模型 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 42 所謂非對稱閥就是液壓油的進出口節(jié)流窗口的面積梯度成一定的比例，即 nww ?21/ )14( ? 式中 1w — 閥口 2的面積梯度 )(m ； 2w — 閥口 4 的面積梯度 )(m ； n — 不大于 1的常數(shù)。德國力士樂公司 1995 年出版的技術(shù)?？咸岢隽诉@種非對稱比例閥控制非對稱液壓缸的策略。但由于非對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，而對稱比例閥的四個控制邊是相同的，這就使得比例閥兩對節(jié)流窗口的閥降不同，造成活塞桿伸出，縮回兩個方向運動時的流量增益不等，因而使系統(tǒng)的靜動態(tài)特性出現(xiàn)較大的差異，產(chǎn)生嚴重的非線性。取 粒77?Z 同樣采用 7 頭花鍵傳動副，則每頭嚙合傳動 的滾珠需要 粒117/77 ? ，所需花鍵滾道長度為 mmdl b 66116112 ????? 花鍵套的有效承載長度為 mmlL 6690s i n66s i n22 ????? ? 滾珠螺旋套及滾珠直花鍵導(dǎo)軌套的強度計算，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 故采用有限元分析計算。 滾珠與滾道之間的接觸強度計算 由于在滾道曲率半徑 R 相同的條件下，鋼球與傳動軸的滾道接觸點處的接觸應(yīng)力和鋼球與螺旋套或花鍵套滾道接觸點的接觸應(yīng)力于同一載荷下并不相同，且螺旋傳動軸滾道側(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。設(shè)周邊布置的滾道截面型面為半圓弧截面，其半徑為 mmR ? ；軸中心孔直徑為 mmd 263 ? ，軸最大直接取中徑mmd 580 ? 。 3．缸體底部厚度計算 本設(shè)計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度公式進行近似計算： mmpD ][ m a x ?????? ?? 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 21 因此，底部的厚度應(yīng) ?? ，本設(shè)計取值為 mm4?? 滿足強度要求。 當(dāng) 1 ???Dt時，由薄壁圓筒強度計算公式，得滿足缸筒材料強度要 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 20 求的最小厚度為： mmDPt ][2 66m a x1 ??? ???? ?? ? 式中 maxp — 為液壓缸內(nèi)最大壓力，取系統(tǒng)最大壓力 MPap 21max ? 。由于缸體及活塞桿兩零件的尺寸比較薄弱，其強度剛度直接引起 擺動液壓馬達的失效或泄漏等，造成系統(tǒng)的嚴重故障。 由式 ?? ??? tan2/0dL 按擺動角度 )50(50 ???? ?? 計算，可計算出螺旋傳動軸 、活塞等移動部件的有效行程為 mmdL ???????? ??? 取 mmL 27? 若取 ??360? 可計算出螺旋導(dǎo)程為： mmdp h ???????? ??? （ 1）滾珠螺旋傳動副 若滾道材料采用 25018 ?Ni ，滾珠采用 15CGr ，滾珠直徑 mmdb 6? ，則每個滾珠能承擔(dān)的最大法向載荷為 NP 2950][ ? 。由于我們設(shè)計的滾珠螺旋擺動液壓馬達 , 空間尺寸和重量受到限制 , 而且滾珠副螺旋升角大 ,所以 賈遴琳 非對稱活塞式擺動液壓馬達的電液比例的控制系統(tǒng)設(shè)計 16 ? =176。 根據(jù)對擺動液壓馬達的空間尺寸要求，設(shè)計使驅(qū)動負載的螺旋套以及導(dǎo)向花鍵套的外徑相等，即為 mmtddD b 1 0 200 ???? 式中 bd — 為滾珠直徑； 2t — 為螺旋套或花鍵厚度。但同時螺旋傳動機構(gòu)的導(dǎo)程也將隨之增大，活塞的行程加大，使其整個結(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)重量這個約束條件。 本章根據(jù)這些參數(shù)對所需的非對稱作用活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達進行設(shè)計計算 。活塞外推時： 1 1 2 211dp A p ApA? ?? （ ） 活塞內(nèi)拉時： 1 2 2 112dp A p ApA? ?? （ ） 當(dāng)排油直接回油箱時： 1d?? 。 （ 1）機械效率 m? ，由各運動件摩擦損失所造成。 設(shè)直旋馬達的擺動角度為 ? ，則活塞行程為 0 / 2 ta nLd ??? ? ? （ ） 由式（ ）或?qū)ι鲜角笠淮挝⒎旨纯傻没钊\動速度與馬達旋擺角速度之間的關(guān)系為 0 / 2 ta navd??? ? ? （ ） 活塞受到的軸向力與驅(qū)動負載的力矩，由式（ ）得 0ta n( ) / 2L a dM F d??? ? ? ? （ ） 關(guān)系 排量為擺動液壓馬達每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，由其密封容腔幾何尺寸變化計算而得的液體的體積。 負載力矩與負載壓力之間的關(guān)系為 L m LM D p?? （ ） 式中， LM —— 活塞式滾珠螺旋擺動液壓馬達自身運動件及其驅(qū)動的負載機構(gòu)所受的各種力、力矩等載荷綜合的等效負載，它包括工作負載、阻尼負載、慣性負載、彈性負載以及擾動負載； mD —— 擺動液壓馬達的等效弧度排量。 此外，滾珠旋擺液壓擺動馬達還可作為液壓領(lǐng)域的執(zhí)行元件 —— 新型液壓擺動馬達來使用，其效率比現(xiàn)有的任 何滾珠螺旋液壓擺動馬達都高，而且同一馬達可適應(yīng)于任何壓力的系統(tǒng)，即可設(shè)計出低壓大力矩的滾珠螺旋液壓擺動馬達。 （ 8）傳動效率高?；钊ㄟ^活塞桿和傳動軸相聯(lián)，軸向運動被直接轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動，從而驅(qū)動負載機構(gòu)擺動； （ 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。滾珠逆螺旋傳動機構(gòu)由滾珠直花鍵導(dǎo)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(dǎo)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。若傳動軸右部外表面和螺旋套內(nèi)表面之間的螺旋滾道是