并聯式六自由度平臺液壓系統設計【畢業論文+1張CAD圖紙】

并聯式六自由度平臺液壓系統設計【畢業論文+1張CAD圖紙】,畢業論文+1張CAD圖紙,并聯,自由度,平臺,液壓,系統,設計,畢業論文,CAD,圖紙 畢業設計 1.引言 1 2.液壓技術概況 2 3.液壓系統性能與參數的初步確定 3 3.1工況分析 3 3.1.1液壓缸的負載分析 4 3.1.2液壓缸的速度分析 5 3.2 液壓系統參數的初步確定 5 3.2.1確定液壓缸的主要參數 5 3.2.2確定液壓缸的尺寸 7 3.2.3繪制系統工況 10 3.3系統回路的選擇 10 3.3.1 采用液控單向閥的鎖緊回路 11 3.3.2 采用軸向變量柱塞泵提供壓力源 11 3.3.3采用溢流閥保護整個液壓回路。 11 3.3.4 采用電液伺服閥的換向，調速回路 12 3.4液壓系統原理的擬定及元件的選擇 13 3.4.1液壓元件的選擇 13 3.4.2其它元件的選擇 15 3.4.3油箱的選擇 17 3.4.4其它輔助元件的型號和規格的選擇 19 3.4.5確定管道尺寸 19 3.4.6液壓站的設計 20 3.5繪制裝配圖 24 3.6液壓系統性能驗算 25 3.7液壓系統的清洗與維護 25 結論 27 致謝 28 參考文獻 29 1.引言 　六自由度運動平臺是由六支作動筒（油缸），上、下各六只萬向鉸鏈和上、下兩個平臺組成，下平臺固定在基礎上，借助六只作動筒的伸縮運動，完成上平臺在空間六個自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運動。 用　途： 模擬出各種空間運動姿態，可廣泛應用到各種訓練模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、海軍直升機起降模擬平臺、坦克模擬器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器以及動感電影、娛樂設備等領域用途及特點。 由于有極為廣闊的應用前景，近幾年，引起了國內外科研、院校廣泛的研究興趣。六自由度運動平臺是由六支作動筒，上、下各六只萬向鉸鏈和上、下兩個平臺組成，下平臺固定在基礎上，借助六支作動筒的伸縮運動，完成上平臺在空間六個自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運動，從而可以模擬出各種空間運動姿態，可廣泛應用到各種訓練模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、海軍直升機起降模擬平臺、坦克模擬器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器以及動感電影、娛樂設備等領域，甚至可用到空間宇宙飛船的對接，空中加油機的加油對接中。在加工業可制成六軸聯動機床、靈巧機器人等。由于六自由度運動平臺的研制，涉及機械、液壓、電氣、控制、計算機、傳感器，空間運動數學模型、實時信號傳輸處理、圖形顯示、動態仿真等等一系列高科技領域，因而六自由度運動平臺的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領域水平的標志性象征。 2.液壓技術概況 當前，液壓技術在實現高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲，經久耐用，高度集成化等各項要求方面都取得了重大的發展，在完善比例控制，伺服控制，數字控制等技術上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統的計算機輔助設計，計算機仿真和優化以及微機控制等開發性工作方面，日益顯示出顯著的成績。 今天，為了和最新技術的發展保持同步，液壓技術必須不斷創新，不斷地提高和改進元件和系統的性能，以滿足日益變化的市場需求，體現在如下一些比較重要的特征上： 1) 提高元件性能，創制新型元件，體積不斷縮小。為了能在盡可能小的空間內傳遞盡可能大的功率，液壓元件的結構不斷地在向小型化方向發展。 2) 高度的組成化、集成化和模塊化。液壓系統由管式配置經板式配置，箱式配置、集成塊式配置發展到疊加式配置、插裝式配置，使連接的通道越來越短，這種組合件不但結構緊湊、工作可靠，而且使用簡便，也容易維護保養。模塊化發展也是非常重要的方面，完整的模塊以及獨立的功能單元，對用戶而言，只需要簡單地進行組裝即可投入使用，這樣不僅可以大大節約用戶的裝配時間，同時用戶也無須配備各種經專門培訓的技術人員。 3) 和微電子結合，走向智能化。匯在一起的聯接體只要一收到微處理機或者微型計算機處送來的信息，就能實現預先規定的任務。 綜上所述可以看到，液壓工業在國民經濟中的作用實在是很大的，它常常可以用來作為衡量一個國家工業水平餓重要標志之一。與世界上主要的工業國家相比，我國的液壓工業還是相當落后的，標準化的工作有待于繼續做好，優質化的工作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛在準備起步，為此必須奮起直追，才能迎頭趕上。 液壓系統的設計步驟大體如下： 1)液壓系統的工況分析 2)擬訂液壓系統原理圖 3) 液壓系統的計算和選擇液壓元件 4)對液壓系統進行驗算 5)繪制正式工作圖和編制技術文件 設計的最后一步是要整理出全部圖紙和技術文件。正式工作圖一般包括如下內容：液壓系統原理圖；自行設計的全套工作圖（指液壓缸和液壓油箱等非標準液壓元件）；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。 技術文件一般包括以下內容：基本件、標準件、通用件及外購件匯總表，液壓系統安裝和調試要求，設計說明書等?！?5】 3.液壓系統性能與參數的初步確定 3.1工況分析 工況分析是分析機械工作過程的具體情況，其內容包括負載分析、速度分析和功率變化規律的分析。對液壓系統進行工況分析其目的就是要查明它的每個執行元件在各個動作階段內的運動速度和所承受的負載并繪制成圖。而液壓執行元件的工況圖是選擇系統液壓元件和基本回路的依據。這是因為： 1) 液壓泵和各種控制閥的規格是根據工況圖中的最大壓力和最大流量選定的； 2) 各種液壓回路及其油源形式都是按工況圖的不同階段內的壓力和流量變化情況初選后，再通過相互比較確定的； 3) 將工況圖所反映的情況與調研得來的參考方案進行對比，可以對原來設計參數的合理性做出鑒別，或進行調整。 3.1.1液壓缸的負載分析 液壓缸 1 45000 -45000~-1.2E+005 1.2E+005~65000 2 -20000~25000 -50000~60000 -15000~35000 3 45000~95000 -40000~-95000 -65000~-1.45E+005 4 45000~95000 -40000~-95000 -65000~-1.45E+005 5 -20000~25000 -50000~60000 -15000~35000 6 45000 -45000~-1.2E+005 1.2E+005~65000 表3-1 由上表可知，六自由度運動平臺結構上具有對稱關系，液壓缸1和液壓缸6；液壓缸2和液壓缸5；液壓缸3和液壓缸4受力在、、方向上相等。液壓缸1和6最大受力F=65000N ，液壓缸2和5最大受力F=60000N ，液壓缸3和4最大受力F=95000N。 液壓缸 單自由度行程 速度/角速度 加速度/角加速度 Z軸向位移 Y軸向位移 X軸向位移 繞Z軸轉動 繞Y軸轉動 繞X軸轉動 表3-2 長度 4200mm 火炮重量 10T 支承輪半徑 500mm 支架展開角度 30deg 支承輪間距 1800mm 支架長度 4200mm 表3-3 圖3-1 由表3-2 3-3和圖3-1可知：各個液壓缸的行程相等，通過計算的出：液壓缸的行程為980mm。 3.1.2液壓缸的速度分析 通過計算可知，此液壓系統的液壓缸速度在0.8m/s，其實現是通過電液伺服閥發芯開啟大小來控制，這里要通過控制系統實現。 3.2 液壓系統參數的初步確定 3.2.1確定液壓缸的主要參數 液壓缸是液壓傳動中的主要執行元件之一，它是把液壓能轉換成機械能的能量轉換裝置。液壓缸結構簡單、工作可靠，廣泛應用于機械的液壓傳動中。目前，工業中常用的液壓缸的結構形式有活塞缸、柱塞缸、擺動缸三大類。活塞缸和柱塞缸可實現往復直線運動，輸出速度和推力；擺動缸則實現往復擺動，輸出角速度（轉速）和轉矩。形式如下： 活塞缸 ① 單桿活塞缸 單桿活塞缸是活塞的一端帶有活塞桿的液壓缸。結構如圖2-1所示。這種油缸由于活塞兩側受力面積不等，活塞往返運動時所產生的推力和速度各不相等?；钊麠U外伸時，油缸產生的推力大，速度小；而活塞桿作差動連接時，可實現快速運動。故這種油缸工業上常用來實現“快速進給”、“慢速工進”和“快速回位”。 圖1 單桿活塞缸 ② 雙桿活塞缸 雙桿活塞缸是活塞的兩端都帶有活塞桿的液壓缸。結構如圖2-2所示。其工作原理與單桿活塞缸相同，由于活塞兩側受壓面積相同，油缸兩端的供油壓力P和供油量Q相同時，其往返運動速度及產生的推力都分別相等。 圖2 雙桿活塞缸 柱塞缸 柱塞缸是單作用缸，結構如圖2-3所示，回程依靠自重或外力，常傾斜或豎直安裝。柱塞與缸體內壁不接觸，油缸內孔只需粗加工，簡化了缸體的加工工藝，制造簡便。工作時總是承受壓力。因此柱塞必須有足夠的剛度，直徑比較大，且只能實現一個方向的運動，特別適應在行程比較長的場合。 圖3 柱塞缸 擺動缸 常用的擺動缸有單葉片式和雙葉片式兩種。這類油缸是靠轉子的回轉來傳動力和運動的。輸出的是周期性的回轉運動，其回轉角小于300°。這種液壓缸由于密封性較差等原因，一般只用于低壓系統，如送料夾緊和工作臺回轉的輔助運動裝置。 本次設計的液壓系統要求動作可靠，且為往復直線運動，故應采用活塞缸。而且單作用活塞缸可以輸出多種速度，差動連接時還可以實現快速運動，并且體積較雙桿活塞缸小，結構緊湊。本液壓系統只要求動作可靠，滑動水口打開速度要快，綜合考慮上述兩種活塞缸的適應場合、制造成本及體積大小等因素，本液壓系統采用差動式單作用活塞缸?！?2】 3.2.2確定液壓缸的尺寸 ①初選液壓缸工作壓力 液壓缸的推力F是由液壓缸的工作壓力p和活塞的有效工作面積A來確定的，而活塞的運動速度v由輸入缸的流量Q和活塞的有效工作面積A確定的， 即 F=A p v=Q／A 式中 F —— 缸（或活塞）的推力（N）； p —— 進油腔的工作壓力（MPa）； A —— 活塞的有效工作面積（m2）； Q —— 輸入液壓缸的流量（L/min）； V —— 缸（或活塞）的運動速度（m/min）。 由上兩式可見，當缸的推力一定時，工作壓力p取的越高，活塞的有效面積A就越小，缸的結構就緊湊，但液壓元件的性能及密封要求要相應提高；工作壓力p取的越低，活塞的有效面積A就越大，缸的結構尺寸就越大，要使工作機構得到同樣的速度就要求有較大的流量，這樣使有關的泵、閥等液壓元件的規格相應增大，有可能導致液壓系統的龐大。因此，液壓缸的工作壓力常采用類比法或通過試驗確定。設計時，液壓缸的工作壓力可根據負載大小和設備的類型，選擇工作壓力： 表1 各類液壓設備常用的工作壓力 設備類型 機床 農業機械或中型工程機械 液壓機、重型機械、起重運輸機 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力p/(Mpa) 0.8-2.0 3-5 2-8 8-10 10-16 20-32 表2 液壓缸推力與工作壓力之間的關系 液壓缸力F/KN ＜5 5~10 10~20 20~30 30~50 ＞50 工作壓力 p/MPa 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5~7 由于本液壓系統設備屬于運輸機械，體積小，結構緊湊，采用中低壓液壓系統時，液壓缸的尺寸小、體積小，而且成本較低。綜合考慮各種因素，再參考表1、表2本系統選用中低壓系統，選取工作壓力為P=8MPa。 ②計算出液壓缸的內徑D 通過調查可知系統在取工作壓力為8MPa時，系統P2被壓可按0.8MPa（回油路帶背壓閥的回路中背壓為0.5-1.5MPa）估算。 由最大負載按公式 A2=F/[ηcm(P1*ψ-P2)],A1=ψ*A2 計算液壓缸面積. 其中: F —缸的最大外負載； P1—缸的最大工作壓力； P2—缸的背壓； A1—缸無桿腔有效面積； A2—缸有桿腔有效面積； ηcm—機械效率； ψ—缸往返速比 ψ=1/λ2 λ— λ=d/D (λ為直徑比) 本系統工作壓力為8MPa，大于7 MPa，活塞桿受壓力，故選取λ為0.5帶入上式后算得 D1-6=90mm D2-5=87mm D3-4=108mm 按國標可圓整為標準直徑 D1-6 =D2-5=90mm D3-4=110mm ③計算活塞桿直徑d 活塞桿直徑d為 d1-6=d2-5=D×λ=90×0.5=45mm d3-4=55mm 按國標可取整為標準直徑d1-6=d2-5=45mm d3-4=55mm 由此可得液壓缸的兩腔的實際面積為 液壓缸無桿腔面積A1 A1(1-6 2-5)=πD2/4=3.14×0.92 /4=0.6dm2 A1(3-4)=πD2/4=0.95dm2 液壓缸有桿腔面積A2 A2(1-6 2-5)=π(D2 -d2 )/4=0.47 dm2 A2(3-4)=π(D2 -d2 )/4=0.71 dm2 式中 D—液壓缸缸筒直徑 d—液壓缸活塞桿直徑 對選定后的液壓缸內徑D，必須進行最小穩定速度的驗算。要保證液壓缸節流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩定速度的最小有效面積Amin,即A>Amin Amin=qmin/vmin 式中 qmin—流量閥的最小穩定流量，一般從選定流量閥的產品樣本中查得 取q=0.05L/min vmin—液壓缸最低速度,由設計給定 取v=0.8m/s 將數值帶入Amin=0.05L/min/1m/s

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