并联式六自由度平台液压系统设计【毕业论文+1张CAD图纸】

并联式六自由度平台液压系统设计【毕业论文+1张CAD图纸】,毕业论文+1张CAD图纸,并联,自由度,平台,液压,系统,设计,毕业论文,CAD,图纸 毕业设计 1.引言 1 2.液压技术概况 2 3.液压系统性能与参数的初步确定 3 3.1工况分析 3 3.1.1液压缸的负载分析 4 3.1.2液压缸的速度分析 5 3.2 液压系统参数的初步确定 5 3.2.1确定液压缸的主要参数 5 3.2.2确定液压缸的尺寸 7 3.2.3绘制系统工况 10 3.3系统回路的选择 10 3.3.1 采用液控单向阀的锁紧回路 11 3.3.2 采用轴向变量柱塞泵提供压力源 11 3.3.3采用溢流阀保护整个液压回路。 11 3.3.4 采用电液伺服阀的换向，调速回路 12 3.4液压系统原理的拟定及元件的选择 13 3.4.1液压元件的选择 13 3.4.2其它元件的选择 15 3.4.3油箱的选择 17 3.4.4其它辅助元件的型号和规格的选择 19 3.4.5确定管道尺寸 19 3.4.6液压站的设计 20 3.5绘制装配图 24 3.6液压系统性能验算 25 3.7液压系统的清洗与维护 25 结论 27 致谢 28 参考文献 29 1.引言 　六自由度运动平台是由六支作动筒（油缸），上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动。 用　途： 模拟出各种空间运动姿态，可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域用途及特点。 由于有极为广阔的应用前景，近几年，引起了国内外科研、院校广泛的研究兴趣。六自由度运动平台是由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态，可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中。在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。 2.液压技术概况 当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。 今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求，体现在如下一些比较重要的特征上： 1) 提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率，液压元件的结构不断地在向小型化方向发展。 2) 高度的组成化、集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短，这种组合件不但结构紧凑、工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的方面，完整的模块以及独立的功能单元，对用户而言，只需要简单地进行组装即可投入使用，这样不仅可以大大节约用户的装配时间，同时用户也无须配备各种经专门培训的技术人员。 3) 和微电子结合，走向智能化。汇在一起的联接体只要一收到微处理机或者微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。 综上所述可以看到，液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平饿重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。 液压系统的设计步骤大体如下： 1)液压系统的工况分析 2)拟订液压系统原理图 3) 液压系统的计算和选择液压元件 4)对液压系统进行验算 5)绘制正式工作图和编制技术文件 设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容：液压系统原理图；自行设计的全套工作图（指液压缸和液压油箱等非标准液压元件）；液压泵、液压阀及管路的安装总图。 技术文件一般包括以下内容：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。【15】 3.液压系统性能与参数的初步确定 3.1工况分析 工况分析是分析机械工作过程的具体情况，其内容包括负载分析、速度分析和功率变化规律的分析。对液压系统进行工况分析其目的就是要查明它的每个执行元件在各个动作阶段内的运动速度和所承受的负载并绘制成图。而液压执行元件的工况图是选择系统液压元件和基本回路的依据。这是因为： 1) 液压泵和各种控制阀的规格是根据工况图中的最大压力和最大流量选定的； 2) 各种液压回路及其油源形式都是按工况图的不同阶段内的压力和流量变化情况初选后，再通过相互比较确定的； 3) 将工况图所反映的情况与调研得来的参考方案进行对比，可以对原来设计参数的合理性做出鉴别，或进行调整。 3.1.1液压缸的负载分析 液压缸 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，六自由度运动平台结构上具有对称关系，液压缸1和液压缸6；液压缸2和液压缸5；液压缸3和液压缸4受力在、、方向上相等。液压缸1和6最大受力F=65000N ，液压缸2和5最大受力F=60000N ，液压缸3和4最大受力F=95000N。 液压缸 单自由度行程 速度/角速度 加速度/角加速度 Z轴向位移 Y轴向位移 X轴向位移 绕Z轴转动 绕Y轴转动 绕X轴转动 表3-2 长度 4200mm 火炮重量 10T 支承轮半径 500mm 支架展开角度 30deg 支承轮间距 1800mm 支架长度 4200mm 表3-3 图3-1 由表3-2 3-3和图3-1可知：各个液压缸的行程相等，通过计算的出：液压缸的行程为980mm。 3.1.2液压缸的速度分析 通过计算可知，此液压系统的液压缸速度在0.8m/s，其实现是通过电液伺服阀发芯开启大小来控制，这里要通过控制系统实现。 3.2 液压系统参数的初步确定 3.2.1确定液压缸的主要参数 液压缸是液压传动中的主要执行元件之一，它是把液压能转换成机械能的能量转换装置。液压缸结构简单、工作可靠，广泛应用于机械的液压传动中。目前，工业中常用的液压缸的结构形式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸三大类。活塞缸和柱塞缸可实现往复直线运动，输出速度和推力；摆动缸则实现往复摆动，输出角速度（转速）和转矩。形式如下： 活塞缸 ① 单杆活塞缸 单杆活塞缸是活塞的一端带有活塞杆的液压缸。结构如图2-1所示。这种油缸由于活塞两侧受力面积不等，活塞往返运动时所产生的推力和速度各不相等。活塞杆外伸时，油缸产生的推力大，速度小；而活塞杆作差动连接时，可实现快速运动。故这种油缸工业上常用来实现“快速进给”、“慢速工进”和“快速回位”。 图1 单杆活塞缸 ② 双杆活塞缸 双杆活塞缸是活塞的两端都带有活塞杆的液压缸。结构如图2-2所示。其工作原理与单杆活塞缸相同，由于活塞两侧受压面积相同，油缸两端的供油压力P和供油量Q相同时，其往返运动速度及产生的推力都分别相等。 图2 双杆活塞缸 柱塞缸 柱塞缸是单作用缸，结构如图2-3所示，回程依靠自重或外力，常倾斜或竖直安装。柱塞与缸体内壁不接触，油缸内孔只需粗加工，简化了缸体的加工工艺，制造简便。工作时总是承受压力。因此柱塞必须有足够的刚度，直径比较大，且只能实现一个方向的运动，特别适应在行程比较长的场合。 图3 柱塞缸 摆动缸 常用的摆动缸有单叶片式和双叶片式两种。这类油缸是靠转子的回转来传动力和运动的。输出的是周期性的回转运动，其回转角小于300°。这种液压缸由于密封性较差等原因，一般只用于低压系统，如送料夹紧和工作台回转的辅助运动装置。 本次设计的液压系统要求动作可靠，且为往复直线运动，故应采用活塞缸。而且单作用活塞缸可以输出多种速度，差动连接时还可以实现快速运动，并且体积较双杆活塞缸小，结构紧凑。本液压系统只要求动作可靠，滑动水口打开速度要快，综合考虑上述两种活塞缸的适应场合、制造成本及体积大小等因素，本液压系统采用差动式单作用活塞缸。【12】 3.2.2确定液压缸的尺寸 ①初选液压缸工作压力 液压缸的推力F是由液压缸的工作压力p和活塞的有效工作面积A来确定的，而活塞的运动速度v由输入缸的流量Q和活塞的有效工作面积A确定的， 即 F=A p v=Q／A 式中 F —— 缸（或活塞）的推力（N）； p —— 进油腔的工作压力（MPa）； A —— 活塞的有效工作面积（m2）； Q —— 输入液压缸的流量（L/min）； V —— 缸（或活塞）的运动速度（m/min）。 由上两式可见，当缸的推力一定时，工作压力p取的越高，活塞的有效面积A就越小，缸的结构就紧凑，但液压元件的性能及密封要求要相应提高；工作压力p取的越低，活塞的有效面积A就越大，缸的结构尺寸就越大，要使工作机构得到同样的速度就要求有较大的流量，这样使有关的泵、阀等液压元件的规格相应增大，有可能导致液压系统的庞大。因此，液压缸的工作压力常采用类比法或通过试验确定。设计时，液压缸的工作压力可根据负载大小和设备的类型，选择工作压力： 表1 各类液压设备常用的工作压力 设备类型 机床 农业机械或中型工程机械 液压机、重型机械、起重运输机 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力p/(Mpa) 0.8-2.0 3-5 2-8 8-10 10-16 20-32 表2 液压缸推力与工作压力之间的关系 液压缸力F/KN ＜5 5~10 10~20 20~30 30~50 ＞50 工作压力 p/MPa 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5~7 由于本液压系统设备属于运输机械，体积小，结构紧凑，采用中低压液压系统时，液压缸的尺寸小、体积小，而且成本较低。综合考虑各种因素，再参考表1、表2本系统选用中低压系统，选取工作压力为P=8MPa。 ②计算出液压缸的内径D 通过调查可知系统在取工作压力为8MPa时，系统P2被压可按0.8MPa（回油路带背压阀的回路中背压为0.5-1.5MPa）估算。 由最大负载按公式 A2=F/[ηcm(P1*ψ-P2)],A1=ψ*A2 计算液压缸面积. 其中: F —缸的最大外负载； P1—缸的最大工作压力； P2—缸的背压； A1—缸无杆腔有效面积； A2—缸有杆腔有效面积； ηcm—机械效率； ψ—缸往返速比 ψ=1/λ2 λ— λ=d/D (λ为直径比) 本系统工作压力为8MPa，大于7 MPa，活塞杆受压力，故选取λ为0.5带入上式后算得 D1-6=90mm D2-5=87mm D3-4=108mm 按国标可圆整为标准直径 D1-6 =D2-5=90mm D3-4=110mm ③计算活塞杆直径d 活塞杆直径d为 d1-6=d2-5=D×λ=90×0.5=45mm d3-4=55mm 按国标可取整为标准直径d1-6=d2-5=45mm d3-4=55mm 由此可得液压缸的两腔的实际面积为 液压缸无杆腔面积A1 A1(1-6 2-5)=πD2/4=3.14×0.92 /4=0.6dm2 A1(3-4)=πD2/4=0.95dm2 液压缸有杆腔面积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—液压缸缸筒直径 d—液压缸活塞杆直径 对选定后的液压缸内径D，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin,即A>Amin Amin=qmin/vmin 式中 qmin—流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得 取q=0.05L/min vmin—液压缸最低速度,由设计给定 取v=0.8m/s 将数值带入Amin=0.05L/min/1m/s

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