并聯(lián)式六自由度平臺液壓系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文+1張CAD圖紙】

并聯(lián)式六自由度平臺液壓系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文+1張CAD圖紙】,畢業(yè)論文+1張CAD圖紙,并聯(lián),自由度,平臺,液壓,系統(tǒng),設(shè)計,畢業(yè)論文,CAD,圖紙 畢業(yè)設(shè)計 1.引言 1 2.液壓技術(shù)概況 2 3.液壓系統(tǒng)性能與參數(shù)的初步確定 3 3.1工況分析 3 3.1.1液壓缸的負(fù)載分析 4 3.1.2液壓缸的速度分析 5 3.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)的初步確定 5 3.2.1確定液壓缸的主要參數(shù) 5 3.2.2確定液壓缸的尺寸 7 3.2.3繪制系統(tǒng)工況 10 3.3系統(tǒng)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(diào)速回路 12 3.4液壓系統(tǒng)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(guī)格的選擇 19 3.4.5確定管道尺寸 19 3.4.6液壓站的設(shè)計 20 3.5繪制裝配圖 24 3.6液壓系統(tǒng)性能驗算 25 3.7液壓系統(tǒng)的清洗與維護 25 結(jié)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(chǔ)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(tài)，可廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)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(shè)備等領(lǐng)域用途及特點。 由于有極為廣闊的應(yīng)用前景，近幾年，引起了國內(nèi)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(chǔ)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(tài)，可廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)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(shè)備等領(lǐng)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(yè)可制成六軸聯(lián)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(shù)學(xué)模型、實時信號傳輸處理、圖形顯示、動態(tài)仿真等等一系列高科技領(lǐng)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(lǐng)域水平的標(biāo)志性象征。 2.液壓技術(shù)概況 當(dāng)前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲，經(jīng)久耐用，高度集成化等各項要求方面都取得了重大的發(fā)展，在完善比例控制，伺服控制，數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計，計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，日益顯示出顯著的成績。 今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷創(chuàng)新，不斷地提高和改進元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求，體現(xiàn)在如下一些比較重要的特征上： 1) 提高元件性能，創(chuàng)制新型元件，體積不斷縮小。為了能在盡可能小的空間內(nèi)傳遞盡可能大的功率，液壓元件的結(jié)構(gòu)不斷地在向小型化方向發(fā)展。 2) 高度的組成化、集成化和模塊化。液壓系統(tǒng)由管式配置經(jīng)板式配置，箱式配置、集成塊式配置發(fā)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(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，而且使用簡便，也容易維護保養(yǎng)。模塊化發(fā)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(jié)約用戶的裝配時間，同時用戶也無須配備各種經(jīng)專門培訓(xùn)的技術(shù)人員。 3) 和微電子結(jié)合，走向智能化。匯在一起的聯(lián)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(xiàn)預(yù)先規(guī)定的任務(wù)。 綜上所述可以看到，液壓工業(yè)在國民經(jīng)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(yè)水平餓重要標(biāo)志之一。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還是相當(dāng)落后的，標(biāo)準(zhǔn)化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛在準(zhǔn)備起步，為此必須奮起直追，才能迎頭趕上。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟大體如下： 1)液壓系統(tǒng)的工況分析 2)擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 3) 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 4)對液壓系統(tǒng)進行驗算 5)繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 設(shè)計的最后一步是要整理出全部圖紙和技術(shù)文件。正式工作圖一般包括如下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖；自行設(shè)計的全套工作圖（指液壓缸和液壓油箱等非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件）；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。 技術(shù)文件一般包括以下內(nèi)容：基本件、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及外購件匯總表，液壓系統(tǒng)安裝和調(diào)試要求，設(shè)計說明書等?！?5】 3.液壓系統(tǒng)性能與參數(shù)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(nèi)容包括負(fù)載分析、速度分析和功率變化規(guī)律的分析。對液壓系統(tǒng)進行工況分析其目的就是要查明它的每個執(zhí)行元件在各個動作階段內(nèi)的運動速度和所承受的負(fù)載并繪制成圖。而液壓執(zhí)行元件的工況圖是選擇系統(tǒng)液壓元件和基本回路的依據(jù)。這是因為： 1) 液壓泵和各種控制閥的規(guī)格是根據(jù)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(nèi)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(diào)研得來的參考方案進行對比，可以對原來設(shè)計參數(shù)的合理性做出鑒別，或進行調(diào)整。 3.1.1液壓缸的負(fù)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(jié)構(gòu)上具有對稱關(guān)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(zhuǎn)動 繞Y軸轉(zhuǎn)動 繞X軸轉(zhuǎn)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(tǒng)的液壓缸速度在0.8m/s，其實現(xiàn)是通過電液伺服閥發(fā)芯開啟大小來控制，這里要通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)。 3.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)的初步確定 3.2.1確定液壓缸的主要參數(shù) 液壓缸是液壓傳動中的主要執(zhí)行元件之一，它是把液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，廣泛應(yīng)用于機械的液壓傳動中。目前，工業(yè)中常用的液壓缸的結(jié)構(gòu)形式有活塞缸、柱塞缸、擺動缸三大類?；钊缀椭卓蓪崿F(xiàn)往復(fù)直線運動，輸出速度和推力；擺動缸則實現(xiàn)往復(fù)擺動，輸出角速度（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)如圖2-1所示。這種油缸由于活塞兩側(cè)受力面積不等，活塞往返運動時所產(chǎn)生的推力和速度各不相等?；钊麠U外伸時，油缸產(chǎn)生的推力大，速度??；而活塞桿作差動連接時，可實現(xiàn)快速運動。故這種油缸工業(yè)上常用來實現(xiàn)“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(jié)構(gòu)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(cè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)壁不接觸，油缸內(nèi)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(xiàn)一個方向的運動，特別適應(yīng)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(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)來傳動力和運動的。輸出的是周期性的回轉(zhuǎn)運動，其回轉(zhuǎn)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(tǒng)，如送料夾緊和工作臺回轉(zhuǎn)的輔助運動裝置。 本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)要求動作可靠，且為往復(fù)直線運動，故應(yīng)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(xiàn)快速運動，并且體積較雙桿活塞缸小，結(jié)構(gòu)緊湊。本液壓系統(tǒng)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(yīng)場合、制造成本及體積大小等因素，本液壓系統(tǒng)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(dāng)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(jié)構(gòu)就緊湊，但液壓元件的性能及密封要求要相應(yīng)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(jié)構(gòu)尺寸就越大，要使工作機構(gòu)得到同樣的速度就要求有較大的流量，這樣使有關(guān)的泵、閥等液壓元件的規(guī)格相應(yīng)增大，有可能導(dǎo)致液壓系統(tǒng)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(shè)計時，液壓缸的工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小和設(shè)備的類型，選擇工作壓力： 表1 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力 設(shè)備類型 機床 農(nóng)業(yè)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(guān)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(tǒng)設(shè)備屬于運輸機械，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，采用中低壓液壓系統(tǒng)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(tǒng)選用中低壓系統(tǒng)，選取工作壓力為P=8MPa。 ②計算出液壓缸的內(nèi)徑D 通過調(diào)查可知系統(tǒng)在取工作壓力為8MPa時，系統(tǒng)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(fù)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(fù)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(tǒng)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(biāo)可圓整為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)可取整為標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)徑D，必須進行最小穩(wěn)定速度的驗算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩(wěn)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(wěn)定流量，一般從選定流量閥的產(chǎn)品樣本中查得 取q=0.05L/min vmin—液壓缸最低速度,由設(shè)計給定 取v=0.8m/s 將數(shù)值帶入Amin=0.05L/min/1m/s

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