大摆角螺旋摆动液压缸的设计.doc

大摆角螺旋摆动液压缸的设计螺旋摆动液压缸是一种利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动的特殊液压缸。这种液压缸体积小、重量轻、结构紧凑。与叶片式摆动马达相比,它输出转矩大,容积效率高。特别是它的摆动范围可以大于360°。因此,对于需要低速大角度的摆动机构来说,是一种理想的选择。1 结构形式选择在螺旋副传动中,根据相对原理,在不同工作机构中,可以固定螺杆,将需要转动的部件连接在螺母上;或者固定螺母,而将需要转动部件连接在螺杆上。无论采用哪一种形式,当负载一定时,增大液压缸的输出摆角,都将增大液压缸活塞的工作行程,当摆角大到360°时,活塞行程等于螺旋的螺纹导程,从而使液压缸的尺寸增加。因此,要合理的选择液压缸的结构形式,使其体积小,结构紧凑,便于整机布置。 非圆活塞式摆动液压缸图1为非圆活塞式摆动液压缸的结构示意图。 非圆活塞式摆动液压缸图中螺旋棒3与缸体1固定。非圆(椭圆)活塞内表面与螺旋棒啮合。转动套2内表面形状与活塞外表面形状相同。因此,当活塞在转动套内液压力作用下,既沿螺旋棒直线运动又转动,旋转运动通过活塞非圆表面及转动套输出。这种结构轴向尺寸小,但非圆活塞的内外表面加工比较复杂,要采用数控加工。 花键活塞式摆动液压缸图2为花键活塞螺旋摆动液压缸结构示意图。图中螺旋棒5与缸体2固定。活塞4一端加工有花键,转动套3的内圆表面也加工有花键并与活塞花键相啮合。当活塞受液压力作用沿螺旋棒直线运动时,同时也转动。这一旋转运动由转动套及法兰盘1输出。这种结构比较简单,容易加工,能传递较大扭矩。但由于转动套的轴向长度要大于或等于活塞上花键的长度,而当液压缸摆角大于360°时,这一长度也大于一个导程。因此,这种结构轴向尺寸大。 带导向杆式螺旋摆动液压缸图3为带导向杆式螺旋摆动液压缸结构示意图。 带导向杆式螺旋摆动液压缸图中螺旋棒4通过2端锥轴承支撑于缸体1上,两根导向杆2穿过活塞3固定在缸体上。当活塞在液压力的作用下沿螺旋棒运动时,要产生旋转运动。如果固定缸体,则由于导向杆也固定,所以活塞只能沿螺旋棒及导向杆直线运动,而旋转运动由螺旋棒输出。如果固定螺旋棒,则活塞通过导向杆带动缸体转动。但从密封角度来看活塞不宜转动。这种液压缸结构简单,便于加工。但由于导向杆穿过活塞,使活塞有效面积减小。从而在传递相同转矩时液压缸径向尺寸增大。 双螺旋摆动液压缸图4为双螺旋摆动液压缸结构示意图。 双螺旋摆动液压缸图中螺旋套2和螺旋棒4的螺旋线方向相反。螺旋套与缸体固定,当活塞沿螺旋套旋转并直线运动时,活塞内部的螺旋副使螺旋棒转动,反之亦然。一般来说两处螺旋导程相等,螺旋棒的螺旋升角大于螺旋套的螺旋升角。如果两处螺旋升角相等,螺旋棒的导程小于螺旋套的导程,当活塞旋转1周,螺旋棒转动范围就大于1周。这种液压缸结构紧凑,输出转矩大。2 转矩与压力液压缸实际输出转矩计算:图5为计算简图。液压缸活塞为螺母,作用于螺母上的液压力p必须克服螺旋棒对螺母正压力N的水平分力F1、摩擦力Nμ的水平分力F2,才能推动活塞沿