4h 伺服机构详解.doc

4h 伺服机构详解.doc4H伺服机构详解在流体传动及控制领域,共至整个机电领域,大功率、高精度的旋转——直线转换机构,一直是研究的重点。因为电控量最方便、经济的输出就是旋转运动,无论是伺服电机、步进电机还是力矩马达。所以,如何把旋转的输入精确地转换成直线的输出,各国的科研人员作出了很多的努力。美国专利(US3106226,1963)首次出现了利川螺旋槽组成的旋转——直线转换机构,它的伺服阀芯是中空的,内有控制杆相配合,控制杆表面的两条螺旋槽分别部分地遮盖伺服阀芯内圆上的两个孔口,形成两个可变阻尼,这两个孔口同时连通到油源的高压或低压管路而油源的另外一路,则由两个固定阻尼孔分别引到伺服阀芯的两端,再分别接通控制杆上的两条螺旋槽,对伺服阀芯两端的压力实行半桥控制。当控制杆转动时,两个可变阻尼屮一个开口变大,另一个则变小,伺服阀芯两端的压力失衡,推动伺服阀芯横向移动,直到两个可变阻尼把伺服阀芯两端的压力恢复到平衡状态。控制杆的转动就精确地对应到伺服阀芯的横向位移。徳国专利(DE2806929,1979)提出的伺服马达(也可看作油缸),活塞的圆柱面的两侧备有一小段螺旋台肩,分别遮盖住相配合的筒壁上的高压和低压孔,螺旋台肩的两侧都有凹槽,各自由小孔分别连通到活塞两端的工作腔。活塞受到控制旋转麻,螺旋台肩产生圆周方向的位移,分别把高、低压引到活塞两端的工作腔,活塞两端的压力失衡,推动活塞垂直移动,直到两螺旋台肩再次遮盖住筒壁上的高压和低压孔。活塞的垂直位移也和转动精确地对应。II木专利(JP60-69277A,1985)提出的伺服变童机构,则利用阀芯上对称的两对螺旋槽,跨接在相配合的阀套内圆表面的两对高低压孔Z间,螺旋槽都连通到屮间的环形槽,再连通到控制斜盘油缸的大腔,对大腔压力实行全桥控制。斜盘油缸的小腔连通高压,当阀芯转动,环形槽接通高压或低压,斜盘油缸压力失衡,推动斜盘运动,而斜盘运动反馈至阀套移动,直至螺旋槽和高低压孔Z间的开口恢复到平衡状态。90年代开始,屮国有人提出了比较完整的概念——双白由度阀机构,也是理论上对螺旋槽特性的总结,它由阀芯上的两对高低压孔口夹接相配合的阀套内表面的两条螺旋槽,对阀芯一端的压力实行全桥控制。美国专利(US2008/0149181A,2008)则有两种方式:一是由控制阀芯上的一对螺旋槽供油,再经由活塞内圆表面的一对小孔引导压力到活塞两端的控制腔;二是阀您内圆表面的两对小孔供油,再经由控制阀芯上的两对螺旋槽引导压力到活塞和主阀芯两端的控制腔。以上的技术都是利用了螺旋运动的两个自市度——闘周转动和轴向移动,把圆周转动作为控制量,把轴向移动作为输出,同时也是负反馈。4H伺服机构基木的原理也是如此,此外还可应用于右•线输入,转动输出的场合。下面就详细介绍一下4H伺服机构。腔积力感面压阀芯表面lA1111CAP腔积力感面压连通Cl 连通C2:°2 的通逍 的通逍:A2:P2图一图一显示了此机构最基木模型的简化剖面图。在两端有两个敏感腔C1和C2。C1屮的流体压力作用在阀芯上的表面为Al,C2屮的则为A2。A1面积大于A2。4条轴向对称的螺旋槽,其屮两条接通C1,另两条接通C2。在内孔的表血,有两个P口和两个T口被螺旋齿所遮盖,它们也是轴向对称的。敏感腔C1屮的压力是Pl,C2屮的压力为P2。C14>的流体压力作用在阀芯上的轴向力(P1XA1)把阀芯向右推,而C2中的流体压力作用在阀芯上的轴向力(P2XA2)把阀芯向左推,结果达到平衡状态:PlXAl=P2XA2阀口T连通C1与阀口P连通HTPM-MC1与阀口P连通C2与阀丨IT连通图二图二显示了阀芯逆时针旋转后,阀口的接通状况。由于螺旋槽的旋转,阀口pi接通敏感腔C1,使得压力P1升高;与此同时,C2和阀口T接通,使得压力P2降低。因此导致P1XA1>P2XA2,迫使阀芯向右运动。而阀芯的向右运动乂使得螺旋齿逐渐关闭阀口P和T,直到敏感腔中的压力恢复到平衡的状态,PlXAl=P2XA2oM-M图三显示平衡的状态,此时阀芯已经向右移动了一定的位移。Cl与阀口 C2与阀口T连通 P连通图四图四显示阀芯顺时针旋转后,阀口的接通状况。C1连通到阀口T,压力P1降低;与此同时,C2连通到阀口P,压力P2升高。这样一来,P1XAKP2XA2,使得阀芯向左移动。而阀芯的这个左向移动乂使得螺旋齿逐渐关闭阀口P和T,,P1XA1=P2XA2o■TM-M图说显示平衡的状态,此时阀芯已经向左移动了一定的位移。再进一步,在很多应用场合,较小作用面积的敏感腔通常直接与高压阀口P连通,这有效地简化了整个结构。阀芯表面连通C1的通道:Cl M敏感腔:C2:Al面积:A2:Pl压力:P2连通C1的通道图六显示了简化后的结构。敏感腔C2—直接通阀口P,所以P2二P。仅有两条轴向