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
连云港化工高等专科学校 石延平　扬　力
摘要:介绍了几种大摆角螺旋摆动液压缸的结构，叙述了主要的设计步骤和参数的确定。
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、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。
　　　
图4　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　主要参数确定与计算
　液压参数
　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，才能推动活塞沿螺旋线方向转动或使螺旋棒转动。
图5　转矩计算简图
　　根据静力平衡原理
　　　　p＝F1＋F2＝Ncosα＋Nμsinα
　　　　＝N（cosα＋μsinα)　
即　 　N=p/(cosα+μsinα)　(1)
　　使活塞或螺旋棒旋转的圆周力T1及阻力T2分别为：
　　T1＝Nsinα　　T2＝Nμcosα
　　扭力为：T＝T1－T2＝N(sinα－μcosα)
　　设d1表示螺旋棒的平均直径，则液压缸的输出转矩：
M=Td1/2=N(sinα+μcosα)×d1/2
将(1)式带入上式，则得：
　　M=P(sinα+μcosα)/（cosα＋μsinα)×d1/2=pd1(tgα-μ)/2(1+μtgα)=pd1/2tg(α-ρ）
或　　　M=1/2　pd1/2tg(α-ρ） (2)
式中　α——螺旋升角
　　　ρ——螺旋副的摩擦角
　　　S——活塞的有效受压面积
　　　p——液压缸油压
　　上式仅考虑了螺旋副的摩擦损失，利用它计算液压缸的实际输出转矩时，还应考虑液压缸中反压的影响以及轴承等其他机械摩擦损失的影响。
　　液压缸的理论输出转矩计算：
　　令(2)式中的ρ＝0，即可得到液压缸的理论输出转矩：
　M=1/2d1Stgα(3)
　　则螺旋副的机械效率η为液压缸的实际输出转矩与理论转矩之比即
η=M=(1/2d1Stg(α-ρ）)/(1/2d1Stgα)=tg(α-ρ）/tgα(4)
　角速度与理论流量
由　L＝πd1tgα
得　　Q=60ω/2π×LS/10=(5)
式中　L——液压缸螺纹的导程
　　　S——液压缸活塞面积
　　　ω——要求输出的