活塞式大摆角摆动液压缸设计说明书.doc

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1、本 科 毕 业 设 计 (论 文)双导向杆式螺旋回转液压缸及其电液伺服控制系统设计Double guide rod spiral rotary hydraulic cylinder and the hydraulic servo control system design学 院： 机械工程学院 专业班级： 机械电子工程 机电081 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012 年 5 月毕业设计（论文）中文摘要双导向杆式螺旋回转液压缸及其电液伺服控制系统设计摘 要：本设计为大摆角螺旋摆动液压缸的设计，摆动液压缸也称摆动液压马达，其作用是将油液压力转换成机械能去驱动负载做功，从而实现摆动运动。本设

2、计活塞杆和活塞是一对螺旋副，而活塞用两个导向杆限制其转动，从而使得活塞杆实现转动输出转矩，这就形成了双导向杆式螺旋回转液压缸。实际生产中，液压技术已与电子信息控制形成了良好的结合，故可在该液压缸中整合电液伺服阀、传感器和单片机等控制元件使其形成电液伺服控制系统。本设计机械方面的主要设计参考了活塞液压缸的设计，关键是把活塞和活塞杆的连接改造成螺旋副，再加入导向杆，从而使得直线运动成为螺旋回转运动。其运动形式为，当压力油作用在活塞的一侧时，由于导向杆固定，活塞做不旋转的直线移动，通过螺旋啮合作用，输出轴作旋转运动，输出转矩。压力油反向，螺杆反转。关键词：大摆角；螺旋副；电液伺服控制；摆动运动毕业设

3、计（论文）外文摘要Double guide rod spiral rotary hydraulic cylinder and the hydraulic servo control system designAbstract: The design for the swing angle of the spiral swing hydraulic cylinder design, swing hydraulic cylinder also known as the swing hydraulic motor, whose role is to convert fluid pressure in

4、to mechanical energy to drive the load acting in order to achieve the swing movement.The design of the piston rod and piston is a pair of screw pair, two guide rods limit the piston rotation, so that the piston rod to turn the output torque, which formed a double guide rod helical rotary hydraulic c

5、ylinder. Actual production, the technology of hydraulic and electronic information control formed a good combination, it can be integrated electro-hydraulic servo valves, sensors, and microcontroller control components in the hydraulic cylinder to form a hydraulic servo control system.The main desig

6、n of the mechanical aspects of the design with reference to the design of the piston hydraulic cylinder, the key is the piston and piston rod connection transformed into a screw pair, then add the guide bar, which makes linear motion a spiral rotary motion.The forms of exercise for, when pressure oi

7、l in one side of the piston effect, as the guide stem fixed, the piston do not rotating linear movement, through the spiral meshing role, output shaft make the rotary motion, the output torque. Pressure oil reverse, screw reversal. Keywords: A great Angle; Spiral vice; Electro-hydraulic servo contro

8、l; Swing motion 目 录1 绪论11.1 引言11.2 设计总览22 液压缸主要部件材料选择 42.1 缸体材料的选择及其加工工艺 42.2 螺杆的材料选择及其加工工艺 62. 3 活塞的材料选择及其加工工艺 62.4 密封件的选用 73 液压缸的主要尺寸计算 83.1 螺杆的尺寸计算选用 83.2 活塞的尺寸计算选用103.3 钢筒的尺寸计算选用133.4 其他部件的尺寸计算选用15 4 电液伺服控制的设计204.1 电液伺服控制概述204.2 电液伺服阀的选用214.3 液压阀座集成块的设计24结论 26致谢 27参考文献281 绪论1.1 引言 如今社会的方方面面都离不开机

9、械的运转，而机械的运转是需要动力的提供，当今主流的机械原动力又分为电力、液力和气动力。液力传动广泛的运用在各行各业的机械中，它可将油液压力转换为机械能去驱动机器运转，能够实现直线往复运动、连续转动和摆动等运动，满足了绝大部分机械运动做功的需求。在实际操作中，液压传动系统又有传动平稳、质量轻体积小、承载能力大、容易实现无级调速、易于实现过载保护、容易实现复杂的动作和便于实现自动化等等一系列的优点。因此，液压传动在实际生产等活动中占有十分重要的低位。十九世纪是蒸汽时代，二十世纪是电力时代，如今二十一世纪是计算机时代。当前计算机控制技术取得了很大的进步和发展，而随着应用了电子技术、计算及技术、信息技

10、术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动系统同计算机的整合实现了电液控制，这使得液压传动技术成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。我国液压技术起步于二十世纪五十年代，80年代后我国加速了国外先进液压技术的引进，通过学习和吸收国外先进的技术，我国自主液压技术也有了长足的进步。随着工业的迅猛发展，我国相继建立了各种液压技术科研机构，自主研究改进了许多液压技术，现如今液压技术正向着高效率、高性能和高精度方向迈进，液压元件向着体积小重量轻、微型化集成化方向发展。 当今各国的实力比拼科技占了很大的分量，而科技的比拼就是要掌握核心技术，然而核心

11、技术不仅仅知识最尖端的技术，更重要的是最基础的技术改进和发展创新。液压技术作为优秀的动力提供技术，对它的学习、研究和创新是十分必要的，只有掌握了动力的核心技术才能更好的驱动机械的运动，推动工业的发展。1.2 设计总览本设计为摆动液压缸（液压马达）的设计，摆动液压缸是一种将液压力转换为摆动运动输出扭矩的装置，其为液压系统的一个元器件，也是液压系统重压组成部分。摆动液压缸主要分为叶片式摆动液压缸和活塞式摆动液压缸。本设计要求转角大于等于360，故其属于大摆角摆动液压缸，只有活塞式摆动液压缸能满足，而设计结构要求为双导向杆式螺旋回转液压缸，即为用两根导向杆限制住活塞的转动，这样活塞杆（螺杆）就能够实

12、现旋转运动从而使出转矩。大摆角摆动液压缸归根到底是液压缸的一种，故其设计可以参照普通液压缸的要求进行设计。根据本课题的要求，可将直线运动的活塞液压缸的活塞杆和活塞改装成一对螺旋副即可实现螺旋回转运动。液压缸的设计因注意以下原则：（1） 保证液压缸的输出转矩、行程和输出转速满足要求。（2） 保证液压缸的每个零件有足够的强度、刚度和耐用性。（3） 保证上述两个条件的前提下，尽量减小液压缸的外形尺寸和重量。（4） 尽量避免液压缸承受横（侧向）负载和偏心负载，活塞杆工作时最好受拉力，一面产生纵向弯曲而引发稳定问题。（5） 在保证液压缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。（6） 液压缸的安装形式、

13、活塞杆头部与外负载的连接形式要合理，尽量减小活塞杆伸出后的有效安装长度，避免产生“憋劲”现象，增加液压缸的稳定性。（7） 密封部件的设计和密封件的选用要合理，保证性能可靠、泄漏量少、摩擦力小、寿命长、更换方便。密封部位的设计是保证液压缸性能的重要一环，对所选用的密封件，应使其压缩量和压缩率在合理的范围内。（8） 各种零件的结构形式和尺寸设计，应精良采用标准形式和规范系列尺寸，尽量炫影标准件。（9） 液压缸应做到成本低、制造容易、维修方便。根据以上原则，本次设计的思路是先根据要求确定液压缸各部件的材料，然后根据材料的各种参数及设计要求的条件设计和选用液压缸的各部件的尺寸。因为该摆动液压缸要驱动8

14、30N/m的转矩，且输出的只有转矩，故可以根据材料力学纯剪切方面来计算轴（螺杆）的最小直径，然后根据标准选用合适的直径，进而根据机械设计手册等确定螺杆的大径等参数。考虑到油液的泄漏问题，螺杆的线数选用单线，后根据公式算出螺杆螺纹导程，后根据公式算出活塞的面积直径，这就确定了钢筒的内径，然后根据钢筒选用的材料确定钢筒厚度，这确定了钢筒的外径。钢筒和缸头缸尾采用法兰连接，根据钢筒的外径选用相应的法兰。后将油口开在缸头缸尾上，根据设计的要求确定缸头缸尾的厚度。这样液压缸的大体轮廓就确定下来了。液压缸大体轮廓确定后，再根据机械设计手册和液压气动设计手册确定液压缸的细节。然后根据设计要求和设计出来的尺寸

15、选用合适的电液伺服阀，设计液压阀座集成块，将电液伺服阀同液压缸整合成完整的液压系统。最后根据设计好的数据绘制图纸。2 液压缸主要部件材料选择本章节主要根据设计要求，参照机械设计手册、材料成型技术等资料选择液压缸的各个部件的材料，以及加工工艺标准。2.1 缸体材料的选择及其加工工艺 液压缸缸体由钢筒、缸盖和缸底等组成。各部分的材料及加工要求也不完全相同。 （1）钢筒缸筒的材料，一般要求有足够的强度和冲级韧性，对焊接的钢筒，还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源等可以选用以下各种材料。1、 合金结构钢：30CrMo,35CoMo,38CrMoAlA等;2、 碳素钢：20钢、35

16、钢、45刚等；3、 普通低合金工具钢：15MnV;4、 不锈钢：Cr18Ni9;5、 铝合金：ZL105、LF3、LF6等；6、 铸钢：ZG35、ZG45.在这里，本设计选用45钢作为钢筒的材料。45钢为优质碳素结构钢，硬度不高易切削加工，它广泛应用于机械制造，其机械性能良好，且价格便宜在满足要求的前提下能降低成本。液压缸的技术要求高，这主要体现在钢筒的加工精度要求高，加工工艺过程复杂。液压缸钢筒的质量好坏和加工效率的高低，直接影响液压缸的使用寿命和生产效率。钢筒与活塞常采用基孔制的间隙配合。钢筒内径可选用H8、H9或H10级配合。钢筒内径表面粗糙度：当活塞选用橡胶密封件密封时，表面粗糙度选用

17、0.40.1微米；当活塞选用活塞环密封时，表面粗糙度选用0.40.2微米。且均需要衍磨。钢筒的外表面可不加工。为了装配时不损坏密封件，钢筒的内径应加工成15坡口，或倒R3以上的圆角。为了防止腐蚀以及其他使用的特殊要求，钢筒的内表面镀铬，镀铬层厚度应为3040微米，镀后衍磨或者抛光。钢筒外表面应镀耐油漆。（二） 缸盖和缸底缸盖材料常选用35钢、45钢锻件或ZG35、ZG45铸钢以及HT25-47，HT30-54等灰铁铸件等。本液压缸缸盖和缸底都需要安装轴承和油口，故选用机械性能较好的优质碳素钢45号钢。钢筒与缸盖缸底的连接也是一重要环节，一般缸盖与钢筒的连接形式有：拉杆式、焊接式、内螺纹连接、外

18、螺纹连接、外卡键连接、内卡键连接、法兰连接、钢丝连接和弹性挡圈式等。本液压缸采用法兰式连接，因为其结构简单，易加工，易装配，质量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小，外径较大。其结构形式如下图：本液压缸缸头缸尾结构简图如下：其技术要求为，直径D、d2和d3的椭圆度和圆锥度不大于直径公差的一半。直径D、d2和d3的同轴度0.03mm。A、B两端面对轴线的垂直度在100mm长度上不小于0.04mm。2.2 螺杆的材料选择及其加工工艺本液压缸螺杆即为活塞杆，活塞杆的结构有实心杆和空心杆两种，实心杆强度较高，加工简单，应用较多。空心活塞杆多用于活塞杆与缸径比值较大的大型液压缸中。故本液压缸采用实心活塞杆。

19、实心活塞杆多采用优质碳素钢冷拔料35号钢、45号钢和55号钢制成，以减少切削加工。为提高硬度、耐磨性和耐腐蚀性，活塞杆要进行调质或淬火处理并镀铬，中碳钢通常采用调质处理，硬度通常为HB（230280）；高碳钢可调质或淬火或高频淬火处理，硬度通常为HRC（5060）；热处理后再镀铬，镀铬层为（0.0150.05）毫米。这样，在恶劣的工作条件下，既可避免碰伤，又可在雨水、盐分、灰尘严重污染的环境中避免锈蚀。活塞杆常用材料及力学性能如下表：本液压缸活塞杆采用45号钢材料，螺纹部分采用单线梯形螺纹。活塞杆输出端开键槽用于连接转动装置。2.3 活塞的材料选择及其加工工艺活塞的材料选用的依据主要从活塞的结

20、构形式来考虑。对于有支撑环的活塞，常用20号、35号以及45号优质碳素钢。对于为采用支撑环的活塞多采用高强度铸铁HT200-300、耐磨铸铁、球墨铸铁以及锡青铜和铝合金，一些连续工作的高耐久性活塞在钢制活塞外表面常烧焊青铜合金或碰镀尼龙材料。本液压缸活塞和活塞杆式一对螺旋副，所以活塞由螺纹部分，因此活塞一般采用2种材料组合起来。活塞主体选择具有较高强度的钢，而螺纹部分采用耐磨的铸铁或青铜。本液压缸活塞主体采用45号钢，螺纹部分采用青铜。活塞加工要求也是有较高的要求，活塞的外径采用h9级配合，表面粗糙度为0.321.25微米。活塞外径对内孔的径向跳动公差值按7级或8级精度选取。端面对内孔轴线的垂

21、直度公差按7级精度选取。活塞外径的圆柱度公差值按9级、10级或11级精度选取。2.4 密封件的选用在液压元件中，对液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如摆动液压缸等。液压缸中不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等，出O形外，其他都属于唇形密封圈。液压缸最主要的密封部分为活塞和钢筒部分的密封，本液压缸活塞和钢筒的密封采用O形密封圈。O

22、形密封圈虽小，却是一种机密的橡胶制品，在复杂的使用条件下，具有较好的尺寸稳定性和保持自身的性能。安装O形密封圈的沟槽有多种形式，有矩形、三角形、V形等等，其中使用最多的是矩形沟槽，其加工简单，但容易引起密封圈的咬边、扭转等现象。矩形沟槽的宽度不能过大过小。大了，密封圈在液压力、摩擦力的作用下容易产生扭转；小了，压缩量无处可容，会产生挤压和撕裂。一般情况下，沟槽宽度是密封圈直径的1.31.5倍，静密封的压缩量较大，宽度取大值，往复运动取小值。3 液压缸的主要尺寸计算本部分主要是液压缸的钢筒、螺杆和活塞等主要部件的尺寸计算和选用，以及根据计算出的主要部件对法兰、轴承等零件的选用。3.1 螺杆的尺寸

23、计算选用因为本液压缸输出830N/m的转矩，因此可以按照扭矩估算轴径。对于只传递扭矩的实心圆轴，其强度条件为： 设计公式为： 式中： 轴的剪切应力，MPa； T 轴的传递转矩，N/mm； P 传递功率，KW； n 轴的转速，r/min； 轴的抗扭截面系数，； d 轴的直径，mm，如果轴上有一个键槽，计算的轴径 应加大3%5%； 轴的许用扭转剪切应力，MPa，参见表3-1-1； 由轴的材料和承载情况确定的常数，参见表3-1； 表3-1-1 轴的常用材料的许用扭转剪切应力和系数材料Q251、2035钢45钢40Cr等高强钢/MPa12-2020-3530-4040-52160-135135-118

24、118-107107-98 轴的材料选用的是45号钢，根据表格，许用剪切应力选用30MPa。而转速n已知，故确定P即可。因为其中，T为830N/m，n约为63r/s，因此可求出P约等于5.458KW。因此求得：因为轴的输出端要有键槽，故扩大3%，于是得到所估算轴的最小直径为48.8mm，既轴的直径大于48.8mm即可满足条件。而本液压缸为螺旋摆动液压缸，传动轴也是螺杆，故上面所算出的只能是螺杆的最小直径。螺杆的螺纹参数主要有螺纹的三个直径（大中小）、螺距、导程、螺升角等。根据如下公式首先可以确定螺纹公称直径：式中： 计算转矩，T为负载转矩，k为修正系数， 一般取1.1； 材料许用剪切应力，参照

25、表3-1-1；根据上式可算出： 螺杆螺纹选用梯形螺纹，根据GB/T 5796.2-2005梯形螺纹直径系列选用公称直径60mm。再根据经验公式，螺纹小径等于大径减10，螺纹中径等于大径减5，则确定螺纹中径为55mm，螺纹小径为50mm。因为50mm大于48.8mm，故螺杆尺寸满足要求。因此，计算选用出的螺杆为梯形螺纹，公称直径为60mm，中径为55mm，小径为50mm。3.2 活塞的尺寸计算选用液压缸活塞设计首先是确定出活塞的厚度、有效受压面积、工作行程等参数，其次是根据液压缸的总体结构形式确定活塞的具体结构。当活塞受液压力作用时，螺旋副上能输出的实际转矩为：式中： p 液体压力，MPa； S

26、 螺旋副的导程，m； A 活塞受油压作用的有效面积，。一般可设计的大 一些。对于细长液压缸，则取小一些。 螺旋副的升角，一般取60； 摩擦角。不同的螺旋牙形可用不同公式计算。 矩形牙： 梯形牙： 渐开线牙： 式中： f 螺旋副摩擦系数，一般取0.1； 梯形牙的断面牙形角； 渐开线牙的断面牙型角。因为螺旋副的牙形选用的是梯形牙，所以 ：根据表3-2-1选用油液压力为1MPa。 表3-2-1 液压缸额定压力系列 MPa0.6311.62.546.310162540螺旋副的导程可根据螺杆的中径计算，螺纹的导程等于螺旋升角的正切值与圆周率及螺纹中径的乘积。则将以上所算数值带入公式：则，可求得A约等于0

27、.023平方米，则可知其直径约为173mm。因为活塞外径即为钢筒内径，根据表3-2-2钢筒内径标准系列，选定活塞直径为180mm。 表3-2-2 液压缸内径系列 mm810121620253240506080100125160180200250320400既钢筒内径也得到确定，为180mm。活塞的厚度可参考有关螺纹旋合长度的标准确定。增加旋合长度有利于减少液压缸内部泄漏。根据螺纹旋合长度经验公式，钢或青铜的旋合长度等于螺纹公称直径，适当增加旋合长度有利于减少液压缸的内部泄露，故本螺旋副的旋合长度选用1.25d,故活塞厚度为75mm。活塞的工作行程取决于螺纹导程及液压缸所需摆动的角度。如果摆动角

28、度为360，那么活塞的工作行程就等于螺纹的导程，而前面已经算出螺纹的导程为300mm，根据表3-2-3，正好满足液压缸行程标准。 表 3-2-3 液压缸行程参数系列 mm 通过上述计算，活塞大体尺寸已经得到确定，活塞大径为180mm，厚度为75mm，工作行程为300mm。活塞的结构形式通常分为整体式活塞和组合式活塞两类。整体式活塞可采用活塞环，O形密封圈、唇形密封圈、迷宫式密封等。组合活塞采用组合密封圈，但其结构较复杂、加工工作量较大。故本设计活塞采用用O形环密封的整体式活塞，如图所示：1-活塞；2-密封装置；3-活塞杆图示活塞结构简单，安装方便，便于加工。因活塞没有旋转运动，采用O形密封环能

29、满足设计要求。3.3 钢筒的尺寸计算选用钢筒为液压缸重要的组成部分，前面已经选定用45号钢，在活塞的尺寸计算中已经选定钢筒内径为180mm，故本章节主要计算出钢筒的厚度。钢筒和缸头缸尾的连接，本设计采用法兰连接，因为法兰连接结构简单，易于加工易于装卸。钢筒壁厚的计算公式如下：当壁厚与钢筒内径比小于等于0.08时当壁厚与钢筒内径比为0.08-0.3时当壁厚与钢筒内径比大于0.3时式中： 钢筒内最高工作压力，MPa; 钢筒材料许用应力，MPa 钢筒材料抗拉强度，MPa； 安全系数，通常取5；因为等于1.5，所以等于1.5MPa。而钢筒选用的是45号钢材料，查阅机械设计手册和根据公式可以得到钢筒材料

30、需用应力为120MPa。先根据第一个公式计算钢筒厚度： 则钢筒厚度大于1.125mm既可以满足要求，这里钢筒厚度选用10mm，而10/180小于0.08，所以满足公式条件，即为薄壁钢筒。然后进行钢筒壁厚验算，其验算公式为：式中： 钢筒外径，m； 钢筒内径，m；则可得：因为1MPa小于2.3MPa，则钢筒厚度满足要求。经过上述计算，得出钢筒内径为180mm，钢筒厚度为10mm，钢筒外径为200mm。3.4 其他部件的尺寸计算选用液压缸钢筒、螺杆和活塞的尺寸确定下来，整个液压缸的大体形状已经可以确定。细节方面，因为钢筒采用法兰连接，故还需要确定法兰尺寸。将液压缸的进出油口安装在缸头缸尾，故还需要确

31、定油口尺寸和根据需求确定缸头缸尾尺寸。因为活塞由两个导向杆限制转动，所以两个导向杆直径也需要计算。（一）法兰液压缸钢筒外径已近得到确定，故查阅法兰实用手册即可确定法兰尺寸。钢筒为管道形，故可以选用平面对焊钢管法兰，其结构形式如下图：另外根据下表可以选出法兰的具体尺寸：因为钢筒外径为200mm，故确定法兰外径为375mm，法兰厚度为34mm等参数。（二） 油口液压缸的进出油口可以布置在钢筒或缸头缸尾上，本设计将油口布置在缸头缸尾上，油口的连接型式有螺纹、方形法兰和矩形法兰，本设计采用螺纹连接，其结构形式如下图：根据ISO81361986则可以确定油口的尺寸，如下表：因为缸径为200mm，故可知油

32、口EC为42mm，EE为25mm。（三） 导向杆导向杆在液压缸中的作用时限制活塞的转动，故其受到螺杆转动扭矩的反作用，所以可以根据材料力学的知识确定导向杆的直径。材料力学中，按照强度条件确定扭转圆轴的直径公式如下：式中： 圆轴受到最大扭矩，N/m； 圆轴材料许用剪切应力，MPa；因为液压缸输出转矩为830N/m，所以可假设导向杆最大扭矩为830N/m，而导向杆选用45钢，则许用剪切应力可以选用30MPa。则可算出导向杆最小直径：故选用导向杆直径选用10mm以加强其强度。（四） 轴承及轴承端盖因本液压缸需要输出旋转运动，故应该在轴的输出端配合有轴承。轴承是现代机械中最常见的重要零件之一，其功能是

33、支撑轴和轴上零件，并保证轴的旋转精度，减小转轴与支撑之间的摩擦和磨损。根据支撑处两相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承。滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件，它依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件，它与滑动轴承相比，其优点有：摩擦力矩小且稳定，启动灵活；效率高；轴向宽度小、结构紧凑；能同时承受轴向力和径向力；可消除径向间隙，可批量生产，成本低；对轴的材料和热处理要求不高；润滑简单及易于互换。本液压缸采用深沟球轴承，其主要承受径向载荷，也可同时承受少量双向轴向载荷。摩擦阻力小、极限转速高、结构简单、价格低廉、应用广泛。其结构形式如下图：其尺寸可以按照GB/T 2761994

34、来选入，如下表：轴承代号基本尺寸dDB600010268600112288600215329600317351060042042126005254712600630551360073562146008406815600945751660105080166011559018 单位： mm因为计算得出转动轴的小径为50mm，故选用6010号轴承。 有轴承，既要有轴承端盖，参考机械设计综合设计，轴承端盖的设计可以参照下表： 单位： mm则根据轴承外径80mm，选用螺钉直径为8mm，端盖厚度e为9.6mm选用10mm，m根据需求选用16mm。（五） 缸头缸尾缸头缸尾是不仅仅是连接钢筒的部件，同时其中还

35、要布置一些重要的部件，如油口和轴承等。为了方便摆放，本液压缸缸头缸尾设计为长方体结构。本液压缸采用法兰连接，前面已经确定法兰外径为375mm，故缸头缸尾的长度和高度应为375mm，而宽度应该根据实际设计尺寸设计。这里，缸头缸底轴向上要布置油口、轴承、轴承端盖和密封O形油圈。前面已经算出油口的尺寸的EC为42mm，轴承的宽度为16mm，轴承端盖深入尺寸为16mm，故考虑到过渡尺寸，缸头缸尾确定为110mm。因此，液压缸的外形尺寸为长520mm，高375mm，宽375mm。4 电液伺服控制的设计4.1 电液伺服控制的概述电液伺服系统是一种采用电液伺服机构，根据液压传动原理建立起来的自动控制系统。在

36、这种系统中，执行元件的运动随着控制信号的改变而改变。电液伺服系统是由电信号处理的部分和液压功率输出的部分组成的控制系统。在信号处理部分采用电元件，在功率输出部分使用液压元件，两者之间利用电液伺服阀作为连接的桥梁，有机的结合起来构成电液伺服系统。它具有响应快、输出功率大、结构紧凑等优点。液压伺服阀是液压伺服系统的核心部件，常用的有电液伺服阀、气液伺服阀和机液伺服阀三种。其输入分别为小功率的电能、气能和机械能，其输出则都是大功率的液压能，课件液压伺服阀不仅是一种能量转换器。而且是一种功率放大器。在电液、气液和机液三类伺服阀中，电液伺服阀的输入是电信号，不仅易于远程控制，而且电信号便于通过电路装置或

37、数字计算机实现各种复杂的算法，来提高系统的性能。除了某些特殊场合，目前工程应用最广、市场产品最多的是电液伺服阀。故本系统采用电液伺服阀控制。电液伺服系统一般采用闭环系统，其控制框图大体如下：4.2 电液伺服阀的选用电液伺服阀的电机转换器常用的有动铁式力矩马达和动圈式力矩马达。电液伺服阀按液压放大器级数可分为单级阀、二级阀和三级阀，其中单级阀因增益小，性能差而应用甚少，三级阀用于大功率（流量200升每分钟以上）场合，应用最多的是二级电液伺服阀。对于多级阀，后缀大多采用滑阀结构，而第一级采用滑阀、单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀或射流管阀。其中滑阀和单喷嘴挡板阀应用较少，射流管抗污染性好，但工艺性能差，

38、应用最多的是双喷嘴挡板阀或射流管阀。电液伺服阀往往以滑阀的位移、输出流量或压力作为反馈信号以获得不同的液力流量特性。其中负载静压反馈和负载流量反馈（适用于大流量阀）结构比较复杂，仅在特殊场合使用，产品较少；应用最多的是滑阀位置反馈式电液伺服阀。本液压缸选用双喷嘴挡板式二级电液伺服阀，其结构形式如图：1永久磁铁；2导磁体；3衔铁；4线圈；5弹簧管；6喷嘴；7滑阀；8固定节流孔其工作原理为，当力矩马达线圈4无输入电信号（电流）时，衔铁3处于上、下导磁体2的中间位置，永久磁铁1在四哥气隙中产生磁通量相同，力矩马达无输出力矩，喷嘴挡板处于中间位置，因此滑阀7两端的控制压力和相等，滑阀芯处于中位，伺服阀

39、无输出；当控制线圈有点信号输入时，如上图所示，气隙b、c中磁通量和同向，而气隙啊a、b中磁通量和反向，因此合成磁通量形成衔铁逆时针方向的驱动磁力矩，使得衔铁绕弹簧中心逆时针方向偏转，从而带动喷嘴挡板向右偏移，使喷嘴挡板右侧间隙小于左侧间隙，控制压力大于，推动滑阀芯左移。与此同时，滑阀芯使反馈杆产生弹性变形，对衔铁挡板组件形成一个顺时针方向的反力矩，当其与衔铁挡板组件上的磁力矩达到平衡时，滑阀芯停止移动而处于一定开启量的平衡状态，使伺服阀产生相应的流量输出。在小信号范围内，输出流量是正比于伺服阀输入流量的。电液伺服阀的选用是和液压缸的流量与压力有关的，角速度与理论流量公式为：则计算得：因为本液压

40、缸压力为1MPa，故查阅液压设计手册，选用泰峰机械厂生产的YF7型力反馈双喷嘴挡板式电液伺服阀。其供压范围为121MPa，额定流量包含8L/min，故适用于本液压缸。YF7型电液伺服阀外形如下图：其尺寸可以查阅下表得： 单位： mm其阀板安装形式如下图：其安装尺寸可以查阅下表： 单位： mm4.3 液压阀座集成块的设计本液压缸采用液压阀块的总成形式将伺服阀整合到液压缸上。块式集成在液压系统总成中有许多优点，具体如下：1、 块式集成是用标准元件按典型动作组成单元回路块，选取适当的回路块叠加在一起即可构成所需的液压系统，所以可简化液压装置的设计。2、 由于液压系统不同功能的单元回路块构成，当需要更

41、改系统时，只须更换或增减单元回路块就能实现，所以灵活性大，便于更改设计。3、 集成块主要是留个平面及各个孔的加工，工艺简单，便于组织化生产，降低成本。4、 出去泵、马达或液压缸蓄能器等连接仍然采用管接头和管道以外，各元件之间的连接通过集成块上的通道，所以结构简单，便于安装，占地面积小，系统泄漏少，稳定性好。5、 各元件之间连接的通道粗而短，系统压力损失小，发热少，效率高。本液压缸液压集成块上主要布置有YF7型电液伺服阀，同时要在进（出）油管道安装一个压力检测器。所以其尺寸可以根据电液伺服阀进行选定，上面已已经知道YF7型电液伺服阀长为52mm宽为43mm。而本液压缸又需要单片机控制，故可以将单片机、线