伺服液压缸的设计计算

项目

内容

强度

校核

一般均按经典的强度公式计算出厚度和直径等尺寸，然后圆整或套用标准，因此最后结果(例如厚度尺寸)往往大大超过计算值，偏于安全；但对缸的变形量必须校核

关于

刚度

应有足够的连接刚度，即活塞杆的细长比要很小，否则执行元件的固有频率会下降很多，缸的底座不能只满足能支撑缸的受力，还应有“坚实”的基础

减少液

压缸的

摩擦力

摩擦力

的危害

摩擦力是非线性负载，其方向与运动相反，如果摩擦力过大，容易产生极限环振荡，并将产生静态死区和动态死区，因此应尽量减小液压缸的静摩擦力和动摩擦力

措施

(1)选用动、静摩擦系数小，弹性好、密封性好的组合式密封件与硬度较高的导向环，密封件及导向环采用专门厂商生产的产品，以保证良好的密封性和导向性

(2)活塞杆的有效导向长度应尽量长，以减少由于液压缸轴向歪斜产生的附加摩擦力

(3)应保证缸体与活塞尺寸在允许范围之内。其公差值应遵循密封件的公差要求

提

高

液

压

缸

的

固

有

频

率

伺服液压缸的固有频率往往是伺服系统中各环节的最低频率，即系统能够响应的最高频率。要加快响应速度，就要加大ω_h

有效工作

面积A_p

当ω_h不足时，可以在空间允许的范围内提高A_p，但A_p与ω_h不是成正比，因为V_t当中含有参数A_p。不过随着A_p增大，可以降低p_s，但β_e也会随之有所下降

工作腔

容积V_t

V_t的减小，可以提高ω_h。减小V_t的最有效方法是使缸的行程尽量减小，减小到只满足控制行程，而调节缸的原始位置，用其他办法完成。例如压下缸的行程只作轧钢时调整辊缝，而调整轧制线的标高(因轧辊磨损)则用电动压下螺钉或斜块来调整。此外，由伺服阀到液压缸油管的容积也是不可忽视的，伺服阀阀块尽量靠近液压缸，或就装在缸上，如图a所示

1—压下螺钉；2—机架；3—活塞杆；4—位移传感器；

5—防转块；6—轧辊轴承座；7—防转装置

β_e

液体的体积弹性系数β_e的理论值为1400MPa，实际值与油液中气体含量有很大关系，当气体含量少，压力高时，则β_e大。缸的刚度不够，特别是管道的刚性差时，β_e值也会显著降低。因此从阀到缸中间一般不采用软管连接。作为工程设计的一般设计计算，取β_e＝700MPa，高压时气体容易排出，可取β_e＝1000MPa

工

艺

和

安

装

的

要

求

缸的安

装与固定

一般受力较小的伺服液压缸可用传动缸安装与固定的方法(如图b所示)。对于出力很大，有较大的径向尺寸，而轴向尺寸往往较小的压下缸多数与设备做成一体或用缸底支承(如图a所示)，因缸自重很大(3~6t)，必须有起重、吊装装置

1—传感器；2—伺服阀；3—活塞密封；4—活塞；

5—活塞杆密封；6—缸盖；7—缸筒；8—销轴

缸的防

转装置

当装有外置位移传感器时，要求活塞与缸体之间不能有相对转动，常采用框架限制住缸体并设定位销；图a、c表示缸体与柱塞间有导向装置，图c左下角2和右上角为导向装置，左右对称。缸体左右四翼为用框架固定缸体的支承座

1—外置传感器；2—导向装置

传感器

的设置

传感器设置的方法有两种，一种在中间设置，如图d所示，优点是只用一个传感器即能得到准确数据，缺点是不易维修和调整。另一种方式是在缸两侧对称设置两个传感器(如图c中1)，传感器分别固定在缸体和挡板上，以防止缸歪斜时单个传感器检测不准。在工作过程中，要保证位置传感器对中运动自如

1—活塞；2—防尘圈；3，6—组合密封圈；

4，7—导向环；5—位移传感器；8—缸体套

在缸的最上方，应有放气装置，保证油腔中无空气存在

保证传感器和活塞杆不受灰尘和水汽污染，应加防护装置