（优秀毕业全套设计）六自由度液压运动平台的自动控制设计（整套下载）

另外，利用液压系统的继承回路可以把液压系统设计的相当紧凑，减少系统所占空间。

综上所述，由于此次研究的六自由度并联驱动平台的有效载荷为.吨左右，所以在其驱动方式上采用动力性能好的液压驱动方式，不仅可以满足功率和控制精度的要求，而且从结构上看，平台的六个液压缸的伸缩控制由六个液压阀来实现，液压阀是直线位移式驱动机构，它们的运动与杆件所要求的运动相吻合，结构非常简单。

此次平台采用了直接驱动方式，避免了间接驱动给机构的控制所带来的麻烦，易获得较好的控制性能。

若采用直流电动机驱动，不仅由于负载大使电动机本身结构加大，而且还需要减速装置和套旋转直线位移转换装置，使系统结构复杂庞大，且难以控制。

因此，选用液压驱动方式。

液压缸设计.简介液压缸是液压系统中活塞杆作往复运动的工作机构。

其结构形式均为单活塞杆双作用耳环安装式。

主要用于工程机械运输机械矿山机械及车辆等的液压传动。

液压缸结构如下图.图.液压缸结构.液压缸的设计液压缸系统供油.液压缸最大推力缸的最大行程液压缸工作压力的确定液压缸的工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对于不通用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。

根据负载，查附表可知液压缸的工作压力为.，由附表确定液压缸的工作压力.。

液压缸缸筒内径的计算根据已知条件，工作最大负载，工作压力.可得液压缸内径和活塞杆直径的确定已知，.，.查表得，则故必须进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸工作面积必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积又式中流量阀的最小稳定流量，由设计要求给出。

液压缸的最小速度，由设计要求给出。

故查表取当时，保证了液压缸活塞杆直径的确定由已知条件查表取。

查表知，钢的屈服强度按强度条件校核所以符合要求。

液压缸壁厚的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚般指缸筒结构中最薄处的厚度。

从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布材料规律因壁厚的不同而各异。

般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。

按照薄壁圆筒设计，其壁厚按薄壁圆筒公式计算为该设计采用无缝钢管无缝钢管，取由计算的公式所得的液压缸的壁厚厚度很小，使缸体的刚度不够，如在切削加工过程中的变形，安装变形等引起液压缸工作过程中卡死或漏油。

所以用经验法选取壁厚缸体外径尺寸的计算缸体外径查机械手册表外径取液压缸工作行程的确定由于在液压缸工作时要完成如下动作快进工进工进快退←即可根据执行机构实际工作的最大长度确定。

由上述动作可知工作行程为。

缸盖厚度的确定般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求可用下式进行近似计算式中缸盖止口内径缸盖有效厚度.最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为，称为最小导向长度。

如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有定的最小导向长度。

对般的液压缸，最小导向长度应满足式中液压缸的最大行程液压缸内径取活塞宽度的确定活塞的宽度般取即.取缸体长度的确定液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。

缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径的倍。

即缸体内部长度缸体长度即取缸体长度为液压缸进出油口尺寸的确定液压缸的进出油口可布置在端盖或缸筒上，进出油口处的流速不大于，油口的连接形式为螺纹连接或法兰连接。

根据液压缸螺纹连接的油口尺寸系列及小型系列单杆液压缸油口安装尺寸确定。

进出油口的尺寸为.。

连接方式为螺纹连接。

.液压缸的密封设计液压缸要求低摩擦，无外漏，无爬行，无滞涩，高响应，长寿命，要满足伺服系统静态精度，动态品质的要求，所以它的密封与支承导向的设计极为重要，不能简单的延用普通液压缸的密封和支承导向。

因此设计密封时应考虑的因素用于微速运动的场合时，不得有爬行，粘着滞涩现象。

工作在高频振动的场合的，密封摩擦力应该很小且为恒值。

要低摩擦，长寿命。

工作在食品加工制药及易燃环境的伺服液压缸，对密封要求尤为突出，不得有任何的外渗漏，否则会直接威胁人体健康和安全。

工作在诸如冶金电力等工业部门的，更换密封要停产，会造成重大经济损失，所以要求密封长寿命，伺服液压缸要耐磨。

对于高速输出的伺服液压缸，要确保局部过热不会引起密封失效，密封件要耐高温，要有良好的耐磨性。

工作在高温热辐射场合的伺服液压缸，其密封件的材料要有长期耐高温的特性。

工作介质为磷酸酯或抗燃油的，不能用矿物油的密封风材料，要考虑他们的相容性。

伺服液压缸的密封设计不能单独进行，要和支承导向设计统进行统筹安排。

静密封的设计静密封的设计要确保固定密封处在正常工作压力的.倍工作压力下均无外泄露。

静密封通常选用形橡胶密封圈。

根据标准查通用形密封圈系列代号的内径截面及公差。

由液压缸装配草图确定选用个个动密封的设计动密封的设计直接关系着伺服液压缸性能的优劣，其设计必须结合支承导向的设计统筹进行。

活塞与缸筒之间用型密封圈。

根据液压传动与控制手册查得用编号的型密封圈，其尺寸为.活塞杆与端盖之间用型密封圈，它使双作用元件具有良好的性能，抗挤压性好，尺寸稳定，摩擦力小，耐磨耐腐蚀性强。

.支承导向的设计伺服液压缸的支承导向装置就是为了防止活塞与缸筒活塞活塞杆与端盖之间的直接接触，相互摩擦，产生磨损，从而达到降低摩擦，减少磨损，延长寿命，起到导向和支承侧向力的作用。

导向环的特点避免了金属之间的接触具有高的径向交荷承触力能补偿边界力具有强耐磨性和高寿命摩擦力小能抑制机械振动有良好的防尘效果，不允许外界异物嵌入保护密封件不受过分挤压导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题结构简单，安装方便维修费用小。

导向环的作用导向环安装在活塞外圈的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保证活塞与缸筒或活塞杆与其导向套的同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力，用来对活塞杆导向。

根据新编液压工程手册查得选用的导向环.导向套的选用为其导向长度.，取.防尘圈的设计为防止落入活塞杆的尘埃，随着活塞杆的伸缩运动被带进端盖和缸筒内，从而使密封件和支承导向环受到损失和过早的磨损，所以，伺服液压缸还设计安装防尘圈。

防尘圈的选择原则不给伺服液压缸增加摩擦不产生爬行不粘着滞涩不磨损活塞杆。

防尘圈的选择不当，会引起摩擦力的增加，将保护活塞杆表面起润滑作用的粘附性油膜层刮下来，造成粘附性渗漏，这种渗漏在原理上是允许的。

防尘圈的作用以防止活塞杆内缩时把杂质灰尘及水分带到密封装置区，损伤密封装置。

综上所述，经查液压传动与控制手册，选用型无骨架防尘圈，尺寸为.液压缸材料的选用缸筒缸筒材料常用和号钢的无缝钢管。

由于缸筒要与法兰焊接在起，故选用号钢的无缝钢管。

缸筒和缸盖的连接方式法兰连接特点是结构较简单易加工易装卸，使用广泛，外形尺寸大，重量大。

缸盖的材料为，液压缸内圆柱表面粗糙度为。

内径用的配合内径圆度圆柱度不大于直径公差之半内表面母线直线度在.长度上，不大于.缸体端面对轴线的垂直度在直径上每上不大于.缸体和端盖采用螺纹连接，用内六角螺栓。

活塞活塞的结构形式应根据密封装置的形式来选择，密封形式根据工件条件而定。

活塞杆活塞杆的外端结构活塞杆外端与负重连接，其结构形式根据工作要求而定。

活塞杆的内端结构活塞杆的内端与活塞连接。

所有形式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。

活塞杆与活塞之间还需安装密封，采用缓冲套的螺纹连接。

活塞杆导向套活塞杆导向套装在液压缸的有杆腔侧的端盖内，用来对活塞杆导向，其内侧装有密封装置，保证缸筒有杆腔的密封性。

外侧装有防尘圈，防止活塞杆内缩时把杂质灰尘和水分带进密封装置区，损伤密封装置。

缓冲装置当工作机构质量较大，运动速度较高时，液压缸有较大的动量。

为了减少液压缸在行程终端由于大的动量造成的液压冲击和噪音，必须采用缓冲装置。

当停止位置不要求十分准确时，可在回路中设置减速阀和制动阀，也可以在缸的末端设置缓冲装置。

.液压泵的选择差动进给工进工进快退液压泵的参数计算取进油路总压力损失为因此泵的额定压力可取快进时泵的流量为工进时泵的流量为工进时泵的流量为根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用型的限压式变量叶片泵，排量为，该泵的压力调节范围为，额定转速。

.电机的选择根据以上计算，知道快进时功率最大，故按快进时估算电机功率。

差动快进时，压力油经三位四通阀，二位二通阀和二位二通阀进入液压缸大腔，大腔压力，由已知条件知于是泵的出口压力为总效率。

查手册，选用型电动机，其额定功率为.，额定转速为。

液压油路设计.液压设备外接线路设计原理如下图图.液压缸设计原理图原理说明㈠利用液压油泵供油，出油泵以后首先接入“电磁溢流阀”，由“电磁溢流阀”决定下步的油压。

这项通过控制㈡“电磁换向阀”在中间位置时，泵输送的油完全泄入油缸，油缸不工作在左边位置时，活塞正向运动在右边位置时，活塞负向运动。

这项通过控制“调速阀”对输入油缸正向的油压大小进行控制，可以调节到需要的尺度。

这项通过控制㈣油缸处于正向工作状态的时候，滤油器可以对液压油进行过滤。

㈤油缸行程的始端和末端有行程开关，控制活塞停止和运动。

这项通过控制.操作板控制面板如下图图.控制面板控制步骤及解释㈠泵开启按钮选择是否开启额定压力通过“电磁溢流阀”控制泵输出压力㈡速度按钮选择活塞运行速度通过“调速阀”控制自动回程按钮选择是否自动回程默认不自动回程㈣正向按钮活塞正向运动㈤负向按钮活塞负向运动㈥急停按钮在任何情况下停止活塞运动㈦复位按钮在任何情况下停止活塞运动并等待秒钟时间后返回初始位置注如果泵压力按钮选择关闭，则其他部件全部失效，用于完全停止液压缸的运行.程序地址分配利用德国西门子编程，共使用三个芯片板，下表中已标明各地址分配值的具体作用，没有标出符号的地址只用于程序内部，不用做外部直接输出。

地址分配表格如下表地址分配表序号地址符号备注.活塞正向运行.活塞负向运行.活塞急停.行程末端开关触发.行程始端开关触发.泵供油开通.泵供油关闭.全部复位.选择行进速度.选择行进速度.活塞自动回程开启.活塞伸出到位停止.电磁换向阀正向位.电磁换向阀负向位.电磁换向阀中间位.溢流阀值.溢流阀值.锁时程序内部使用.调速阀位.调速阀位.自动回程内部使用.芯片接线图接线图图.接线图注释是行程开关的动合触点，活塞到达行程的始端和末端会压合触点，执行相应的程序控制液压缸的动作。

接线图图.接线图接线图图.接线图.程序指令选择活塞速度图.选择活塞速度指令图选择是否自动回程图.选择是否自动回程指令图选择油泵工作是否有效如果油泵有效，意味着溢流阀保持在图.选择油泵工作是否优先指令图正向运行图.正向运行指令图负向运行图.负向运行指令图急停无论正向还是负向运行，都会立即停止。

图.急停指令图行程始端末端自动停止图.行程始端末端自动停止指令图自动回程如果开始选择了自动回程事实上在油缸运作中也可以对此项进行设置，活塞完全伸出后，等待时间为，之后自动返回初始位置。

图.自动回程指令图复位首先全部动作停止图.复位指令图之后等待，活塞自动回到初始位置。

图.活塞延时回到初始位置指令图液压伺服系统的建模与仿真.六自由度运动平台系统的总体设计本文研究的模拟机六自由度运动平台由液压驱动。

整个运动平台由控制计算机作动器液压泵站控制板卡和各类接口现场总线传感器等组成，总体结构如图.所示。

图.平台控制示意图主控计算机通过与控制板卡实现实时数据传输读取，同时通过与液压泵站和集成板卡进行联动控制。

控制板卡和