3.其它:步近式力矩马达
4.3 动力元件参数选择

动力元件是伺服系统的关键元件.它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动.其次,它

的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性.此外,动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最

佳匹配,以保证系统的功耗最小,效率高.

动力元件的主要参数包括系统的供油压力,液压缸的有效面积(或液压马达排量),伺服阀的流量.当选定液压

马达作执行元件时,还应包括齿轮的传动比.
4.3.1 供油压力的选择

选用较高的供油压力,在相同输出功率条件下,可减小执行元件――液压缸的活塞面积(或液压马达的排量),

因而泵和动力元件尺寸小重量轻,设备结构紧凑,同时油腔的容积减小,容积弹性模数增大,有利于提高系统

的响应速度.但是随供油压力增加,由于受材料强度的限制,液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势,元件的

加工精度也要求提高,系统的造价也随之提高.同时,高压时,泄漏大,发热高,系统功率损失增加,噪声加大,

元件寿命降低,维护也较困难.所以条件允许时,通常还是选用较低的供油压力.

常用的供油压力等级为 7MPa 到 28MPa,可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力.
4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定

如上所述,动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外,还应考虑与负载的最佳匹配.下

面着重介绍与负载最佳匹配问题.
(1)动力元件的输出特性

将伺服阀的流量――压力曲线经坐标变换
绘于 υ-FL 平面上,所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性,见图 37.

图 37 参数变化对动力机构输?
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a)供油压力变化;b)伺服阀容量变化;c)液压缸面积变化

 

图中 FL――负载力,FL=pLA;
pL――伺服阀工作压力;
A――液压缸有效面积;
υ――液压缸活塞速度,

;
qL――伺服阀的流量;
q0――伺服阀的空载流量;
ps――供油压力.

由图 37 可见,当伺服阀规格和液压缸面积不变,提高供油压力,曲线向外扩展,最大功率提高,最大功率点右

移,如图 37a.

当供油压力和液压缸面积不变,加大伺服阀规格,曲线变高,曲线的顶点 A ps 不变,最大功率提高,最大功率

点不变,如图 37b.

当供油压力和伺服阀规格不变,加大液压缸面积 A,曲线变低,顶点右移,最大功率不变,最大功率点右移,如

图 37c.
(2)负载最佳匹配图解法

在负载轨迹曲线 υ-FL 平面上,画出动力元件输出特性曲线,调整参数,使动力元件输出特性曲线从外侧完全

包围负载轨迹曲线,即可保证动力元件能够拖动负载.在图 38 中,曲线 1,2,3 代表三条动力元件的输出特性

曲线.曲线 2 与负载轨迹最大功率点 c 相切,符合负载最佳匹配条件,而曲线 1,3 上的工作点 α 和 b,虽能拖

动负载,但效率都较低.
(3)负载最佳匹配的解析法

参见液压动力元件的负载匹配.
(4)近似计算法

在工程设计中,设计动力元件时常采用近似计算法,即按最大负载力 FLmax 选择动力元件.在动力元件输出

特性曲线上,限定

FLmax≤pLA= 
,并认为负载力,最大速度和最大加速度是同时出现的,这样液压缸的有效面积可按下式计算:
(37)

图 38 动力元件与负载匹配图形

按式 37 求得 A 值后,可计算负载流量 qL,即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀.近似计算法

应用简便,然而是偏于保守的计算方法.采用这种方法可以保证系统的性能,但传递效率稍低.
(5)按液压固有频率选择动力元件

对功率和负载很小的液压伺服系统来说,功率损耗不是主要问题,可以根据系统要求的液压固有频率来确定