液壓凸輪轉(zhuǎn)子葉片伺服馬達(dá)設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目摘要

針對(duì)液壓回轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)的超低速、寬調(diào)速、快響應(yīng)、高精度及其它相關(guān)性能的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有液壓連續(xù)回轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動(dòng)元件結(jié)構(gòu)類型不夠豐富的現(xiàn)狀，對(duì)一種新型的連續(xù)回轉(zhuǎn)液壓凸輪轉(zhuǎn)子葉片伺服馬達(dá)進(jìn)行設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究。研究凸輪轉(zhuǎn)子伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和有限元分析、過渡曲線型式和參數(shù)性能的解析關(guān)系、間隙密封的關(guān)聯(lián)幾何關(guān)系優(yōu)化、葉片摩擦力矩的適量控制、各相關(guān)因素對(duì)馬達(dá)性能的影響機(jī)理和作用關(guān)系等關(guān)鍵問題，提出以性能指標(biāo)為依據(jù)的凸輪轉(zhuǎn)子伺服馬達(dá)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，形成凸輪轉(zhuǎn)子伺服馬達(dá)結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的初步理論；結(jié)合目前的在研項(xiàng)目，通過上述理論和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，旨在充分利用和挖掘液壓凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)的特點(diǎn)，初步形成具有借鑒意義的馬達(dá)伺服化設(shè)計(jì)方法，豐富現(xiàn)有液壓伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)型式，拓展液壓伺服驅(qū)動(dòng)元件的理論和實(shí)踐，為液壓凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)在多自由度轉(zhuǎn)臺(tái)等高性能連續(xù)回轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)方面的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

本基金項(xiàng)目以一種新型液壓凸輪轉(zhuǎn)子葉片馬達(dá)的伺服化為應(yīng)用背景，重點(diǎn)研究其在伺服驅(qū)動(dòng)中所要面臨和解決的相關(guān)理論問題和關(guān)鍵技術(shù)。 已開展的研究工作主要包括：1）凸輪轉(zhuǎn)子葉片馬達(dá)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和以優(yōu)化設(shè)計(jì)為目標(biāo)的凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)設(shè)計(jì)理論和方法，探討其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)選取的合理準(zhǔn)則和規(guī)律；2）凸輪轉(zhuǎn)子葉片伺服馬達(dá)低摩擦、高剛性的實(shí)現(xiàn)機(jī)理和實(shí)施措施，對(duì)直接影響馬達(dá)伺服化的重要影響因素和關(guān)系展開定性分析和定量描述； 3）高性能液壓凸輪轉(zhuǎn)子葉片馬達(dá)伺服系統(tǒng)的實(shí)施策略和試驗(yàn)研究。 通過上述理論和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，本項(xiàng)目研究獲得了以下若干成果：1）梳理了凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)葉片、凸輪、密封等相關(guān)要素產(chǎn)生摩擦阻力矩的機(jī)理與解析描述。2）提出了有別于傳統(tǒng)二次型過渡曲線的高次過渡曲線，在理論上闡述了這種高次過渡曲線的數(shù)學(xué)原理和應(yīng)用特性。3）對(duì)馬達(dá)相關(guān)重要零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)作了優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算，根據(jù)馬達(dá)伺服化的設(shè)計(jì)思路，研制了兩臺(tái)凸輪轉(zhuǎn)子葉片伺服馬達(dá)，初步完成了對(duì)馬達(dá)特性機(jī)理分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的論證。4）對(duì)自行研制的兩個(gè)液壓馬達(dá)進(jìn)行了伺服控制的實(shí)驗(yàn)研究和對(duì)比，其結(jié)果表明，液壓凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)伺服系統(tǒng)在跟蹤精度、平穩(wěn)低速、響應(yīng)性能等方面均有一定改善、達(dá)到了伺服化應(yīng)用的水平。 本項(xiàng)目研究的意義在于：1）針對(duì)目前連續(xù)回轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)品種類型較少的現(xiàn)狀，分析、挖掘、設(shè)計(jì)、開發(fā)了一種新型的連續(xù)回轉(zhuǎn)凸輪轉(zhuǎn)子葉片馬達(dá)，拓展了液壓連續(xù)回轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)的品種類型；2）為了滿足低摩擦、動(dòng)靜摩擦無跳變、高剛性、快響應(yīng)等伺服化的要求，凸輪轉(zhuǎn)子葉片馬達(dá)在驅(qū)動(dòng)機(jī)理、特性分析、建模解析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面作了較深入的研究，并由此建立和完善了具有借鑒意義的馬達(dá)伺服化分析思路和設(shè)計(jì)方法。3）在對(duì)液壓凸輪轉(zhuǎn)子伺服馬達(dá)理論分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)性能得到了提升，為液壓凸輪轉(zhuǎn)子馬達(dá)在高性能連續(xù)回轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)方面的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

凸輪轉(zhuǎn)子式葉片泵是指轉(zhuǎn)子類似凸輪，葉片裝在定子葉片槽內(nèi)的雙作用葉片泵。是一種新型葉片泵。

凸輪轉(zhuǎn)子泵依靠兩同步反轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中于進(jìn)口處產(chǎn)生吸力(真空度)，從而吸入所要輸送的物料。兩轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)子室分隔幾個(gè)小空間，并按ABCD的次序運(yùn)轉(zhuǎn)；運(yùn)轉(zhuǎn)至位置A時(shí)，只有Ⅰ室中充滿介質(zhì)；到位置B時(shí)，B室中封閉了部分介質(zhì)領(lǐng)導(dǎo)位置C時(shí)，A室中也封閉部分介質(zhì)；到位置D時(shí)．A、B室與Ⅱ室相通，介質(zhì)即被輸送至出料口。

凸輪轉(zhuǎn)子泵是國際上先進(jìn)的流體設(shè)備之一，其轉(zhuǎn)子是全橡膠包覆，耐磨損性強(qiáng)，轉(zhuǎn)子與殼體之間高精間隙配合，具有很強(qiáng)的自吸力和高揚(yáng)程力，該泵可靠、堅(jiān)固、節(jié)能，可以輸送各種黏稠的或含有顆粒物的介質(zhì)。效率高，節(jié)能，省時(shí)，不需要引流、灌泵，可適用于各種復(fù)雜的流體介質(zhì)。干式安裝、在線維修和低成本維護(hù)，運(yùn)行平穩(wěn)、自吸、耐磨損且不易堵塞。