毕业设计（论文）-装载机模拟器并联三自由度平台结构设计.doc

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1、装载机模拟器并联三自由度运动平台结构设计（毕业论文）摘要随着社会经济的蓬勃发展，城市规划及建设的进程日益加快，装载机是工程建设中必不可少的工程机械，随着装载机需求的增加，装载机驾驶员的需求量也在增加。然而，由于装载机的工况复杂、驾驶装载机要兼顾工作装置的状态以及车身的状态、同时工作过程具有一定的危险性，使得培训一名合格的装载机驾驶员成本巨大、困难重重。设计一种装载机模拟器，可以解决在培训装载机驾驶员过程中的诸多问题。它可令学员尽快掌握理论知识和基本操作技能，使学员的心理素质和应激能力得到综合训练；节省实际上机训练时间，减少学员真机训练时的意外事故。装载机模拟器占地小、耗能低、不受环境制约却可模

2、拟任何极端工况，有效减轻了装载机驾驶员培训时日常运作的人力、物力及财力负担，提高培训效率、节约培训成本。由于三自由度平台可以提供驾驶模拟所需的主要动感特效，加之驱动关节少，性价比高等优点，在驾驶模拟器中的应用越来越广泛，本文即根据某型装载机模拟器运动平台的性能指标要求，对三自由度平台进行结构设计。首先，本设计基于空间运动机构的相关理论，确定一种能实现2R1T三自由度的运动平台机构，然后，根据一系列要求确定出平台各部分的尺寸。关键词： 装载机模拟器；三自由度平台；结构设计；尺寸 Abstract With the rapid social and economic development, ur

3、ban planning and construction process is accelerating,Loader is essential engineering construction machinery, With increasing demand loader, loader driver demand is also increasing. However, due to the complex conditions loader, loader driver to take into account the state of the work of the state a

4、pparatus and the body, while the working process with a certain degree of risk, so that a qualified loader driver training cost is huge, difficult.To design a loader simulator training loader driver can solve many problems in the process. It will enable students to acquire the theoretical knowledge

5、and basic skills as quickly as possible, so that students of psychological and stress ability to get comprehensive training; training machines actually save time, reduce accidents trainees real machine during training.Loader simulator small footprint, low energy consumption, environmental constraint

6、s but it can not simulate any extreme conditions, effectively reducing the human, material and financial burden of the daily operation of the loader driver training, improve training efficiency, saving training costs .As the three-DOF platform can provide the necessary main dynamic driving simulatio

7、n effects, coupled with fewer joints driven, cost advantages, in the driving simulator and more widely, this paper is the performance of a certain type of loader simulator motion platform based on target, for three degrees of freedom platform design.First, the design is based on the theory of space

8、motion mechanism to determine a three degree of freedom to achieve 2R1T motion platform bodies, and then, according to a series of requirements to determine the size of each part of the platform.Keywords: Loader simulator; three DOF platform; structural design; DimensionI目 录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课程设

9、计名称11.2课题背景11.3运动平台平台国内外研究现状及发展趋势41.4三自由度运动平台及其特点61.5研究内容7第2章三自由度运动平台结构分析与设计82.1设计要求82.2运动平台结构分析与设计92.3三自由度运动平台受力分析222.4.液压缸主要参数设计232.5液压筒设计262.6缸底和缸盖设计272.7油口设计282.8活塞组件设计282.9缓冲和排气装置30第3章结论与展望3.1全文总结343.2课题展望34致谢36参考文献38附录42装载机模拟器并联三自由度运动平台结构设计（毕业论文）第1章 绪论1.1 课程设计名称装载机模拟器并联三自由度运动平台结构设计1.2 课题背景随着社会

10、经济的蓬勃发展，城市规划及建设的进程日益加快，装载机是工程建设中必不可少的工程机械，随着装载机需求的增加，装载机驾驶员的需求量也在增加。然而，由于装载机的工况复杂、驾驶装载机要兼顾工作装置的状态以及车身的状态、同时工作过程具有一定的危险性，使得培训一名合格的装载机驾驶员成本巨大、困难重重。设计一种装载机模拟器，可以解决在培训装载机驾驶员过程中的诸多问题。它可令学员尽快掌握理论知识和基本操作技能，使学员的心理素质和应激能力得到综合训练；节省实际上机训练时间，减少学员真机训练时的意外事故。装载机模拟器占地小、耗能低、不受环境制约却可模拟任何极端工况，有效减轻了装载机驾驶员培训时日常运作的人力、物力

11、及财力负担，提高培训效率、节约培训成本。并联机器人具有刚度大，承载能力强，运动精度高以及运动逆解简单等许多串联机器人所没有的特点，近年来引起许多机器研究者的高度重视。在过去几十年中，许多研究工作者提出了多种形式的并联机构，但大多数研究工作主要集中在六自由度的并联机构，虽然也提出了某些三自由度，但由于现在的三自由度并联机器人机构中，缺乏把转动和移动结合起来的空间，因此三自由度机构很难在工业中得到广泛应用。三自由度并联机器人机构所具有的运动特性以及少自由度并联机器人具有驱动元件少，费用低，结构紧凑的特点，在工业生产中具有很高的实用价值。由于三自由度平台可以提供驾驶模拟所需的主要动感特效，加之驱动关

12、节少，性价比高等优点，在驾驶模拟器中的应用越来越广泛，本文即根据某型装载机模拟器运动平台的性能指标要求，对三自由度平台进行结构设计。首先，本设计基于空间运动机构的相关理论，确定一种能实现2R1T三自由度的运动平台机构，然后，根据一系列要求确定出平台各部分的尺寸。1.3 运动平台国内外研究现状及发展趋势 1.3.1 运动平台的发展与应用 并联机器人可以定义为：上下平台用两个或两个以上分支相连，机构具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的机构。其本质是由多个运动链的一端同时与一个具有多个自由度的末端操作器相连接而构成的空间并联机构。它的研究可追溯到19世纪。早在1931年，Gwinnett在

13、其专利中提出了一种基于球面并联机器人的娱乐装置，如图1-1所示；1940年Pollard在其专利中提出了一种空间工业运动平台，用于汽车喷漆，如图1-2所示；6自由度平台是Gough在1949年设计出来的，用于轮胎的检测，如图1-3所示。1965年英国学者Stewart发表了名为一种六自由度平台的论文，人们便把这种平台称为Stewart平台，典型的Stewart运动平台如图1-4所示。近年来，六自由度运动平台研究日趋成熟。而三自由度运动平台研究和开发得还很不充分。这种机构类型既不像简单的单自由度机构运动的确定性是肯定的，也不像六自由度机构运动可以完全任意给定。一般三自由度运动平台是由三个运动链同

14、时将运动平台联到机架，每个分支由一个转动副R，一个移动副P和一个球铰副S组成，整个系统有3个独立输入和3个独立输出，由运动学分析中的约束方程来定义另外3个输入。1.3.2 三自由度运动平台国内外研究状况 三自由度的运动平台是运动平台中很有实用前景的一类，因为在大多数工程应用中，三个自由度的运动就已经满足要求，而使用传统的六自由度机构则反而增加了机构的复杂性和控制难度，因而三自由度运动平台在运动仿真、并联机床、微动机器人、激光对准等方面有着良好的应用前景。但其研究和开发很不充分，国内外对三自由度运动平台的研究与应用多基于Delta机构的演化机构为代表的三自由度移动机构和3-3R三自由度球面机构。

15、1983年Hunt提出三自由度的3-RPS空间并联机构，该机构由上下平台和3个RPS分支构成，如图1-5所示。1988年Clave提出了一种称为Delta的三维移动机构，该机构为17杆21运动副，其中12个球面副，机构十分复杂，如图1-6所示，1990年Pierror等对这种机构进行了进一步分析。我国学者在这一方面已经做了许多工作，如黄真教授在1995年IEEE会议上提出了一种三自由度立方形运动平台机构；1996年他又提出了数种新型的三自由度角台机构，如3-CS、3-PRS及3-PSP机构等；近年来他又提出了并联3自由度转动机构3-RRRH、3-RRRP及3-RRC等几种机构，在结构上它们都较

16、以前简化了许多，且都具有良好的应用前景。虽然三自由度运动平台在研究和应用领域都有突飞猛进的发展，但由于三自由度运动平台的机型比较少，机构的种类对于满足三自由度运动平台专型专用这一要求还相差较远，由于有些三自由度运动平台的运动比较复杂，运动规律难以判别，有些理论技术还未成熟，严重阻碍了其研制和应用。1.4 三自由度运动平台及其特点并联三自由度平台主要有三部分，其中包括一是一个基准平台即一个固定不动的静平台，还有就是三条可变长度的支腿，支腿的结构形式一般为液压驱动的伺服缸或电能驱动的滚珠丝杠式电缸，再有就是随支腿伸缩变化而运动的终端平台，该平台即具有所谓的三个自由度。典型三自由度平台结构简图如图1

17、.1，1.2所示。 图1.1.典型2R1T三自由度运动平台结构简图 图1.2.典型2T1R三自由度运动平台结构简图三自由度运动平台作为并联闭式机构，其特点一般相对串联开环机构而言。与那种一环扣一环的串联机构相比，并联机构明显具有以下优点。（1）精度较高，作为典型的并联机构，各支链之间相对独立，没有环环相扣式的累积误差；（2） 驱动装置可以根据环境、条件等灵活布置在较低的位置，降低其质心，相应减小上方运动部分惯性，系统具有良好动态响应；（3）三条支腿形式一致，结构紧凑，彼此并联，“有难同当”，所以刚度高，可承受较大的负载；（4） 完全对称式各向同性好；（5）工作时三个自由度（Z，）方向的运动所需

18、空间较小。1.5 研究内容本文的主题是装载机模拟器三自由度运动平台结构设计，其主要研究内容为：首先对平台进行结构设计。根据所要求的运动范围，进行运动分析，确定平台主要参数：上下平台尺寸、支腿液压缸长度。并进一步设计主要部件-液压缸。第2章 三自由度运动结构分析与设计2.1 设计要求 表2.1 三自由度平台设计参数 项目 参数 1、自由度 3 2、运动幅度（X转），（Y转），（上下） 3、负载负载为一装载机驾驶室，安装于动平台上，长宽高分别为 1.8m、1.7m 和1.7m。重800kg,质心位于几何中心。驾驶室距离地面高度为1754mm。 4、加速度（X转）， （Y转），（上下）2.2 运动平

19、台结构分析与设计2.2.1 平台运动学分析图2.1 .三自由度运动平台结构示意图该运动平台是一种并联机械结构，设计主要考虑装载机驾驶员驾驶感觉，课题中动平台要求实现绕X轴Y轴的旋转运动和沿Z轴平动3个自由度，根据要求，设计出如图2.1所示的三自由度平台，平台主要由固定平台（下平台）、运动平台（上平台）、三支可以实现伸缩运动的液压缸以及连接液压缸与上下平台的铰链组成。根据运动平台的对称性运动要求，液压缸上下铰链发别呈等边三角形分布于上下平台，液压缸与上下平台呈一定倾角布置。控制三支液压缸的伸缩长度，能够使运动平台实现绕X轴和Y轴转动，以及沿Z轴的直线运动。三自由度运动平台的运动方式如下：当3个液

20、压缸在中位附近同步伸缩运动时，动平台实现沿Z轴的直线升降运动，当3号液压缸在伸缩，1号2号两个液压缸同步运动且与3号液压缸差动时，动平台实现绕X轴的旋转运动，当3号液压缸处在中位不动，1号2号两液压缸差动时，动平台实现绕Y轴的旋转运动。2.2.2 平台运动机构自由度论证机构自由度是描述或确定一个机械系统所必须的独立参数，实质上就是机构具有确定位置时所必须给定的独立运动参数数目。在机构中引入独立参数的方式，通常是使其原动件按给定的某一运动规律运动，所以，可以认为机构的自由度数也就是机构应当具有的原动件数目。机构的自由度F、机构的原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：A、 若机构的自由度，则机构

21、不能动；B、 若且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的，因此，机构具有确定运动的条件是:机构的原动件数等于机构的自由度数；C、 若，而原动件数，则构件间的运动是不确定的；D、 若，而原动件数，则构件间不能运动或产生破坏。从上面叙述中我们可以看出，要保证一个机构具有确定的运动规律必须使机构的自由度数大于零且原动件数相等。由空间机构学理论可知，空间运动机构的自由度数目可由下式计算得出， （2-1） 式中：F自由度数 N机构的总构件数 第i个运动副的约束 g物体之间的运动副数目 i运动副级数 由图2.1的三自由度运动平台结构示意图可知，构件数N=8，球形铰链的约束为,移动副的约束为，转动

22、副的约束为。所以，由式(2-1)可计算出运动平台的自由度为 （2-2）2.2.3 位置反解 （1）坐标系的建立 为了描述上平台相对于固定平台的运动情况，需建立两个坐标系。首先，在下平台中心处建立惯性参考坐标系，亦称为静坐标系。在上平台中心建立体坐标系，亦称为动坐标系，它们如图2.1所示，静坐标系原点置于下平台的中心，X轴平行于，Y轴指向中点，Z轴垂直向上；动坐标系原点置于上平台的中心，轴平行于，轴指向中点，轴垂直向上。动坐标系随着上平台一起运动，而静坐标系始终保持不动。这样可分别得到上下平台中各铰点在各自坐标系中的坐标。 （2）欧拉角描述 运动平台在没有任何约束条件下作空间位置姿态变化的分析如

23、下：当上平台按顺序先后绕x轴，y轴，z轴旋转角，再沿x轴，y轴，z轴分别平移，由于上下平台在初始位置时相互平行，且相距，所以在z轴上绝对位移为。则有： （2-3）式中：分别为动平台三个铰点在动平台平移和旋转后在绝对坐标系中的空间位置坐标，分别为动平台三个铰点相对于动坐标系的空间坐标；为从动坐标系到静坐标系的旋转变换矩阵。 （2-4）其中分别为绕X轴，Y轴,Z轴的旋转变换矩阵， （2-5） （2-6） （2-7）所以， （2-8）式中：c和s分别表示和。根据式（2-3）和（2-8）就可计算出动平台各铰点在平台平移和旋转后在绝对坐标系中的空间位置坐标。这样，3条支腿在伸缩过程中的长度就可以确定了，

24、其计算公式为： （2-9）式中：分别为动平台三个铰点在平台平移和旋转后在绝对坐标系中的空间位置坐标，分别为下固定平台三个铰点在绝对坐标系中的空间位置坐标。 2.2.4 平台外接圆直径的确定本文中假定驾驶室整个安装在上方的动平台上。由表2.1可知设计参数所要求的驾驶室长1.6m，宽1.5m高1.6m，重800kg，静止时驾驶室距离地面高度为h=1754mm，由此可以初步确定动平台外接圆直径。通过计算，再综合安装、稳定性等因素，动平台外接圆半径r定位1200mm，根据经验公式动平台与静平台的外接圆半径比值取为0.8，则静平台即下平台的外接圆半径为R=1500mm。2.2.5 平台各铰接点的确定在明

25、确定平台和动平台各铰接点外接圆半径的基础上，接下来我们需要确定两平台上各铰点的位置。为方便求解，将动平台与静平台的3个铰点均呈等边三角形分布，如图2.1所示。2.2.6 支链长度的确定如2.2.4节所述，动平台外接圆半径取值为r=1200mm，定平台外接圆半径取值为R=1500mm，则在图2.1中，静平台中三个铰点在绝对坐标系中的坐标分别为，动平台中三个铰点在动坐标系中的空间位置坐标分别为，液压缸处于中位不动时，因为驾驶室距离地面高度为1754mm，所以此时支腿长度为：（2-10） 当动平台绕x轴转，沿z轴平移0.4m时，由于始终为0，此时，根据式2-8得，从动坐标系到静坐标系的旋转变换矩阵为

26、 （2-11）根据式（2-3），此时动平台中三个铰点在绝对坐标系中的坐标分别为 （2-12） （2-13） （2-14）当动平台绕y轴转，沿z轴平移0.4m时，由于始终为0，此时，根据式2-8得，从动坐标系到静坐标系的旋转变换矩阵为 （2-15）根据式（2-3），此时动平台中三个铰点在绝对坐标系中的坐标分别为 （2-16） （2-17） （2-18）当动平台绕x轴旋转，绕y轴旋转，沿z轴平移0.4m时，此时，根据式（2-8）得，从动坐标系到静坐标系的旋转变换矩阵为 （2-19）根据式（2-3），此时动平台中三个铰点在绝对坐标系中的坐标分别为 （2-20） （2-21） （2-21）当动平台在x

27、,y方向均无旋转，沿z轴方向平移-0.4m时，从动平台到静平台的旋转矩阵为 （2-22）此时，三条支腿的长度均相等，故只需求出动平台中3个铰点的任意一个在绝对坐标系中的坐标即可，铰点在绝对坐标系中的坐标为 （2-23）经过计算比较，当动平台绕x轴旋转30度，绕y轴无转动，沿z轴平移0.4m时，支腿有最大伸长量，从而得出动平台运动过程中支腿的最大长度为 （2-24）当动平台绕x轴,y轴均无旋转，沿z轴下降0.4m时，支腿有最大缩短量，从而得出动平台在运动过程中支腿的最短长度为 （2-25）由此可得液压缸行程L： （2-26）液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，查液压缸行程

28、标准值表（见表2.2）,本文近似取液压缸行程为L=1000mm。 表2.2 液压缸行程标准值表 注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用2.3 三自由度运动平台受力分析很明显，本文中的三自由度平台具有对称性，当三个支腿液压缸均伸长到最大长度，则平台达到Z向最大位移，即平移到最高位置，此时各缸伸长量相同，整个平台处于对称状态，故各支腿受力大小也相同，设为F，根据设计要求，假设此时Z方向取最大加速度为a，且a=g=9.8m/s2。则Z向分析受力有如下平衡方程式： （2-27）式中为此状态下支腿受力F与水平方向的夹角，由上文知此时液压缸伸长量近似为2478mm，此时动平台距离静平台高度为2154mm，

29、所以上式可表示为： 解之得：F=6007.663N （2-28）由上述结果可知平台运动到最高位置时，三条支腿液压缸受力均为6007.663N。当然这个受力并不是单个液压缸所受力的最大值，本文没有讨论平台沿X、Y向的平移受力，也没有考虑平台的转动，也不可能理论分析平台合成运动时瞬时变化的最大受力，所以为简化分析，我们在平台以Z向运动到最高位置时的受力为基础，乘以一个安全系数，取值为4，这样一来单个液压缸最大受力即为： 必要时取圆整值： （2-29） 2.4 . 液压缸主要参数设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分

30、结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。三自由度运动平台可通过液压缸或电缸传动，但相对于电缸或滚珠丝杠传动，液压传动有着无可比拟的优势。本设计应用液压传动，故着重设计液压缸。2.4.1 设计方案首先我们需要确定设计方案即缸体结构形式、安装方式、连接方式。液压缸种类繁多，按结构形式不同可分为柱塞式液压缸、活塞式液压缸、组合式液压缸、叶片式液压缸和其他形式的液压缸如膜片缸等。在装载机模拟器三自由度运动平台的应用中，动平台需要完成绕x轴，y轴的旋转运动和沿z轴方向的平动，液压缸时伸时缩，即时推时拉，需要双作用液压

31、缸，典型的有双作用单活塞杆液压缸和双作用对称式液压缸等。考虑到平台空间结构及稳定性，本设计中选择双作用单活塞杆液压缸。液压缸的安装方式与液压缸的结构密切相关，且形式多样，大体上分为两大类：轴线固定类和轴向摆动类。显然，由于需要转动，本文中液压缸属轴线摆动类，并且液压缸的杆端和底端分别铰接在动平台与定平台上。所以本文中动平台与液压缸杆端的联接选择球铰，则液压缸的活塞杆端采用球头式。定平台与液压缸底端的联接为虎克铰。至于液压缸的连接形式，我们选择焊接式用于缸筒和缸底盖的连接，上端盖与刚筒则采用应用越来越广泛的锁紧钢丝连接。2.4.2 工作压力与供油压力 液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，

32、对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定。对液压缸的工作压力来说，决定其大小的关键实为设备的类型，所谓具体问题具体分析，不同的类型应选择不同的压力范围。由前文计算所得的负载为,参考表2.3可知应选择的工作压力为,再根据表3确定其工作压力P=4MPa。查阅文献40有：阀在最大开度和负载压降时，系统效率最大。所以当时，设，再根据表2.4，取液压缸系统供油压力为。 表2.3 按负载选择执行元件工作压力负载F(N) 50005000-1000010000-2000020000-3000030000-5000050000工作压力P（MPa）0.8-1 1

33、.5-2 2.5-3 3-4 4-5 5-7 表2.4 液压缸公称压力系列（GB2346-80）（bar) 25 40 63 （80） 100 （125） 160200 250 315 400 500 630 800 2.4.3 缸筒内径及活塞杆外径的计算 根据已知算未知，通过最大负载和上文对照表格所确定工作压力，我们可以得到液压缸活塞的有效面积，那么缸筒内径也就确定了，再根据缸筒内径D，以及所选的速比，即可得到活塞杆外径d的大小。已知条件：F=24030N, P=4MPa，所以活塞杆的计算值为： （2-30）式中为液压缸机械效率，考虑到摩擦等，机械效率取值为0.9。将计算的液压缸内径D的值圆

34、整到国家标准GB2348-80，取优先选用值系列，确定D=100mm。活塞杆直径d根据选择的速比可由缸筒内径D求得。速比不宜过大，容易引起压力冲击。反之，速比过小时，则导致活塞杆较细，对稳定性不利。故数系中取速比则与之相对应有：。 （ 2-31） 表2.5 缸筒内径D尺寸系列（GB2348-80)(mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 50 630 注：1.括号内数值为非优先选用者由缸筒内径D和活塞杆直径d可计算无杆腔面积A1和有杆腔面积A2： （2

35、-31）2.4.4 液压缸行程液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，由2.2.6节的内容，液压缸行程L取值为L=1000mm。2.5 液压筒设计2.5.1 缸筒材料对应于前文所选缸筒与缸底焊接的连接方式，本文中选择焊接性能较好的35号无缝钢管。2.5.2 缸筒厚度或外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般是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，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。强度条件是液压缸的壁厚计算的依据。如同“木桶原理”中最短板决定木桶容量，缸筒最薄处厚度作为其壁厚。缸筒内部受压且内

36、应力分布随壁厚变化。本文中液压缸的壁厚由所选确定的液压缸工作压力和缸筒材料的许用应力根据薄壁圆筒公式计算，其过程如下所示：（采用无缝钢管），取 (无缝钢管),取则 （2-32）3mm的壁厚显然过小，这样的缸体很有可能满足不了所需的刚度和强度，又由于液压缸行程较长，导致薄壁液压缸体的稳定性也可能不够，所以当外载荷如装夹力、金属切削力以及外负载超过一定限度时，液压缸构件将被破坏可能发生卡死或漏油等故障。所以我们用经验法选取壁厚。2.5.3 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的距离S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 （间隙引起的挠度）

37、增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。为减小活塞杆伸出时于缸体轴线的偏斜，液压缸应该有合理的导向长度。因为活塞行程L=10D，行程长，查阅液压缸的相关结构参数表格，初步设计可取活塞杆在液压缸的导向支承长度S应满足：。2.5.4 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。从液压缸运动原理出发，活塞在液压缸中来回运动所占的空间长度即为液压缸体长度，即包括活塞行程以及活塞宽度。通常情况下，缸体的长度应满足小于或等于缸体内径倍的条件。 即： L+B+S=1000+80+100=1180mm 缸体长度（20-30

38、）D=（2000-3000）mm 可取缸体长度为1250mm。2.6 缸底和缸盖设计2.6.1 缸底盖和缸上盖的材料A、缸底盖缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关，一般液压缸多为平底缸盖，为保证焊接时良好的工艺性，本文中保持缸筒与缸底盖之间材料的一致性，故缸底盖同样选择焊接性能良好的35号钢。B、缸上盖 与封闭的缸底盖相对，缸上盖与活塞杆之间有配合接触面，活塞来回往复的运动都穿过缸上盖，所以一般配有导向套、密封圈等零件，同时因为上盖“开口”故还有防尘圈以及必要的锁紧装置。本文中缸盖材料选常用的35号钢锻件，锁紧装置则选择结构简单且应用越来越广泛的锁紧钢丝，导 向 套则选

39、择单独制造后压进缸 盖 内 孔。2.6.2 缸盖厚度一般情况下，按照强度要求缸盖（设为平底缸盖）的有效厚度可近似计为如下不等式： （2-33）式中：D-缸盖止口内径（mm） T-缸盖有效厚度（mm）本设计根据液压缸的基本参数D与d的值，取缸盖厚度为。2.7 油口设计液压缸的进、出油口，可布置在端盖或缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，进、出油口可设在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。油液从管路中流进液压缸需要经过油口孔，所以油口孔的设计恰当与否直接关系到液压系统工作性能的好坏。若油口过小，则油

40、液“进退无门”，若是进油方面会供不应求，支腿液压缸的运动速度达不到要求，而回油方面则“交通堵塞”，导致原本小背压增大，活塞退回速度减缓，所以整个系统承载 能 力将会降低。本文中液压缸的两个油口分别设置在缸底盖和缸筒上，缸底盖上的油口孔直接在缸盖上钻孔，而缸筒靠近缸口部分的油口则是在缸筒上焊接一段管道再钻油口孔，且两端油口都采用螺纹连接，由于本设计中液压缸工作压力小于16MPa,查阅单杆液压杆油口安装尺寸表（表2.6），本文确定两端油口尺寸为M27x2。 表2.6 单杆液压缸安装尺寸 （IS08138）（mm） 缸体内径D 进、出油口 缸体内径D 进、出油口 25 M141.5 80 M272

41、32 M141.5 120 M272 40 M181.5 125 M272 50 M221.5 160 M332 63 M221.5 200 M4222.8 活塞组件设计2.8.1 活塞组件材料A、活塞。活塞材料一般采用钢或是铸铁，有时候也采用铝合金。B、活塞杆。作为关键传力构件，活塞杆在负载变压力的作用下不能被折断，需要有抵抗破坏和变形的能力，即要满足工作所需的刚度和强度。活塞杆的结构分为实心和空心两种，当活塞杆够粗达到60mm以上时，可以采用空心。本文中选用实心的，采用45号钢。2.8.2 活塞宽度活塞宽度与系统油压和液压缸筒内径有关，适当的活塞宽带能保证活塞和活塞杆的稳定性，根据设计经验，一般取活塞宽度B为B=（0.6-1.0）D 本文中有： ， 取。2.8.3 活塞组件的密封和支承方式A、密封活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。不同于普通的液压缸，伺服缸要求更高，摩擦要小，且要避免爬行现象，保证液压缸的运动精度，系统动态响应性能要好，要防止滞涩，满足这些条件才能达到伺服控制系统对精度的要求。而在液压技术和机械加工技术与设备均已非常成熟的现在，液压缸的性能很大程度上取决于密封装