四自由度多用途氣動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制實(shí)現(xiàn)-自動(dòng)取料機(jī)械手含10張CAD圖帶開題,自由度,多用途,氣動(dòng),機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),控制,節(jié)制,實(shí)現(xiàn),自動(dòng),機(jī)械手,10,cad,開題 旋轉(zhuǎn)泵 旋轉(zhuǎn)泵應(yīng)用于不同的設(shè)計(jì)中，在流體動(dòng)力系統(tǒng)中極其常用。今天最常用的旋轉(zhuǎn)泵是外齒輪泵、內(nèi)齒輪泵、擺線轉(zhuǎn)子泵、滑動(dòng)葉片泵和螺旋泵。每種類型的泵都有優(yōu)點(diǎn)，適合于特定場合的應(yīng)用。 直齒齒輪泵，這種泵有兩個(gè)嚙合的齒輪在密封殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。第一個(gè)齒輪即主動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)引起第二個(gè)齒輪即從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)軸通常連接到泵上面的齒輪上。 當(dāng)泵首次啟動(dòng)時(shí)，齒輪的旋轉(zhuǎn)迫使空氣離開殼體進(jìn)入排油管。這種泵內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)使泵吸入口處形成了真空，于是外部油箱的液體在大氣壓的作用下，由泵的入口進(jìn)入，聚集在上下齒輪和泵殼體之間，齒輪連續(xù)的旋轉(zhuǎn)使液體流出泵的出口。 直齒齒輪泵的壓力的升高是由擠壓嚙合齒輪和腔體內(nèi)的液體產(chǎn)生的。當(dāng)齒輪脫開嚙合時(shí)，腔內(nèi)形成真空，使更多的液體被吸入泵內(nèi)。直齒齒輪泵是定排量的元件，當(dāng)軸轉(zhuǎn)速不變時(shí)，輸出流量恒定。只有一種方法即改變輸入軸的轉(zhuǎn)速，能調(diào)節(jié)這種直齒齒輪泵的排量?，F(xiàn)代應(yīng)用在流體動(dòng)力系統(tǒng)的齒輪泵的壓力可達(dá)3000psi。 圖示為直齒齒輪泵的典型特性曲線。這些曲線表明了泵在不同速度下的流量和輸入功率。當(dāng)速度給定時(shí)，流量曲線接近于一條水平的直線。泵的流量隨出口壓力的升高而稍有降低，這是由于泵的出油口到吸油口的齒輪徑向泄漏所增加而造成的。滲漏有時(shí)定義為泄漏，泵出口壓力的增加也會使泄漏增加。表征泵的出口壓力和流量之間關(guān)系曲線常叫做水頭流量曲線或泵的HQ曲線；泵的輸入功率和泵流量關(guān)系曲線叫做功率流量特性曲線或PQ曲線。 直齒齒輪泵的輸入功率隨輸入速度和出口壓力的增加而增加。隨著齒輪泵速度的增加，流量（加侖/分）也增加。于是在出口壓力為120psi，轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)，輸入功率是5馬力。在轉(zhuǎn)速為600rpm時(shí)，輸入功率是13馬力?？v坐標(biāo)壓力是120psi，橫坐標(biāo)是200rpm和600rpm時(shí)，在HQ曲線上可以讀出相應(yīng)的流量分別為40gpm和95gpm。 圖示是直齒齒輪泵在粘度不變時(shí)的情況。隨著流體粘度的增加（即流體變稠，不易流動(dòng)），齒輪泵的流量降低。粘稠的流體在油泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)檫@種流體在油泵中不能迅速進(jìn)入泵體完全充滿真空區(qū)，所以油流量受到限制。圖示為在流體動(dòng)力系統(tǒng)中流體粘度的增大對旋轉(zhuǎn)泵工作情況的影響。當(dāng)流體的粘度值為100SSU，出口壓力為80psi時(shí)，泵流量為220gpm。當(dāng)流體的粘度值為500SSU時(shí)，泵流量減少到150gpm。由功率特性曲線可知，泵輸入功率也會增加。 可以用齒輪或其他內(nèi)部元件每轉(zhuǎn)一圈輸出多少加侖來表示泵的流量。如果封閉定量泵的出口，則出口壓力將會增加，直至驅(qū)動(dòng)馬達(dá)停止或泵內(nèi)其他部分或排油管破裂。由于存在著破裂的危險(xiǎn)，幾乎所有的流體動(dòng)力系統(tǒng)都安裝壓力溢流閥。這種溢流閥可安裝在泵內(nèi)，也可安裝在排油管路。 滑動(dòng)式葉片泵 這些泵有大量的葉片，葉片能在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)自由的滑進(jìn)滑出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)，離心力，彈簧或壓力油使葉片伸出槽子，頂在泵殼體的內(nèi)腔或凸輪環(huán)上。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，葉片之間的流體經(jīng)過吸油口時(shí)，完成吸油。流體順著泵殼體到達(dá)排出口。在排出口，流體被排出，進(jìn)入排油管。 圖示的滑動(dòng)式葉片泵中的葉片安裝在橢圓形的腔內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使葉片伸出槽子。同時(shí)葉片又受到其底部腔內(nèi)壓力油的作用力，壓力油來源于槽子端部的配流盤。吸油口通過A和A1口相通，他們位于直徑的相對位置。同樣兩排油口位于類似的位置。油口這樣配置，使葉片轉(zhuǎn)子保持壓力平衡，從而使軸承不受重載影響。當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，從吸油管出來的流體進(jìn)入A和A1口，聚集在葉片之間，沿周向流動(dòng)后，通過B和B1口排出。這樣設(shè)計(jì)的泵壓力可達(dá)2500psi。的泵必須分級才能達(dá)到這么大的壓力，而現(xiàn)在用一級泵即可達(dá)到。在轉(zhuǎn)子上應(yīng)用均流均壓閥可以達(dá)到高壓。轉(zhuǎn)速通常限制在2500rpm這是因?yàn)榭紤]到離心力和凸輪環(huán)表面葉片之間的磨損。圖示為泵在轉(zhuǎn)速為1200rpm粘度在100F的條件下的特性曲線。 每個(gè)槽內(nèi)安裝兩個(gè)葉片可以控制其作用于殼體內(nèi)部和凸輪環(huán)上的力。雙葉片會產(chǎn)生更緊的密封，能減少從排油口到吸油口之間的泄漏這種入口和出口相對應(yīng)的設(shè)計(jì)也能維持液壓平衡。這些都是定量泵。 不改變轉(zhuǎn)速就不能改變?nèi)~片泵的流量，除非油泵采用特殊設(shè)計(jì)。圖示為滑動(dòng)式變量葉片泵。它不用雙吸油和排油口。轉(zhuǎn)子在壓力腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子形成的偏心量是可調(diào)的。隨著偏心的程度或偏心率的變化，流體的流量也隨著變化。圖示為轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)180°范圍內(nèi)，產(chǎn)生一真空度以便于油液進(jìn)入，同時(shí)壓油區(qū)也在180°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。吸油區(qū)和壓油區(qū)的起始段梢有重疊。 圖示，在最小的工作壓力下可以得到最大的流量。隨著壓力的升高，流量按預(yù)設(shè)的規(guī)律減少。當(dāng)流量減到最小值，壓力增大到最大值。泵只需要提供補(bǔ)充回路中元件滑動(dòng)配合間隙中泄漏流體。 這種變量泵的設(shè)計(jì)可以保護(hù)管路，溢流閥不是必須的。其他回路中，為阻止局部壓力超過正常壓力水平，可以用安全閥或溢流閥來控制。 為了自動(dòng)控制流量，采用可變彈簧負(fù)載調(diào)節(jié)器。安裝這種調(diào)節(jié)器，泵的出口壓力作用于活塞或定子內(nèi)表面，壓縮的彈簧產(chǎn)生位移。如果泵的出口壓力高于調(diào)節(jié)器彈簧的設(shè)定值時(shí)，彈簧被壓縮。這使壓力環(huán)（定子）移動(dòng)，減少相對于定子的偏心量，于是，泵的流量減少，得到所需的壓力。這種油泵設(shè)計(jì)的出口壓力在100psi和2500psi之間。 圖示為變量泵補(bǔ)償器的特性，標(biāo)出輸入功率值，可以準(zhǔn)確計(jì)算所需的輸入功率。變量泵可以預(yù)先設(shè)定不同壓力值的變化規(guī)律。高低壓泵控制既能提供有效的卸荷回路，也能為先導(dǎo)控制回路提供足夠壓力。 圖示陰影區(qū)域?yàn)樽兞勘迷诒硥?00psi壓力下的閉式回路。油液以100psi卸荷閥或溢流閥排出，可以維持正常的控制回路壓力，這些是消耗的功率。兩級壓力控制回路包括：先導(dǎo)液壓控制和電磁控制。圖示負(fù)號表示電磁鐵不帶電，先導(dǎo)控制油回油箱。于是泵排出的控制油的力小于調(diào)節(jié)器彈簧力，所以得到最小壓力。圖示正號為電磁鐵帶電，控制油的力大于調(diào)節(jié)器彈簧力。與簡單的溢流閥原理一樣，小球和彈簧決定控制力的大小。這樣預(yù)先設(shè)定最大工作壓力。 另一種兩級壓力控制系統(tǒng)是利用所謂的差動(dòng)卸荷調(diào)節(jié)器。它應(yīng)用于高低壓或雙泵回路中。調(diào)節(jié)器通過壓力傳感器自動(dòng)卸荷大流量泵以達(dá)到最小的空載壓力設(shè)定值?？蛰d壓力指的是由于變量泵控制機(jī)構(gòu)工作所形成的特定壓力。泵的實(shí)際空載流量等于系統(tǒng)的泄漏量與控制流量之和。當(dāng)泵空載時(shí)，即使液壓系統(tǒng)在提供加緊或保壓作用，也不會需要較大的功率。 調(diào)節(jié)器是液壓操縱的，差動(dòng)活塞帶有雙壓力控制，當(dāng)外部控制壓力作用于控制卸荷口時(shí)，差動(dòng)活塞允許完全卸荷。 空載壓力的最小設(shè)定值由調(diào)節(jié)器主彈簧A控制。最大壓力由溢流閥調(diào)節(jié)點(diǎn)B控制。調(diào)節(jié)器的操作壓力由大容積泵提供，從小孔C進(jìn)入。 為了說明如何使用這種裝置，假設(shè)回路需要1000psi的最大壓力，由一個(gè)5-gpm來提供。在壓力達(dá)到500psi時(shí)，需要大流量（40gpm），繼續(xù)上升到1000psi，流量減少。由流量為40-gpm的帶有卸荷調(diào)節(jié)器的泵組成的雙泵系統(tǒng)可滿足要求。 我們可以把40-gpm的泵從500psi卸荷壓力調(diào)整至200psi最小設(shè)定壓力（或另一需求值），這樣5-gpm泵可以使回路達(dá)到1000psi或更高壓力。 圖中為雙泵系統(tǒng)控制壓力源。由一個(gè)40-gpm的泵提供調(diào)節(jié)器腔內(nèi)壓力，就可以達(dá)到最大設(shè)定壓力。彈簧設(shè)定力加上調(diào)節(jié)器的腔內(nèi)壓力共同決定了40-gpm泵的最大壓力。第二個(gè)控制源是特殊的回路，它能達(dá)到1000psi?？刂朴屯ㄟ^小孔D進(jìn)入調(diào)節(jié)器作用于卸荷活塞E?；钊鸈面積比安全閥中提動(dòng)閥F的有效面積大15％。因此卸荷差動(dòng)力大約為15％。調(diào)節(jié)器將在500psi卸荷，會在500psi以下15％或425psi時(shí)起作用。這里所謂的卸荷，指的是40-gpm的泵無輸出量。 隨著回路中壓力從0到500psi的增加，調(diào)節(jié)器腔內(nèi)的壓力也隨著增加，直到溢流閥的設(shè)定值時(shí)，溢流閥打開，流體流出油箱。 調(diào)節(jié)器腔內(nèi)的壓力降是最大的疊加值，允許油泵達(dá)到卸荷狀態(tài)。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)壓力繼續(xù)增加超過700psi時(shí)，導(dǎo)致活塞E最底部的壓力比頂部的壓力大?；钊固嵘yF完全打開，溢流提升閥全部開啟導(dǎo)致調(diào)節(jié)器腔內(nèi)壓力進(jìn)一步下降至零。流體通過小孔C進(jìn)入調(diào)節(jié)器腔，經(jīng)過溢流提升閥直接回油箱，不增加調(diào)節(jié)器腔內(nèi)的壓力。40-gpm的泵卸荷壓力可以減小至更低的設(shè)定值。調(diào)整卸荷調(diào)節(jié)器，40-gpm的泵達(dá)到卸荷。隨著壓力到1000psi，回路的流量減至5gpm。在1000psi時(shí)，5-gpm泵也達(dá)到卸荷設(shè)定，于是流量僅僅維持系統(tǒng)壓力。在500psi時(shí)，40-gpm的油泵卸荷。需要600psi的系統(tǒng)壓力把40gpm的泵卸荷到最小壓力200psi。600psi的先導(dǎo)控制油通過孔D進(jìn)入并作用于差動(dòng)活塞E。在500psi時(shí)，泵流量減少到零。100psi的附加壓力需要完全打開提升閥，使調(diào)節(jié)器腔內(nèi)的壓力減小至零。當(dāng)回路壓力減小時(shí)，兩個(gè)泵以同樣的方式來工作。 ? ? ? ? - 4 -