液压凸轮转子叶片伺服马达设计理论与关键技术

The hydraulic rotary servo system always has some characteristics such as ultra-low speed, wide speed range, fast response and high precision. According to these characteristics and the present situation that there are rare in the structure types of the continuous rotary servo driving components, a new continuous rotary cam motor is researched on its design theory and key technology. The research is mainly about structure improvement design and finite element analysis of cam servo motor, analytical relationship of transition curve type and parameter performance, association size optimization of clearance seal, proper control of leaves friction torque and other key problems such as the influence mechanism of each correlation factors to the motor's performance. The design standard of cam servo motor which is according to performance index is proposed and preliminary theory of its structure and parameters optimization is formed. The aim of this research is to form a optimized design method for hydraulic servo motor preliminarily using the characteristics of cam rotator type, by completely work on the mentioned theory and key technologies for the current project. The structure of the hydraulic servo motor will be enriched, the theory and practice of hydraulic servo components will be expanded and the basis for application of hydraulic cam-rotator motor in high performance continuous servo system will be constructed.

针对液压回转伺服系统的超低速、宽调速、快响应、高精度及其它相关性能的特点，以及现有液压连续回转伺服驱动元件结构类型不够丰富的现状，对一种新型的连续回转液压凸轮转子叶片伺服马达进行设计理论和关键技术的研究。研究凸轮转子伺服马达的结构优化设计和有限元分析、过渡曲线型式和参数性能的解析关系、间隙密封的关联几何关系优化、叶片摩擦力矩的适量控制、各相关因素对马达性能的影响机理和作用关系等关键问题，提出以性能指标为依据的凸轮转子伺服马达设计准则，形成凸轮转子伺服马达结构与参数优化设计的初步理论；结合目前的在研项目，通过上述理论和关键技术攻关，旨在充分利用和挖掘液压凸轮转子马达的特点，初步形成具有借鉴意义的马达伺服化设计方法，丰富现有液压伺服驱动马达的结构型式，拓展液压伺服驱动元件的理论和实践，为液压凸轮转子马达在多自由度转台等高性能连续回转伺服系统方面的应用打下基础。

本基金项目以一种新型液压凸轮转子叶片马达的伺服化为应用背景，重点研究其在伺服驱动中所要面临和解决的相关理论问题和关键技术。.已开展的研究工作主要包括：1）凸轮转子叶片马达的结构改进和以优化设计为目标的凸轮转子马达设计理论和方法，探讨其结构设计、参数选取的合理准则和规律；2）凸轮转子叶片伺服马达低摩擦、高刚性的实现机理和实施措施，对直接影响马达伺服化的重要影响因素和关系展开定性分析和定量描述； 3）高性能液压凸轮转子叶片马达伺服系统的实施策略和试验研究。.通过上述理论和关键技术攻关，本项目研究获得了以下若干成果：1）梳理了凸轮转子马达叶片、凸轮、密封等相关要素产生摩擦阻力矩的机理与解析描述。2）提出了有别于传统二次型过渡曲线的高次过渡曲线，在理论上阐述了这种高次过渡曲线的数学原理和应用特性。3）对马达相关重要零件的结构参数作了优化设计与计算，根据马达伺服化的设计思路，研制了两台凸轮转子叶片伺服马达，初步完成了对马达特性机理分析和优化设计的论证。4）对自行研制的两个液压马达进行了伺服控制的实验研究和对比，其结果表明，液压凸轮转子马达伺服系统在跟踪精度、平稳低速、响应性能等方面均有一定改善、达到了伺服化应用的水平。.本项目研究的意义在于：1）针对目前连续回转伺服马达品种类型较少的现状，分析、挖掘、设计、开发了一种新型的连续回转凸轮转子叶片马达，拓展了液压连续回转伺服马达的品种类型；2）为了满足低摩擦、动静摩擦无跳变、高刚性、快响应等伺服化的要求，凸轮转子叶片马达在驱动机理、特性分析、建模解析、结构优化等方面作了较深入的研究，并由此建立和完善了具有借鉴意义的马达伺服化分析思路和设计方法。3）在对液压凸轮转子伺服马达理论分析和优化设计的基础上，使凸轮转子马达的驱动性能得到了提升，为液压凸轮转子马达在高性能连续回转伺服系统方面的应用打下基础。