雙向壓扭聯(lián)軸器空載輸入輸出特性研究

壓扭聯(lián)軸器是ZD電液比例換向閥的核心部件，它與ZD換向閥和比例電磁鐵相結(jié)合，作為中間元件，將比例電磁鐵的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為閥芯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而使閥芯兩端的敏感腔壓力發(fā)生變化，利用兩端敏感腔壓差驅(qū)動閥芯軸向移動，實現(xiàn)高壓大流量的比例控制壓扭聯(lián)軸器充分利用了ZD閥液壓導(dǎo)控橋路壓力增益大的優(yōu)點(diǎn)回，按比例將扭轉(zhuǎn)力放大后直接驅(qū)動閥芯旋轉(zhuǎn)一微小轉(zhuǎn)角，使ZD電液比例換向閥兩端敏感腔的壓力發(fā)生較大變化，從而驅(qū)動主閥芯軸向運(yùn)動團(tuán)。

壓扭聯(lián)軸器可分為彈性和剛性兩種類型，左強(qiáng)等人團(tuán)提出了一種簧片式彈性壓扭聯(lián)軸器，其優(yōu)點(diǎn)是不受摩擦力和間隙影響，但無法傳遞較大扭矩，且重復(fù)性和線性度較差;勵偉等人提出兩種不同模式的滑楔式剛性壓扭聯(lián)軸器，利用彈簧壓縮緊貼楔形件保持閥芯扭矩平衡，雖消除了機(jī)械間隙，但導(dǎo)致摩擦非線性增大;本文作者設(shè)計了一種滾輪式雙向壓扭聯(lián)軸器，利用球型滾輪代替滾動軸承，極大地降低了摩擦力，且有穩(wěn)定的重復(fù)性和較高的線性度，但滾輪正常工作需楔形件上滾輪配合剎槽有微小間隙，而該間隙的存在導(dǎo)致壓扭裝置的輸入輸出特性有滯環(huán)非線性，從而影響到整個ZD電液比例換向閥的性能。因此，壓扭聯(lián)軸器的空載輸入輸出特性是ZD電液比例閥能否直動與導(dǎo)控的關(guān)鍵。文中在描述該壓扭聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值計算和實驗的力一法得出其輸入輸出特性，并通過顫振補(bǔ)償力一法消除了微小間隙對樣機(jī)輸入輸出特性的影響，仿真和實驗結(jié)果表明:雙向壓扭聯(lián)軸器設(shè)計合理，加工簡單，且具有良好的輸入輸出特性，用在ZD電液比例換向閥上，在較大的外力情況下具有精確的定位精度，可實現(xiàn)直動和導(dǎo)控功能。

雙向壓扭聯(lián)軸器工作原理

ZD電液比例換向閥集直動與導(dǎo)控于一體，當(dāng)閥P口壓力不為零時，壓扭聯(lián)軸器先將電磁鐵的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為閥芯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，導(dǎo)致左右敏感腔壓力失去平衡，利用液動力驅(qū)動閥芯直線運(yùn)動;當(dāng)閥P口壓力為零(與T口壓力相等)時，液動力對閥芯不起作用，但同時卡緊力也很小，因而，比例電磁鐵通電后所產(chǎn)生的軸向推力可以直接驅(qū)動閥芯運(yùn)動，實現(xiàn)ZD電液比例換向閥的直動功能。當(dāng)閥P口壓力不為零時，由于伯努利效應(yīng)，電磁鐵推力不能直接克服閥芯液動力，驅(qū)動閥芯做軸向運(yùn)動，但楔形件可使中心軸產(chǎn)生扭矩，克服閥芯摩擦力矩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而使左端高、低壓孔與感受通道的遮蓋量發(fā)生變化，兩敏感腔之間形成的壓力差驅(qū)動閥芯作軸向運(yùn)動葉呵，同時，楔形件上的剎槽使中心軸上的球形滾輪反向旋轉(zhuǎn)，直至一個新的平衡位置，從而實現(xiàn)對閥芯位移的液壓先導(dǎo)比例控制。

(1)設(shè)計一種雙向壓扭聯(lián)軸器，將比例電磁鐵的直線位移轉(zhuǎn)換為閥桿的角位移，通過球形滾輪降低摩擦，提高機(jī)構(gòu)性能，用于電液比例換向閥上，可實現(xiàn)直動和導(dǎo)控功能，并可在零壓力下工作，實驗也驗證了這一結(jié)論。

(2)建立了雙向壓扭聯(lián)軸器的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了受力轉(zhuǎn)化和動力學(xué)分析，利用MATLAB軟件仿真分析了縫隙等非線性因素對壓扭機(jī)構(gòu)性能的影響，為其在電液比例換向閥上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

(3)實驗表明:空載時，該壓扭機(jī)構(gòu)具有良好的咬合穩(wěn)定性;選擇合適的顫振信號，其整體滯環(huán)特性可降至1.5%，有很高的跟隨特性;輸出角位移與比例電磁鐵輸入電流基本成比例關(guān)系，具有良好的定位剛度，非常適用于電液比例換向閥。