大直径中空电液伺服马达设计

　　0 前言

　　仿真转台在导弹、飞机等飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。 大直径中空电液伺服马达是转轴大直径中空、输出回转运动、液压驱动的执行机构;它可以避免空心轴电动机作为转台内框带来的对被测件信号的强电磁干扰， 也可以避免液压马达端置式内框在被测件安装空间上的限制。 因此，大直径中空电液伺服马达是大功率、低电磁噪声三轴转台内框的理想执行机构。但是，大直径中空电液伺服马达随着转轴直径的增加，设计和控制方面的难度也急剧增加。目前，国内只有哈尔滨工业大学曾开展过中空电液伺服马达的研制工作^[1]，但未见其在仿真转台上的应用;在国外，美国Micromatic Textron公司提供的HS 系列马达的直径是中空的，但是转轴的最大直径仅为φ50.8mm，无法满足3 轴转台内框安装导引装置需要转轴数百mm 中空的要求。本文将介绍大直径中空电液伺服马达的工作原理、设计难点以及为克服设计难点所采取的结构和控制律;通过实验检验马达的抗变形能力、低速性能和定位精度， 并给出了该马达在3KTD-550 转台中的应用。

　　1 工作原理

　　本文涉及的大直径中空电液伺服马达是在双叶片摆动马达基础上研发的^[2]，图1 为大直径中空电液伺服马达的工作原理图。大直径中空电液伺服马达由伺服阀、阀块、缸体、中空转轴、轴承、轴承座、端盖、定叶片、动叶片和密封件组(图中无表示)组成。 油源输出的高压油经P 口由伺服阀导入马达的高压工作腔A(或B)，马达低压工作腔B(或A)的油液由伺服阀经T 口回油箱，两个工作腔内油液压差作用在马达动叶片上产生使中空转轴输出回旋运动。

　　中空电液伺服马达结构上的最大特点是马达输出轴的大直径中空，该特征导致的主要设计困难如下：①马达转轴中空直径大，但作为转台中框和外框的负载，不允许中空轴的壁很厚以至轴转动惯量过大， 因此马达抗变形设计任务艰巨; ②马达中空轴直径大使得马达工作腔容积大，系统固有频率低，阀控中空电液伺服马达系统频宽拓宽困难; ③马达中空轴直径大导致马达工作容腔外泄漏间隙周向长度大， 高可靠性的密封与低摩擦要求之间矛盾突出，系统低速性能改善困难。合理的结构设计和适宜的控制策略是解决上述难点的有效措施。

　　2 结构设计

　　为了克服大直径中空电液伺服马达设计面临的困难，马达在结构上采用轴肩式结构，如图1 所示，马达的工作腔由缸体3、固定在缸体上的定叶片2(2 片)、中空转轴4、固定在中空转轴上的动叶片5(2 片)组成。