电动缸是将伺服电机、滚珠丝杠组合成机电一体的精密产品,极大程度地满足了系统对推力、速度和位置的精密控制要求,已广泛用于众多民用和军用领域。目前市场上的电动缸按传动层级分:主要有单级电动缸和二级电动缸等。二级电动缸既具有单级电动缸定位精度高、传动效率高、电气系统同步性好等优点,又能实现电动缸整体尺寸相对减小,行程相对增大。因此,开展大行程二级电动缸的研发,为实际应用中安装空间(安装距小)和工作行程(行程大)的矛盾提供一种解决方案,具有重要的工程价值。本论文以20KN超长行程并且承担较大径向载荷的电动缸为研究对象,以电动缸结构设计、运行过程仿真、关键部件的受力分析、主要技术指标检测等为主要研究内容,开展以下几个方面的工作:(1)针对设计目标,在分析二级电动缸原理、结构和传动特性的基础上,设计了二级电动缸,其主要技术参数为行程3725mm、轴向承载能力20KN、径向承载能力5KN。根据传动功率的需要,确定了伺服电机型号功率、转速和扭矩参数,并且选择了与电机和传动丝杆匹配的行星轮减速机。在此基础上面确定各级丝杆传动副的相关尺寸。(2)基于以上电动缸传动系统设计,构建二级电动缸的三维模型,并将模型导入ADAMS环境中,开展电动缸典型工况、运动状态仿真分析。首先验证电动缸行程,然后根据实际计算采用的数据,设置了电动缸各个移动副与转动的摩擦系数,通过仿真得出电动缸伺服电机的驱动功率,仿真结果表明:电动缸传动系统的设计结果与电动缸仿真结果一致,验证了电动缸设计计算的正确性。(3)基于有限元开展电动缸三个关键部件(基座筒体组件、一级活塞筒体组件与二级活塞筒体组件)的力学特性研究及结果分析。在分析过程采用简化为梁的应力与挠度计算和采用应力分析软件的分析相互验证。分析结果表明,电动缸的基座筒体组件、一级活塞筒体组件与二级活塞筒体组件的载荷、变形计算与有限元分析一致。并且结合电动缸总质量约束的目标,对不同壁厚的筒体组件进行分析,找出满足电动缸总体质量要求的筒体壁厚。(4)针对本电动缸承受较大的径向载荷、具有超长行程的特点,本文设计了超长电动缸检测试验台。该试验台采用液压缸与电动缸对接,由电动缸驱动液压缸,通过液压缸的压力数据计算出电动缸的推力的方法来检测电动缸的推拉力,并且在该试验台上完成电动缸定位精度、重复定位精度的测试与分析;同时进行电动缸单独加载径向载荷时的挠度测试。在此基础上,测试了电动缸加载最大径向载荷情况下的轴向推拉力。测试结果表明,电动缸的推拉力、最大径向载荷下的挠度、重复定位精度等主要技术指标达到设计目标。