二级电动缸是工业线性执行器的一种,主要实现将电机的回转运动转换为丝杠传动系统的直线往复运动。电动缸在一些欧美发达国家已经广泛应用于农业、工业、自动化生产线以及国防、兵工等行业。我国的电动缸产品技术研究起步较晚,目前也主要应用于雷达起竖、惯导技术、特种车辆以及空间仿真技术等精密研究领域。但是,当前研究和应用的电动缸多以单级传动为主,国内许多学者在多级电动缸发面也做了大量的研究。对于一些要求行程较大而缸体安装尺寸受约束的工作场合,二级电动缸的研究和应用将产生重要的实用价值和理论意义。本文从二级电动缸的工作技术要求出发,以结构设计为基础,理论和特性研究为导向,开展了如下研究工作:(1)提出了一种空心丝杠和滑动花键副相结合的二级丝杠传动方式,对总体传动方案进行设计;(2)借助MATLAB软件和优化工具箱,采用GA、SUMT等优化设计方法,编制MATLAB程序对丝杠传动系统参数进行优化确定,并对同步带传动结构进行设计计算,初步设计绘制出二级电动缸装配结构图;(3)依据传动结构方案和设计参数对二级电动缸机械传动系统进行运动特性、瞬态起(制)动冲击特性、扰曲值问题、机械传动精度特性、动态特性等方面的初步探讨和研究分析,为二级电动缸的进一步研究提供理论支持;(4)运用Pro/E软件对设计的二级电动缸零部件进行三维建模和实体装配,并通过MECH/PRO接口程序,将三维装配模型导入ADAMS软件后建立二级电动缸多刚体仿真模型,进行运动仿真分析,分析结果与得出的相关特性理论和合成运动理论一致,证实了所设计的二级丝杠传动结构运动的合理性;(5)采用有限单元法,基于ANSYS软件平台,对主丝杠和缸体后盖分别进行模态和静力分析,得出主丝杠固有频率和振型以及后盖变形应力图,结果表明:主丝杠避开了电动缸往复工作的激励频率而不会发生共振,后盖的设计和选材能够满足设计功能要求。对二级电动缸在最大有效行程时的结构模型进行简化,对其进行稳定性屈曲分析,分析结果表明:二级电动缸在设计承载要求内不会发生横向弯曲失稳;(6)对二级电动缸伺服控制系统方案进行简述,并建立其数学模型,利用信号流程图和梅森增益公式得出伺服控制系统的传递函数,为伺服控制系统的进一步设计和研究奠定基础。