【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 評(píng)語：評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分XIX中文摘要長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生姓名夏遠(yuǎn)志專業(yè)班級(jí)機(jī)械10905班畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì)答辯時(shí)間 年 月 日 ～ 時(shí)答辯地點(diǎn)實(shí)訓(xùn)訓(xùn)中心一樓一、答辯小組組成答辯小組組長(zhǎng)： 成 員： 二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況評(píng)判三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_______分 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)等級(jí)(五級(jí)制)：_______答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日中文摘要JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)學(xué) 生：夏遠(yuǎn)志，機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)老師： 【摘要】JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸，屬新型機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中的液壓執(zhí)行元件，該設(shè)備由缸體、缸蓋、齒條、齒輪軸、軸承等組成。在缸筒內(nèi)對(duì)稱裝有活塞，與缸筒端面中心以螺紋連接與齒輪軸相嚙合的齒條軸，齒條軸裝在缸體內(nèi)，啟動(dòng)液壓傳動(dòng)，活塞就左、右推動(dòng)齒條使齒輪軸往復(fù)擺動(dòng)。將液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過齒條帶動(dòng)齒輪，轉(zhuǎn)化成齒輪軸的正反向擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將往復(fù)缸的推力轉(zhuǎn)化成齒輪軸的輸出扭矩。由于齒輪軸的擺動(dòng)角度與齒條的長(zhǎng)度成正比，因此齒輪軸的擺角可以任意選擇，并能大于360176。擺動(dòng)液壓缸最突出的優(yōu)點(diǎn)是無需任何變速機(jī)構(gòu)就可使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用腳底式連接，軸輸出，雙齒條機(jī)構(gòu)，540176。大擺角。通過總體結(jié)構(gòu)方案確定，幾何參數(shù)的計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及連接方式、密封件的選型和緩沖裝置、排氣裝置的設(shè)計(jì)。此外，這次設(shè)計(jì)還進(jìn)行了液壓缸三維造型設(shè)計(jì)，通過繪制整體三維模型和其他局部模型，進(jìn)一步提高了對(duì)此類擺動(dòng)液壓缸的認(rèn)識(shí)。最后，對(duì)所設(shè)計(jì)的擺動(dòng)液壓缸進(jìn)行了Ansys分析，對(duì)主要受載零件進(jìn)行強(qiáng)度分析和校核，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化分析。 【關(guān)鍵詞】 擺動(dòng)液壓缸 齒輪軸 設(shè)計(jì)計(jì)算 Ansys有限元分析第1頁共66頁JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì)外文摘要The Design of the JZS Gear and Rack Swinging Hydraulic CylinderStudent: Xia YuanZhi, School of Mechanical EngineeringTutor: 【Abstract】 The JZS Gear and Rack Swinging hydraulic cylinder, is the hydraulic actuator in the new mechanical device domain. This equipment is consisted of the cylinder block, cylinder head, rack, gear shafts, bearings and other ponents. The piston is symmetrically located in the cylinder tube, with the cylinder tube end surface center the rack axis which meshes by the screw joint and the gear shaft, the rack axis installs in the cylinder body, start the hydraulic transmission, the piston impetus the rack swinging on the left and right and causes gear shaft reciprocation.. Drives the gear hydraulic cylinder39。s reciprocal motion through the rack, transforms permanent tooth wheel axle39。s forward and reverse swinging revolving, simultaneously will move back and forth cylinder39。s thrust force transformation permanent tooth wheel axle39。s output torque. Because gear shaft39。s swinging angle and rack39。s length is proportional, therefore gear shaft39。s pivot angle may the arbitrary selection, and can be bigger than 360176。. The swinging hydraulic cylinder most prominent merit does not need any gearshift mechanism to be possible to cause the load to obtain the reciprocation oscillating motion directly. This design uses the foottype connection, the axis output, the double rack organization and 540176。 the great pivot angle, determined through the gross structure plan, geometric parameter39。s putation and the structural design as well as the connection mode, the seal shaping and the buffer mechanism, air exhaust device39。s design. In addition, this design also conducted threedimensional modeling第2頁共66頁前言 of hydraulic cylinder design, and we can further increase its awareness of such oscillating cylinder by drawing the overall threedimensional mode and other local models. Finally, we do Ansys analysis for the hydraulic cylinders we designed, and analysis and checking main strength of the force ponents so that to further optimize the analysis.【Key words】 swinging hydraulic cylinder, Gear shaft, Foottype connection Finite Element Analysis1前言[11]近年來，隨著制造設(shè)備、加工工藝、材料等的技術(shù)發(fā)展，特別是電子技術(shù)、測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓技術(shù)在高壓化、大流量、高可控性、高響應(yīng)、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，以及節(jié)能等方面得到了快速發(fā)展，滿足了用戶對(duì)液壓技術(shù)提出的越來越高的要求。傳統(tǒng)葉片式擺動(dòng)缸的擺角受限，齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸由于齒輪軸的擺動(dòng)角度與齒條的長(zhǎng)度成正比，因次齒輪軸的擺角可以任意選擇，并能大于，而且可以輸出大扭矩。齒輪齒條擺動(dòng)缸廣泛用于鋼鐵、輕工、軍事、環(huán)保、水電等領(lǐng)域，如煉鋼廠中包傾翻擺動(dòng)缸、高線廠回轉(zhuǎn)臂擺動(dòng)缸、軍艦減搖擺動(dòng)缸、清掃車用擺動(dòng)缸、閥門開啟擺動(dòng)缸等。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以對(duì)我們進(jìn)行綜合的工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，綜合檢驗(yàn)所學(xué)的基本理論和專業(yè)知識(shí)，鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力和解決問題的能力。[11]第3頁共66頁JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)，液壓缸這一塊的市場(chǎng)制高點(diǎn)一直被發(fā)達(dá)國(guó)家占據(jù)，生產(chǎn)的液壓缸大多是比較通用的普通缸，能夠獲得的產(chǎn)品附加值普遍不高。而且，由于整體技術(shù)上的落后，和國(guó)外的同等缸比起來，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力要弱。特別是密封問題，一直是國(guó)產(chǎn)液壓缸最令人頭痛的。但是,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，打破常規(guī),引入新的理念進(jìn)行設(shè)計(jì),以人為本，設(shè)計(jì)首先考慮安全可靠，其次是操作省力、簡(jiǎn)便，再者是外觀；采用新材料開發(fā)齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸產(chǎn)品，使齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸產(chǎn)品在性能及特殊用途上達(dá)到突破；探索新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新標(biāo)準(zhǔn)等，研制高技術(shù)含量、高參數(shù)、耐強(qiáng)腐蝕、高壽命的齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸產(chǎn)品。主要研究?jī)?nèi)容：（1）齒輪齒條液壓擺動(dòng)缸的概況；（2）齒輪齒條液壓擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)方案；（3）齒輪齒條液壓擺動(dòng)缸基本參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算；（4）齒輪齒條液壓擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（5）強(qiáng)度校核及部分零件ANSYS有限元分析。2擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)方案確定第4頁共66頁擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)方案的確定 圖1 JZS齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸的整體示意圖 缸體[2] 根據(jù)課題要求，JZS齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸，其中J指缸體與外部采用腳底式連接。液壓缸缸體的常用材料為345號(hào)無縫鋼管。因20號(hào)鋼的機(jī)械性能低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)鋼筒、缸頭。管接頭或耳軸等件需焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的35號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到HB。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，本液壓缸采用45號(hào)鋼。 缸體毛胚也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200HT350間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。[2]特殊情況下，可采用鋁合金等材料。 第5頁共66頁JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì)（1）缸體內(nèi)徑采用HH9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封時(shí)，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)。且均需研磨。[7]（2）缸體內(nèi)徑的圓度公差值可按10或11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級(jí)精度選用。[11]（3）缸體端面T的垂直度公差值可按7級(jí)精度選取。[2] （4）當(dāng)缸體浴缸頭采用螺紋連接時(shí)，螺紋應(yīng)為6級(jí)精度的公制螺紋。[2] （5）為了防止腐蝕和提高壽命，剛體內(nèi)表面應(yīng)鍍?yōu)?040的鉻層，鍍后進(jìn)行研磨或拋光。[3]缸口部分一般由密封圈、導(dǎo)向套、防塵圈和鎖緊裝置等組成，用作活塞桿的導(dǎo)向和密封等。缸孔和活塞桿直徑不同，缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同，缸蓋與缸筒的典型連接結(jié)構(gòu)有，外螺紋連接，它的外徑小，質(zhì)量輕，但結(jié)構(gòu)工藝性較差；內(nèi)半環(huán)連接，內(nèi)卡環(huán)常由三個(gè)半環(huán)組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且緊湊，拆裝也較方便，但缸壁上的環(huán)槽削弱了缸筒的強(qiáng)度；法蘭連接，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且緊湊，拆裝和加工容易。缺點(diǎn)是外形和質(zhì)量都比較大；鋼絲連接，這種連接方式的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、緊湊，已逐漸被推廣使用。值得注意的是缸蓋與缸筒的連接很少采用焊接結(jié)構(gòu)。[2] 液壓缸的缸蓋可選用345號(hào)鍛鋼或ZG3ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350第6頁共66頁鑄鐵等材料。 當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套時(shí)，缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)，應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。如果采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)向套材料則應(yīng)為耐磨鑄鐵、青銅或黃銅等。鑄鐵等材料。[2] 缸蓋的技術(shù)要求[6]（1）直徑d（基本尺寸同缸徑）、（活塞桿的緩沖孔）、（基本尺寸同活塞桿密封圈外徑）的圓柱度公差值，應(yīng)按10或11級(jí)精度選用。（2）、。（3）端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選用。（4）導(dǎo)向孔的表面粗糙度為。[1]缸筒的兩端分別與端蓋相連，構(gòu)成密閉的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)。設(shè)計(jì)缸筒的結(jié)構(gòu)時(shí)，也應(yīng)該一起加以考慮。缸筒是液壓缸的主體，其余零件裝配其上，它的結(jié)構(gòu)形式對(duì)加工和裝配有很大影響，因此其結(jié)構(gòu)必須盡量便于裝配、拆卸和維修。 缸筒與缸蓋、端蓋的連接形式很多，不少于60多種，本設(shè)計(jì)采用法蘭式連接。缸筒端部設(shè)計(jì)有法蘭，用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝拆都很方便，只是外形尺寸和重量都較大。法蘭與缸筒為整體式的多為鑄件和鑄件缸筒，加工余量較大，浪費(fèi)材料；焊接法蘭式多為鋼質(zhì)缸筒，將無縫鋼管制成的缸筒與法蘭焊接在一起，其焊縫要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。法蘭連接是液壓缸中使用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。第7頁共66頁[16]缸筒常用345號(hào)無縫鋼管，當(dāng)缸筒上需要焊接缸底、耳軸或管接頭時(shí)，多采用35號(hào)鋼管。在承受的負(fù)載很大時(shí)，如液壓支架中的立柱等，常用低合金無縫鋼管，如27SiMn和30CrMnSi等。[2]由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，減低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面。間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，減低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。所以，設(shè)計(jì)活塞時(shí)，主要任務(wù)就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式。[6] 根據(jù)密封裝置型式來選用活塞結(jié)構(gòu)型式（密封裝置則按工作條件選用）。通常分為整體活塞和組合活塞兩類（見表1）。整體活塞在活