【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作。了明確的說(shuō)明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。

　　

【正文】 tural 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前言 第 3頁(yè)共 66頁(yè) 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 Analysis 1 前言 選題的意義 [11] 近年來(lái)，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(lái)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 0360 ，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(chē)用擺動(dòng)缸、閥門(mén)開(kāi)啟擺動(dòng)缸等。 通過(guò)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(zhuān)業(yè)知識(shí)，鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。 齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 [11] JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 4頁(yè)共 66頁(yè) 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(lái)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力要弱。特別是密封問(wèn)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(kāi)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。 本文的研究?jī)?nèi)容 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)方案確定擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)方案的確定 第 5頁(yè)共 66頁(yè) 圖 1 JZS 齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸的整體示意圖 缸體 [2] 缸體與外部的連接 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。 缸體的材料 液壓缸缸體的常用材料為 3 45號(hào)無(wú)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241~285 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 HT200~ HT350 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。 JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 6頁(yè)共 66頁(yè) 缸體的技術(shù)要求 （ 1）缸體內(nèi)徑采用 H H9 配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封時(shí)， Ra 為~ m? ，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)， Ra為 ~ m? 。且均需研磨。 [7] （ 2）缸體內(nèi)徑 AL? 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)?30~ 40 m? 的鉻層，鍍后進(jìn)行研磨或拋光。 [3] 缸蓋的連接 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] 缸蓋 的材料 液壓缸的缸蓋可選用 3 45 號(hào)鍛鋼或 ZG3 ZG45 鑄鋼或 HT200、 HT300、 HT350JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 7頁(yè)共 66頁(yè) 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）、 2D （活塞桿的緩沖孔）、 3D （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） 2D 、 3D 與 d的同軸度公差值為 。 （ 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 m? 。 缸筒 缸筒的連接 [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(lái)。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(wú)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。JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 8頁(yè)共 66頁(yè) 缸筒的材料 [16] 缸筒常用 3 45 號(hào)無(wú)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(wú)縫鋼管， 如 27SiMn 和 30CrMnSi 等。 活塞的安裝要求 [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(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)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(guò)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。 活塞結(jié)構(gòu)形式 [6] 根據(jù)密封裝置型式來(lái)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(lèi)（見(jiàn) 表 1）。 整體活塞在活塞圓周上開(kāi)溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但給活塞的加工帶來(lái)困難，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封形式?jīng)Q定。組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)大量的使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大減低了活塞加工成本（見(jiàn) 表 2）。 JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 9頁(yè)共 66頁(yè) 表 1 活塞結(jié)構(gòu)型式 表 2 活塞聯(lián)接型式 活塞的密封形式 [6] 密封形式與活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用和不同工作壓力來(lái)選擇。（見(jiàn) 表 3） JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 10頁(yè)共 66頁(yè) 表 3 活塞密封型式 活塞的材料 [21] 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵 (HT300、 HT350)、鋼（有的在外徑上套有尼龍 6尼龍 1010 或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)）及鋁合金等。JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 11頁(yè)共 66頁(yè) 活塞的技術(shù)要求 [6] （ 1）活塞外徑 AL? 對(duì)內(nèi)孔 1D 的徑向跳動(dòng)公差值，按 8級(jí)精度選取。 （ 2）端面 T 對(duì)內(nèi)徑 1D 軸線的垂直度公差值，應(yīng)按 7級(jí)精度選取。 （ 3）外徑 AL? 的圓柱度公差值，按 10 級(jí)精度選取。 活塞桿 活塞桿結(jié)構(gòu)圖 （ 表 4） 表 4 活塞桿結(jié)構(gòu)圖JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 12頁(yè)共 66頁(yè) 活塞桿的材料 活塞桿是油缸的主要傳力零件，必須有足夠的強(qiáng)度和剛性?；钊麠U有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)?？招幕钊麠U的一端留有透氣孔，使焊接和熱處理時(shí)能排出熱氣。實(shí)心活塞桿的材料多用 3 45 號(hào)鋼，空心活塞桿一般用 3 45 號(hào)無(wú)縫鋼管。有特殊用途的油缸（如液壓支架）應(yīng)按照使用條件來(lái)選定材料、結(jié)構(gòu)和尺寸?；钊麠U頭部與工作機(jī)械的連接，根據(jù)不同的要求，選擇符合要求的結(jié)構(gòu)型式 。 [5] 活塞桿的技術(shù)要求 [9] （ 1）活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229~ 285HB，在再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá) HRC45~ 55。 （ 2）活塞桿 MM? 和 m? 的圓度公差值，按 10 或 11 級(jí)精度選取。 （ 3）活塞桿 MM? 的圓周度公差值，應(yīng)按 8級(jí)精度選取。 （ 4）活塞桿 MM? 對(duì) 1d 的徑向徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為 。 （ 5）端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7級(jí)精度選取。 （ 6）活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6級(jí)精度加工；如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按 7級(jí)或 8 級(jí)精度制造。 （ 7）活塞桿上若有連接銷(xiāo)孔時(shí)，該孔徑應(yīng)按 H11 級(jí)加工。該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按 6 級(jí)精度選取。 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 [6] 導(dǎo)向套 （ 1）導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 其結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表 5JZS125360176。齒輪齒條擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì) 第 13頁(yè)共 66頁(yè) 表 5導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)表 （ 2）導(dǎo)向套的材料 導(dǎo)向套常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。 （ 3）導(dǎo)向套的技術(shù)要求 導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合，一般取為 H8/f9（或 H9/f9），其表面粗糙度為 ~ m? 。 活塞桿的密封與防塵 以往活塞桿的密封多用 O 型密封圈，窄斷面 Y 形密封圈 V 形密封圈。這些密封圈。這些密封形式由于活塞桿與密封件之間時(shí)干摩擦，摩擦阻力大，往往導(dǎo)致密封唇過(guò)早磨損。因此，近年來(lái)較多選用組合式密封圈，如 K型斯特封（見(jiàn)圖 2），它由兩個(gè)不同元件組成：一個(gè)是用聚四氟乙烯加入青銅填料制造的階梯形密封圈（主密封件），另一個(gè)是 O 形密封圈（彈性元件和副密封圈作用）。組合式密封圈（ K 型斯特封）具有低摩擦阻力、啟動(dòng)時(shí)無(wú)爬行、極低的泄漏量和抗磨損等特點(diǎn)。JZS125360176。齒輪齒