【導讀】指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?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頁共 66頁 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，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，滿足了用戶對液壓技術(shù)提出的越來越高的要求。 傳統(tǒng)葉片式擺動缸的擺角受限，齒輪齒條擺動液壓缸由于齒輪軸的擺動角度與齒條的長度成正比，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缸、高線廠回轉(zhuǎn)臂擺動缸、軍艦減搖擺動缸、清掃車用擺動缸、閥門開啟擺動缸等。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，可以對我們進行綜合的工程設(shè)計訓練，綜合檢驗所學的基本理論和專業(yè)知識，鍛煉實際動手能力和解決問題的能力。 齒輪齒條擺動液壓缸的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 [11] JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 4頁共 66頁 在國內(nèi)，液壓缸這一塊的市場制高點一直被發(fā)達國家占據(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，和國外的同等缸比起來，市場競爭力要弱。特別是密封問題，一直是國產(chǎn)液壓缸最令人頭痛的。 但是 ,隨著科學技術(shù)的發(fā)展，打破常規(guī) ,引入新的理念進行設(shè)計 ,以人為本，設(shè)計首先考慮安全可靠，其次是操作省力、簡便，再者是外觀；采用新材料開發(fā)齒輪齒條擺動液壓缸產(chǎn)品，使齒輪齒條擺動液壓缸產(chǎn)品在性能及特殊用途上達到突破；探索新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新標準等，研制高技術(shù)含量、高參 數(shù)、耐強腐蝕、高壽命的齒輪齒條擺動液壓缸產(chǎn)品。 本文的研究內(nèi)容 主要研究內(nèi)容： （ 1）齒輪齒條液壓擺動缸的概況； （ 2）齒輪齒條液壓擺動缸結(jié)構(gòu)方案； （ 3）齒輪齒條液壓擺動缸基本參數(shù)的設(shè)計計算； （ 4）齒輪齒條液壓擺動缸結(jié)構(gòu)設(shè)計； （ 5）強度校核及部分零件 ANSYS 有限元分析。 2 擺動缸結(jié)構(gòu)方案確定擺動缸結(jié)構(gòu)方案的確定 第 5頁共 66頁 圖 1 JZS 齒輪齒條擺動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號無縫鋼管。因 20號鋼的機械性能低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當鋼筒、缸頭。管接頭或耳軸等件需焊接時，則應(yīng)采用焊接性能較好的 35 號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用 45 號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285 HB。根據(jù)設(shè)計需求，本液壓缸采用 45號鋼。 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 間的幾個牌號或球墨鑄鐵。 [2] 特殊情況下，可采用鋁合金等材料。 JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 6頁共 66頁 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：當活塞采用橡膠密封時， Ra 為~ m? ，當活塞用活塞環(huán)密封時， 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級精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按 8級精度選用。 [11] （ 3）缸體端面 T的垂直度公差值可按 7級精度選取。 [2] （ 4）當缸體浴缸頭采用螺紋連接時，螺紋應(yīng)為 6級精度的公制螺紋。 [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，鍍后進行研磨或拋光。 [3] 缸蓋的連接 缸口部分一般由密封圈、導向套、防塵圈和鎖緊裝置等組成，用作活塞桿的導向和密封等。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)常由三個半環(huán)組成，其結(jié)構(gòu)簡單而且緊湊，拆裝也較方便，但缸壁上的環(huán)槽削弱了缸筒的強度；法蘭連接，特點是結(jié)構(gòu)簡單而且緊湊，拆裝和加工容易。缺點是外形和質(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 號鍛鋼或 ZG3 ZG45 鑄鋼或 HT200、 HT300、 HT350JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 7頁共 66頁 鑄鐵等材料。 當缸蓋本身又是活塞桿的導向套時，缸蓋最好選用鑄鐵。同時，應(yīng)在導向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。如果采用在缸蓋中壓入導向套的結(jié)構(gòu)時，導向套材料則應(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級精度選用。 （ 4）導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)計缸筒的結(jié)構(gòu)時，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)計采用法蘭式連接。缸筒端部設(shè)計有法蘭，用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，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，其焊縫要進行強度計算。法蘭連接是液壓缸中使用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 8頁共 66頁 缸筒的材料 [16] 缸筒常用 3 45 號無縫鋼管，當缸筒上需要焊接缸底、耳軸或管接頭時， 多采用 35 號鋼管。在承受的負載很大時，如液壓支架中的立柱等，常用低合金無縫鋼管， 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滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，減低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面 。間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，減低容積效率，使液壓缸達不到要求的設(shè)計性能。 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)計活塞時，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）。 整體活塞在活塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲。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。隨著耐磨的導向環(huán)大量的使用，多數(shù)密封圈與導向環(huán)聯(lián)合使用，大大減低了活塞加工成本（見 表 2）。 JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 9頁共 66頁 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選擇。（見 表 3） JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 10頁共 66頁 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。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 11頁共 66頁 活塞的技術(shù)要求 [6] （ 1）活塞外徑 AL? 對內(nèi)孔 1D 的徑向跳動公差值，按 8級精度選取。 （ 2）端面 T 對內(nèi)徑 1D 軸線的垂直度公差值，應(yīng)按 7級精度選取。 （ 3）外徑 AL? 的圓柱度公差值，按 10 級精度選取。 活塞桿 活塞桿結(jié)構(gòu)圖 （ 表 4） 表 4 活塞桿結(jié)構(gòu)圖JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 12頁共 66頁 活塞桿的材料 活塞桿是油缸的主要傳力零件，必須有足夠的強度和剛性?；钊麠U有空心和實心兩種結(jié)構(gòu)?？招幕钊麠U的一端留有透氣孔，使焊接和熱處理時能排出熱氣。實心活塞桿的材料多用 3 45 號鋼，空心活塞桿一般用 3 45 號無縫鋼管。有特殊用途的油缸（如液壓支架）應(yīng)按照使用條件來選定材料、結(jié)構(gòu)和尺寸?；钊麠U頭部與工作機械的連接，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 HRC45~ 55。 （ 2）活塞桿 MM? 和 m? 的圓度公差值，按 10 或 11 級精度選取。 （ 3）活塞桿 MM? 的圓周度公差值，應(yīng)按 8級精度選取。 （ 4）活塞桿 MM? 對 1d 的徑向徑向跳動公差值，應(yīng)為 。 （ 5）端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7級精度選取。 （ 6）活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6級精度加工；如載荷較小，機械振動也較小時，允許按 7級或 8 級精度制造。 （ 7）活塞桿上若有連接銷孔時，該孔徑應(yīng)按 H11 級加工。該孔軸線與活塞桿軸線的垂直度公差值，按 6 級精度選取。 活塞桿的導向、密封和防塵 [6] 導向套 （ 1）導向套的結(jié)構(gòu) 其結(jié)構(gòu)見下表 5JZS125360176。齒輪齒條擺動液壓缸設(shè)計 第 13頁共 66頁 表 5導向套的結(jié)構(gòu)表 （ 2）導向套的材料 導向套常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。 （ 3）導向套的技術(shù)要求 導向套內(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干摩擦，摩擦阻力大，往往導致密封唇過早磨損。因此，近年來較多選用組合式密封圈，如 K型斯特封（見圖 2），它由兩個不同元件組成：一個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、啟動時無爬行、極低的泄漏量和抗磨損等特點。JZS125360176。齒輪齒