毕业设计（论文）-螺旋摆动液压缸设计（全套图纸）

毕业设计论文全套图纸加153893706题目名称DAH40螺旋摆动液压缸设计系部机械系专业班级学生姓名指导教师讲师辅导教师讲师时间目录任务书开题报告指导教师审查意见评阅教师评语答辩会议记录中文摘要外文摘要前言11选题背景211研究目的和意义212摆动液压缸的结构形式32国内外螺旋摆动液压缸的发展趋势521课题研究的目的63液压缸的总体设计731设计思想732液压缸的分类733双螺旋副摆动液压缸的工作原理分析934螺旋摆动液压缸关键部件双螺旋副的结构设计1035螺旋摆动液压缸的密封装置设计1936螺旋摆动液压缸的整体结构设计2037本章小结234螺旋摆动液压缸的传动效率研究2441螺旋摆动液压缸传动效率的影响因素分析2442螺旋摆动液压缸结构参数与材料参数的设计总结265总结28参考文献29致谢30附录131毕业设计论文任务书系部机械系专业机械设计制造及其自动化班级学生姓名指导教师/职称/讲师1毕业设计（论文）题目DAH40螺旋摆动液压缸设计2毕业设计（论文）起止时间3毕业设计论文所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1机械设计手册编委会机械设计手册第3版北京机械工业出版社，2004082雷天觉新编液压工程手册北京北京理工大学出版社，1998123工业用液压技术手册第三版VIKERS19964濮良刚，纪名刚机械设计8版北京高等教育出版社，20065机械设计手册编委会机械设计手册第三版M北京计息工业出版社，200486杜君文机械制造技术装备及设计M1版天津大学出版社,199887陈立周机械优化设计M上海上海科学出版社,19828各种机械类学术期刊发表的相关论文（关键词摆动液压缸；螺旋式）。4毕业设计论文应完成的主要任务（1）开题报告一份；（2）毕业设计说明书一份（3）设计图纸电子档一套；（4）打印图纸一套（装配图一张，重要零件三张）。毕业设计（论文）开题报告题目名称DAH40螺旋摆动液压缸设计系部机械系专业班级学生姓名指导教师讲师辅导教师讲师开题报告时间DAH40螺旋摆动液压缸设计一、题目来源生产实际二、研究（设计）目的和意义油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于360回摆运动的液压执行元件。具有结构简单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。因此，广泛应用于工业生产各部门。其主要应用有工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构，起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人、火箭的发射装置等。它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。所以进一步研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义。通过学生自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。液压传动元件以其功率大，安装布置简便，易于受控，操作方便舒适，故障率低，便于维护等优点，非常适于结构形态多变，工作条件恶劣的农业机械的应用。几十年来，液压技术不仅在农机，机床，工程机械，建筑机械，航天航空设备等得到越来越多的应用，而且形成了庞大的市场。全世界液压元件市场销售额已超过二百亿美元，我国液压行业产值已近80亿人民币。按其重要程度计算，在国外发达国家，农机用液压元件市场份额始终属于前5名，我国农机用液压元件需求量在四百万件以上，在国内各行业中，数量最多。进入二十一世纪，液压技术在农机上的应用，呈现出快速展的势头。国外发达国家在农业现代化装备上广泛应用电子，液压，新型材料等高技术，进一步提高了农机的操纵性、舒适性、方便性和智能化水平，保护农业生态环境，为精确农业提供新的装备。我国在“十五”期间，将以实现水稻、玉米生产全过程机械化的田间作业机械、节水装备、农用配套动力和关键部件及农用运输等几个领域产品为发展的重点，进行共性关键技术攻关，包括拖拉机，联合收割机动力换档及静液压驱动技术，联合收割机电液自动化作业监测技术与控制技术。我国到2005年，60以上的重要农机产品达到国际80年代末期水平，新开发的品种70以上达到国际90年代水平，拖拉机，联合收割机等重要产品平均无故障间隔时间接近国际80年代后期及90年代初期水平，到2015年，农机综合技术水平基本接近当时的国际水平，这样，液压技术在农机上的应用，得到了契机。综上所述，在新世纪中，我国液压机械行业将有明显的进步，液压技术在农机上的应用将显出强大的生命力，为提高农机产品的技术含量，缩小与国外的差距作出重要贡献。液压传动技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置，也用于机械的模拟加工、转速控制、发动机燃料进给控制，以及车辆动力转向、主动悬挂装和制动系统，同时，也扩展到航空航天和海洋作业等领域。而液压油缸是液压传动中将液体的压力能转换成机械能，实现往复直线运动或往复摆动的执行元件，被广泛应用于各种液压机械设备中。液压油缸的设计合理性、制造质量，直接影响整个液压机械设备的使用状态，乃至整个生产系统的正常运行和生产的安全性。所以，液压油缸的合理化设计具有重要的现实意义。三、阅读的主要参考文献1刘国民,黄海东摆动液压缸机构设计的一种新方法J工程机械1998012周海强,陈道良摆动液压缸内部结构改进设计J液压气动与密封2007063刘丰彦检测液压缸的方法J工程机械与维修2000034戴东华液压缸密封的改进J机械工人冷加工2000035宋中祥特大液压缸的结构设计J制造业设计技术2000036禤有雄,郑炜,马砚英压力补偿密封式摆动液压缸J机床与液压1991017李钢摆动液压缸的典型应用J金属加工冷加工2013218孙时建,田敬刚,石明液压缸结构设计探讨J山东冶金2001039石延平,扬力大摆角螺旋摆动液压缸的设计J液压与气动19990610王云岭液控自动往复液压缸设计探讨J液压与气动20000411李广济,王军,张殿坤新型双伸缩液压缸设计J煤矿机械19990312闫宝芳液压缸设计中的几个主要问题的简述J科技风20091013郭警惕,臧传宝,王振南液压缸故障分析及维护J科技资讯20112814张占军快速液压缸原理及其优缺点J青海科技20110615陈璞,于观清工程机械中液压缸故障诊断及维修方法探讨J科技资讯20111816李静明,邓海顺液压缸结构及设计J煤矿机械200909四、国内外现状和发展趋势41国内外现状液压技术，从1795年英国制造出世界上第一台水压机诞生算起，已经有20多年的历史了，然而在工业上的真正推广使用却是20世纪中叶的事情了。第二次世界大战期间，在一些武器装备上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大的提高了武器装备的性能。同时，也加速了液压技术本身的发展。战后，液压技术迅速由军事转入民用，在机械制造、工程机械、锻压机械、冶金机械、汽车、船舶等行业中得到了广泛的应用和发展。20世纪60年代以后，原子能技术、空间技术、电子技术等的迅速发展，再次将液压技术向前推进，使其在各个工业领域得到了更加广泛的应用。现代液压技术与微电子技术、计算机技术、传感技术的紧密结合已经形成并发展成为一种包括传动、控制、检测在内的自动化技术。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善发展比例控制和伺服控制、开发数字控制技术上也有许多新成果。同时，液压元件和液压系统的计算机辅助设计CAD和测试CAT、微机控制、机电一体化、液电一体化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液压技术发展和研究的方向。继续扩大应用服务领域，采用更先进的设计和制造技术，将使液压技术发展成为内涵更加丰富完整的综合自动化技术。目前，液压技术已广泛应用于各个工业领域的技术装备上，例如机械制造、工程、建筑、矿山、冶金、船舶等机械，上至航空、航天工业，下至地矿、海洋开发工程，几乎无处不见液压技术的踪迹。液压技术的应用领域大致上可以归纳为以下几个主要方面（1）各种举升、搬运作业。尤其在行走机械和较大驱动功率的场合，液压传动已经成为一种主要方式。如起重机、起锚机等。（2）各种需要作用力大的推、挤、挖掘等作业装置。例如，各种液压机、塑料注射成型机等。（3）高响应、高精度的控制。飞机和导弹的姿态控制等装置。（4）多种工作程序组合的自动操作与控制。如组合机床、机械加工自动线。（5）特殊工作场合。例如地下水下、防爆等。42发展趋势液压油缸也是基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理实现工作目的的。目前以其可实现大范围的无级调速、体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小，易于实现自动化、过载保护以及良好的标准化、系列化、通用化特点广泛应用工程领域。当前正继续向着以下几个方面发展（1）节能近年来，由于世界能源的紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。20世纪70年代后期，德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的CMX阀。（2）与微电子、计算机技术结合20世纪80年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接装在液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。（3）运行的可靠性由于有限元法在液压元件设计中的应用，可靠性实验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等，使液压元件的寿命得到提高。由于对飞机、船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计，并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动故障检测仪表等，加强了油液的污染度控制。上述领域内的一些重要成果，使液压系统的可靠性逐年提高。（4）高度的集成化把叠加阀、集成块、插装阀以及各种控制阀集成于液压泵及液压执行元件上形成组合元件，有些还把单片机等集成在其控制机构上，达到了集机、电、液于一体的高度集成化。（5）高压、低躁声、提高密封性能等高压、高转速、低噪声组件的研究，高效滤材的研究，环保型工作介质及其相应高压液压组件的研究等也是值得注意的动向。6发展状况由于液压缸的液压系统和整体及认购方面，已经比较成熟，国内外液压缸的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压缸的性能、提高稳定性、价格效率等方面提供了可能。相比较来讲，国内液压缸的机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏技术含量高的高档液压缸，这与机电液一体化中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。在国内外液压缸产品中，按照控制系统，液压缸可分为三种类型一种是以继电器为主控原件的传统型液压缸；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压缸。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。（1）继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产（如餐具、厨具产品等），其也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内外许多液压缸厂家是以这种机型的生产能力，而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。（2）可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。随着技术的不断发展，可编程序控制器的功能更加丰富。早期的可编程序控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元（CPU），从而扩大了控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，可编程控制方式是介于继电器电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制机相比有一定差异。现在,国内有些厂家采用可编程控制器控制方式,如天津锻压机械厂有近60的产品装有PLC。通过采用PLC控制,使系统的控制性能和可靠性大大提高。国外厂家如丹麦的STENHQJ公司采用了SIEMENS的可编程控制器,实现对压力和位移的控制。（3）工业控制机控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。这种控制方式以工业控制机或单片/单板机作为主控单元，通过外围接口器件（如A/D，D/A板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制，达到精确控制的目的。421液压缸故障诊断及处理1原因和处理方法有以下几种1阀芯卡住或阀孔堵塞。当流量阀或方向阀阀芯卡住或阀孔堵塞时，液压缸易发生误动作或动作失灵。此时应检查油液的污染情况；检查脏物或胶质沉淀物是否卡住阀芯或堵塞阀孔；检查阀体的磨损情况。2活塞杆与缸筒卡住或液压缸堵塞。此时无论如何操纵，液压缸都不动作或动作甚微。这时应检查活塞及活塞杆密封是否太紧，是否进入脏物及胶质沉淀物活塞杆与缸筒的轴心线是否对中，易损件和密封件是否失效3液压系统控制压力太低。控制管路中节流阻力可能过大，流量阀调节不当，控制压力不合适，压力源受到干扰。此时应检查控制压力源，保证压力调节到系统的规定值4液压系统中进入空气。主要是因为系统中有泄漏发生。此时应检查液压油箱的液位，液压泵吸油侧的密封件和管接头，吸油粗滤器是否太脏。若如此，应补充液压油，处理密封及管接头，清洗或更换粗滤芯5液压缸初始动作缓慢。在温度较低的情况下，液压油黏度大，流动性差，导致液压缸动作缓慢。改善方法是，更换黏温性能较好的液压油，在低温下可借助加热器或用机器自身加热以提升启动时的油温。2液压缸工作时不能驱动负载主要表现为活塞杆停位不准、推力不足、速度下降、工作不稳定等其原因是1液压缸内部泄漏。液压缸内部泄漏包括液压缸体密封、活塞杆与密封盖密封及活塞密封均磨损过量等引起的泄漏活塞杆与密封盖密封泄漏的原因是，密封件折皱、挤压、撕裂、磨损、老化、变质、变形等，此时应更换新的密封件2活塞密封过量磨损的主要原因是速度控制阀调节不当，造成过高的背压以及密封件安装不当或液压油污染。其次是装配时有异物进入及密封材料质量不好。其后果是动作缓慢、无力，严重时还会造成活塞及缸筒的损坏，出现“拉缸”现象。处理方法是调整速度控制阀，对照安装说明应做必要的操作和改进；清洗过滤器或更换滤芯、液压油3液压回路泄漏。包括阀及液压管路的泄漏。检修方法是通过操纵换向阀检查并消除液压连接管路的泄漏4液压油经溢流阀旁通回油箱。若溢流阀进入脏物卡住阀芯，使溢流阀常开，液压油会经溢流阀旁通直接流回油箱，导致液压缸没油进入。若负载过大，溢流阀的调节压力虽已达到最大额定值，但液压缸仍得不到连续动作所需的推力而不动作。若调节压力较低，则因压力不足达不到仍载所需的椎力，表现为推力不够。此时应检查并调整溢流阀、液压缸活塞滑移或爬行液压缸活塞滑移或爬行将使液压缸工作不稳定。主要原因如下A、液压缸内部涩滞。液压缸内部零件装配不当、零件变形、磨损或形位公差超限，动作阻力过大，使液压缸活塞速度随着行程位置的不同而变化，出现滑移或爬行。原因大多是由于零件装配质量差，表面有伤痕或烧结产生的铁屑，使阻力增大，速度下降。例如活塞与活塞杆不同心或活塞杆弯曲，液压缸或活塞杆对导轨安装位置偏移，密封环装得过紧或过松等。解决方法是重新修理或调整，更换损伤的零件及清除铁屑。B、润滑不良或液压缸孔径加工超差。因为活塞与缸筒、导轨与活塞杆等均有相对运动，如果润滑不良或液压缸孔径超差，就会加剧磨损，使缸筒中心线直线性降低。这样，活塞在液压缸内工作时，摩擦阻力会时大时小，产生滑移或爬行。排除办法是先修磨液压缸，再按配合要求配制活塞，修磨活塞杆，配置导向套。C、液压泵或液压缸进入空气。空气压缩或膨胀会造成活塞滑移或爬行。排除措施是检查液压泵，设置专门的排气装置，快速操作全行程往返数次排气。D、密封件质量与滑移或爬行有直接关系。O形密封圈在低压下使用时，与U形密封圈比较，由于面压较高、动静摩擦阻力之差较大，容易产生滑移或爬行；U型密封圈的面压随着压力的提高而增大，虽然密封效果也相应提高，但动静摩擦阻力之差也变大，内压增加，影响橡胶弹性，由于唇缘的接触阻力增大，密封圈将会倾翻及唇缘伸长，也容易引起滑移或爬行，为防止其倾翻可采用支承环保持其稳定。3使用维护1、安装液压缸的安装形式主要分为两类一类是轴线固定式，另一类是轴线摆动式。细分为底座式、法兰式、拉杆式、轴销式、耳环式、球头式、中间球铰式、带加强筋的法兰式、及法兰底角并用式等。一般地说液压缸可随意安装在需要的地方。安装过程中应保持清洁，为防止液压缸丧失功能或过早磨损，安装时应尽量避免拉力作用，特别应使其不要承受径向力。安装管接头或有螺纹的部位时应避免挤压、撞伤。油灰、麻线之类的密封材料决不可用，会引起油液污染，从而导致液压缸丧失功能。安装液压油管时应注意避免产生扭力。2、启动液压缸用油一定要符合厂家的说明，连接液压缸之前，必须彻底冲洗液压系统。冲洗过程中，应关闭液压缸连接管。建议应连续冲洗约半个小时，然后才能将液压缸接八液压系统。3、维修保养在冲击载荷大的情况下，应密切注意液压缸支承的润滑。尤其是新系统启动后，应反复检查液压缸的功能及泄漏情况。启动后，还应检查轴心线是否对中，若不对中，则应重新调节液压缸体或机器元件中心线，实现对中。保持液压油洁净是非常重要的。注油时，要用低于60M的过滤器进行过滤。接在系统中的过滤器开始运转阶段至少每工作100H清洗一次，然后每月一次，至少每次换油时清洗一次。建议换油时全部更换新油，并将油箱彻底清洗。使用过程中，应注意做好液压缸的防松、防尘及防锈工作。长时间停用后再重新使用时，注意用干净棉布擦净暴露在外的活塞杆表面。启动时先空载运转，待正常后再挂接机具。4、贮藏作为备件的液压缸建议贮存在干燥、隔潮的地方，贮藏处不能有腐蚀物质或气体。应加注适当的防护油，最好先以该油作为介质使液压缸运行几次。当启用时，要彻底清洗掉液压缸中的防护油，建议第一次更换新油的时间间隔应比通常情况短一些。贮存过程中液压缸进、回油口应严格密封，保护好活塞杆免受机械损伤或氧化腐蚀。五、主要研究内容、关键问题及解决思路51设计应完成的主要内容螺旋摆动液压缸的概况；螺旋摆动液压缸结构方案；螺旋摆动液压缸基本参数的设计计算；螺旋摆动液压缸结构设计；52重点研究的关键问题及解决思路521重点研究的关键问题按照设计要求螺旋摆动液压缸的性能，合理地确定基本结构参数。螺旋摆动液压缸结构强度设计与校核。螺旋摆动液压缸密封、缓冲、稳定性等问题的解决。522解决思路（1）结合螺旋摆动液压缸的设计方法，计算并优选满足性能要求基本参数，并参照液压工程手册进行对比。（2）采用理论计算来校验螺旋摆动液压缸的结构强度。（3）按照螺旋摆动液压缸的密封缓冲，稳定性的设计原则并参照已有的产品结构进行设计或选型。六、完成毕业设计所必需具备的工作条件及解决的方法61推荐参考资料（1）机械设计手册编委会机械设计手册第3版北京机械工业出版社，200408（2）雷天觉新编液压工程手册北京北京理工大学出版社，199812（3）工业用液压技术手册第三版VIKERS1996（4）濮良刚，纪名刚机械设计8版北京高等教育出版社，2006（5）机械设计手册编委会。机械设计手册第三版M北京计息工业出版社，20048（6）杜君文机械制造技术装备及设计M1版天津大学出版社,19988（7）陈立周机械优化设计M上海上海科学出版社,198262完成以上论文题目的必要准备结合本次毕业设计题目DAH40螺旋摆动液压缸设计，首先我们要对摆动液压缸的相关知识进行了解，包括其原理、构造，其次我们要复习我们所学过的机械原理、机械设计、液压与气压传动等基础专业课，大牢基础知识；再者，我们要加强学习CAD、SOLIDEORKS等软件，熟悉掌握计算绘图技能，利用电脑辅助我们进行设计和检验。七、预期成果（达到目标）1）完成螺旋摆动液压缸设计方案分析；2）完成螺旋摆动液压缸相关零件强度计算；3）绘制螺旋摆动液压缸零部件图和总装配图各一套八、工作的主要阶段、进度与时间安排第5周第6周收集资料，并翻译一篇不少于2000子的外文资料，阅读文献并完成开题报告。第7周第8周进行摆动液压缸的理论分析计算。第9周第10周进行摆动液压缸的结构设计并进行结构强度设计。第11周第12周绘制摆动液压缸装配图及主要零件图。第13周第14周对摆动液压缸零件进行强度校核，并查阅资料。第15周撰写毕业论文说明书。第16周制作毕业答辩PPT，完善论文，打印论文并准备答辩。九、指导教师审查意见毕业设计论文指导教师审查意见学生姓名曹剑专业班级毕业设计论文题目DAH40螺旋摆动液压缸设计指导教师职称讲师审查日期审查参考内容毕业设计论文的研究（设计）内容、方法及结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力。毕业设计论文是否完成规定任务，是否达到了学士学位水平的要求，是否同意参加答辩等。审查意见指导教师签名评定成绩（百分制）_分毕业设计论文评阅教师评语学生姓名曹剑专业班级毕业设计论文题目DAH40螺旋摆动液压缸设计评阅教师职称讲师评阅日期评阅参考内容毕业设计论文的研究（设计）内容、方法及结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力。毕业设计论文是否完成规定任务，是否达到了学士学位水平的要求，是否同意参加答辩等。评语评阅教师签名评定成绩（百分制）_分毕业设计论文答辩记录及成绩评定学生姓名曹剑专业班级毕业设计论文题目DAH40螺旋摆动液压缸设计答辩时间年月日答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长成员二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）_分毕业设计论文最终成绩评定依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计论文评分的相关规定成绩百分制_分答辩小组组长签名秘书签名年月日系答辩委员会主任签名系盖章DAH40螺旋摆动液压缸设计学生曹剑，机械系指导教师，机械系摘要螺旋摆动液压缸相对于传统的叶片式、齿轮齿条式、链条链轮式摆动液压缸，由于其采用了特有的双螺旋副结构，具有摆动角度大、承载性能高、结构紧凑、传动效率高等优点，广泛应用在工程机械、建筑机械、农林机械等设备上。由于国外对此技术的垄断，国内在这方面的研究起步较晚，设计制造重载、高压、高可靠性、高定位精度、长寿命的螺旋摆动液压缸技术，国内尚未完全掌握。因此，从结构特性、虚拟样机技术及流体润滑方面研究，获得较优的结构参数，具有重要的理论和工程应用价值。论文主要进行了以下研究工作应用两级梯形螺旋副结构设计了摆动液压缸，进行了螺旋副的承载性能分析。确定了两级螺旋副的相关结构参数螺旋升角、螺距、导程、牙型角、公称直径、工作长度等。进行了螺旋摆动液压缸整体结构的三维虚拟装配、各零件间的干涉检验。揭示了空心螺杆与固定螺母间不同周向间隙和不同螺距油膜的压力、速度、温度分布规律。研究了周向间隙、液压油粘度、螺距、旋合长度对油膜的承载性能及油腔内泄漏的影响。以承载性能及传动效率为目标，获得了较好的螺旋副周向间隙值、螺距值、旋合长度值和液压油粘度值。揭示了两级螺旋副的结构参数和工艺参数对螺旋摆动液压缸传动效率的影响规律。建立了螺旋摆动液压缸传动的总效率模型。关键词螺旋式；摆动液压缸；流体动力润滑；间隙DAH40SPIRALSWINGHYDRAULICCYLINDERDESIGNSTUDENTCAOJIANDEPARTMENTOFMECHANICALENGINEERINGINSTRUCTORYANGQINDEPARTMENTOFMECHANICALENGINEERINGABSTRACTSPIRALSWINGHYDRAULICCYLINDERCOMPAREDWITHTRADITIONALVANE,GEARANDRACKTYPE,THECHAINSPROCKETTYPESWINGHYDRAULICCYLINDER,BECAUSEOFITSDOUBLEHELIXSTRUCTURE,USINGTHESWINGANGLEISBIG,HIGHPERFORMANCE,COMPACTSTRUCTURE,HIGHTRANSMISSIONEFFICIENCY,ETCDUETOFOREIGNTECHNOLOGYMONOPOLY,DOMESTICSTARTEDRELATIVELYLATEINTHISSTUDY,DESIGNANDMANUFACTUREOFOVERLOAD,HIGHPRESSURE,HIGHRELIABILITY,HIGHPRECISION,LONGLIFEOFSPIRALSWINGHYDRAULICCYLINDERTECHNOLOGY,DOMESTICHASNOTBEENFULLYMASTEREDTHEREFORE,FROMTHESTRUCTURALCHARACTERISTICS,THEVIRTUALPROTOTYPETECHNOLOGYANDFLUIDLUBRICATIONRESEARCH,TOOBTAINTHEOPTIMALSTRUCTUREPARAMETERS,ISOFIMPORTANTTHEORETICALANDENGINEERINGAPPLICATIONVALUETHESISMAINLYCONDUCTEDTHEFOLLOWINGRESEARCHWORKAPPLICATIONOFTWOLEVELSOFTRAPEZOIDALSCREWPAIROFSWINGINGHYDRAULICCYLINDERSTRUCTUREDESIGN,THEBEARINGCAPACITYOFSCREWPAIRANALYSISDETERMINETHERELATEDSTRUCTURALPARAMETERSOFTWOSTAGESCREWPAIRLEAD,HELIXANGLE,PITCH,TOOTHTYPEANGLE,NOMINALDIAMETER,LENGTHETCTHEWHOLESTRUCTUREOFTHESPIRALSWINGHYDRAULICCYLINDEROF3DVIRTUALASSEMBLY,INTERFERENCEBETWEENTHEVARIOUSPARTSOFINSPECTIONREVEALSTHEHOLLOWSCREWWITHAFIXEDNUTANDDIFFERENTCIRCUMFERENTIALCLEARANCEBETWEENDIFFERENTPITCHOFTHEOILFILMPRESSURE,SPEED,TEMPERATUREDISTRIBUTIONBEARINGPERFORMANCEANDTRANSMISSIONEFFICIENCYASTHEGOAL,TOGETTHEBETTERSCREWPAIROFCIRCUMFERENTIALCLEARANCEVALUE,PITCH,SCREWLENGTHVALUEANDTHEHYDRAULICOILVISCOSITYVALUESREVEALSTHETWOLEVELSOFSTRUCTUREPARAMETERSANDTECHNOLOGICALPARAMETERSOFSCREWPAIRTOSCREWTHEINFLUENCELAWOFSWINGINGHYDRAULICCYLINDERTRANSMISSIONEFFICIENCYTHEESTABLISHMENTOFASPIRALSWINGHYDRAULICCYLINDERDRIVETOTALEFFICIENCYMODELKEYWORDSSPIRALSWINGHYDRAULICCYLINDER,HYDRODYNAMICLUBRICATION,CLEARANCEDAH40螺旋摆动液压缸设计前言近年来，随着制造设备、加工工艺、材料等的技术发展，特别是电子技术、测量技术的飞速发展，液压技术在高压化、大流量、高可控性、高响应、对环境的适应性，以及节能等方面得到了快速发展，满足了用户对液压技术提出的越来越高的要求。传统叶片式摆动液压缸的摆角受限，齿轮齿条摆动液压缸由于齿轮轴的摆动角度与齿条的长度成正比，因此此轮轴的摆角可以任意选择，并能大于3600，而且可以输出大扭矩。出轮齿条摆动缸广泛用于钢铁、轻工、军事、环保、水电等领域，如炼钢厂中包倾翻摆动缸、高线厂回转臂摆动缸、军舰减速摆动缸、清洁车用摆动缸、阀门开启摆动缸等。前言液压传动元件以其功率大，安装布置简便，易于受控，操作方便舒适，故障率低，便于维护等优点，非常适于结构形态多变，工作条件恶劣的农业机械的应用。液压传动的基本原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件缸或马达把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。几十年来，液压技术不仅在农机，机床，工程机械，建筑机械，航天航空设备等得到越来越多的应用，而且形成了庞大的市场。全世界液压元件市场销售额已超过二百亿美元，我国液压行业产值已近80亿人民币而液压油缸是液压传动中将液体的压力能转换成机械能，实现往复直线运动或往复摆动的执行元件，被广泛应用于各种液压机械设备中。液压油缸的设计合理性、制造质量，直接影响整个液压机械设备的使用状态，乃至整个生产系统的正常运行和生产的安全性。所以，液压油缸的合理化设计具有重要的现实意义。通过本次毕业设计，可以对我们进行综合的工程设计训练，综合检验所学的基本理论和专业知识，锻炼实际动手能力和解决问题。1选题背景11研究目的和意义液压传动元件以其功率大，安装布置简便，易于受控，操作方便舒适，故障率低，便于维护等优点，非常适于结构形态多变，工作条件恶劣的农业机械的应用。几十年来，液压技术不仅在农机，机床，工程机械，建筑机械，航天航空设备等得到越来越多的应用，而且形成了庞大的市场。全世界液压元件市场销售额已超过二百亿美元，我国液压行业产值已近80亿人民币。按其重要程度计算，在国外发达国家，农机用液压元件市场份额始终属于前5名，我国农机用液压元件需求量在四百万件以上，在国内各行业中，数量最多。进入二十一世纪，液压技术在农机上的应用，呈现出快速发展的势头。选题背景国外发达国家在农业现代化装备上广泛应用电子，液压，新型材料等高技术，进一步提高了农机的操纵性、舒适性、方便性和智能化水平，保护农业生态环境，为精确农业提供新的装备。我国在“十五”期间，将以实现水稻、玉米生产全过程机械化的田间作业机械、节水装备、农用配套动力和关键部件及农用运输等几个领域产品为发展的重点，进行共性关键技术攻关，包括拖拉机，联合收割机动力换档及静液压驱动技术，联合收割机电液自动化作业监测技术与控制技术。我国到2005年，60以上的重要农机产品达到国际80年代末期水平，新开发的品种70以上达到国际90年代水平，拖拉机，联合收割机等重要产品平均无故障间隔时间接近国际80年代后期及90年代初期水平，到2015年，农机综合技术水平基本接近当时的国际水平，这样，液压技术在农机上的应用，得到了契机。综上所述，在新世纪中，我国液压机械行业将有明显的进步，液压技术在农机上的应用将显出强大的生命力，为提高农机产品的技术含量，缩小与国外的差距作出重要贡献。液压传动技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置，也用于机械的模拟加工、转速控制、发动机燃料进给控制，以及车辆动力转向、主动悬挂装和制动系统，同时，也扩展到航空航天和海洋作业等领域。而液压油缸是液压传动中将液体的压力能转换成机械能，实现往复直线运动或往复摆动的执行元件，被广泛应用于各种液压机械设备中。液压油缸的设计合理性、制造质量，直接影响整个液压机械设备的使用状态，乃至整个生产系统的正常运行和生产的安全性。所以，液压油缸的合理化设计具有重要的现实意义。图11安装了摆动液压缸的机械设备12摆动液压缸的结构形式摆动液压缸是输出轴能做往复摆动的液压缸执行软件，输入量是压力和流量，输出量是扭矩、角速度和角位移（摆角），能使输出轴在较低的转速下产生很大的扭矩、平稳的角速度和角位移。按摆动液压缸内部结构的不同，可将其分为两大类型叶片式和活塞式。其中叶片式又分为单叶片和双叶片，叶片式摆动液压缸以其结构简单，加工制造相对容易而得到应用，但具有摆动角度小，转动效率低等缺点。活塞式可分为齿轮齿条式、活塞螺旋式、链式、曲柄连杆式、来复式等类型，后面三种因为其结构的笨重，安装使用不便，摆动精度低，输出扭矩小等方面的原因，基本很少在工程上应用。各种结合形式摆动液压缸的主要特点如下1）叶片式结构螺旋叶片式摆动液压缸的特征就是它内部有一个固定的装置叶片。叶片固定在外壳上，活塞部分则固定在驱动轴上。叶片式摆动缸结构紧凑，单叶片摆动液压缸往复摆动运动。另外叶片式摆动液压缸承载能力小，工作腔的密封困难、内泄漏较大，导致容积效率低，工作压力难以进一步提高，所以叶片摆动液压缸的用途受到很大限制，常用于伺服回转台等低压机构【16】。2）齿轮齿条式结构为了获得更大的输出扭矩，就需要采用体积相比活塞螺旋式、叶片式摆动液压缸等大很多的齿轮齿条摆动液压缸。齿轮齿条式摆动液压缸的工作原理是通过液压油的加载作用，给齿条活塞一定的动力，带动齿条运动，并通过与齿条啮合的齿轮执行摆动运动，从而将油缸活塞的直线往复运动通过齿条带动齿轮，转化成齿轮轴的正反向摆动，同时将液压油作用在活塞上的推力转化成齿轮轴的输出扭矩。齿轮齿条摆动缸特别适用于传递大的扭矩。由于齿轮轴的摆动角度与齿条的长度成正比，因此齿轮轴的摆角可以任意选择，可以大于3600。但摆动角度越大，齿条越长，结构越臃肿。传递完全相同的扭矩和摆动角度，齿轮齿条式摆动液压缸所占的空间与叶片式摆动液压缸相比要更庞大，因此限制了齿轮齿条摆动液压缸的使用与推广。而活塞螺旋式摆动液压缸相比叶片式而言，则更加紧凑。2国内外螺旋摆动液压缸的发展趋势从国外发明的专利情况看，摆动液压缸的发展经历了叶片式，而后到齿轮齿条式、链条链轮式，到现在广泛应用的螺旋式。转动扭矩得到进一步提高，摆动角度越来越大，转动效率越来越高，定位精度越来越准确。我们国家还是停留在叶片式和齿轮式，比发达国家落后几十年。国内外螺旋摆动液压缸的发展趋势液压油缸也是基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理实现工作目的的。目前以其可实现大范围的无级调速、体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小，易于实现自动化、过载保护以及良好的标准化、系列化、通用化特点广泛应用工程领域。当前正继续向着以下几个方面发展（1）节能近年来，由于世界能源的紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。20世纪70年代后期，德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的CMX阀。（2）与微电子、计算机技术结合20世纪80年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接装在液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。（3）运行的可靠性由于有限元法在液压元件设计中的应用，可靠性实验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等，使液压元件的寿命得到提高。由于对飞机、船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计，并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动故障检测仪表等，加强了油液的污染度控制。上述领域内的一些重要成果，使液压系统的可靠性逐年提高。（4）高度的集成化把叠加阀、集成块、插装阀以及各种控制阀集成于液压泵及液压执行元件上形成组合元件，有些还把单片机等集成在其控制机构上，达到了集机、电、液于一体的高度集成化。（5）高压、低躁声、提高密封性能等高压、高转速、低噪声组件的研究，高效滤材的研究，环保型工作介质及其相应高压液压组件的研究等也是值得注意的动向。21课题研究的目的合理、正确的设计液压油缸是设计和制造液压设备的基础和保证，同时，也是很好的对整个学习期间专业知识的总结，提高对专业知识的综合利用能力为在实际的工作岗位上打下坚实的专业基础。3液压缸的总体设计31设计思想基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理，结合实际工作中的工况条件和要求，在完成了工况分析、负载计算以及选定工作压力的基础上进行设计。液压传动是利用帕斯卡原理，即在密闭容积内，施加在静止液体边界上的压力，在液体内可以向所有方向等值地传递到液体各点。液压缸的总体设计液压传动的基本原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件缸或马达把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。32液压缸的分类液压缸主要分单作用液压缸，双作用液压缸，缓冲式液压缸，多级液压缸，等，具体分类如表1表1液压缸的分类类别名称图形符号说明双作用无缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力。活塞在行程终了时不减速不可调单向缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力。活塞在一侧形成终了时减速制动，其减速值不可调。另一侧行程终了时不减速双作用液压缸不可调双向缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力，活塞在双侧行程终了时均减速制动，其减速值不可调类别名称图形符号说明单作用活塞液压缸（无弹簧）活塞仅作单向外伸运动，其反向内缩运动由外力来完成单作用活塞液压缸（弹簧回程）活塞仅作单向运动，其反向运动由弹簧力来完成单作用伸缩液压缸（单作用多级液压缸）有多个单向依次外伸运动的活塞（柱塞），各活塞（柱塞）逐次运动时，其运动速度和推力均是变化的。其反向内缩运动由外力来完成单作用液压缸单作用柱塞液压缸柱塞仅作单向外伸运动，其反向内缩运动由外力来完成。其工作行程比单作用活塞液压缸长可调单向缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力。活塞在一侧形成终了时减速制动，其减速值可调。另一侧行程终了时不减速可调双向缓冲式液压缸活塞作双向运动，并产生推，拉力，活塞在双侧行程终了时均减速制动，其减速值可调双活塞杆液压缸活塞两端杆径相同，活塞作正，反运动时，其运动速度和推（拉）力均相等双作用伸缩液压缸（双作用多级液压缸）有多个双向依次运动的活塞，各活塞逐次运动时，其运动速度和推，拉力均是变化的以上列出的是常见的液压缸分类，未包括一些结构或用途特殊的液压缸。33双螺旋副摆动液压缸的工作原理分析表21摆动液压缸主要技术性能参数表最大理论扭矩最大工作压力最大径向载荷最大轴向载荷MNTMPANFRNFA34021297610000双螺旋副（两级螺旋副）摆动液压缸工作原理如图21所示，主要有输出螺杆、缸体、空心螺杆、固定螺母、推力轴承等零件组成。空心螺杆和输出螺杆构成第一级螺旋副，空心螺杆和固定螺母构成第二级螺旋副。通过这两级螺旋副，将进口的液压油压力装换成扭矩输出，并通过调整进油口和出油口的油差，即可实现输出螺杆的正向旋转和反向旋转，从而实现大角度摆动运动。空心螺杆由于既和输出螺杆形成螺旋副，也和固定螺母形成螺旋副，则在空心螺杆的外圆面加工外螺旋，也在其内圆面加工内螺旋。空心螺杆既做直线运动也做旋转运动，运动频繁，为提高其耐磨性，内螺旋部分可使用青铜材料，外螺旋部分使用高强钢保证其强度，青铜和高强钢可通过螺纹紧固或过盈配合装配成一个整体。在双螺旋摆动液压缸内部，由空心螺杆及密封圈分成前后独立的两腔。当P1进油口，P2为出油口时，即液压缸左腔的压力大于右腔的压力是，空心螺杆被推动想右运动，由于空心螺杆与固定螺母的啮合作用，空心螺杆既作轴向直线运动，也做逆时针旋转运动。同时空心螺杆与输出螺杆也是一级螺旋副啮合（螺旋方向与空心螺杆和固定螺母的螺旋副相反），空心螺杆的旋转运动传递给了输出螺杆，同时空心螺杆的向右轴向运动也带动螺杆作逆时针旋转运动，通过两级螺旋副的放大作用，只要较小的工作行程，就可以得到较大的输出旋转角度。反之，当液压油右腔压力大于左腔压力时，螺旋摆动液压缸主轴运动方向相反。如此，控制液压油进出油口压力差，将可以控制螺旋摆动液压缸输出螺杆的旋转方向，实现设计要求。图31双螺旋副摆动液压缸机构简图34螺旋摆动液压缸关键部件双螺旋副的结构设计341双螺旋副力学承载性能分析图34为螺旋摆动液压缸的输出扭矩计算简图。摆动液压缸内既作直线运动又作旋转运动的部件为空心螺杆，作用于空心螺杆上的液压力P必须克服固定螺母对空心螺杆正压力N的水平分力F1、摩擦力NU的水平力F2，才能推动空心螺杆沿螺旋线方向转动。图32扭矩计算简图由静力平衡的原理的（31）SINCOSINCO21UNUNFP即为（3SICP2）式中为螺旋升角（DEG）,使空心螺杆旋转的圆周力T1及阻力T2分别为（3SIN1NT3）（34）COS2U其扭转力为（3COSSIN1UNT5）用表示空心螺杆的平均直径（MM）则摆动液压缸的输出扭矩为1DMNM（32COSSIN211DUNDTM6）将式（32）代入（36），则得（37）TAN2TAN12SINCOI11PPSDUPDUP式中螺旋升角（DEG）螺旋副的摩擦角（DEG）P空心螺杆的有效受压面积S2M液压缸中油的压力PMPA式（37）中仅仅考虑了螺旋副的摩擦损失，在用它计算旋转油缸的实际输出扭矩时，还应该考虑液压缸中另一腔中的背压影响以及轴承等其他机械摩擦损失所带来的影响。（1）摆动液压缸的理论输出扭矩令式（37）中的P0就可以得出旋转油缸的理论输出扭矩（3TAN21PSDM8）螺旋副的机械效率为液压缸的实际输出扭矩与理论扭矩之比，即TANTA2N1PPSD（2）角速度与理论流量的关系310T1L311LSQ59260式中液压缸螺纹的导程LM液压缸活塞面积S2要求输出的角速度/SRAD理论所需流量Q3M342双螺旋副的主要结构参数确定滑动螺旋的螺纹通常有梯形、锯齿形、矩形和渐开线等几种，梯形在工程应用中最广，本课题选择梯形螺纹进行设计。对于传力螺纹，螺旋副的主要失效形式是螺旋表面的磨损、螺杆的拉断（或受压时丧失稳定）或剪断以及螺纹牙根部的剪断和弯断。对于传导螺旋，失效形式主要是由于磨损而产生的过大间隙或变形造成运动精度下降。摆动液压缸里的螺旋副主要是传递扭矩，属于传力螺旋，则按传力螺旋的设计要求进行结构参数确定。螺旋的参数主要包含螺旋的三