裝甲車水上轉向系統(tǒng)液壓擺動油缸及液壓系統(tǒng)設計機械CAD圖紙

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1、摘 要 本設計主要是對水陸兩用的裝甲車在水中浮動時的驅動裝置進行設計，采用液壓擺動油缸能夠節(jié)省空間，減輕重量，借助于控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)其良好的運轉。在整個系統(tǒng)中，水門的工作性質決定了對控制的當前優(yōu)先性，在操作的時候主要是實現(xiàn)擺動油缸的正反轉的問題，通過對擺動油缸的機構設計，實現(xiàn)擺動液壓油缸需要的轉動角度。在油缸的結構中，設計了兩塊葉片和兩個定位擋塊，通過定位擋塊的限位作用，保證葉片在0~90度的范圍內轉動，同時設計兩個葉片也有利于擺動液壓油缸的內部平衡。對于方案的可行性，通過一系列的計算驗證是可行的，在現(xiàn)實中有一定的實際意義,能夠用于實際生產。 關鍵詞擺動液壓油缸；驅動裝置；葉片；定位

2、擋塊 Abstract The thesis discusses the design of amphibious armored vehicles ' drive device,when is floating in the water.It can save space ,reduce weight when we use Hydraulic oscillating cylinder ,and achieve its good functioning by the use of control systerm.throughout the systerm,the work na

3、ture of the Watergate decides the current priorities,it mainly focuses on the rotating direction of the tank ,when is swinging in the operation.through the structure design of swinging tank,it can achieve rotation angle of Hydraulic oscillating cylinder,which is needed.In the structure of tank,I des

4、ign two leaves and two located blocks，it can assure the leaves'rotation in the scope of 0-90°,and meanwhile the two design leaves are alconducive to swing cylinder's inte For the feasibility of the program,we can use a series of calculation,which is proved to be feasible,and there are certain pr

5、atical significance too,which can be used for actual productio. Keywords：Hydraulic oscillating cylinder,drive device,leaves,located block 目 錄 1.緒論1 1.1 課題的研究背景及發(fā)展狀況..............................................................................1 1.2 兩棲裝甲車輛概述....................................

6、..........................................................1 1.2.1 兩棲裝甲車輛的問世及發(fā)展概況............................................................2 1.2.2 兩棲裝甲車的結構及戰(zhàn)技性能................................................................3 1.2.3 兩棲裝甲車的未來發(fā)展趨勢....................................................

7、................5 1.3 水上轉向系統(tǒng)概述..............................................................................................5 1.4液壓擺動油缸概況...............................................................................................6 1.5液壓系統(tǒng)概敘......................................................

8、.................................................7 1.6液壓系統(tǒng)設計的基本要求：...............................................................................9 2.系統(tǒng)設計方案10 2.1擺動液壓缸的設計概況：.................................................................................10 2.2原設計方案相應工作元件的性能特點：....................

9、.....................................10 2.3設計參數(shù)：.........................................................................................................13 2.4所設計的擺動液壓油缸技術數(shù)據.....................................................................13 3.油缸的整體設計14 3.1缸體設計................................

10、.............................................................................14 缸體端部聯(lián)接結構14 3.1.2 缸體的材料14 缸體的技術要求（附圖）16 3.1.4 鑄造方法：17 3.1.5 缸體的外觀視圖：17 3.2缸蓋.....................................................................................................................17 3.2.1 缸蓋的材料17 3.2

11、.2 缸蓋的內外側外觀視圖17 缸蓋的技術要求（取左端蓋設計如圖）18 3.3軸與回轉葉片.....................................................................................................19 設計方案的提出：19 設計方案一19 設計方案二21 對兩個方案的比較：22 方案二葉片軸外觀圖：22 關于液壓缸的軸與葉片等計算：23 3.4止擋....................................................................

12、.................................................24 材料24 技術要求：25 3.5支撐板.................................................................................................................25 材料:25 3.6螺紋聯(lián)接...............................................................................................

13、..............26 3.7鍵聯(lián)接.................................................................................................................27 3.8密封的設計與選用原則.....................................................................................27 .基本要求：28 3.8.2.影響密封性能的因素:28 3.8.3.密封件的設計選用原則：28 密封件的設計

14、選用28 4.葉片軸的加工工藝規(guī)程30 4.1機械加工工藝規(guī)程的作用.................................................................................30 4.2. 毛坯分析..........................................................................................................30 4.3定位基準的選擇和加工順序的安排..........................................

15、.......................30 4.4工藝過程分析.....................................................................................................31 4.5加工階段的劃分.................................................................................................31 4.6工序順序的安排及制造工藝過程...............................

16、......................................32 5．液壓油路設計34 6．基于AVR單片機系統(tǒng)控制的方法設計35 6.1 控制系統(tǒng)的整體構成......................................................................................35 6.2 系統(tǒng)的控制方法概敘......................................................................................36 6.3 由脈沖信號計算出發(fā)動

17、機的轉速..................................................................36 系統(tǒng)控制方案的設計37 數(shù)字濾波方法的選擇37 6.4控制芯片的選擇和設計.....................................................................................38 7.系統(tǒng)硬件設計39 7.1 硬件電路的設計...........................................................................

18、.....................39 輸入電路設計39 輸出電路的設計40 單片機外圍電路的設計40 7.1.4 電源模塊設計40 系統(tǒng)供電、上電復位和A/D轉換濾波電路的設計41 編程接口電路設計42 其他說明42 7.2 系統(tǒng)硬件可靠性設計........................................................................................43 電路與集成芯片去耦43 電路兼容設計43 7.3電路圖............................................

19、.....................................................................44 7.4系統(tǒng)PCB版設計采用.........................................................................................44 7.5 3D 實物圖..........................................................................................................45 8

20、. 系統(tǒng)軟件的設計46 8.1系統(tǒng)軟件設計的概敘.........................................................................................46 8.1.1ATmega8 開發(fā)平臺47 主程序設計47 查詢方式讀取ADC通道模塊49 算術平均濾波程序模塊設計50 測轉速脈沖周期程序模塊52 輸出程序模塊53 參考文獻55 結論56 致謝57 附錄58 計算機源程序清單#include .........................................

21、.....................58 1.緒 論 1.1 課題的研究背景及發(fā)展狀況 轉向系統(tǒng)是機動車輛非常關鍵不可缺少的一個部分。轉向系統(tǒng)性能的好壞，直接影響到機動車輛的其它系統(tǒng)性能的發(fā)揮和車輛安全行駛性能，對于裝甲車來說更是如此。當裝甲車需要具有渡江渡海能力時，就稱為兩棲裝甲車輛，同樣其水上轉向系統(tǒng)又是決定它在水中性能否快速反應的關鍵。 現(xiàn)在的兩棲裝甲車的水上轉向系統(tǒng)是把柱塞式液壓油缸的往復運動轉換為水門或側舵的旋轉運動，使水門或側舵打開或關閉。其電器系統(tǒng)最早是基于繼電器控制；目前為基于單片機和傳感器的閉環(huán)控制系統(tǒng)或PLC控制；最新的發(fā)展趨勢是基于CAN總線協(xié)議的

22、單片機控制。 由于當前的兩棲裝甲車輛的驅動裝置是柱塞式液壓油缸，因此采用擺動液壓油缸在占用空間小、減少傳動鏈、使用安全方面具有特殊的創(chuàng)新意義，具有實際使用價值。這樣使得兩棲裝甲車輛能夠裝載更多的作戰(zhàn)裝備，從而使整車的綜合性能得到提高。 1.2 兩棲裝甲車輛概述 兩棲裝甲車輛是指在水中具有浮渡能力的一類裝甲車輛，與其他裝甲車輛的最大區(qū)別就在于它具有兩棲性能。兩棲裝甲車輛的種類繁多，根據陸地上行進裝置的不同，可分為輪式和履帶式兩種；根據水上推進裝置的不同，分為螺旋槳、噴水推進器、履帶或輪胎劃水三類；根據作戰(zhàn)任務的不同可分為兩棲裝甲戰(zhàn)斗車輛和兩棲裝甲保障車輛兩類，其中戰(zhàn)斗車輛包括：水陸坦克、兩

23、棲裝甲突擊車、兩棲裝甲步兵戰(zhàn)車、兩棲裝甲輸送車、兩棲火炮發(fā)射車、兩棲導彈發(fā)射車等；保障車輛包括：兩棲裝甲指揮車、兩棲裝甲偵察車、兩棲裝甲?工程車、兩棲裝甲搶修車、兩棲裝甲彈藥車、兩棲裝甲救護車等。大多數(shù)兩棲裝甲車輛都是利用水密車體在水中的排水體積產生的浮力浮于水上，依靠螺旋槳或噴水推進器等裝置在水中推進。少數(shù)還需依賴制式浮箱、浮囊或浮渡圍帳產生的附加?浮力才能浮出水面，并借用履帶或輪胎等陸上行動裝置與水的相互作用產生推力。兩棲裝甲車輛是世界上規(guī)模較大的各海軍陸戰(zhàn)隊主要裝備之一，有些國家的裝甲兵和空降兵部隊也裝備了一定數(shù)量的此類裝甲車。 兩棲裝甲車輛的問世及發(fā)展概況 兩棲裝甲車輛最早出現(xiàn)在

24、英國，比坦克略晚幾年。1918年10月，英國軍方使用兩側各掛裝一個“駝”式浮箱的Ｘ型坦克，在倫敦附近的布倫特水庫進行了首次坦克浮渡試驗，開創(chuàng)了兩棲裝甲車輛開發(fā)與研制的先河。隨后又于1920～1922年間，制成了由D式中型坦克改裝的、靠履帶劃水推進的第一輛水陸坦克樣車，水上航速僅為2.4千米/小時。30年代初，蘇聯(lián)推出了只有2名乘員，戰(zhàn)斗全重3.2噸的T－37水陸坦克，水上最大航速為4千?米／小時。隨后，蘇聯(lián)又先后研制出裝有螺旋槳和防浪板的T－38和T－40水陸坦克。 一直到二戰(zhàn)以前這段時間，兩棲裝甲車輛的發(fā)展總的來說比較緩慢。主要原因在于登陸作戰(zhàn)在一戰(zhàn)中沒有受到應有的重視，也沒有得到大規(guī)模的

25、應用。一戰(zhàn)期間所進行的數(shù)十次登陸作戰(zhàn)，基本上是小型的、戰(zhàn)術規(guī)模的登陸，或是偵察破壞性登陸。 二戰(zhàn)開始后，在歐洲、北非及太平洋各戰(zhàn)場，由于盟軍初期的失利，致使隨后的反攻作戰(zhàn)非從海上發(fā)起不可，因此登陸作戰(zhàn)的次數(shù)相當頻繁，規(guī)模越來越大，組織指揮更加復雜登陸作戰(zhàn)才再次受到各國軍事專家的重視。登陸作戰(zhàn)的廣泛應用，不僅在各個戰(zhàn)區(qū)，而且在戰(zhàn)爭的各個階段都起了重要作用，給兩棲裝甲車輛的發(fā)展創(chuàng)造了歷史機遇。 1942年，日本研制成功“卡米沙”水陸坦克，車尾裝有螺旋槳，水上最大航速達到了9.6千?米/小時。同年，美國開始對一種被叫做“鱷魚”的LVT1兩棲車輛進行改進，并命名為“水牛”LVT2，其中加上裝甲的稱

26、為LVT（A）2，成為美國第一輛兩棲裝甲車，專門用于在兩棲作戰(zhàn)中運送軍用物資。1943年，美國又定型生產出發(fā)動機前置的LVT3。在此之后，又將LVT3的尾門改裝成跳板式，制造出LVT4。LVT4戰(zhàn)斗全重16.5噸，乘員3人，載重4086千克可以裝載30名士兵或一輛吉普車，或1門反坦克炮，采用風冷汽油機，最大功率184千瓦，水上靠履帶劃水，最大航速達到10千米/小時，是二戰(zhàn)期間LVT系列中生產數(shù)量最多的裝甲車。美國在不斷發(fā)展LVT系列裝甲車的同時，為了適應登陸作戰(zhàn)和島嶼爭奪的需要，又在M4中型坦克尾部加裝2個直徑為66厘米的螺旋槳，并首次采用浮渡圍帳提供附加浮力的方式，將重達30噸的坦克浮于水上

27、，使水中最大航速達到了8～10千米/小時，這型坦克就是M4DD在諾曼底登陸作戰(zhàn)中共1０個M4DD坦克營參戰(zhàn)。 50～60年代，兩棲裝甲車輛的技術逐步走向成熟。1952年，前蘇聯(lián)裝備了集水陸、偵察等用途于一身的、設計獨特的ПТ－76水陸坦克，隨后又利用該坦克底盤研制成功了БТР-50П兩棲裝甲輸送車。ПТ-76水陸坦克采用船形裝甲鋼焊接車體，并最早使用了噴水推進器，水上航速達到10千米/小時，裝有1門76毫米加農炮，能在水上射擊?？偖a量高達10000輛，曾經有30多個國家的軍隊裝備該車，至今仍有一些ПТ-76在編。1960年前蘇聯(lián)又開始裝備一些БТР-60輪式兩棲裝甲輸送車，該車累計生產了2.

28、5萬輛，是其生產數(shù)量最多的一種輪式裝甲車輛。與此同時，美國開發(fā)出了LVTP5兩棲裝甲突擊車系列。LVTP5有3名乘員和34名載員，裝有1挺7.62毫米機槍，車體前部有鉸接其上的跳板，由液壓機構控制。車體兩側各有1扇緊急艙門，發(fā)動機后置，水中靠履帶劃水，最大航速達10.9千米/小時。美國海軍陸戰(zhàn)隊已于1974年淘汰該系列，目前臺灣海軍陸戰(zhàn)隊中還裝備有該系列中的LVTH6自行榴彈炮和LVTR1搶救車。1964年，中國軍隊裝備了自行研制的63式水陸坦克。該坦克戰(zhàn)斗全重18噸，乘員4人，裝有1門85毫米坦克炮，采用噴水推進器，水上最大航速達到12千米/小時，當時稱得上是世界最先進的水陸坦克。?? 7

29、0年代至今，水陸坦克的發(fā)展基本處于停滯狀態(tài)，但是其他兩棲裝甲車輛的研制與改進從未停止。美國海軍陸戰(zhàn)隊于1971年8月裝備了新一代兩棲裝甲突擊車LVTP7系列。該系列突擊車車體為鋁合金裝甲焊接結構，車首呈尖形，并略向下傾斜，兩側甲板向內傾斜，車尾設有液壓控制的跳板，主要武器為1挺12.7毫米機槍，裝有噴水推進器，水上最高航速達到13.5千米/小時。從1977年開始，美國又開始對LVTP7的動力裝置、瞄準儀器和懸掛裝置等進行改進完成了向AAV7A1的過渡。70年代，中國采用63式兩棲坦克底盤，發(fā)展了77－1、77－2兩棲裝甲輸送車和76式兩棲坦克搶救車。此間，兩棲裝甲車輛的范圍開始擴大，兩棲性能得

30、到普遍重視，這一時期問世的步兵戰(zhàn)車，裝甲輸送車和空降戰(zhàn)車，無論是履帶式還是輪式，幾乎都具備兩棲性能。如美國的LAV和“突擊隊員”系列，蘇聯(lián)的БМП步兵戰(zhàn)車系列、БМД傘兵戰(zhàn)車系列、БТР－70和БТР－80裝甲輸送車、2C9式自行迫榴炮，法國的AMX10P步兵戰(zhàn)車，中國的86式和WZ551步兵戰(zhàn)車，德國的“狐”式裝甲輸送車和“山貓”裝甲偵察車等。這些兩棲裝甲車輛大都裝有專用的水上推進裝置，而采用制式浮箱、浮囊或浮渡圍帳并借用陸上行進裝置推進的形式已有日見減少的趨勢。 兩棲裝甲車的結構及戰(zhàn)技性能 兩棲裝甲車輛因為不僅要滿足陸地行駛作戰(zhàn)的需求，而且要滿足水上行駛作戰(zhàn)的要求，所以它的總體設計要

31、求嚴格，結構比較復雜。首先必須保證兩棲裝甲車輛的車體具有水密性，通過該密閉車體的排水體積，提供相應的浮力。同時，為保證水上使用的安全性并使戰(zhàn)斗車輛具備在水上發(fā)揚火力的能力，設計之初就保證具有一定的浮力儲備。一些僅依靠水密車體還不足以產生所需浮力的裝甲車輛，還帶有一些輔助機構，以便于平時攜帶、戰(zhàn)時迅速展開和固定制式浮箱、浮囊或浮渡圍帳。為了減輕車體重量，有些兩棲裝甲車輛還選用鋁合金材料?作為防護裝甲。其次，除了在水中使用履帶或輪胎作為推進工具的以外，其他兩棲裝甲車輛?還設計有一套水上動力傳動和推進機構。陸上行駛時，該套機構不工作；水上航行時，該機構用于把發(fā)動機的動力傳到車體后部安裝的螺旋槳或噴水

32、推進器，通過與水的相互作用轉變?yōu)橥屏?，確保車輛航行的動力需要。第三，駕駛艙內裝有一套水上操縱機構，控制兩棲車輛在水上的前進、倒車和轉向等行動；有些兩棲裝甲車輛的發(fā)動機有陸上和水上兩種不同的工作狀態(tài)，因此，車內還有用于實現(xiàn)陸上和水上工作狀態(tài)轉換的裝置。第四，為了保持水上航行的良好姿態(tài)，在車首均設有各種防浪板及操縱機構。平時防浪板折放在車首，航行時使用手動或液壓機構向前展開，避免浮渡時車首大量涌水和車輛扎頭等現(xiàn)象。此外，車內均裝有手動或電動排水泵，用于排除車內積水；一般還配備撐桿、駕駛員水上使用的高潛望鏡等個別的兩棲裝甲車輛還裝備有空投用具。 兩棲裝甲車輛的機動能力總體上明顯優(yōu)于其他裝甲車輛。兩

33、棲裝甲車輛相對較輕，所用發(fā)動機的功率一般大于其同一系列其他車或前一代車，不僅陸上行進速度較高，而且還可以保證水上高速航行對動力的要求；水上航速一般為6～10千米／小時，有些兩棲裝甲車輛不僅在水上航速較高，而且具有抗海浪和行進間射擊能力。為了保證水上航行的浮性和穩(wěn)性，確保安全，兩棲裝甲車輛均具有一定的浮力儲備，一般為20％～30％；有些兩棲裝甲車輛還具有空運性能，具備戰(zhàn)略機動能力。?? 因兩棲裝甲車輛的車載武器不盡相同，形成用途各異的戰(zhàn)斗車輛。如水陸坦克、兩棲裝甲?突擊車、兩棲裝甲輸送車、兩棲火炮發(fā)射車、兩棲導彈發(fā)射車等等。在兩棲作戰(zhàn)中，防御方的坦克、固定火力發(fā)射點、永備工事等是進攻方兩棲裝甲

34、車輛的主要攻擊目標。因此現(xiàn)代兩棲裝甲車輛多配備了反坦克武器。БМП－3步兵戰(zhàn)車安裝了100毫米兩用炮，AMX１0PAC90水陸坦克安裝了90毫米炮，AMX10RC裝甲偵察車安裝了105毫米坦克炮，俄羅斯?的步兵戰(zhàn)車、空降戰(zhàn)車及美國AAV7A1兩棲裝甲突擊車均配備有反坦克導彈。其中，AMX10RC裝甲偵察車的105毫米炮發(fā)射的尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈可在2009米距離內擊穿北約三層重型靶板。俄羅斯БМП－3步兵戰(zhàn)車上使用的AT－10反坦克導彈在有效射程內能擊穿650毫米厚鋼裝甲板。?? 兩棲裝甲車輛由于受其水上機動性能的制約，主裝甲普遍較薄，只能抵御輕武器的射擊但是，為了提高裝甲防護能力，有的車輛也

35、采取了一些有力的措施。AAV7A1兩棲裝甲突擊車安裝了一種雙層的增強型附加裝甲，使車體兩側、傾斜部、頂部和艙門等增強了防護力，從整體上講可抵抗12．7毫米和14．5毫米機槍及155毫米榴彈片的攻擊。БМП－3步兵戰(zhàn)車采用了鋁合金裝甲，在重要部位用高強度鋼作了加強，在炮塔周圍還安裝了間隙式附加裝甲。 兩棲裝甲車的未來發(fā)展趨勢 隨著科學技術的不斷發(fā)展，電子化、信息化將在裝甲車輛中得到全面反映。如敵我識別?器、超近反導、激光報警、熱成像、激光測距、影像融合、GPS定位/導航等技術以及全自動火控系統(tǒng)都將根據不同的需要，應用到裝甲車輛上。兩棲裝甲車輛作為一種特殊的裝甲車輛，在這方面也不會例外，并且

36、由于兩棲作戰(zhàn)的迫切需要，還有可能在某些方面領先于其他裝甲車輛。?? 此外，兩棲裝甲車輛的水上性能將呈現(xiàn)兩極分化趨勢。一方面，那些以陸地性能為主兼具克服水障能力的兩棲裝甲車輛，其水上推進方式及航行速度將基本保持目前的水平．隨著一些新技術的采用，兩棲裝甲車輛的水上推進效率和水上航行速度雖然也會有所提高，但是幅度不會很大，難以產生質的飛躍；另一方面，由于未來登陸作戰(zhàn)是高技術條件下?的大規(guī)模、高強度和陸?？杖娐?lián)合的立體作戰(zhàn)，必將促使那些以由海向陸實施平面登?陸作戰(zhàn)為主的兩棲裝甲車輛，在其總體結構、水上推進方式及航行速度等諸多方面有重?大突破性發(fā)展。最典型的代表就是美國正在開發(fā)的AAAV先進兩棲突擊

37、車，預計將在2008?年裝備美國海軍陸戰(zhàn)隊。美國AAAV先進兩棲突擊車最突出的特點就是引進滑行車體的??概念，并采用伸縮式懸掛裝置，大大減少了水上航行的阻力，消除了以往兩棲裝甲車輛?水上航速達到一定數(shù)值就會產生阻力墻這一現(xiàn)象。同時還選用功率高達1911.8千瓦的兩級?增壓發(fā)動機和直徑為584毫米的噴水推進器，使水上航速達到37～46.25千米／小時，能夠?滿足美國“超視距”登陸作戰(zhàn)概念的要求。這些新技術的實際應用，預示著兩棲裝甲車?輛的發(fā)展必將取得實質性突破。 1.3水上轉向系統(tǒng)概述 水上推進裝置是用來將發(fā)動機傳來的動力轉變?yōu)閲娝屏?，使兩棲裝甲車輛在水上航行的裝置。兩棲裝甲車輛的水上推進

38、裝置有兩個，分別裝在兩棲裝甲車輛后部的左、右兩側。裝甲車輛入水前，打開水門，掛上水檔，發(fā)動機動力由分動箱傳來，帶動左、右推進裝置中的推進器旋轉。入水后，水由車體底部進水道吸入，經葉輪進入推進器體，在導流片的作用下，水的螺旋運動變?yōu)橹本€運動，以很高的速度從尾噴管噴出，產生推力，推動兩棲裝甲車輛前進。倒車時，水門關閉，水由倒車水道向側前方噴出，使兩棲裝甲車輛倒退。關閉一側水門時，從倒車水道噴出的水流與另一側水道往后方噴出的水流形成力偶，使兩棲裝甲車輛以最小的轉向半徑向關閉水門的一側轉向。 目前，國內水陸裝甲車水上推進裝置是采用柱塞式液壓油缸對水門進行驅動，體積較大，占用空間（如圖1示），其自身也

39、是用鋼鐵材料制造，給車增加了重力負擔，這對于在水中浮渡來說是很不利的；另外，從推進裝置原理可知，對于裝甲車在水上轉向是通過左右門的開關來實現(xiàn)的，所以就必須有檢測水門開閉度的裝置——傳感器。傳感器是一種精密的儀器，對其自身及安裝的精度都有很高的要求，目前國內的傳感器生產技術上與國外還有一定的差距。傳感器還存在零點漂移，這就存在校準問題，而且這與溫度有關，使得校準平衡變得很困難。另外從其安裝上來看，不能直接與驅動軸連接，而要通過彈簧（因不能直接剛性聯(lián)接，同軸度考慮）。 圖1控制實驗臺 1.4液壓擺動油缸概況 擺動液壓油缸，在很多專業(yè)書籍里亦稱為擺動液壓馬達，是一種輸出軸作擺動往復運動的液壓執(zhí)

40、行軟件。 擺動液壓油缸突出的優(yōu)點就是能使負載直接獲得往復擺動運動，無需任何變速運動。因此，也被廣泛應用于各個領域，如艦用雷達天線穩(wěn)定平臺的驅動，聲納基體的擺動，魚雷發(fā)射架的開啟，液壓機械手，裝載機上鏟斗的回轉，機床上回轉臺的轉動等等。在礦山和石油機械上用得也比較普遍，以往由于運動部位密封不良，造成內泄漏較大，影響其使用。隨著結構和工藝的改進，密封材料的改善，內泄漏已能夠控制在允許范圍內。應用的壓力范圍也已擴大到中高壓，少數(shù)可用于高壓（約20MPa）。輸出扭矩可以從零點幾N.m到幾千N.m，個別可達數(shù)萬N.m.輸出軸的低速穩(wěn)定性，有的產品已能做到0.002-0.003rad/s。 我在選擇設

41、計方案時，對于液壓油缸的選用，主要考慮到實際的負載轉矩、系統(tǒng)的工作壓力、最大和最小角速度、最大擺動角度、中間位置保持停止的必要性等。通常擺角在310以上時，選用活塞式擺動油缸，對于小擺角的負載，可選用運轉平穩(wěn)的葉片式擺動油缸；若安裝空間小而轉矩大的負載，且液壓系統(tǒng)允許，可選用工作壓力較高的油缸，因擺動時油缸的效率不是很高，選用時應使油缸的轉矩比負載轉矩略大些，對于動態(tài)品質要求較高，客選用運轉平穩(wěn)的葉片式擺動油缸；對于回轉速度高和負載慣性大的場合，在液壓系統(tǒng)中應考慮設置過載保護和緩沖或止動裝置。 考慮到對于轉軸平穩(wěn)性的要求及轉角的范圍只需0~90°，所以選用雙葉片式結構的擺動液壓油缸。雙葉片式

42、油缸的葉片和止擋成對配置，壓力油腔都對輸出軸對稱，因此徑向液壓力克互相抵消，使輸出軸不受徑向負荷，在相同結構尺寸下雙葉片式擺動液壓缸的輸出扭矩可比單葉片式的要增加一倍。其機械效率更高，但轉角則相應減小了，內泄漏也較大，容積效率較低。由查資料可知，其最大轉角≤100°工作壓力≤21MPa,輸出扭矩≤83000N.m,角速度≤100°/S以下。 其工作原理圖如下： 圖2油缸工作原理簡圖 1.5液壓系統(tǒng)概敘 液壓系統(tǒng)有液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)之分，一般所說液壓系統(tǒng)的設計則是泛指液壓傳動系統(tǒng)的設計。其實從結構組成或工作原理上看，這兩類系統(tǒng)并無本質上的差別，僅僅一類以傳遞動力為主，追求傳動特性

43、的完善，其執(zhí)行元件用來驅動主機的某個部件；另一類以實施控制為主，追求控制特性的完善，其執(zhí)行元件用來驅動某個液壓件的操縱裝置（例如液壓泵、液壓納達的變量機構，液壓閥的閥心等）而已。因此，傳動系統(tǒng)的設計內容和方法只需略作調整，即可直接用于控制系統(tǒng)的設計。 液壓傳動系統(tǒng)有液壓開關傳動系統(tǒng)、液壓伺服傳動系統(tǒng)、液壓比例傳動系統(tǒng)等多種類型。從表面上看，它們在設計上存在不少差異，有些區(qū)別還是很大的。但是，如果從傳遞動力這個設計的主導方面來看，它們又相互溝通，掌握了一種就會設計另一種。在這里，液壓開關系統(tǒng)的設計不但出現(xiàn)得最早，油路結構亦最復雜，考慮的方方面面也最多，因此也就最具有典型性。 任何液壓

44、系統(tǒng)的設計，除了應滿足主機在動作和性能方面規(guī)定的種種要求外，還必須符合重量輕、體積小、成本低、效率高、結構簡單、工作可靠、使用和維護方面等一些公認的普遍設計原則。 設計液壓系統(tǒng)的出發(fā)點，可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安全；實際的設計工作則常常是這兩種觀點不同程度的組合。為此，液壓傳動系統(tǒng)的設計迄今仍沒有一個公認的統(tǒng)一步驟，往往隨著系統(tǒng)的繁簡，借鑒的多寡，涉及人員的經驗的不同而在做法上呈現(xiàn)出差異來。 液壓驅動的優(yōu)點是： （1）、結構簡單、體積小、重量輕、輸出功率大； （2）、液壓裝置工作比較平穩(wěn)；

45、 （3）、液壓裝置能在大范圍內實現(xiàn)無級調速（調速范圍可達2000），它還可以在運行過程中進行調速； （4）、液壓傳動易于自動化，接受遠程控制； （5）、液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，液壓件能自行潤滑，使用壽命較長； （6）、由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設計、制造和使用都比較方便，元件布置具有較大機動性； （7）、用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單[2]。 其缺點是： （1）、不能保證嚴格的傳動比； （2）、在工作過程中常有較多的能量損失； （3）、液壓傳動對油溫變化敏感，穩(wěn)定性受

46、環(huán)境溫度影響，不宜在高溫或是低溫條件下工作； （4）、元件的制造精度要求要，造價較貴，對油液的污染敏感； （5）、要求有獨立的能源； （6）、出現(xiàn)故障時不易找出原因。 1.6液壓系統(tǒng)設計的基本要求： 主機的用途、主要結構、總體布局；主機對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸上的限制。 （1）、主機的工作循環(huán)，液壓執(zhí)行元件的運動方式（移動、轉動或擺動）及其工作范圍。 （2）、液壓執(zhí)行元件的負載和運動速度的大小及其變化范圍。 （3）、主機各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求。 （4）、對液壓系統(tǒng)工作性能（如工作平穩(wěn)性、轉換精度等）、工作效率、自動化程度等方面的要求。 （5）

47、、液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動等。 （6）、其他方面的要求，如也要裝置在重量、外形尺寸、經濟性等方面的規(guī)定或限制。 在液壓系統(tǒng)設計的第一個步驟中，往往還包含著“主機采用液壓傳動是否合理或在多大程度上合理（即液壓傳動應否合其他傳動結合起來，共同發(fā)揮各自的優(yōu)點以形成合理的傳動組合）”主要一個潛在的檢驗內容在內，勉強采用一種不太合理的傳動方案是不會給主機帶來任何好處的。 2.系統(tǒng)設計方案 2.1擺動液壓缸的設計概況： （1）、要求：性能穩(wěn)定，控制轉向角度0－90°，能夠在海水環(huán)境下作業(yè)，要求油缸耐水、耐鹽腐蝕，總體布局要求合理，體積和重量

48、盡可能的小。 （2）、所需完成動作:擺動液壓缸輸出軸控制水陸裝甲車在水上推進時的水門開合。 （3）、運動形式及運動速度：運動形式為轉動，由目前狀態(tài)轉換到另一狀態(tài)結束所需時間為4秒。 （4）、對調速范圍、運動平穩(wěn)性、轉換精度及性能方面的要求：調速范圍小，運動平穩(wěn)性好，轉換精度高。 （5）、自動化程度和操作控制方式的要求。 （6）、對效率、成本等方面的要求：要求效率比較高，服役時間10年以上，成本無特殊要求。 2.2原設計方案相應工作元件的性能特點： 原來設計采用的是德國HKS擺動液壓缸對水門進行驅動（見圖3），根據原來的設計的要求和計算，我在網上查閱了許多關于這方面的資料，同時我們

49、與上海金撼神貿易（提供德國HKS擺動液壓缸等機械產品）取得聯(lián)系，根據該公司所提供的一些資料及我們工作臺的工作及尺寸的要求等實際情況進行一些分析。 首先從力學方面考慮，傳動扭距的確定，如果將一個質量從靜止狀態(tài)中在時間tges內擺動角度Φges，除去克服阻力（摩擦力），還要考慮對質量的加速， 對質量的遲滯，這些扭距之和就是擺動缸所需要的工作扭距。 這里值得注意的是，在任何一個位置，如下的不等式都要計算到滿足: Mt≥Mr+Mb 其中: Mt=扭距之和 Mr=負載扭距 Mb=加速扭距 圖3驅動裝置聯(lián)接 負載扭距Mr和加速扭距Mb必須按照擺動過程中力的傳遞方向（水平， 垂直）分別計

50、算。裝甲車水門驅動力已從設計要求得知，即最大扭矩是：611.520Nm，力是：24460.8N。鑒此，我摘取了HKS集團產品中的DA-H 50（技術數(shù)據見表），產品結構見圖5。 表1 DA-H 50型擺動液壓油缸技術數(shù)據 項目 單位 數(shù)據 最大額定轉矩 Nm 700 最大額定轉矩（帶控制軸） Nm 658 單位壓力的額定扭矩 N2/m 3.3 最大額定壓力 N/m2 440 最大徑向負載 N 2976 最大軸向負載 N 1000 排量（立方米） 90o/180o/270o/360o/ 0.066/0.123/0.198/0.264 重量(Kg

51、) 90o/180o/270o/360o/ 10 / 11.5 /13.8/15 該等系列產品能提供的擺動角度最多能達到 270° 至 300°。用角度傳感器來監(jiān)測其工作水門的開關度，要求是87o0′10"（對于此大小精度要求并不很高，可以在85°～90°），而該產品能提供的擺動角度最多能達到 270° 至 300°， 所以能滿足要求。其工作原理是：從P1和P2輸入的壓力介質作用在傳動軸G上產生一個旋轉運動。在其間，活塞K的直線運動經過機箱，活塞及傳動軸之間的多重螺旋齒嚙合，被轉化成為旋轉運動。 圖4擺動液壓油缸結構簡圖 圖5產品結構外觀圖 在此特別提出來的是在與水門相聯(lián)接的法蘭上

52、的尺寸要求生產公司產品以我們的需要為準，HKS擺動油缸具有結構緊湊、安全可靠、占位空間小，易于設計、輸出扭矩和扭角大等明顯優(yōu)點。在選用擺動缸時，不僅考慮了效率，擺動角度和尺寸等參數(shù)。更要考慮到技術進步和功能性的最佳匹配。 HKS 擺動缸的典型特性:1、8 種系列尺寸，20個不同的級別，扭矩從36 Nm至 250,000 Nm，活塞直徑從40mm到450mm（注，伸出部分小于活塞，即尺寸A）；2、每個系列尺寸都有4 種轉角: 90°, 180°, 270° 和360°；3、雙鍵驅動軸或花鍵軸（DIN 5480）；4、驅動軸上的雙重密封；5注意：空心軸的形式要求使用高強度材料。特殊形式：KW花鍵

53、軸DIN 5480沒有給出尺寸 選件：1、兩端的緩沖裝置；2、角度調整 至 ±4°；3、控制軸；4、空心軸 （DIN 5463, DIN 5480 或 DIN 6885）。 特殊設計:1、KW-結構的驅動軸（DIN 5463）；2、帶第二個驅動頭的驅動軸；3、按客戶要求尺寸生產的輸出軸或安裝法蘭；4、在整個擺動范圍內對角度的調整；5、接近開關6、閥的直接接口；6、3倍-定位；7、所有客戶要求的角度均可供貨；8、擺動范圍超出 360°；9、抗鹽污；10承受更高的徑向力；11、不同的擺動方向；12、其它的特殊要求均可得到滿足；13、可提供250 帕或更高的系統(tǒng)壓力。 2.3設計參數(shù)： 已知

54、推動力F1=3920N 拉力F2=3430N 力臂L=156mm=0.156m 則最大扭矩T=F1×L=3920×0.156=611.52N.m 伸出軸直徑φ=50mm 2.4所設計的擺動液壓油缸技術數(shù)據 表2擺動液壓油缸技術數(shù)據 項 目 數(shù) 值 單 位 最大額定轉矩 611.52 N.m 輸入油壓 16 MP 3.油缸的整體設計 3.1缸體設計 缸體端部聯(lián)接結構 根據《機械設計手冊》表37.7-46 《缸體端部聯(lián)接型式》，同時針對本設計中對液壓缸體積及外形尺寸的要求、缸體結構加工及維修，選取采用外螺紋聯(lián)接，其主要特點有：徑向尺寸小，重量較輕

55、，使用廣泛。需要注意的事項有：缸體外徑需加工，且應與內徑同軸；裝卸需專用工具，安裝時應防止密封圈扭曲。 缸體的材料 缸體材料，一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸體，還要求有良好的焊接性能。根據液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源等，可運用以下各種材料： 常用的碳素鋼材料為20、35、45號鋼鑄件等，因20號鋼的機械性能略低，且不能調質，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需焊接時，則應采用焊接性能較好的35號鋼，粗加工后調質。一般情況下，均采用45號鋼，并應調質到241-285HB。 缸體毛坯也可采用合金結構鋼：如30CrMo、35CrMo、38CrMoAlA等。 鑄鋼

56、：ZG35、ZG45等。 不銹鋼：Cr18Ni9 特殊情況下，可采用鋁合金等材料，鋁合金材料主要有：ZL105、LF3、LF6等，青銅材料主要有：QAl9-4、QAl10-3-1.5等。 加工公差的表面粗糙度應參照ISO4391/1 材料性能：鋁硅銅系鑄造鋁合金，由查表有： 表3鋁硅銅系鑄造鋁合金材料性能 代號（舊） 鑄造方法（舊） 熱處理狀態(tài)（舊） 力學性能（不低于） /MPa % 硬 度 （HB） ZL105 J T5 211 0.5 70 J T7 173 0.1 65 防銹銅系鋁合金，由查表有： 表4防銹銅系鋁合金

57、牌號 牌號 合金系 化學成分%。 其 他 Cu wMg wMn wSi LF6 A06 AL-Mg 0.10 0.10 wFe=0.4,wZn=0.2 LF3 A03 AL-Mg 0.10 3.0-3.8 0.4 wFe=0.4,wTi=0.5 其機械性能 表5防銹銅機械性能 類別 牌號 材料狀態(tài) E G 泊松比V 10 Ψ HB Mpa 防銹漆 LF3 退火M 70000 27000 0.30 200 100 155 22 50 半冷作硬化

58、Y2 70000 27000 0.30 250 180 160 8 70 LF6 退火\橫向M 68000 210 20 25 70 LF3焊接性能好，耐蝕性高，疲勞強度比其他鋁合金均高，塑性好，軟態(tài)時切削性差，熱處理不能強化，常用于液體條件下的焊接零件、管道容器、中等強度的焊接構件，冷沖壓件和骨架等。 LF6具有較高強度和腐蝕穩(wěn)定性，在退火狀態(tài)下塑性尚好，用氬弧焊焊縫氣密性尚好，焊縫塑性良好，氣焊和點焊的焊接頭強度為基體強度的90~95%，切削性良好，用于制作受力零件、飛機蒙皮及骨架零件。 ZL105用于鑄造形狀復雜、高靜載荷的零件以及

59、要求焊接性能好、氣密性高或工作溫度在225℃以下的零件，如水冷發(fā)動機的氣缸體、氣缸頭、氣缸蓋、空冷發(fā)動機頭和發(fā)動機曲軸箱等。 ZL105屬于硅鋁明，Al-Si系合金。在此系合金中，ZL102由于其共晶組織（α+Si）中的共晶硅常呈粗大的針狀且性能硬脆，其強度及塑性很低（=120~160MPa ，δ=2%），不能滿足使用要求，因此，在生產中常采用變質處理來細化組織，改善性能。 研究表明，在合金的熔體中加入鈉鹽混合物（m(NaF):m(NaCl)=2:1）進行變質處理，可使ZL102合金結晶后獲得亞共晶組織 （α+Si），對比其變質處理前后的圖片，可發(fā)現(xiàn)變質后的亞共晶組織細小分散，其強度和塑性

60、明顯高于前者。至于變質處理為什么可以改善合金的組織，一般認為，這是由于溶入合金液體中的活性Na一方面促進Si的形核，另一方面Na又能吸附在長大中的Si晶體表面，并阻止其晶體長大；從而使共晶體（α+Si）中的Si晶體變得細小。同時，加入Na還促使過冷度增大，共晶點右移，以致過共晶成分的合金結晶后具有亞共晶組織。 此種合金熔點低，流動性好，經變質處理后其力學性能還能獲得一定的提高，是較為理想的鑄造合金。但因變質后其強度仍不夠高，故通常只用來制造形狀復雜，強度要求不高的鑄件，如內燃機缸體、缸蓋、儀器支架、殼體等。 在簡單硅鋁明的基礎上加入Cu、Si、Mg等合金元素，就構成復雜硅鋁明，其代號如ZL

61、105、ZL107、ZL109等。這類合金的組織中出現(xiàn)了更多的強化相，、及，在變質處理與時效強化綜合作用下，可使強度升到200~230MPa。復雜硅鋁明常用來制造氣缸體、風扇葉片等形狀復雜的鑄件，尤其是ZL108和ZL111兩種合金，具有良好的高溫強度、高的耐磨性和很低的熱膨脹系數(shù)，是制造汽車、拖拉機等內燃機活塞的專用材料。 通過以上性能綜合比較，決定選擇ZL105材料作為缸體和缸蓋材料，通過變質處理與時效強化，使強度升高至230MPa。 缸體的技術要求（附圖） （1）缸體內徑采用H8、H9配合，當葉片采用橡膠密封圈密封時，Ra為0.1~0.4μm,需研磨。 （2）缸體內徑φAL（圖）

62、的圓度公差值由查表知可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應按8級精度選取。 （3）缸體端面T（圖）的垂直度公差可按7級精度選取。 圖6缸體 （4）缸體與缸蓋采用螺紋聯(lián)接，螺紋取為6級精度的公制螺紋。 （5）為防止腐蝕和提高壽命，缸體內表面應鍍以厚度為30~40μm的鉻層，鍍后研磨合拋光。 鑄造方法： 表6 ZL105鑄造方法 牌 號 鑄造方法 合金狀態(tài) σb(MPa) σ5（%） HB（5/250/30） ZL105 J 、 JB T5 290 2 85 SB、R、K T5 271 1 85 J：金屬型鑄造 B：變質處理

63、 S：砂型鑄造 R：熔模鑄造 K：殼型鑄造 T5：固熔處理加不完全人工時效 T7：固熔處理加穩(wěn)定化處理 缸體的外觀視圖： 圖7缸體外觀圖 3.2缸蓋 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT300、HT350鑄鐵等材料，考慮到缸蓋的重量問題，同時參照缸體材料的選擇，綜合其各種因素，同時因需要采用壓入支撐板的結構，故也采用鋁合金材料作為缸蓋材料，支撐板材料則應為耐磨材料，選取黃銅或青銅。 缸蓋的內外側外觀視圖 圖8缸蓋外觀圖 缸蓋的技術要求（取左端蓋設計如圖） （1）直徑d（基本尺寸與缸徑同）D1、D2、

64、D3的圓柱度公差值，應按9.、10或11級精度選取。 （2）D1、D2、D3與d的同軸度公差值為0.003mm。 （3）端面A、B與直徑d軸心線的垂直度公差值，應按7級精度選取。 圖9缸蓋圖 3.3軸與回轉葉片 設計方案的提出： 方案一：采用軸與回轉葉片分離式，葉片與軸采用螺紋聯(lián)接。 方案二：在軸上加工回轉葉片。 設計方案一 .1回轉葉片的材料： 常采用的材料為耐磨鑄鐵，灰鑄鐵（HT300、HT350），鋼（有的在外徑商討由尼龍66、尼龍1010或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)，鋁合金等。 同樣是出于對機器的重量等因素的考慮，選用鋁合金ZL105作回轉葉片的原材料，外采用彈簧片壓緊

65、鑲條，鑲條為耐磨材料。 .2回轉葉片的技術要求（圖） （1）D1、D2、D3、d圓柱度公差值應按9、10或11精度選取； （2）D1、D2、D3、d同軸度公差值為0.03mm； （3）端面A、B與軸的軸心線的垂直度公差值應按7級精度選取。 圖10 回轉葉片示意圖 .3軸的材料：為保證其能夠承受大的扭矩，選用45號鋼。 .4軸的技術要求（圖） 圖11軸示意圖 （1）軸的熱處理，粗加工后調質到硬度為229-285HB，必要時再經高頻淬火，硬度達到HRC45-55。 （2）軸 mm的圓度公差值，按9、10或11級精度選??； （3）軸 mm的圓柱值應按8級精度選取 （4）端面T

66、的垂直公差值，應按7級精度選取。 （5） 軸上的螺紋，一般應按6級精度加工，如負載較小，機械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造 （6）軸上采用了聯(lián)接銷孔，該孔徑應按H11級加工，該孔軸線與軸的中軸線的垂直度公差值，按6級精度選取。 （7）軸上的工作表面的粗糙度為Ra0.8 m，必要時，可以鍍鉻，鍍層厚度約為0.05mm，鍍后拋光，由于本設計有此要求，所以采用鍍鉻。 3.3.3設計方案二 .1 材料： 合金結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上加入適量的一種或幾種合金元素而形成的，它比碳素結構鋼的綜合性能要好，是合金鋼中用量最大的一類鋼，它廣泛地用于制造各種重要的機器零件和各類工程結構。 當零件的形狀復雜、截面尺寸較大、機械性能較高、淬透性較好時，采用碳素結構鋼常常難于滿足要求，而合金結構鋼由于合金元素的作用，能夠明顯地提高強度、韌性和耐磨性，并具有良好的淬透性。對于大型零件，由于合金結構鋼淬透性較高，能夠在零件整個大截面上淬透而得到均勻一致的良好的綜合機械性能，既有高強度又有足夠的韌性。因此，強度、韌性要求均高的重要零件或截面尺寸較大、形狀復雜的零件采用合金結構鋼制造比較理想。