裝甲車水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓擺動(dòng)油缸及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【水陸兩用的裝甲車在水中浮動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)】,水陸兩用的裝甲車在水中浮動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì),裝甲車水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓擺動(dòng)油缸及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【水陸兩用的裝甲車在水中浮動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)】,裝甲車,坦克車,水上,轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),液壓,擺動(dòng),設(shè)計(jì),水陸,兩用,水中
裝甲車水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓擺動(dòng)
油缸及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)主要是對水陸兩用的裝甲車在水中浮動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用液壓擺動(dòng)油缸能夠節(jié)省空間，減輕重量，借助于控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)其良好的運(yùn)轉(zhuǎn)。在整個(gè)系統(tǒng)中，水門的工作性質(zhì)決定了對控制的當(dāng)前優(yōu)先性，在操作的時(shí)候主要是實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)油缸的正反轉(zhuǎn)的問題，通過對擺動(dòng)油缸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)液壓油缸需要的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。在油缸的結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)了兩塊葉片和兩個(gè)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(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)設(shè)計(jì)兩個(gè)葉片也有利于擺動(dòng)液壓油缸的內(nèi)部平衡。對于方案的可行性，通過一系列的計(jì)算驗(yàn)證是可行的，在現(xiàn)實(shí)中有一定的實(shí)際意義,能夠用于實(shí)際生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞 擺動(dòng)液壓油缸；驅(qū)動(dòng)裝置；葉片；定位擋塊
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 nature 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 design 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 pratical 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?fàn)顩r..............................................................................1
1.2 兩棲裝甲車輛概述..............................................................................................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(jié)構(gòu)及戰(zhàn)技性能................................................................3
1.2.3 兩棲裝甲車的未來發(fā)展趨勢....................................................................5
1.3 水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述..............................................................................................5
1.4液壓擺動(dòng)油缸概況...............................................................................................6
1.5液壓系統(tǒng)概敘.......................................................................................................7
1.6液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求：...............................................................................9
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 10
2.1擺動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)概況：.................................................................................10
2.2原設(shè)計(jì)方案相應(yīng)工作元件的性能特點(diǎn)：.........................................................10
2.3設(shè)計(jì)參數(shù)：.........................................................................................................13
2.4所設(shè)計(jì)的擺動(dòng)液壓油缸技術(shù)數(shù)據(jù).....................................................................13
3.油缸的整體設(shè)計(jì) 14
3.1缸體設(shè)計(jì).............................................................................................................14
3.1.1缸體端部聯(lián)接結(jié)構(gòu) 14
3.1.2 缸體的材料 14
3.1.3缸體的技術(shù)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
3.2.2 缸蓋的內(nèi)外側(cè)外觀視圖 17
3.2.3缸蓋的技術(shù)要求（取左端蓋設(shè)計(jì)如圖） 18
3.3軸與回轉(zhuǎn)葉片.....................................................................................................19
3.3.1設(shè)計(jì)方案的提出： 19
3.3.2設(shè)計(jì)方案一 19
3.3.3設(shè)計(jì)方案二 21
3.3.4對兩個(gè)方案的比較： 22
3.3.5方案二葉片軸外觀圖： 22
3.3.6關(guān)于液壓缸的軸與葉片等計(jì)算： 23
3.4止擋.....................................................................................................................24
3.4.1材料 24
3.4.2技術(shù)要求： 25
3.5支撐板.................................................................................................................25
3.5.1材料: 25
3.6螺紋聯(lián)接.............................................................................................................26
3.7鍵聯(lián)接.................................................................................................................27
3.8密封的設(shè)計(jì)與選用原則.....................................................................................27
3.8.1.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(shè)計(jì)選用原則： 28
3.8.4密封件的設(shè)計(jì)選用 28
4.葉片軸的加工工藝規(guī)程 30
4.1機(jī)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(zhǔn)的選擇和加工順序的安排.................................................................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.....................................................................32
5．液壓油路設(shè)計(jì) 34
6．基于AVR單片機(jī)系統(tǒng)控制的方法設(shè)計(jì) 35
6.1 控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成......................................................................................35
6.2 系統(tǒng)的控制方法概敘......................................................................................36
6.3 由脈沖信號計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速..................................................................36
6.3.1系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì) 37
6.3.2數(shù)字濾波方法的選擇 37
6.4控制芯片的選擇和設(shè)計(jì).....................................................................................38
7.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 39
7.1 硬件電路的設(shè)計(jì)................................................................................................39
7.1.1輸入電路設(shè)計(jì) 39
7.1.2輸出電路的設(shè)計(jì) 40
7.1.3單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì) 40
7.1.4 電源模塊設(shè)計(jì) 40
7.1.5系統(tǒng)供電、上電復(fù)位和A/D轉(zhuǎn)換濾波電路的設(shè)計(jì) 41
7.1.6編程接口電路設(shè)計(jì) 42
7.1.7其他說明 42
7.2 系統(tǒng)硬件可靠性設(shè)計(jì)........................................................................................43
7.2.1電路與集成芯片去耦 43
7.2.2電路兼容設(shè)計(jì) 43
7.3電路圖.................................................................................................................44
7.4系統(tǒng)PCB版設(shè)計(jì)采用.........................................................................................44
7.5 3D 實(shí)物圖..........................................................................................................45
8. 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 46
8.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的概敘.........................................................................................46
8.1.1ATmega8 開發(fā)平臺(tái) 47
8.1.2主程序設(shè)計(jì) 47
8.1.3查詢方式讀取ADC通道模塊 49
8.1.4算術(shù)平均濾波程序模塊設(shè)計(jì) 50
8.1.5測轉(zhuǎn)速脈沖周期程序模塊 52
8.1.6輸出程序模塊 53
參考文獻(xiàn) 55
結(jié) 論 56
致 謝 57
附 錄 58
計(jì)算機(jī)源程序清單#include
..............................................................58
6
1.緒 論
1.1 課題的研究背景及發(fā)展?fàn)顩r
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)動(dòng)車輛非常關(guān)鍵不可缺少的一個(gè)部分。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞，直接影響到機(jī)動(dòng)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(dāng)裝甲車需要具有渡江渡海能力時(shí)，就稱為兩棲裝甲車輛，同樣其水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又是決定它在水中性能否快速反應(yīng)的關(guān)鍵。
現(xiàn)在的兩棲裝甲車的水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是把柱塞式液壓油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水門或側(cè)舵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使水門或側(cè)舵打開或關(guān)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(jī)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)議的單片機(jī)控制。
由于當(dāng)前的兩棲裝甲車輛的驅(qū)動(dòng)裝置是柱塞式液壓油缸，因此采用擺動(dòng)液壓油缸在占用空間小、減少傳動(dòng)鏈、使用安全方面具有特殊的創(chuàng)新意義，具有實(shí)際使用價(jià)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(jù)陸地上行進(jìn)裝置的不同，可分為輪式和履帶式兩種；根據(jù)水上推進(jìn)裝置的不同，分為螺旋槳、噴水推進(jìn)器、履帶或輪胎劃水三類；根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)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(dǎo)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(hù)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(chǎn)生的浮力浮于水上，依靠螺旋槳或噴水推進(jìn)器等裝置在水中推進(jìn)。少數(shù)還需依賴制式浮箱、浮囊或浮渡圍帳產(chǎn)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(dòng)裝置與水的相互作用產(chǎn)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(duì)主要裝備之一，有些國家的裝甲兵和空降兵部隊(duì)也裝備了一定數(shù)量的此類裝甲車。
1.2.1 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)在英國，比坦克略晚幾年。1918年10月，英國軍方使用兩側(cè)各掛裝一個(gè)“駝”式浮箱的Ｘ型坦克，在倫敦附近的布倫特水庫進(jìn)行了首次坦克浮渡試驗(yàn)，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(jìn)的第一輛水陸坦克樣車，水上航速僅為2.4千米/小時(shí)。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(shí)。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(shí)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(yīng)有的重視，也沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。一戰(zhàn)期間所進(jìn)行的數(shù)十次登陸作戰(zhàn)，基本上是小型的、戰(zhàn)術(shù)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(dāng)頻繁，規(guī)模越來越大，組織指揮更加復(fù)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(yīng)用，不僅在各個(gè)戰(zhàn)區(qū)，而且在戰(zhàn)爭的各個(gè)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(jī)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(dá)到了9.6千?米/小時(shí)。同年，美國開始對一種被叫做“鱷魚”的LVT1兩棲車輛進(jìn)行改進(jìn)，并命名為“水?！盠VT2，其中加上裝甲的稱為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(yùn)送軍用物資。1943年，美國又定型生產(chǎn)出發(fā)動(dòng)機(jī)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(fēng)冷汽油機(jī)，最大功率184千瓦，水上靠履帶劃水，最大航速達(dá)到10千米/小時(shí)，是二戰(zhàn)期間LVT系列中生產(chǎn)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(shí)，為了適應(yīng)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(gè)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(dá)30噸的坦克浮于水上，使水中最大航速達(dá)到了8～10千米/小時(shí)，這型坦克就是M4DD在諾曼底登陸作戰(zhàn)中共1０個(gè)M4DD坦克營參戰(zhàn)。
50～60年代，兩棲裝甲車輛的技術(shù)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(shè)計(jì)獨(dú)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(jìn)器，水上航速達(dá)到10千米/小時(shí)，裝有1門76毫米加農(nóng)炮，能在水上射擊?？偖a(chǎn)量高達(dá)10000輛，曾經(jīng)有30多個(gè)國家的軍隊(duì)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?yán)塾?jì)生產(chǎn)了2.5萬輛，是其生產(chǎn)數(shù)量最多的一種輪式裝甲車輛。與此同時(shí)，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(jī)槍，車體前部有鉸接其上的跳板，由液壓機(jī)構(gòu)控制。車體兩側(cè)各有1扇緊急艙門，發(fā)動(dòng)機(jī)后置，水中靠履帶劃水，最大航速達(dá)10.9千米/小時(shí)。美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已于1974年淘汰該系列，目前臺(tái)灣海軍陸戰(zhàn)隊(duì)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(duì)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(jìn)器，水上最大航速達(dá)到12千米/小時(shí)，當(dāng)時(shí)稱得上是世界最先進(jìn)的水陸坦克。??
70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(jìn)從未停止。美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)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(jié)構(gòu)，車首呈尖形，并略向下傾斜，兩側(cè)甲板向內(nèi)傾斜，車尾設(shè)有液壓控制的跳板，主要武器為1挺12.7毫米機(jī)槍，裝有噴水推進(jìn)器，水上最高航速達(dá)到13.5千米/小時(shí)。從1977年開始，美國又開始對LVTP7的動(dòng)力裝置、瞄準(zhǔn)儀器和懸掛裝置等進(jìn)行改進(jìn)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(kuò)大，兩棲性能得到普遍重視，這一時(shí)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(duì)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(jìn)裝置，而采用制式浮箱、浮囊或浮渡圍帳并借用陸上行進(jìn)裝置推進(jìn)的形式已有日見減少的趨勢。
1.2.2 兩棲裝甲車的結(jié)構(gòu)及戰(zhàn)技性能
兩棲裝甲車輛因?yàn)椴粌H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(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(yīng)的浮力。同時(shí)，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(yáng)火力的能力，設(shè)計(jì)之初就保證具有一定的浮力儲(chǔ)備。一些僅依靠水密車體還不足以產(chǎn)生所需浮力的裝甲車輛，還帶有一些輔助機(jī)構(gòu)，以便于平時(shí)攜帶、戰(zhàn)時(shí)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(hù)裝甲。其次，除了在水中使用履帶或輪胎作為推進(jìn)工具的以外，其他兩棲裝甲車輛?還設(shè)計(jì)有一套水上動(dòng)力傳動(dòng)和推進(jìn)機(jī)構(gòu)。陸上行駛時(shí)，該套機(jī)構(gòu)不工作；水上航行時(shí)，該機(jī)構(gòu)用于把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到車體后部安裝的螺旋槳或噴水推進(jìn)器，通過與水的相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)橥屏?，確保車輛航行的動(dòng)力需要。第三，駕駛艙內(nèi)裝有一套水上操縱機(jī)構(gòu)，控制兩棲車輛在水上的前進(jìn)、倒車和轉(zhuǎn)向等行動(dòng)；有些兩棲裝甲車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)有陸上和水上兩種不同的工作狀態(tài)，因此，車內(nèi)還有用于實(shí)現(xiàn)陸上和水上工作狀態(tài)轉(zhuǎn)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(shè)有各種防浪板及操縱機(jī)構(gòu)。平時(shí)防浪板折放在車首，航行時(shí)使用手動(dòng)或液壓機(jī)構(gòu)向前展開，避免浮渡時(shí)車首大量涌水和車輛扎頭等現(xiàn)象。此外，車內(nèi)均裝有手動(dòng)或電動(dòng)排水泵，用于排除車內(nèi)積水；一般還配備撐桿、駕駛員水上使用的高潛望鏡等個(gè)別的兩棲裝甲車輛還裝備有空投用具。
兩棲裝甲車輛的機(jī)動(dòng)能力總體上明顯優(yōu)于其他裝甲車輛。兩棲裝甲車輛相對較輕，所用發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)速度較高，而且還可以保證水上高速航行對動(dòng)力的要求；水上航速一般為6～10千米／小時(shí)，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(jìn)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(chǔ)備，一般為20％～30％；有些兩棲裝甲車輛還具有空運(yùn)性能，具備戰(zhàn)略機(jī)動(dòng)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(dǎo)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(diǎn)、永備工事等是進(jìn)攻方兩棲裝甲車輛的主要攻擊目標(biāo)。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(dǎo)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(nèi)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(dǎo)彈在有效射程內(nèi)能擊穿650毫米厚鋼裝甲板。??
兩棲裝甲車輛由于受其水上機(jī)動(dòng)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(hù)能力，有的車輛也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(qiáng)型附加裝甲，使車體兩側(cè)、傾斜部、頂部和艙門等增強(qiáng)了防護(hù)力，從整體上講可抵抗12．7毫米和14．5毫米機(jī)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(qiáng)度鋼作了加強(qiáng)，在炮塔周圍還安裝了間隙式附加裝甲。
1.2.3 兩棲裝甲車的未來發(fā)展趨勢
隨著科學(xué)技術(shù)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(shí)別?器、超近反導(dǎo)、激光報(bào)警、熱成像、激光測距、影像融合、GPS定位/導(dǎo)航等技術(shù)以及全自動(dòng)火控系統(tǒng)都將根據(jù)不同的需要，應(yīng)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(huì)例外，并且由于兩棲作戰(zhàn)的迫切需要，還有可能在某些方面領(lǐng)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(jìn)方式及航行速度將基本保持目前的水平．隨著一些新技術(shù)的采用，兩棲裝甲車輛的水上推進(jìn)效率和水上航行速度雖然也會(huì)有所提高，但是幅度不會(huì)很大，難以產(chǎn)生質(zhì)的飛躍；另一方面，由于未來登陸作戰(zhàn)是高技術(shù)條件下?的大規(guī)模、高強(qiáng)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(shí)施平面登?陸作戰(zhàn)為主的兩棲裝甲車輛，在其總體結(jié)構(gòu)、水上推進(jìn)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(jìn)兩棲突擊車，預(yù)計(jì)將在2008?年裝備美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)。美國AAAV先進(jìn)兩棲突擊車最突出的特點(diǎn)就是引進(jìn)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(dá)到一定數(shù)值就會(huì)產(chǎn)生阻力墻這一現(xiàn)象。同時(shí)還選用功率高達(dá)1911.8千瓦的兩級?增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和直徑為584毫米的噴水推進(jìn)器，使水上航速達(dá)到37～46.25千米／小時(shí)，能夠?滿足美國“超視距”登陸作戰(zhàn)概念的要求。這些新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，預(yù)示著兩棲裝甲車?輛的發(fā)展必將取得實(shí)質(zhì)性突破。
1.3 水上轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述
水上推進(jìn)裝置是用來將發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的動(dòng)力轉(zhuǎn)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(jìn)裝置有兩個(gè)，分別裝在兩棲裝甲車輛后部的左、右兩側(cè)。裝甲車輛入水前，打開水門，掛上水檔，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由分動(dòng)箱傳來，帶動(dòng)左、右推進(jìn)裝置中的推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)。入水后，水由車體底部進(jìn)水道吸入，經(jīng)葉輪進(jìn)入推進(jìn)器體，在導(dǎo)流片的作用下，水的螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，以很高的速度從尾噴管噴出，產(chǎn)生推力，推動(dòng)兩棲裝甲車輛前進(jìn)。倒車時(shí)，水門關(guān)閉，水由倒車水道向側(cè)前方噴出，使兩棲裝甲車輛倒退。關(guān)閉一側(cè)水門時(shí)，從倒車水道噴出的水流與另一側(cè)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(zhuǎn)向半徑向關(guān)閉水門的一側(cè)轉(zhuǎn)向。
目前，國內(nèi)水陸裝甲車水上推進(jìn)裝置是采用柱塞式液壓油缸對水門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，體積較大，占用空間（如圖1示），其自身也是用鋼鐵材料制造，給車增加了重力負(fù)擔(dān)，這對于在水中浮渡來說是很不利的；另外，從推進(jìn)裝置原理可知，對于裝甲車在水上轉(zhuǎn)向是通過左右門的開關(guān)來實(shí)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(nèi)的傳感器生產(chǎn)技術(shù)上與國外還有一定的差距。傳感器還存在零點(diǎn)漂移，這就存在校準(zhǔn)問題，而且這與溫度有關(guān)，使得校準(zhǔn)平衡變得很困難。另外從其安裝上來看，不能直接與驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)臺(tái)
1.4液壓擺動(dòng)油缸概況
擺動(dòng)液壓油缸，在很多專業(yè)書籍里亦稱為擺動(dòng)液壓馬達(dá)，是一種輸出軸作擺動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行軟件。
擺動(dòng)液壓油缸突出的優(yōu)點(diǎn)就是能使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，無需任何變速運(yùn)動(dòng)。因此，也被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如艦用雷達(dá)天線穩(wěn)定平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)，聲納基體的擺動(dòng)，魚雷發(fā)射架的開啟，液壓機(jī)械手，裝載機(jī)上鏟斗的回轉(zhuǎn)，機(jī)床上回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)等等。在礦山和石油機(jī)械上用得也比較普遍，以往由于運(yùn)動(dòng)部位密封不良，造成內(nèi)泄漏較大，影響其使用。隨著結(jié)構(gòu)和工藝的改進(jìn)，密封材料的改善，內(nèi)泄漏已能夠控制在允許范圍內(nèi)。應(yīng)用的壓力范圍也已擴(kuò)大到中高壓，少數(shù)可用于高壓（約20MPa）。輸出扭矩可以從零點(diǎn)幾N.m到幾千N.m，個(gè)別可達(dá)數(shù)萬N.m.輸出軸的低速穩(wěn)定性，有的產(chǎn)品已能做到0.002-0.003rad/s。
我在選擇設(shè)計(jì)方案時(shí)，對于液壓油缸的選用，主要考慮到實(shí)際的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)的工作壓力、最大和最小角速度、最大擺動(dòng)角度、中間位置保持停止的必要性等。通常擺角在310以上時(shí)，選用活塞式擺動(dòng)油缸，對于小擺角的負(fù)載，可選用運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的葉片式擺動(dòng)油缸；若安裝空間小而轉(zhuǎn)矩大的負(fù)載，且液壓系統(tǒng)允許，可選用工作壓力較高的油缸，因擺動(dòng)時(shí)油缸的效率不是很高，選用時(shí)應(yīng)使油缸的轉(zhuǎn)矩比負(fù)載轉(zhuǎn)矩略大些，對于動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求較高，客選用運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的葉片式擺動(dòng)油缸；對于回轉(zhuǎn)速度高和負(fù)載慣性大的場合，在液壓系統(tǒng)中應(yīng)考慮設(shè)置過載保護(hù)和緩沖或止動(dòng)裝置。
考慮到對于轉(zhuǎn)軸平穩(wěn)性的要求及轉(zhuǎn)角的范圍只需0~90°，所以選用雙葉片式結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)液壓油缸。雙葉片式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(fù)荷，在相同結(jié)構(gòu)尺寸下雙葉片式擺動(dòng)液壓缸的輸出扭矩可比單葉片式的要增加一倍。其機(jī)械效率更高，但轉(zhuǎn)角則相應(yīng)減小了，內(nèi)泄漏也較大，容積效率較低。由查資料可知，其最大轉(zhuǎn)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(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)之分，一般所說液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是泛指液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其實(shí)從結(jié)構(gòu)組成或工作原理上看，這兩類系統(tǒng)并無本質(zhì)上的差別，僅僅一類以傳遞動(dòng)力為主，追求傳動(dòng)特性的完善，其執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)主機(jī)的某個(gè)部件；另一類以實(shí)施控制為主，追求控制特性的完善，其執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)某個(gè)液壓件的操縱裝置（例如液壓泵、液壓納達(dá)的變量機(jī)構(gòu)，液壓閥的閥心等）而已。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法只需略作調(diào)整，即可直接用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有液壓開關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓比例傳動(dòng)系統(tǒng)等多種類型。從表面上看，它們在設(shè)計(jì)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(dòng)力這個(gè)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)方面來看，它們又相互溝通，掌握了一種就會(huì)設(shè)計(jì)另一種。在這里，液壓開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但出現(xiàn)得最早，油路結(jié)構(gòu)亦最復(fù)雜，考慮的方方面面也最多，因此也就最具有典型性。
任何液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了應(yīng)滿足主機(jī)在動(dòng)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(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用和維護(hù)方面等一些公認(rèn)的普遍設(shè)計(jì)原則。
設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)，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(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是這兩種觀點(diǎn)不同程度的組合。為此，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)迄今仍沒有一個(gè)公認(rèn)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(jīng)驗(yàn)的不同而在做法上呈現(xiàn)出差異來。
液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：
（1）、結(jié)構(gòu)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)；
（3）、液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)速；
（4）、液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，接受遠(yuǎn)程控制；
（5）、液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，液壓件能自行潤滑，使用壽命較長；
（6）、由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便，元件布置具有較大機(jī)動(dòng)性；
（7）、用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡單[2]。
其缺點(diǎn)是：
（1）、不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比；
（2）、在工作過程中常有較多的能量損失；
（3）、液壓傳動(dòng)對油溫變化敏感，穩(wěn)定性受環(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(jià)較貴，對油液的污染敏感；
（5）、要求有獨(dú)立的能源；
（6）、出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。
1.6液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求：
主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；主機(jī)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(jī)的工作循環(huán)，液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)）及其工作范圍。
（2）、液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。
（3）、主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)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(zhuǎn)換精度等）、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求。
（5）、液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動(dòng)等。
（6）、其他方面的要求，如也要裝置在重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。
在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)步驟中，往往還包含著“主機(jī)采用液壓傳動(dòng)是否合理或在多大程度上合理（即液壓傳動(dòng)應(yīng)否合其他傳動(dòng)結(jié)合起來，共同發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)以形成合理的傳動(dòng)組合）”主要一個(gè)潛在的檢驗(yàn)內(nèi)容在內(nèi)，勉強(qiáng)采用一種不太合理的傳動(dòng)方案是不會(huì)給主機(jī)帶來任何好處的。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1擺動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)概況：
（1）、要求：性能穩(wěn)定，控制轉(zhuǎn)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，體積和重量盡可能的小。
（2）、所需完成動(dòng)作:擺動(dòng)液壓缸輸出軸控制水陸裝甲車在水上推進(jìn)時(shí)的水門開合。
（3）、運(yùn)動(dòng)形式及運(yùn)動(dòng)速度：運(yùn)動(dòng)形式為轉(zhuǎn)動(dòng)，由目前狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一狀態(tài)結(jié)束所需時(shí)間為4秒。
（4）、對調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度及性能方面的要求：調(diào)速范圍小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，轉(zhuǎn)換精度高。
（5）、自動(dòng)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(shí)間10年以上，成本無特殊要求。
2.2原設(shè)計(jì)方案相應(yīng)工作元件的性能特點(diǎn)：
原來設(shè)計(jì)采用的是德國HKS擺動(dòng)液壓缸對水門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)（見圖3），根據(jù)原來的設(shè)計(jì)的要求和計(jì)算，我在網(wǎng)上查閱了許多關(guān)于這方面的資料，同時(shí)我們與上海金撼神貿(mào)易有限公司（提供德國HKS擺動(dòng)液壓缸等機(jī)械產(chǎn)品）取得聯(lián)系，根據(jù)該公司所提供的一些資料及我們工作臺(tái)的工作及尺寸的要求等實(shí)際情況進(jìn)行一些分析。
首先從力學(xué)方面考慮，傳動(dòng)扭距的確定，如果將一個(gè)質(zhì)量從靜止?fàn)顟B(tài)中在時(shí)間tges內(nèi)擺動(dòng)角度Φges，除去克服阻力（摩擦力），還要考慮對質(zhì)量的加速， 對質(zhì)量的遲滯，這些扭距之和就是擺動(dòng)缸所需要的工作扭距。
這里值得注意的是，在任何一個(gè)位置，如下的不等式都要計(jì)算到滿足:
Mt≥Mr+Mb
其中:
Mt=扭距之和
Mr=負(fù)載扭距
Mb=加速扭距
圖3驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)接
負(fù)載扭距Mr和加速扭距Mb必須按照擺動(dòng)過程中力的傳遞方向（水平， 垂直）分別計(jì)算。裝甲車水門驅(qū)動(dòng)力已從設(shè)計(jì)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(tuán)產(chǎn)品中的DA-H 50（技術(shù)數(shù)據(jù)見表），產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖5。
表1 DA-H 50型擺動(dòng)液壓油缸技術(shù)數(shù)據(jù)
項(xiàng)目
單位
數(shù)據(jù)
最大額定轉(zhuǎn)矩
Nm
700
最大額定轉(zhuǎn)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(fù)載
N
2976
最大軸向負(fù)載
N
1000
排量（立方米）
90o/180o/270o/360o/
0.066/0.123/0.198/0.264
重量(Kg)
90o/180o/270o/360o/
10 / 11.5 /13.8/15
該等系列產(chǎn)品能提供的擺動(dòng)角度最多能達(dá)到 270° 至 300°。用角度傳感器來監(jiān)測其工作水門的開關(guān)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(chǎn)品能提供的擺動(dòng)角度最多能達(dá)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(zhì)作用在傳動(dòng)軸G上產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在其間，活塞K的直線運(yùn)動(dòng)經(jīng)過機(jī)箱，活塞及傳動(dòng)軸之間的多重螺旋齒嚙合，被轉(zhuǎn)化成為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
圖4擺動(dòng)液壓油缸結(jié)構(gòu)簡圖
圖5 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)外觀圖
在此特別提出來的是在與水門相聯(lián)接的法蘭上的尺寸要求生產(chǎn)公司產(chǎn)品以我們的需要為準(zhǔn)，HKS擺動(dòng)油缸具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、占位空間小，易于設(shè)計(jì)、輸出扭矩和扭角大等明顯優(yōu)點(diǎn)。在選用擺動(dòng)缸時(shí)，不僅考慮了效率，擺動(dòng)角度和尺寸等參數(shù)。更要考慮到技術(shù)進(jìn)步和功能性的最佳匹配。
HKS 擺動(dòng)缸的典型特性:1、8 種系列尺寸，20個(gè)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(gè)系列尺寸都有4 種轉(zhuǎn)角: 90°, 180°, 270° 和360°；3、雙鍵驅(qū)動(dòng)軸或花鍵軸（DIN 5480）；4、驅(qū)動(dòng)軸上的雙重密封；5注意：空心軸的形式要求使用高強(qiáng)度材料。特殊形式：KW花鍵軸DIN 5480沒有給出尺寸
選件：1、兩端的緩沖裝置；2、角度調(diào)整 至 ±4°；3、控制軸；4、空心軸 （DIN 5463, DIN 5480 或 DIN 6885）。
特殊設(shè)計(jì):1、KW-結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸（DIN 5463）；2、帶第二個(gè)驅(qū)動(dòng)頭的驅(qū)動(dòng)軸；3、按客戶要求尺寸生產(chǎn)的輸出軸或安裝法蘭；4、在整個(gè)擺動(dòng)范圍內(nèi)對角度的調(diào)整；5、接近開關(guān)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(dòng)范圍超出 360°；9、抗鹽污；10承受更高的徑向力；11、不同的擺動(dòng)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(shè)計(jì)參數(shù)：
已知推動(dòng)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(shè)計(jì)的擺動(dòng)液壓油缸技術(shù)數(shù)據(jù)
表2擺動(dòng)液壓油缸技術(shù)數(shù)據(jù)
項(xiàng) 目
數(shù) 值
單 位
最大額定轉(zhuǎn)矩
611.52
N.m
輸入油壓
16
MP
3.油缸的整體設(shè)計(jì)
3.1缸體設(shè)計(jì)
3.1.1缸體端部聯(lián)接結(jié)構(gòu)
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表37.7-46 《缸體端部聯(lián)接型式》，同時(shí)針對本設(shè)計(jì)中對液壓缸體積及外形尺寸的要求、缸體結(jié)構(gòu)加工及維修，選取采用外螺紋聯(lián)接，其主要特點(diǎn)有：徑向尺寸小，重量較輕，使用廣泛。需要注意的事項(xiàng)有：缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸需專用工具，安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。
3.1.2 缸體的材料
缸體材料，一般要求有足夠的強(qiáng)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(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源等，可運(yùn)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(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、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241-285HB。
缸體毛坯也可采用合金結(jié)構(gòu)鋼：如30CrMo、35CrMo、38CrMoAlA等。
鑄鋼：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(yīng)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(xué)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
牌號
牌號
合金系
化學(xué)成分%。
其 他
Cu
wMg
wMn
wSi
LF6
A06
AL-Mg
0.10
5.8-6.8
0.5-0.8
0.10
wFe=0.4,wZn=0.2
LF3
A03
AL-Mg
0.10
3.0-3.8
0.15-0.4
0.4
wFe=0.4,wTi=0.5
其機(jī)械性能
表5防銹銅機(jī)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(qiáng)度比其他鋁合金均高，塑性好，軟態(tài)時(shí)切削性差，熱處理不能強(qiáng)化，常用于液體條件下的焊接零件、管道容器、中等強(qiáng)度的焊接構(gòu)件，冷沖壓件和骨架等。
LF6具有較高強(qiáng)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(diǎn)焊的焊接頭強(qiáng)度為基體強(qiáng)度的90~95%，切削性良好，用于制作受力零件、飛機(jī)蒙皮及骨架零件。
ZL105用于鑄造形狀復(fù)雜、高靜載荷的零件以及要求焊接性能好、氣密性高或工作溫度在225℃以下的零件，如水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、氣缸頭、氣缸蓋、空冷發(fā)動(dòng)機(jī)頭和發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)度及塑性很低（=120~160MPa ，δ=2%），不能滿足使用要求，因此，在生產(chǎn)中常采用變質(zhì)處理來細(xì)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(jìn)行變質(zhì)處理，可使ZL102合金結(jié)晶后獲得亞共晶組織 （α+Si），對比其變質(zhì)處理前后的圖片，可發(fā)現(xiàn)變質(zhì)后的亞共晶組織細(xì)小分散，其強(qiáng)度和塑性明顯高于前者。至于變質(zhì)處理為什么可以改善合金的組織，一般認(rèn)為，這是由于溶入合金液體中的活性Na一方面促進(jìn)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(xì)小。同時(shí)，加入Na還促使過冷度增大，共晶點(diǎn)右移，以致過共晶成分的合金結(jié)晶后具有亞共晶組織。
此種合金熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，經(jīng)變質(zhì)處理后其力學(xué)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(zhì)后其強(qiáng)度仍不夠高，故通常只用來制造形狀復(fù)雜，強(qiáng)度要求不高的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋、儀器支架、殼體等。
在簡單硅鋁明的基礎(chǔ)上加入Cu、Si、Mg等合金元素，就構(gòu)成復(fù)雜硅鋁明，其代號如ZL105、ZL107、ZL109等。這類合金的組織中出現(xiàn)了更多的強(qiáng)化相，、及，在變質(zhì)處理與時(shí)效強(qiáng)化綜合作用下，可使強(qiáng)度升到200~230MPa。復(fù)雜硅鋁明常用來制造氣缸體、風(fēng)扇葉片等形狀復(fù)雜的鑄件，尤其是ZL108和ZL111兩種合金，具有良好的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性和很低的熱膨脹系數(shù)，是制造汽車、拖拉機(jī)等內(nèi)燃機(jī)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(zhì)處理與時(shí)效強(qiáng)化，使強(qiáng)度升高至230MPa。
3.1.3缸體的技術(shù)要求（附圖）
（1）缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合，當(dāng)葉片采用橡膠密封圈密封時(shí)，Ra為0.1~0.4μm,需研磨。
（2）缸體內(nèi)徑φAL（圖）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(yīng)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(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40μm的鉻層，鍍后研磨合拋光。
3.1.4 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(zhì)處理 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(shí)效 T7：固熔處理加穩(wěn)定化處理
3.1.5 缸體的外觀視圖：
圖7缸體外觀圖
3.2缸蓋
3.2.1 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(shí)參照缸體材料的選擇，綜合其各種因素，同時(shí)因需要采用壓入支撐板的結(jié)構(gòu)，故也采用鋁合金材料作為缸蓋材料，支撐板材料則應(yīng)為耐磨材料，選取黃銅或青銅。
3.2.2 缸蓋的內(nèi)外側(cè)外觀視圖
圖8缸蓋外觀圖
3.2.3缸蓋的技術(shù)要求（取左端蓋設(shè)計(jì)如圖）
（1）直徑d（基本尺寸與缸徑同）D1、D2、D3的圓柱度公差值，應(yīng)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(yīng)按7級精度選取。
圖9缸蓋圖
3.3軸與回轉(zhuǎn)葉片
3.3.1設(shè)計(jì)方案的提出：
方案一：采用軸與回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)葉片。
3.3.2設(shè)計(jì)方案一
3.3.2.1回轉(zhuǎn)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(jī)器的重量等因素的考慮，選用鋁合金ZL105作回轉(zhuǎn)葉