来复式摆动液压缸设计要点
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第1584页（3642字）
(1)主要参数计算
(A)来复运动副的设计是来复式摆动液压缸设计的关键。它的结构尺寸直接决定了液压缸所需的压力和流量。当活塞受液压力作用时，来复运动副上能输出的实际转矩：
式中 p——液体压力(MPa)；
S——来复螺旋副的导程(m)；
A——活塞受油压作用的有效面积(m2)。一般可设计大一些。对于细长液压缸，则取小一些；
λ——来复螺旋副升角(rad)；一般取0．87rad左右。对于细长液压缸可取1．05rad左右；
ρ——摩擦角(rad)。不同的螺旋牙形可用不同公式计算。
矩形牙：ρA=arctgf(rad)；
式中 f——来复螺旋副摩擦系数，一般取0．1；
α——梯形牙的端面牙形角(rad)；
α′——渐开线牙的端面牙形角(rad)。
在具体设计时，无论哪种牙形都取ρ=0．10472rad较好。
由于来复式摆动液压缸安装位置不同，负载机构的重心与来复副中心线的距离(即重心的回转半径)也不同。距离很大时，摆动液压缸可做得粗矮些。反之，做得细长些。当摆动液压缸的位置在工作时是变动的，负载机构的重心线既不垂直也不平行于来复副中心线时，就要求在设计液压系统时保证不发生负载机构自重而导致液压缸摆动的情况。因此，设计时应考虑用来克服负载引起的力矩所需的液压力必须按具体安装情况的力学原理来求得。
如果活塞旋转一周，正好转移了来复螺旋副一个导程，则来复螺旋副上能产生的理论转矩为
比较式(25．5－8)和式(25．5－9)，可知来复螺旋副的机械效率
整个来复式摆动液压缸的机械效率还应考虑其它相对运动部分的机械损失，所以应比由式(25．5－10)算得的略小。
(B)当输出轴的转动角速度为ω(rad／s)时，需要输入的流量
(C)来复螺旋牙形设计：牙形有矩形、梯形和渐开线形三种。梯形牙强度高而且能自动调整配合间隙。渐开线形牙加工容易，配合良好。所以，这两种用得较多。因加工需要，来复副牙形图要包括端面牙形和法面牙形。
梯形牙的端面牙形如图25．5－2所示。
图25．5－2 梯形牙的端面牙形
端面牙宽：
式中 γcp——平均半径(m)；
Z——来复螺旋的头数，通常Z=6。端面牙隙C1=C2，取(0．5～1)×10－3(m)。
端面牙形角：
式中 δ——法面牙形角，取0．349rad；
β——螺旋角，β=(1．571－λ)(rad)。
利用螺旋角β和端面牙形各参数，可算得法面牙形各参数。
梯形牙的法面牙形如图25．5－3。
图25．5－3 梯形牙的法面牙形
来复杆法面顶圆半径
来复杆法面根圆半径
法面牙宽
bf=bcosβ(m) (25．5－16)
法面牙隙
渐开线牙形的设计原理可参照斜齿轮设计。
来复螺旋副强度计算主要是校核其齿面挤压强度。对于矩形牙和梯形牙的螺旋副，可用下式进行强度设计或校核齿面强度。
应使σcm≤［σcm］。
式中 σcm——每个齿的工作面上产生的挤压应力(MPa)；
T——来复式摆动液压缸需要传递的总转矩，可按式25．5－8求得(N·m)；
φ——不均匀分配系数，取0．7～0．8；
Zc——齿数；
h——端面牙形的齿高(m)，h=Rg－γg
式中 Rg——来复杆端面顶圆半径(m)；
γg——来复杆端面根圆半径(m)；
Scp——端面牙形上平均半径γcp上的导程(m)；
［σcm］——许用挤压应力(MPa)，对于经热处理的
优质结构钢可取10MPa。
对于渐开线牙形，则用下式计算：
由于齿工作面投影面积取近似值，故式(25．5－19)和式(25．5－20)也是一个近似的计算式，但其计算精度可满足实际需要。
D．活塞尺寸的确定
由式(25．5－8)和式(25．5－11)知，活塞面积与压力和流量都有关，应根据整个液压系统的要求合理选定。此外，还应考虑来复螺旋副升角的影响。升角越大，活塞面积应选得越小。
(2)轴承的选用
由于来复运动的特点，主轴总是同时受径向力和轴向力。通常选用滑动轴承承受径向载荷，推力滚动轴承承受轴向载荷。滑动轴承需验算比压：
式中 FRmax——作用于滑动轴承上的最大径向载荷(N)；
d——主轴直径(m)；
l——滑动轴承长度(m)；
［p］——许用比压(MPa)。活塞直线运动速度较低时，可取得大一些。钢与铸造青铜配合时，［p］=5MPa。
滚动轴承按静载荷选用。轴承上的额定静载荷应不小于1．5倍负载作用在轴承上的轴向力。
(3)花键的选用
传递输出转矩用的花键必须是齿侧定心。矩形牙或梯形牙的来复螺旋副，用矩形花键。渐开线形牙则用渐开线形花键。
(4)材料的选用
来复螺旋副通常用两种不同的材料制造。如钢和铸铁，钢和青铜。活塞可用两种材料组合也可用同一种材料。用一种材料时，与缸体配合处要有鼓形密封圈和尼龙环。滑动轴承可用尼龙制作。