摆动液压缸键联接和胀套联接的对比分析

　　0 引言

　　摆动液压缸又称摆动液压马达，是一种输出轴可以作往复摆动运动的液压执行元件，摆动液压缸最突出的优点是无需任何变速机构就可以实现负载直接获得往复摆动运动。其中单叶片式摆动液压缸具有结构紧凑、轴向尺寸小、重量轻、安装方便、利于整机布局和机械效率高等优点，得到了广泛的应用^{[1 -2]}。因实验室台架对结构尺寸的约束，对摆动液压缸的缸体外径和输出轴的长度提出了很大的限制，在对摆动液压缸的安装方式进行了特殊的设计后，在满足摆动液压缸输出扭矩的情况下，同时满足了缸体外径尺寸的要求，在选择轴与轮毂的联接方式时，考虑了键联接和胀套联接两种方式，并对两种方式作了对比分析。

　　1 摆动液压缸的参数介绍

　　文章研究的摆动液压缸结构如图1，主要有缸底、缸体、缸盖、叶片、轴和密封件等组成。摆动液压缸的主要参数如表1。

　　摆动液压缸的输出扭矩:

式中: D ——— 缸体内径，m

　　p₁——— 进口压力，MPa，p₁= 16 MPa

　　p₂——— 出口压力，MPa，p₂= 0 MPa

　　z ——— 叶片数，个

　　b ——— 叶片宽度，m

　　d ——— 轴直径，m

　　η_m——— 机械效率，单叶片摆动液压缸 η_m= 0. 8～ 0. 9，取0. 9

　　2 轴与轮毂联接方式的选择

　　2. 1 采用平键联接

　　键联接是通过键来实现轴和轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩，是一种传统的轴与轮毂的联接方式。摆动液压缸结构紧凑，轴的尺寸小，传递扭矩较大，选用两个平键联接，轴毂联接部分长度h₁为28 mm，单个平键的长度按标准系列选25 mm。平键联接时，主要失效形式为工作面被压溃。键工作面的挤压应力为:

　　则有，轴径和键高度的乘积:

式中k ——— 键与轮毂的接触高度，平键k = 0. 4 h

　　h ——— 键高度

　　l ——— 键的工作长度，采用双键时，按1. 5 倍单键的工作长度。文中，l = 0. 0375mm

　　d₁——— 轴毂联接部分直径

　　[σ_p]——— 键的许用挤压应力，轻微冲击载荷工况下，对于钢，[σ_p]= 100 ～ 120 MPa

　　根据机械设计手册，键的宽度根据轴径来选择，轴径22 ～50 段，对应关系如表2。

　　所以选择轴径范围为44 ～50 mm。

　　轴毂联接部分轴的最小直径: