水下作业装备是实施深海空间资源开发的重要载体。天然海水作为水下作业装备液压系统的工作介质,简化液压系统,实现深海装备绿色化,从原理上解决了深海作业时油压系统的油水互渗带来的污染及装备可靠性下降等问题。水下作业装备的主要作业功能离不开深海机械手的配合,当机械手腕部相邻的三个关节轴线相交于一点,即机械手肘部采用摆动形式时,机械手存在解析解,能够实时控制、精确定位。然而,国内外尚无以水液压摆动缸作为机械手的肘部关节。本文发明了一款应用于深海机械手的水液压摆动缸,对其深海适应性、角度误差等关键问题进行了研究,并完成样机的研制和试验。主要研究内容如下:1)针对深海超高压环境和海水粘度低、腐蚀性强且含有悬沙的问题,发明了一款工作腔与润滑腔分离的水液压摆动缸,润滑腔采用油润滑以解决螺旋副磨损与润滑问题。水液压摆动缸采用一级螺旋传动和花键导向定位的组合结构,传动效率比两级螺旋传动高20%。综合考虑水液压摆动缸总体尺寸、角度误差和螺旋副结构强度后,确定了螺旋副公称直径36 mm,螺旋升角约41°时,水液压摆动缸具有较高的功率密度和传动效率。2)研究了深海环境下水液压摆动缸螺旋副形变对水液压摆动缸旋转角度的影响,得出深海高压环境引起的角度误差仅为0.15°;研究了深海高压环境下密封圈弹性体自身压缩率为3.35%,并验证了设计的密封结构能满足深海工作的要求,对水液压摆动缸旋转角度无影响;水液压摆动缸装配间隙引起的角度误差为1.2°,通过对装配工艺改进,角度误差降低到原来的68%;最后,对水液压摆动缸角度误差各因素分析,得出螺旋副间隙及装配间隙引起的角度误差占水液压摆动缸角度总误差的73%,采用角度闭环控制系统提高水液压摆动缸的定位精度。3)研制出水液压摆动缸,完成了样机水面15 MPa及深海全工况性能试验,得出水液压摆动缸密封性能良好,启动压力为0.5 MPa,最大输出扭矩为350 N·m,最大旋转角度300°,角度误差约3°,并得出水液压摆动缸工作压力与输出扭矩关系曲线。通过水液压摆动缸角度闭环控制,得出水液压摆动缸系统的定位精度为±0.1°。该水液压摆动缸可为深海精密水液压驱动作业提供非连续旋转动力。