液压缸结构设计指导Word格式.docx

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这种缸体固定活塞杆移动的安装方式适合于短行程（为什么？

请读者自行分析）。

另外，液压缸的安装还要使其容易校正，为此，在缸体外圆上专门设置两个供校调用的工艺外圆柱面A、B,要求A、B分别与缸体孔同心，A、B作为加工基准（搭中心架用）和安装基准。

用千分表校正A、B外圆柱面的上母线、侧母线分别与床身V形导轨的导向面平行，这就实际上保证了液压缸中心线在两个方向上与导轨面的平行度，使液压缸在正确的工作位置上就位。

（三）缸的导向、缓冲、排气和密封等结构先分析活塞杆的受力。

液压缸压力油腔一侧的话塞杆承受负载力而呈受拉状态，其杆径可以选择得较小。

为使回油腔一侧的活塞杆免受圧力，挂脚9与活塞杆7为空套，螺母10仅为单面连接,即使活塞杆7受热伸长也不会受阻而产生弯曲变形。

该液压缸的负载力与其所输出的推力不在同一直线上（即受到偏载），因此必须设置活塞杆的导向装置。

铜套8为导向套，使细长的活塞杆7得到导向，并能承受一定的偏载。

该液压缸以中速运行，最大行程山机械挡铁所限，活塞端面一般不撞击缸盖,为简化设计，可不设汁缓冲结构。

但必须指出，大型平面磨床工作台因其速度高、惯量大，在液压缸的两端均有缓冲结构。

平磨液压缸不作低速运行，没有低速运动平稳性的要求，可不必设置专用排气装置。

但缸内难免有空气存在，也要将浮积在缸最高处的空气排除。

为此，油液从缸盖顶部的通油孔C进出，在活塞作全行程往复移动时，便可将混有气泡的油液从此排出。

括塞5与缸体6之间采用间隙密封，其原因是：

间隙密封的摩擦阻力小，对于速度较快的平磨液压缸来说可使其运动轻快。

少量的内泄漏量对该缸的速度平稳性影响不大（当然，活塞上开设压力平稳槽，使活塞与缸孔尽量对中，减少泄漏）。

因液压缸工作压力较低，在缸盖与缸体之问的端面用纸垫4进行密封即可。

活塞杆与缸盖之间采用Y形密封圈进行密封，可减小摩擦力、缩短轴向尺寸，并使密封装置具有“自密封性”。

（四）缸体组件与活塞组件的结构缸体为铸铁件，适用于低压缸。

缸体与缸盖用螺钉（图III-2-1中未示出）连接成缸体组件，结构简单、拆装方便，成本低廉。

活塞与活塞杆用开口销连接成活塞组件，对于低压缸可达到强度和可靠性要求。

缸体与活塞的材料分别为灰铸铁和球墨铸铁，材料的硕度匹配较为合理。

活塞上的小孔D,不是阻尼孔，是用来装配第二根活塞杆时减小气阻的工艺孔。

图111-2-2MN32A外床工惟台浚压应

图II1-2-2所示为万能外圆磨床M1432A的工作台液压缸，工作压力1.0〜1.5MPa,往复速度V4m/min,行程为2m,属低压低速长行程液压缸。

图III-2-1.III-2-2虽然同样都是磨宋工作台液圧缸，但山于设计要求的不同，在结构设计上也有明显的差别。

现分析如下：

缸的结构类型两者相同，而安装方式不同。

图111-2-2的活塞杆通过支座17固定于床身，缸体11111挂脚3、15与工作台连接而作往复移动，此结构适用于长行程。

外磨工作台液斥缸的结构设计是从满足低速稳定性这一要求出发的，因为在进行精细修整砂轮或作精磨时，工作台速度仅为0.02m/min,为此用以下特殊的结构措施来实现；

（1）活塞用“O”形圈9密封，活塞与活塞杆用过渡配合，尽量减少内泄漏。

因为液压缸作低速运行时，进入缸的流量仅每分钟儿毫升，泄漏将会明显影响速度的稳定性。

（2）低速时对摩擦力很敏感，极易产生“爬行'

’（读者可复习一下液压低速爬行的原因与对策），为此导向套7采用减摩材料，其密封装置也只用一只Y形密封圈，既减小摩擦力，乂提高了密封性。

（3）2米长的缸体是用薄壁钢管制成，钢管受热伸长易引起弯曲变形，活塞在缸体内作低速运动时摩擦阻力很不均匀，造成低速不稳定。

为此，缸体采用简支梁结构，其右端山挂脚15固定于工作台上，而左端空套在挂脚8的孔内，缸体11可作自山伸缩。

（4）气泡是造成低速爬行的原因之一。

该缸设有专用排气孔与排气阀相连，可随时排气。

孔6经导向套7的环槽内侧通道与排气阀的管道相接（图中未示出）。

排气装置，对于获得低速稳定性特别重要。

二、组合机床液压滑台液压缸

图III-2-3所示为液压滑台的液压缸结构。

组合机床的工艺范围较广，如钻、锂、铳、攻丝等。

因此液压缸的推力和速度范围也较大，一般工作压力在3.0〜5.0MPa,速度0.1〜O.&

m/s,行程在lm以下多见，属于中压中低速短行程液压缸。

结构分析如下：

图皿-3-3组合机床液压潸台被压缸

（一）液压缸的结构类型为单出杆活塞式液压缸。

利用缸的无杆腔进行低速大推力的工作进给，利用液压缸（活塞杆直径d=0.7D,D为活塞直径）的差动连接实现快进，并与快退速度相等。

（二）缸的安装方式缸体固定于基座2的孔中，活塞杆9通过挂脚4带动滑台11运动。

为防止活塞杆轴线在安装时的偏斜，采用球面垫圈16,山双螺母17紧固。

平键3可提高连接刚度和改善连接螺钉的工作条件。

滑台液压缸有时可设计成活塞杆固定、缸体移动的型式，但为避免用软管，进出油管均要套装于空，合的活塞杆中，使结构复杂、装配困难。

图III-2-3所示的结构为缸体固定，油管13安装在缸体上方的外部，简化了结构，也便于装配与维修。

（三）其它结构为适应组合机床液压缸的推力、速度范围较大的特点，考虑了排气装置和较可靠的密封装置。

专用排气孔14用来排除无杆腔内的气泡，提高进给运动的速度平稳性。

活塞10与缸体8之间、活塞杆9与缸盖7之间的动密封均用Y形密封圈进行密封，各个环节的静密封均用O形圈密封。

为防止切屑或灰铸铁粉末粘附在活塞杆上，还采用了防尘圈6。

活塞杆的导向装置较简单,山铸铁缸盖7的内孔直接导向，取消导向套，磨损后可更换缸盖。

可调螺栓1的端面作为死挡铁，用螺母锁紧，以提高滑台尺寸控制的位置精度。

三、挖掘机的翻斗液压缸

图III-2-4所示为工程机械上常用的单杆液压缸。

工作压力在lOMPa左右，速度为5nVmin左右，属高压中低速液压缸（行程视结构需要而定，一般以中、短行程为主）。

曲皿-2"

挖掘机的

（一）结构类型工程机械的液压缸一般工作时为低速运动，回程快速，乂常常在液压缸的一端输出而工作。

因此，其结构类型为双作用单出杆活塞式液压缸是合适的。

（二）安装方式工程机械的液压缸大多要与连杆机构相连接，故活塞杆端部为耳环式。

活塞杆12在作往复运动的同时，要允许缸体摆动，故缸体11亦为耳环式，可绕耳环2的中心线摇摆，以适应挖掘机动作的需要。

要注意的是：

在安装时，二个耳环的方向要一致（如图I1I-2-4的图示位置），否则缸体会因负载偏心要受到一个弯曲载荷，使活塞杆弯曲变形并在弯曲状态下作往复移动，易咬毛导向套13和缸孔，使密封件损坏而泄漏，其至导致活塞杆端部螺纹的折断。

高压化措施：

为使结构尺寸紧凑，一般工程机械液压缸工作压力较高，其结构特点如下：

1.液压缸的无杆腔为高压腔，为增加连接强度、减少泄漏环节，简化结构起见，釆用缸体与缸盖的焊接结构。

耳环（即缸盖）2上有止口，与无缝钢管（即缸体）11相配，可减小焊接变形。

2.虽然液压缸的速度不一定高，但负载大，所推动运动部件的质量也较大,活塞到达行程终点易冲击而撞击缸盖。

为此，在缸的两端设有缓冲装置。

3.密封装置采用不等高唇的密封圈6、10、16以适应高压和压力多变的特点。

尼龙环8可提高耐磨性。

为进一步减少泄漏，在活塞与活塞杆的连接处也增设O形圈9。

在油口A、B处，采用公制螺纹的高压管接头，在其端面用O形圈密封。

4.活塞与活塞杆用非螺纹连接（半环5、卡套4及挡圈3）,消除因压力变动、振动等原因而使螺纹连接松动的弊病，适宜于工程机械用的高压缸。

5.右端盖15与缸体用螺纹连接，用螺钉17锁紧防松。

（三）耳环上设有注油器1,防止耳轴咬死。

液圧缸一般在野外工作，活塞杆要镀洛，用防尘圈18除尘。

在油口B的缸壁内侧，要修钝锐边，在将活塞装进缸体孔时，最好在B口处镶填一个工艺用堵头，以免密封圈通过孔口时割伤。

活塞杆12与耳环22之间的螺纹用来在装配时调节二耳孔之间的距离。

总之，通过以上三种不同类型液压缸的结构分析，表明缸的结构设计要因工况的不同而异。

对自已设计•的液压缸结构要作出中肯的分析，切忌盲U类比，不分良养。

2-3选择液压缸局部结构的指导

虽然液压缸的结构多种多样，但我们只要熟悉液压缸局部结构的基本类型，再根据其工况进行选择、组合、变型、派生，就可设讣岀所需的结构。

一、缸体组件（由缸体与缸盖连接面成）

缸体组件内充满了有压液体，相当于一个“压力容器”，要求它有一定强度、无外泄漏、结构紧凑，并且加工方便、拆装的工艺性好。

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fflm-2-5虹休姐件

（1）不可拆式缸体组件

用于压机的大直径高压缸，缸体组件为一端开口，另一端封底（俗称缸底）的锻件或铸钢件。

缸底形状有平底、椭圆底和球底（见图III-2-5

（1）

（2）（3））,球底的受力情况比平底、椭圆底好，但锻造工艺性差，轴向尺寸大。

用于行走机械的高压缸要求轻巧，常用无缝钢管作缸体，与缸盖焊接而成缸底（图IU-2-5⑷）。

（2）可拆式缸体组件

对于中高压、中低压的缸体组件，为便于加工和拆装，多用可拆式结构，缸盖用螺钉（或螺栓）、螺纹与缸体相连接，常见有以下儿种类型：

1.缸盖螺钉式一一如图II1-2-5（5）,缸体为铸铁件，在端部铸出凸缘，缸盖用螺钉与之紧固，广泛用于中低压缸。

图111-2-5（6）的缸体为35号无缝钢管，两端焊法兰。

图1II-2-5（7）缸体用圆钢坯直接车削而成，中段外圆直径车小，用于小直径短程缸，如夹紧缸、定位缸等。

2.缸盖螺栓（拉杆）式一一图III-2-5（8）所示的缸体为标准的圆筒形无缝钢管，结构通用性大，但径向结构尺寸稍大，当用于高压长行程时，螺栓易变形,缸盖易松动，可用于中低压短程液压缸或气缸。

图II1-2-5（9）为另一种结构，螺栓布置在方形缸盖的四角。

3.缸盖卡环式一一图III-2-5（10）所示用卡环（一般为半圆环）嵌入缸体的槽内，用螺钉将缸盖与法兰紧固。

对于薄型钢管，沟槽将削弱缸体的强度，有时不允许加厚缸壁，可用凸台和衬套，适用于铝合金缸体如图I1I-2-5（ll）o连接强度要求不高时，可用弹性钢丝、弹性挡圈代替卡坏，如图IH-2-5（12）所示。

卡坏也可置于缸壁内侧，图III-2-5（13）为内卡环，分四段装入槽内，内孔为锥面，此结构轴向尺寸较大，活塞装入缸筒时，O形圈易切坏，但拆装方便，用于大直径中高压缸。

图III-2-5（14）为另一种内卡环结构。

4.缸盖螺纹式一一缸盖直接用螺纹与缸体连接，省去螺钉、螺检、卡环，结构紧凑，如图IU-2-5（15）所示。

但不便于在缸体上加工螺纹，而且若密封圈和管接头安装在缸盖上时，密封圈易拧扭，管接头难以定方位，螺纹面与密封表面也不易同心，长期使用后螺纹易“诱死”，不易拆卸。

图III-2-5（16）为内螺纹结构，0形圈置于端面，图III-2-5（17）为一种派生结构，缸盖不带螺纹，曲螺母将缸盖压紧，用螺钉紧定，就可避免图II1-2-5（15）的缺陷。

（3）缸盖结构

活塞杆若伸出缸体组件之外，则缸盖同时与缸体、活塞杆发生关系。

往往为了简化缸体结构，F可把许多结构（诸如活塞杆的导向、密封、防尘装置、缓冲、排气装置以及液压缸的进、出油口等）集中在缸盖内。

缸盖是小件，即使结构稍复杂些，还是比较容易装夹和加工。

这里仅介绍如何在缸盖内安排活塞杆的导向装置（其它装置详见后）。

当活塞杆的长径比较大、行程长、运动精度高并承受偏心负载时，必须要在缸盖内考虑活塞杆的导向，如图111-2-6所示。

30-2-6話塞右:

的导口装置

（1）缸盖材料为灰铸铁时，可由缸盖本身导向,省去导向套（图III-2-6（l））o

（2）一般应设置导向套，便于在磨损后更换，其材料为铸造青铜、尼龙、灰铸铁等，其安装部位可在密封圈靠近压力油腔的内侧（图III-2-6

（2）、（3））或在密封圈外侧（图III-2-6（4））。

前者有利于导向套表面的润滑，但对于靠压力油作用于唇边使其张开的密封圈（如Y形密封圈），应在导向套上开设贯穿的油槽（图I1I-2-6

（2））o后者有利于提高活塞杆的支承刚性，可略为增加活塞杆的支承跨度。

（3）长行程时，可采用球面自位导向套（图II1-2-6（5））

二、活塞组件（由活塞与活塞杆连接而成）

活塞组件将缸体组件分隔成高、低压两个工作腔，乂与运动部件相接输出动力。

因此，对活塞组件既有密封要求乂有受力要求。

一、不可拆式活塞组件

图111-2-7

（1）、

（2）为压机液压缸的活塞组件，因活塞与活塞杆直径差值小,用整体式，以简化结构，传递动力时乂可提高结构刚性，用中空式以减小质量。

图II1-2-7（3）为焊接式，适于活塞与活塞杆直径差值大，省却螺纹连接所需的防松装置，结构紧凑，用于活塞杆固定的组合机床滑台液压缸中。

<

1>

<

2>

（3}

4）⑸（7）

图伍液生応狗活塞组件

二、可拆式活塞组件

这种结构的LI的在于可合理选择活塞材料以及便于在活塞上安装密封圈。

缸体与活塞为一对摩擦副，我们知道，为提高其耐磨性，两者的材料匹配应为一硕一软的组合，避免材料的亲和性造成“咬死”。

例如，缸体用钢、活塞用铸铁，或缸体用铸铁、活塞用钢，若两者都采用钢时，可在活塞上镶以铜套、尼龙套或布酚醛塑料等，有时也可用铝合金。

图1II-2-7（4）〜（11）为常见的可拆式活塞组件的结构。

其中（4）〜（7）为螺纹连接，拆装方便，连接稳固，无间隙，但在负载多变时仍容易松劲，必须考虑防松装置（如双螺母、锁紧垫片、开槽锁紧螺母其至焊死），可用于中低压、中高压缸。

图（8）〜（11）为非螺纹连接，适于负载多变场合，但存在径向和轴向间隙，不易卡紧，用于高压缸（图中所示的1均为半环）。

销钉（锥销、开口销）连接无间隙，仅限用于轻载，如图HI-2-kIII-2-2所示。

三、密封结构

图11128为液压缸的密封结构简图，山缸体组件、活塞组件的静密封（密封圈1、2、4）以及两组件之间的动密封（密封圈3、5）组成。

液压缸一般不允许有外泄漏，但有时在活塞杆外圆处需要一层油膜，在规定范圉内允许有少量渗漏,以免增大密封阻力而使密封圈发热、磨损。

有些场合，为了不使泄漏油液污染环境，可设计一条集油槽6。

7为防尘圈。

选择各种密封装置的注意点如下：

（一）间隙密封

常见于活塞与缸体孔之间的动密封。

尺寸猜度高，往往单配间隙，互换性差，磨损后无法补偿，只能更换活塞用于摩擦力要求小、运动轻快的中高速液压缸和动作灵敏的伺服系统掖压缸。

（二）O形圈密封

1.O形圈密封的原理属于挤压型密封，因此，O形圈预压缩量的大小将直接影响其密封性。

选定O形圈规格尺寸后，预压缩量也相应确定，如图111-2-8中的O形圈1规格为①100x①95x①3.1,①100外径为选择的依据，①95即为安装O形圈的构槽底径，①3.1为O形圈的截面直径，其预压缩量&

二丄1二兰xlOO%=19・35%（2・5二竺二兰）。

同理，O形圈2的规格尺寸为①45x①40x①3.1,2

a1_7S

内径①40为选择依据，预压缩是02=-一—xl00%=19.35%o运动用O形圈3、

3.1

57-55其规格为①100x①90x①5.7,<

D56x^）5Ox03.5,其预压缩量分别为0s=-一-

5.7

35-3

xl00%=12.28%,65=—―-xl00%=14.28%,山此可见，静密封的O形圈截面3.5

尺寸比动密封的小（也可与动密封相等），静密封的O形圈预压缩量比动密封大。

现在O形圈有新国标GB3452.1-82,在选择规格时也要注意有合适的预压缩量。

2.使用O形圈密封后，活塞与缸孔的配合公差比间隙密封的要求大大降低。

这是O形圈密封的一个优点。

3.用于静密封的O形圈，可按需要布置在轴上、孔内、端面或角上，而以端面的密封效果最佳。

构槽高度h确定后，预压缩量也相应确定，见图lll-2-8o

4.压力超过lOMPa时，要增加挡圈。

5.装拆O形圈时，禁止通过锐边、螺纹表面甚至1X45°

的倒角棱面。

因此，在液压缸的结构设计中，在缸口、孔口、槽口或轴端，均应有10°

〜30°

的导向锥面，以防割伤O形圈。

6.大直径、高速度、压力变动大的往复运动中，在摩擦力的作用下容易使O形圈在沟槽内翻转扭曲，此时要用唇形密封圈代替。

（三）唇形密封圈（U形、Y形、Yx形、V形等密封圈）

1.唇形圈的密封是靠压力油直接作用于唇边，使其充分张开，贴紧密封表面而成。

但V形圈的唇边是在压环的压紧力作用下，由支承环迫使其张开的，其张开的程度由压紧力调节，如图111-2-6（3）、（5）所示。

2.唇口要对着压力油的方向，不得反装。

3.U形密封圈的唇边长而软，必须要用支承环，如图111-2-7（8）所示。

Y形密封圈一般可不用支承环，但高速、压力变动大时仍要使用，以固定住密封圈。

Yx形密封圈因宽高之比等于或大于2,乂设计成不等高唇（短唇作密封用，长唇作支承用），抗翻转性好，可取消一支承环。

4.大直径唇形圈可扩大直径利用其弹性装入沟槽中，如图II1-2-7（9）所示。

但对于小直径唇形圈，弹性较差，为减小初始的残余变形，要设讣成直接套装结构，如图III-2-7⑻、（10）所示。

5.U形圈的摩擦力小且稳定，可通过支承环来调节。

Yx形圈的短唇刚性大、摩擦力大，不能调节。

V形圈的摩擦力大小要视V形圈的数量、压环的压紧力而定。

降低密封表面的粗糙度（如Ra0.2）和硕度（如液压，镀钻），可减小密封圈的摩擦力，但过高的光洁度（如镜面磨削）反而不能保持油膜而使密封圈发热和磨损。

（四）活塞环密封

1.代替橡胶圈，用于髙温、高速、高压，缸壁要镀硬洛。

2.活塞环接口处存在泄漏，为减少泄漏，相邻两个活塞环的接口要错开。

一般不用于低速运动。

四、缓冲和排气结构

缓冲的U的是防止活塞与缸盖撞击或提高活塞的重复定位精度，其原理是在活塞组件与缸体组件之间形成一个封闭油腔（即缓冲腔），腔内油液的压力作用于活塞（或缸体）克服惯性力，实现减速制动。

（-）缓冲结构的关键是形成一个缓冲腔，用腔内的油液通过液压阻尼（间隙、三角沟槽、节流口等）。

（二）图II1-2-9为缓冲时活塞速度u和缓冲腔内油液压力p的曲线。

OA、AB、BC分别为起动、匀速、缓冲的时间。

在刚开始缓冲的B点，缓冲腔油液的压力很高。

液圧缸应该按此压力值来校核缸体组件的连接强度。

制动时的速度最好呈匀减速曲线，缓冲行程的终点速度应为零，但实际结构中，山于各种参数的影响，终点速度可能并不等于零（见图II1-2-9的虚线所示），因此常常设计成可调式缓冲结构。

（三）要防止能够缓冲，但不能反向迅速起步的弊病。

（四）如果不在液压缸最大行程的两端缓冲，而在行程的中途某一点处缓冲,则可在液压缸出口的液圧线路中安置行程节流阀，实现减速制动。

排气LI的是提高液压缸的传动刚性或速度平稳性。

对于中低速液压缸，要设置专用排气装置，如放气螺塞、放气阀。

对于速度平稳性要求不高的高速缸、高压缸，可不必设排气装置，但液压缸的进、岀口应在缸的最高位置上。

2-4液压缸的技术条件

由于液压缸的应用面广，对速度、压力、行程及工作性能的要求均不尽相同。

因此，设计液压缸时要依具体要求，在装配图上和零件图上制订相应的技术条件。

一、装配图上技术条件

（-）标明液压缸工作的公称参数：

最大输出推力（或最大工作压力）、最高最低速度（最大最小流量）、有效工作行程、工作液品种和工作温度；

（二）液压缸的空载试验：

在空载压力作用下，全程往复5〜10次，应移动乎稳、灵活，无阻滞现象。

空载压力流取决于密封型式，一般可取p=（1.5〜3）XIOPa；

（三）液压缸的负载试验：

缸在承受最大负载力时（此时缸内压力为最大工作压力），全程往复5〜10次，应移动乎稳、灵活，各零部件无永久变形；

（四）液压缸的强度试验。

在试验压力（视用途而异，一般为最大工作压力的1.5〜1.75倍）作用下，试压2分钟，无永久变形和强度破坏。

对某些高压缸,要求抽样进行圧力容器的爆破试验；

（五）泵漏试验：

在最大负载力作用下，活塞在某行程位置上保持10分钟,位移不大于0.5毫米（这是指采用橡胶密封圈的活塞），也可用泄漏流量（单位为ml/min）的大小来评定内泄漏的质量指标。

对于外泄漏，在1.3〜1.5倍的最大工作压力作用下，活塞全程往复5〜10次，各密封、焊缝处，不得漏油，但在活塞杆处允许少量渗出；

（六）缓冲试验：

在公称负载力作用下，行程端点应有明显缓冲，无撞缸现象；

（七）试验结束，各零件表面要涂上防锈油、缸体外壁涂耐油漆；

（八）在装配图上，沿着缸的轴线方向，要标注封闭的尺寸链。

在图上还要注明：

有效工作行程、最大运动范围尺寸，中心高、最大外形尺寸、缸的进口和

出口的通径、定位销和安装螺钉的开挡尺寸、安装螺钉的规格，各相配零件的配合尺寸（如活塞与缸体、缸盖与缸体、活塞与缸盖、活塞杆与导向套、导向套与缸盖等）。

组合机床滑台液压缸的装配图见图III-2-3o

二、零件图上技术条件

（一）缸体（见图III-2-10）

IE-2-10红体零件曳

1.缸体材料机床